KR101491949B1 - Mems based variable emittance radiator for space applications - Google Patents

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KR101491949B1
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heat
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KR20140015710A
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김태규
오현웅
이창욱
하헌우
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조선대학교산학협력단
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Abstract

An MEMS-based variable emissivity radiator for space applications according to the disclosed present invention comprises an emissivity control bead which is made of an excellent electrical chargeable material and is disposed to enable to move on a heat dissipating plate on which two plates having distinct emissivity are arranged on the same plane. The polarity of the emissivity control bead is charged with the electromagnetic field or the plasma discharge and the emissivity is changed since the position of the emissivity control bead is adjusted on the heat dissipating plate so that the emissivity is converted to be increased in the high temperature environment where electrical components or artificial satellite is heated by a pace environment, thereby radiating heat efficiently. Otherwise, the heat radiation is minimized without the additional thermal control according to an extra heater since the emissivity is decreased in the low temperature environment.

Description

멤스 기반 우주용 가변 방사율 라디에이터{MEMS BASED VARIABLE EMITTANCE RADIATOR FOR SPACE APPLICATIONS}[0001] MEMS BASED VARIABLE EMITTANCE RADIATOR FOR SPACE APPLICATIONS [0002]

본 발명은 인공위성에 설치되는 멤스(MEMS: Micro Electro Mechanical Systems, 미세전자기계시스템) 기반 가변 방사율 라디에이터에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 인공위성의 외측에 배치되어 온도환경에 따라 방사율이 가변되게 조절하도록 하는 멤스 기반 우주용 가변 방사율 라디에이터에 관한 것이다. BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to MEMS (Micro Electro Mechanical Systems) based variable emissivity radiators installed in satellites, and more particularly to a variable emissivity radiator that is disposed outside a satellite to control the emissivity And a MEMS-based space-variable emissivity radiator.

일반적으로, 인공위성이 임무를 수행함에 있어서, 초진공, 극저온의 극심한 우주환경에서 인공위성의 전장품들이 정상적으로 작동하기 위해서는 각각의 전장품들이 허용온도 또는 허용온도범위 내로 유지되어야만 한다.In general, in order for satellites to function properly in the ultimate vacuum or cryogenic extreme space environment, each of the electrical components must remain within the permissible or acceptable temperature range.

인공위성에서 열제어를 위해 기존의 방열판은 고온에서 효율적으로 온도제어가 가능하나, 방사율이 고정되어 있는 관계로 저온 환경에서 장비가 비 작동 시에는 방열판의 높은 방사율로 인해 장비온도가 하강한다. 저온 허용온도 범위 유지를 위해서는 히터에 의한 추가적인 열 공급이 필요하다.Conventional heat sinks for heat control in satellites can efficiently control temperature at high temperatures, but because the emissivity is fixed, when the equipment is not operating in a low temperature environment, the equipment temperature falls due to the high emissivity of the heat sink. Additional heat supply by the heater is required to maintain the low temperature allowable temperature range.

인공위성은 태양전지를 통해 태양에너지를 전기에너지로 변환하여 모든 전장품에 필요한 전력으로 사용하므로, 사용가능한 전력이 제한적이다. 특히 초소형 인공위성의 경우에는 태양전지를 설치할 공간적인 제약으로 인해 사용가능한 전력량이 매우 적을 수밖에 없는 단점이 있다.Since satellites convert solar energy to electrical energy through solar cells and use it as power for all electrical products, the available power is limited. Particularly, in the case of a very small satellite, there is a disadvantage in that the amount of available power is very small due to a space restriction to install the solar cell.

저온환경에서 히터 구동을 기반으로 하는 추가적인 열 제어를 하는 경우에는 전력소모가 필수적이며, 이로 인해 발생되는 과도한 전력소비는 인공위성의 수명을 단축시키는 원인 중 하나이다.In the case of additional heat control based on heater driving in a low temperature environment, power consumption is essential, and excessive power consumption caused by this is one of the causes shortening the lifetime of the satellite.

전술한 문제점을 해소하기 위한 방안의 하나로, 미국 특허등록공보 제6,538,796호(2003.03.25)에는 루버셔터를 기계적인 제어방식을 통해 조절하여 방사율을 조절함으로써 인공위성의 허용온도 내로 유지하도록 하는 인공위성 열 제어 적용을 위한 멤스 장치가 개시되어 있다.As a method for solving the above-mentioned problems, U.S. Patent No. 6,538,796 (Mar. 25, 2003) discloses a method of controlling a louver shutter by a mechanical control method to adjust the emissivity to maintain the saturation temperature within the allowable temperature of the satellite A MEMS device for application is disclosed.

그러나 전술한 바와 같은 종래의 멤스 기반 우주용 가변 방사율 라디에이터의 경우에는 루버셔터 뿐만 아니라 루버셔터의 기계적 열 제어장치가 필수적으로 부가되어야만 하므로, 인공위성의 무게를 증가시킴과 동시에 인공위성의 설치공간을 상당히 차지함에 따라 특히 최소의 무게와 설치공간을 특징으로 하는 인공위성에 적용하는 경우 치명적인 단점으로 작용하는 문제점이 있다.
However, in the case of the conventional MEMS-based space-saving variable emissivity radiator as described above, since the louver shutter and the mechanical thermal control device of the louver shutter must be added, the weight of the satellite is increased and the installation space of the satellite is considerably occupied There is a problem that it is a fatal disadvantage when it is applied to an artificial satellite characterized by a minimum weight and an installation space.

본 발명은 상기와 같은 점을 감안하여 안출된 것으로, 전장품이나 우주환경에 의해 인공위성이 가열된 고온환경에서는 방사율이 증가되도록 변화됨으로써 효율적인 방열이 이루어지고, 그 반대의 저온환경에서는 방사율이 낮게 변화됨으로써 별도의 히터에 따른 추가적인 열 제어 없이도 방열이 최소화되도록 한 멤스 기반 우주용 가변 방사율 라디에이터를 제공하는 것을 목적으로 한다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above-mentioned problems, and it is an object of the present invention to provide a method of manufacturing a semiconductor device, in which an emissivity is increased in a high temperature environment where an artificial satellite is heated by an electric device or a space environment, It is an object of the present invention to provide a MEMS-based space-variable variable emissivity radiator that minimizes heat dissipation without additional heat control according to a separate heater.

또한 본 발명은 부가적인 기계적 열 제어수단의 부가없이 멤스를 기반으로 제작됨에 따라 인공위성에서의 무게의 제약이 최소화될 수 있을 뿐만 아니라 발전전력의 소모도 최소화될 수 있으며, 수십에서 수백 개의 멤스 기반 우주용 가변 방사율 라디에이터를 열 해석에 따라서 자유롭게 크기를 결정할 수 있으며, 부분적인 구동이 가능하도록 하는 우주용 가변 방사율 라디에이터를 제공하는 것을 목적으로 한다.In addition, since the present invention is manufactured based on a MEMS without the addition of additional mechanical thermal control means, the constraint of weight on a satellite can be minimized, power consumption can be minimized, and tens to hundreds of MEMS- It is an object of the present invention to provide a space-variable variable emissivity radiator that can freely determine the size of a variable emissivity radiator for thermal analysis and can partially drive the variable emissivity radiator.

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 멤스 기반 우주용 가변 방사율 라디에이터는, 반도체기판과, 상기 반도체기판 상에 설치되고 방사율이 상이한 2개의 플레이트가 동일평면 상에 나란히 배열되는 방열플레이트와, 상기 반도체기판상에 설치되고 상기 방열플레이트의 좌우측 단부에 각각 배치되는 전극과, 상기 반도체기판 상에 설치되고 상기 방열플레이트의 상하측 단부에 각각 배치되어 상기 전극과 함께 상기 방열플레이트의 상부에 수용공간을 형성하는 단부마감벽과, 상기 수용공간 내에 수용되고 대전특성이 있는 재질로 형성되며 상기 전극을 통해 가해지는 전자기장 또는 플라즈마 방전에 의해 대전되는 극성에 따라 상기 방열플레이트 상에서 일측 또는 타측으로 이동되면서 상기 방열플레이트를 부분적으로 폐쇄하여 상기 방열플레이트의 방사율을 조절하는 방사율조정비드와, 상기 전극과 상기 단부마감벽의 상단에 설치되어 상기 수용공간을 폐쇄하는 상부마감커버가 포함되는 것을 특징으로 하는 멤스 기반 우주용 가변 방사율 라디에이터가 포함되는 것을 특징으로 하는 멤스 기반 우주용 가변 방사율 라디에이터를 제공한다.According to an aspect of the present invention, there is provided a variable emissivity radiator for a space-based space variable space, comprising: a semiconductor substrate; a heat dissipation plate installed on the semiconductor substrate and having two emissive plates different from each other, An electrode disposed on the semiconductor substrate and disposed at left and right ends of the heat dissipation plate; and an electrode disposed on upper and lower ends of the heat dissipation plate, respectively, An end wall formed in the accommodating space and formed of a material having a charging property and being moved to one side or the other side of the heat radiation plate in accordance with a polarity charged by an electromagnetic field or a plasma discharge applied through the electrode, The plate is partly closed, Wherein the MEMS based space-saving variable emissivity radiator is comprised of an emissivity adjusting bead for adjusting the rate of emittance of the space, and an upper finishing cover installed at the upper end of the electrode and the end finishing wall to close the accommodating space And a MEMS-based space-saving variable emissivity radiator.

상기 전극은 접지전극부와, 극성을 가지는 전압이 제공되는 일반전극부를 포함한다.The electrode includes a ground electrode part and a common electrode part provided with a voltage having a polarity.

상기 방열플레이트 중 방사율이 상대적으로 낮은 제1 플레이트는 상기 접지전극부 측에 배열되고 상기 방열플레이트 중 방사율이 높은 제2 플레이트는 상기 일반전극부 측에 배열된다.The first plate having a relatively low emissivity of the heat dissipation plate is arranged on the ground electrode side and the second plate having a high emissivity among the heat dissipation plates is arranged on the common electrode side.

상기 방사율조정비드는 상기 전극을 통해 (+)극성의 전자기장 또는 플라즈마 방전이 발생될 경우에 상기 방사율조정비드는 상기 방열플레이트 중 방사율이 상대적을 낮은 제1 플레이트 측으로 이동되어 상기 방열플레이트의 방사율을 증가시키고, 상기 전극을 통해 (-)극성의 전자기장 또는 플라즈마 방전이 발생될 경우에 상기 방사율조정비드는 상기 방열플레이트 중 방사율이 상대적으로 높은 제2 플레이트 측으로 이동되어 상기 방열플레이트의 방사율을 감소시킨다.The emissivity adjusting bead is moved to the first plate side where the emissivity of the heat dissipation plate is relatively low to increase the emissivity of the heat dissipation plate when the electromagnetic field or the plasma discharge of the positive polarity is generated through the electrode And when a (-) polarity electromagnetic field or a plasma discharge is generated through the electrode, the emissivity adjusting bead moves to the second plate side where the emissivity of the heat dissipation plate is relatively high, thereby reducing the emissivity of the heat dissipation plate.

상기 방사율조정비드는 대전특성이 우수한 알루미나 재질로 제조된다.The emissivity adjusting bead is made of an alumina material excellent in charging property.

한편, 본 발명에 따른 멤스 기반 우주용 가변 방사율 라디에이터는, 상기 방열플레이트 상에 적어도 하나 이상 설치되며, 상기 수용공간을 다수의 라인으로 구획형성하여 상기 방사율조정비드의 상호간섭을 방지하면서 방사율조정비드의 이동을 가이드하는 비드간섭방지벽을 더 포함한다. Meanwhile, at least one or more MEMS-based space-saving variable emissivity radiators according to the present invention are installed on the heat dissipation plate, and the accommodating space is divided into a plurality of lines to prevent mutual interference of the emissivity adjustment beads, And a bead interference preventing wall for guiding the movement of the bead interference preventing wall.

본 발명에 의하면 방사율이 상이한 2개의 플레이트가 동일평면으로 배열된 방열플레이트 상에 대전특성이 우수한 재질로 된 방사율조정비드가 위치이동 가능하게 배치되고, 전자기장 또는 플라즈마 방전 특성을 이용한 방사율조정비드의 대전 극성에 따라 방열플레이트 상에서 방사율조정비드의 위치가 조정되어 방사율이 가변됨에 따라, 전장품이나 우주환경에 의해 인공위성이 가열된 고온환경에서는 방사율이 증가되도록 변화됨으로써 효율적이 방열이 이루어지고 그 반대의 저온환경에서는 방사율이 낮게 변화됨으로써 별도의 히터에 따른 추가적인 열 제어 없이도 방열이 최소화될 수 있는 장점을 갖는다. 이와 같이 한 번의 전극의 극성변화를 이용하여 방사율을 조절할 수 있으므로, 결국 전력소모를 최소화할 수 있는 효과가 있다.According to the present invention, the emissivity adjusting beads made of a material excellent in electrification property are disposed so as to be positionally movable on a heat dissipation plate in which two plates having different emissivities are arranged in the same plane, and the electrification of the emissivity adjusting beads using an electromagnetic field or a plasma discharge characteristic As the emissivity is adjusted by changing the position of the emissivity adjusting bead on the heat dissipation plate according to the polarity, the emissivity is increased in the high temperature environment where the satellites are heated by the electric device or the space environment, The emissivity is changed to be low so that heat radiation can be minimized without additional heat control according to a separate heater. Since the emissivity can be adjusted by changing the polarity of the electrode once, the power consumption can be minimized.

또한 본 발명에 의하면, 부가적인 기계적 열 제어수단의 부가없이 멤스를 기반으로 하여 초소형으로 제작됨으로써 인공위성에서의 무게 및 설치공간의 제약이 최소화될 수 있는 효과가 있으며, 또한 전기적 제어방식을 이용하므로 높은 동작 신뢰성을 갖는 효과가 있다. Further, according to the present invention, it is possible to minimize the weight and installation space of the artificial satellite by making it very compact based on the MEMS without adding additional mechanical thermal control means. Also, since the electric control system is used, There is an effect of having operational reliability.

또한, 본 발명에 의하면 수십에서 수백 개의 멤스 기반 우주용 가변 방사율 라디에이터를 열 해석에 따라서 자유롭게 크기를 결정할 수 있으며, 부분적인 구동이 가능하도록 하므로 인공위성의 크기 및 임무에 맞게 탄력적으로 적용할 수 있는 효과가 있다.In addition, according to the present invention, it is possible to freely determine the size of several tens to several hundreds of space-variable variable emissivity radiators based on the thermal analysis, and to partially drive the MEMS-based variable emissivity radiator based on the thermal analysis, .

도 1은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 멤스 기반 우주용 가변 방사율 라디에이터의 평면도,
도 2는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 멤스 기반 우주용 가변 방사율 라디에이터에 있어서, 전자기장 또는 플라즈마 방전에 의해 방사율조정비드가 (+)극으로 대전되어 방사율이 증가된 상태의 정면도,
도 3은 도 2에서 전자기장 또는 플라즈마 방전에 의해 방사율조정비드가 (+)극으로 대전되어 방사율이 증가된 상태의 구동원리도,
도 4는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 멤스 기반 우주용 가변 방사율 라디에이터에 있어서, 전자기장 또는 플라즈마 방전에 의해 방사율조정비드가 (-)극으로 대전되어 방사율이 감소된 상태의 정면도,
도 5는 도 4에서 전자기장 또는 플라즈마 방전에 의해 방사율조정비드가 (-)극으로 대전되어 방사율이 감소된 상태의 구동원리도,
도 6은 도 1에서 비드간섭방지벽이 더 구비된 멤스 기반 우주용 가변 방사율 라디에이터의 평면도이다.1 is a top view of a MEMS-based space-saving variable emissivity radiator according to a preferred embodiment of the present invention,
FIG. 2 is a front view of a MEMS-based space-variable variable emissivity radiator according to a preferred embodiment of the present invention, in which the emissivity adjusting bead is charged to a positive pole by an electromagnetic field or a plasma discharge to increase the emissivity,
Fig. 3 is a driving principle in a state where the emissivity adjusting bead is charged to the positive polarity by the electromagnetic field or the plasma discharge in Fig. 2 and the emissivity is increased,
FIG. 4 is a front view of a MEMS-based space-variable variable emissivity radiator according to a preferred embodiment of the present invention, in which the emissivity adjusting bead is charged to a negative pole by an electromagnetic field or a plasma discharge,
5 is a driving principle in a state in which the emissivity adjusting bead is charged to the (-) pole by the electromagnetic field or the plasma discharge to reduce the emissivity,
FIG. 6 is a plan view of a MEMS-based space-saving variable emissivity radiator with a bead interference preventing wall in FIG.

본 발명의 상기와 같은 목적, 특징 및 다른 장점들은 첨부도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명함으로써 더욱 명백해질 것이다. 이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 멤스 기반 우주용 가변 방사율 라디에이터에 대해 상세히 설명하기로 한다.These and other objects, features and other advantages of the present invention will become more apparent by describing in detail preferred embodiments of the present invention with reference to the accompanying drawings. DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Reference will now be made in detail to the preferred embodiments of the present invention, examples of which are illustrated in the accompanying drawings.

본 발명의 바람직한 실시예에 따른 멤스 기반 우주용 가변 방사율 라디에이터(1)는 인공위성의 외측에 수백개 내지 수천개가 적절하게 설치되어 허용온도를 유지할 방사율을 얻기 위해 전체 또는 일부분이 부분적으로 구동될 수 있다. 여기서 본 발명에 따른 우주용 가변 방사율 라디에이터(1)는 반도체 공정기술을 기반으로 성립되는 ㎛이나 ㎜크기의 초소형 정밀기계 제작기술을 말하는 멤스(MEMS: Micro Electro Mechanical Systems, 미세전자기계시스템)을 기반으로 한다. 이러한 멤스(MEMS)는 실리콘이나 수정, 유리 등을 가공하여 초고밀도 집적회로, 머리카락 절반 두께의 초소형 기어, 손톱 크기의 하드디스크 등 초미세 기계구조물을 만드는 기술로서, 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 멤스 기반 우주용 가변 방사율 라디에이터(1)도 예를 들어 실리콘기판과 같은 반도체기판(10)을 기초로 한다.The MEMS-based space-saving variable emissivity radiator 1 according to the preferred embodiment of the present invention may be partially or wholly driven to obtain the emissivity to which hundreds to thousands of the absorbers are suitably installed outside the artificial satellite to maintain the allowable temperature . The space variable emissivity radiator 1 according to the present invention is based on MEMS (Micro Electro Mechanical Systems), which refers to a microminiature precision machine manufacturing technique of micrometer or millimeter size, which is established based on semiconductor process technology. . Such a MEMS is a technique for fabricating an ultrafine mechanical structure such as an ultra-high-density integrated circuit, an ultra-small gear having a half thickness of a hair, a nail-size hard disk, etc. by processing silicon, quartz, glass or the like. In a preferred embodiment of the present invention Based space-variable emissivity radiator 1 is also based on a semiconductor substrate 10 such as, for example, a silicon substrate.

도 1, 도 2 및 도 4를 참조하면, 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 멤스 기반 우주용 가변 방사율 라디에이터(1)는 구체적으로, 반도체기판(10)과, 반도체기판(10) 상에 설치되는 방열플레이트(20)와, 반도체기판(10) 상에 설치되고 방열플레이트(20)의 좌우 단부에 각각 배치되는 전극(30)과, 반도체기판(10) 상에 설치되고 방열플레이트(20)의 전후측 단부에 각각 배치되어 전극(30)과 함께 방열플레이트(30)의 상부에 수용공간(45)을 형성하는 단부마감벽(40)과, 수용공간(45) 내에 수용되는 방사율조정비드(50)와, 전극(30)과 단부마감벽(40)의 상단에 설치되어 수용공간(45)을 폐쇄하는 상부마감커버(60)를 포함하도록 구성된다.Referring to FIGS. 1, 2 and 4, a MEMS-based space-saving variable emissivity radiator 1 according to a preferred embodiment of the present invention includes a semiconductor substrate 10, An electrode 30 disposed on the right and left ends of the heat dissipating plate 20 and provided on the semiconductor substrate 10; An end finishing wall 40 disposed at the front and rear ends thereof to form a receiving space 45 at the upper portion of the heat dissipating plate 30 together with the electrodes 30 and the emissivity adjusting beads 50 And an upper finishing cover 60 installed at the upper end of the electrode 30 and the end finishing wall 40 to close the accommodating space 45. [

방열플레이트(20)는 반도체기판(10) 상에 설치되는데, 이 방열플레이트(20)는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 멤스 기반 우주용 가변 방사율 라디에이터(1)를 구성하는 방열판 본체를 형성하게 된다. 방열플레이트(20)는 일정한 방사율을 가지는 단일플레이트로 구성되는 것이 아니라 방사율이 변화될 수 있도록 방사율이 상이한 2개의 플레이트(21, 23)로 형성되는데, 즉 방사율이 상대적으로 낮은 제1 플레이트(21)와 방사율이 상대적으로 높은 제2 플레이트(23)가 동일평면 상에 나란히 배열되는 구성을 가진다.The heat dissipation plate 20 is installed on the semiconductor substrate 10 which forms the heat dissipation plate body constituting the variable emissivity radiator 1 for MEMS based space according to the preferred embodiment of the present invention do. The heat dissipation plate 20 is formed of two plates 21 and 23 having different emissivities so that the emissivity can be changed, that is, the first plate 21 having a relatively low emissivity, rather than a single plate having a predetermined emissivity. And the second plate 23 having a relatively high emissivity are arranged side by side on the same plane.

전극(30)은 반도체기판(10)의 좌우측 단부에 설치된다. 전극(30)은 접지전극부(31)와, 전자기장 또는 플라즈마 방전현상이 발생되도록 (+) 또는 (-)의 극성을 가지는 전압(전원)이 제공되는 일반전극부(33)로 구성된다. 방열플레이트(20) 중 방사율이 상대적으로 낮은 제1 플레이트(21)는 전극(30) 중 접지전극부(31) 측에 배열되고, 방열플레이트(20) 중 방사율이 상대적으로 높은 제2 플레이트(23)는 전극(30) 중 일반전극부(33) 측에 배열된다.The electrodes 30 are provided at the left and right ends of the semiconductor substrate 10. The electrode 30 is composed of a ground electrode part 31 and a common electrode part 33 provided with a voltage (power source) having a polarity of (+) or (-) so that an electromagnetic field or a plasma discharge phenomenon is generated. The first plate 21 having a relatively low emissivity among the heat dissipation plates 20 is arranged on the side of the ground electrode portion 31 of the electrodes 30 and the second plate 23 having a relatively high emissivity among the heat dissipation plates 20 Are arranged on the side of the common electrode portion 33 of the electrode 30.

전극(30)은 전자기장 또는 플라즈마 방전현상이 발생되도록 전압을 가해 대전 특성이 우수한 방사율조정비드(50)이 (+)극 또는 (-)극으로 대진될 수 있도록 하게 된다. 이러한 전극(30)은 전도성이 우수한 구리 또는 구리합금을 비롯하여 금, 은, 백금 등과 같은 재질이 사용될 수 있다.The electrode 30 can be energized to have a positive or negative polarity of the emissivity adjusting bead 50 having a good charging property by applying a voltage so that an electromagnetic field or a plasma discharge phenomenon is generated. The electrode 30 may be made of a material such as gold, silver, platinum, etc., as well as copper or copper alloy having excellent conductivity.

단부마감벽(40)은 방열플레이트(20)의 전후측 단부에 각각 배치되어 상기 전극(30)과 함께 방열플레이트(30)의 상부에 수용공간(45)을 형성하게 된다. 단부마감벽(40)은 전극(30)과 마찬가지로 전도성이 우수한 재질로 제조되는 것이 바람직하지만, 실시예에 따라서는 부도체로도 형성될 수 있다. 전자의 경우에 전극(30)과 전기적으로 분리되도록 전극(30)과의 사이에 부도체가 개재되는 것이 바람직하며, 단부마감벽(40)의 폭과 높이 등의 치수는 전술한 전극(30)과 동일하게 형성되는 것이 바람직하다.The end wall 40 is disposed at each of the front and rear ends of the heat dissipating plate 20 to form a receiving space 45 in the upper portion of the heat dissipating plate 30 together with the electrode 30. The end wall 40 is preferably made of a material having excellent conductivity as in the case of the electrode 30, but it may be formed of a non-conductive material depending on the embodiment. In the former case, it is preferable that a non-conductive material is interposed between the electrode 30 and the electrode 30 so as to be electrically separated from the electrode 30. The dimensions of the end wall 40, It is preferable that they are formed in the same manner.

도 2 및 도 3을 참조하면, 수용공간(45) 내에는 방사율조정비드(50)가 수용되는데, 이 방사율조정비드(50)는 전극(30)을 통해 가해지는 전자기장 또는 플라즈마 방전에 의해 대전되는 극성에 따라 방열플레이트(20) 상에서 일측 또는 타측으로 이동되면서 방열플레이트(20)를 부분적으로 폐쇄하여 방열플레이트(20)의 방사율을 조정하는 역할을 한다.2 and 3, the emissivity adjusting bead 50 is accommodated in the accommodating space 45. The emissivity adjusting bead 50 is charged by an electromagnetic field applied through the electrode 30 or a plasma discharge And functions to adjust the emissivity of the heat dissipating plate 20 by partially closing the heat dissipating plate 20 while being moved to one side or the other side on the heat dissipating plate 20 according to the polarity.

도 2 및 도 3을 참조하면, 방사율조정비드(50)가 전극(30) 중 접지전극부(31) 측, 다시 말해서 방사율이 상대적으로 낮은 제1 플레이트(21) 측으로 이동되는 경우에는 방사율이 낮은 플레이트(21)를 덮어 가림에 따라 방열플레이트(20)의 방사율이 높게되도록 조절된다. 그리고, 도 4 및 도 5를 참조하면, 방사율조정비드(50)가 전극(30) 중 일반전극부(33) 측, 다시 말해서 방사율이 높은 플레이트(23) 측으로 이동되는 경우에는 방사율이 높은 플레이트(21)를 덮어 가림에 따라 방열플레이트(20)의 방사율이 낮게되도록 조절된다.2 and 3, when the emissivity adjusting bead 50 is moved toward the ground electrode portion 31 side of the electrode 30, in other words, toward the first plate 21 having a relatively low emissivity, As the plate 21 is covered, the emissivity of the heat radiation plate 20 is adjusted to be high. 4 and 5, when the emissivity adjustment bead 50 is moved toward the general electrode portion 33 side of the electrode 30, that is, toward the plate 23 having a high emissivity, 21, the emissivity of the heat radiation plate 20 is adjusted to be low.

방사율조정비드(50)는 전극(30)을 통해 형성되는 전자기장 또는 플라즈마 방전 특성을 이용한 전압 극성에 따라 방열플레이트(20) 상에서 일측 또는 타측으로 이동될 수 있도록 특정 전압이 가해질 때 동일 극성으로 용이하게 대전되는 대전특성이 우수한 재질, 특히 알루미나로 제조되는 것이 바람직하다.The emissivity adjustment bead 50 can easily be made to have the same polarity when a specific voltage is applied so that it can be moved to one side or the other side on the heat radiation plate 20 according to an electromagnetic field formed through the electrode 30 or a voltage polarity using plasma discharge characteristics It is preferable to be made of a material having excellent electrification characteristics, particularly alumina.

방사율조정비드(50)가 알루미나로 제조되는 경우에, 전극(30)을 통해 가해지는 전압조건은 알루미나가 충분히 대전될 수 있도록 예를 들어 방전전압 6kV, 주파수 50Hz인 것이 바람직하다.When the emissivity adjusting bead 50 is made of alumina, it is preferable that the voltage condition applied through the electrode 30 is such that the alumina can be sufficiently charged, for example, with a discharge voltage of 6 kV and a frequency of 50 Hz.

전극(30)과 단부마감벽(40)의 상단에는 상부마감커버(60)가 설치되는데, 이 상부마감커버(60)는 수용공간(45)을 폐쇄하는 역할을 한다.An upper finishing cover 60 is provided at the upper end of the electrode 30 and the end finishing wall 40. The upper finishing cover 60 serves to close the receiving space 45. [

상부마감커버(60)의 외부표면은 LSMO 소재로 코팅처리되는 것이 바람직한데, LSMO 소재는 천이온도가 낮아지면 방사율이 낮아지고 그 반대로 천이온도보다 높을 경우에는 방사율이 높은 소재특성을 가짐에 따라 우주의 고온 또는 저온환경에도 불구하고 방열 제어가 효과적으로 이루어질 수 있도록 한다. It is preferable that the outer surface of the upper finishing cover 60 is coated with LSMO material. In LSMO material, if the transition temperature is lowered, the emissivity is lowered. If the transition temperature is higher than the transition temperature, So that the heat radiation control can be effectively performed despite the high temperature or low temperature environment of the heat exchanger.

한편, 도 6을 참조하면 본 발명의 바람직한 다른 실시예에 따른 멤스 기반 우주용 가변 방사율 라디에이터(1)는 방열플레이트(20) 상에 비드간섭방지벽(70)이 더 설치되는데, 이 비드간섭방지벽(70)은 수용공간(45)을 다수의 라인으로 구획형성하여 방사율조정비드(50)의 상호간섭이 방지될 수 있도록 하는 것으로, 적어도 한 개 이상이 단부마감벽(40)과 평행하게 연장되도록 배열된다.6, a MEMS-based space-saving variable emissivity radiator 1 according to another preferred embodiment of the present invention is further provided with a bead interference prevention wall 70 on the heat dissipation plate 20, The wall 70 is formed by dividing the receiving space 45 into a plurality of lines so that mutual interference of the emissivity adjusting beads 50 can be prevented so that at least one of them extends in parallel with the end wall 40 .

본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 멤스 기반 우주용 가변 방사율 라디에이터(1)는 인공위성에 적용되며, 특히 초소형 위성과 같은 작은 크기의 위성에도 적용이 가능하다. The MEMS-based space-saving variable emissivity radiator 1 according to the preferred embodiment of the present invention is applied to a satellite, and is applicable to a satellite of a small size such as a very small satellite.

이하에는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 멤스 기반 우주용 가변 방사율 라디에이터(1)의 동작에 설명하기로 한다.Hereinafter, the operation of the MEMS-based space-saving variable emissivity radiator 1 according to the preferred embodiment of the present invention will be described.

멤스 기반 우주용 가변 방사율 라디에이터(1)는 방사율이 상이한 2개의 플레이트(21, 23)가 동일평면으로 배열된 방열플레이트(20) 상에 대전특성이 우수한 재질로 된 방사율조정비드(50)가 위치이동 가능하게 배치되고, 전극(30)을 통해 가해지는 전자기장 또는 플라즈마 방전에 의해 대전되는 극성에 따라 방열플레이트(20) 상에서 방사율조정비드(50)의 위치가 조정되어 방열플레이트(20)의 방사율이 가변되도록 한다.The MEMS-based space-variable variable emissivity radiator 1 has a structure in which the emissivity adjustment bead 50 made of a material having excellent charging property is placed on a heat dissipation plate 20 on which two plates 21 and 23 having different emissivities are arranged in the same plane The position of the emissivity adjusting bead 50 is adjusted on the heat dissipating plate 20 according to the polarity charged by the electromagnetic field or the plasma discharge applied through the electrode 30 so that the emissivity of the heat dissipating plate 20 .

따라서 전장품이나 우주환경에 의해 인공위성이 가열된 고온환경에서는 도 2 및 도 3에 도시되는 바와 같이, 전극(30)에 (+)극 전압이 걸리거나 또는 플라즈마 방전 특성에 의해 방사율조정비드(50)가 (+)극으로 대전되는 경우에는 방사율조정비드(50)가 전극(30) 중 접지전극부(31) 측으로, 즉 제1 플레이트(21) 측으로 이동되어 방사율이 상대적으로 낮은 제1 플레이트(21)를 덮게 되고 방사율이 상대적으로 높은 제2 플레이트(23)가 노출되어, 결국 방열플레이트(20)의 방사율이 증가되도록 조정됨에 따라 효율적이 방열이 이루어지게 된다.Therefore, as shown in FIGS. 2 and 3, the positive electrode voltage is applied to the electrode 30 or the emissivity adjusting bead 50 is adversely affected by the plasma discharge characteristic in a high-temperature environment where the satellite is heated by an electric device or a space environment. The emissivity adjusting bead 50 is moved toward the ground electrode portion 31 of the electrode 30, that is, toward the first plate 21, so that the first plate 21 having a relatively low emissivity And the second plate 23 having a relatively high emissivity is exposed, so that the emissivity of the heat dissipation plate 20 is increased. As a result, the heat dissipation is efficiently performed.

그 반대의 저온환경에서는 도 4 및 도 5에 도시되는 바와 같이, 전극(30)에 (-)극 전압이 걸리거나 또는 플라즈마 방전 특성에 의해 방사율조정비드(50)가 (-)극으로 대전되는 경우에는 방사율조정비드(50)가 전극(30) 중 일반전극부(33) 측으로, 즉 제2 플레이트(23) 측으로 이동되어 방사율이 상대적으로 높은 제2 플레이트(23)를 덮게 되고 방사율이 상대적으로 낮은 제1 플레이트(21)만 노출되어, 결국 방열플레이트(20)의 방사율이 감소되도록 조정된다. 이에 따라 별도의 히터에 따른 추가적인 열 제어 없이도 방열이 최소화될 수 있게 된다. (-) polarity voltage is applied to the electrode 30 or the emissivity adjusting bead 50 is charged to the negative polarity by the plasma discharge characteristic, as shown in FIGS. 4 and 5 The emissivity adjusting bead 50 is moved toward the general electrode portion 33 side of the electrode 30, that is, toward the second plate 23 to cover the second plate 23 having a relatively high emissivity, Only the lower first plate 21 is exposed so that the emissivity of the heat dissipating plate 20 is reduced. Accordingly, heat dissipation can be minimized without additional heat control according to a separate heater.

이와 같이 본 발명에 의하면, 부가적인 기계적 열 제어수단의 부가없이 멤스를 기반으로 하여 초소형으로 제작됨으로써 인공위성에서의 무게 및 설치공간의 제약이 최소화될 수 있는 이점이 있다. As described above, according to the present invention, it is possible to minimize the weight of the artificial satellite and the space of the installation space by being manufactured in a very small size based on the MEMS without adding additional mechanical thermal control means.

또한, 고온환경에서 방사율을 높이도록 하여 효율적인 방열이 이루어지도록 하고, 저온환경일 경우 방사율을 낮추도록 하는 등 온도환경에 따라 방사율을 제어할 수 있는 이점이 있다. 특히, 저온 환경에서 장치의 적정 온도를 유지하기 위해 히터의 구동이 필요하게 되는데, 이러한 히터의 구동은 추가적인 전력소모 증가의 원인이 되는 문제점이 있다. 그러나, 본 발명에 의하면 저온환경에서 방사율을 낮추어 열의 방출을 최소화하도록 함으로써, 결국 추가적 전력의 손실을 방지하는 이점이 있게 된다. In addition, there is an advantage that the emissivity can be controlled according to the temperature environment such that the emissivity is increased in a high-temperature environment so that efficient heat dissipation is performed and the emissivity is lowered in a low-temperature environment. In particular, in order to maintain the proper temperature of the apparatus in a low-temperature environment, it is necessary to drive the heater. Such driving of the heater causes an additional power consumption increase. However, according to the present invention, by lowering the emissivity in a low-temperature environment to minimize heat emission, there is an advantage of preventing additional power loss.

이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였으나 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니한다. 즉, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가지는 자라면 첨부된 특허청구범위의 사상 및 범주를 일탈함이 없이 본 발명에 대한 다수의 변경 및 수정이 가능하며, 그러한 모든 적절한 변경 및 수정의 균등물들도 본 발명의 범위에 속하는 것으로 간주되어야 할 것이다.Although the preferred embodiments of the present invention have been described, the present invention is not limited to the specific embodiments described above. It will be apparent to those skilled in the art that numerous modifications and variations can be made in the present invention without departing from the spirit or scope of the appended claims. And equivalents should also be considered to be within the scope of the present invention.

1 : 멤스 기반 우주용 가변 방사율 라디에이터 10 : 반도체기판
20 : 방열플레이트 21, 23 : 제1, 제2 플레이트
30 : 전극 31 : 접지전극부
33 : 일반전극부 40 : 단부마감벽
45 : 수용공간 50 : 방사율조정비드
60 : 상부마감커버 70 : 비드간섭방지벽1: MEMS-based space-variable emissivity radiator 10: semiconductor substrate
20: heat radiating plate 21, 23: first and second plates
30: Electrode 31: Ground electrode part
33: general electrode part 40: end wall
45: accommodation space 50: emissivity adjustment bead
60: upper finishing cover 70: bead interference prevention wall

Claims (6)

인공위성에 설치되는 멤스 기반 가변 방사율 라디에이터에 관한 것으로써,
반도체기판(10);
상기 반도체기판(10) 상에 설치되고 방사율이 상이한 2개의 플레이트(21, 23)가 동일평면 상에 나란히 배열되는 방열플레이트(20);
상기 반도체기판(10) 상에 설치되고 상기 방열플레이트(20)의 좌우측 단부에 각각 배치되는 전극(30);
상기 반도체기판(10) 상에 설치되고 상기 방열플레이트(20)의 전후측 단부에 각각 배치되어, 상기 전극(30)과 함께 상기 방열플레이트(20)의 상부에 수용공간(45)을 형성하는 단부마감벽(40);
상기 수용공간(45) 내에 수용되고 대전특성이 있는 재질로 형성되며, 상기 전극(30)을 통해 가해지는 전자기장 또는 플라즈마 방전에 의해 대전되는 극성에 따라 상기 방열플레이트(20) 상에서 일측 또는 타측으로 이동되면서 상기 방열플레이트(20)를 부분적으로 폐쇄하여 상기 방열플레이트(20)의 방사율을 조절하는 방사율조정비드(50); 및,
상기 전극(30)과 상기 단부마감벽(40)의 상단에 설치되어 상기 수용공간(45)을 폐쇄하는 상부마감커버(60)를 포함되는 것을 특징으로 하는 멤스 기반 우주용 가변 방사율 라디에이터.
The present invention relates to a MEMS-based variable emissivity radiator installed in a satellite,
A semiconductor substrate (10);
A heat dissipation plate (20) provided on the semiconductor substrate (10) and two plates (21, 23) having different emissivities are arranged side by side on the same plane;
Electrodes 30 disposed on the semiconductor substrate 10 and disposed at left and right ends of the heat radiation plate 20, respectively;
A plurality of heat dissipating plates 20 disposed on the semiconductor substrate 10 and disposed at front and rear ends of the heat dissipation plate 20 to form an accommodating space 45 on the heat dissipating plate 20 together with the electrodes 30, Closing wall 40;
And is moved to one side or the other side on the heat radiating plate 20 according to the polarity charged by an electromagnetic field or a plasma discharge applied through the electrode 30, An emissivity adjusting bead (50) that partially closes the heat dissipating plate (20) to adjust the emissivity of the heat dissipating plate (20); And
And an upper finishing cover (60) installed at the upper end of the electrode (30) and the end finishing wall (40) to close the accommodating space (45).
제 1 항에 있어서, 상기 전극(30)은,
상기 방열플레이트(20)의 일측에 배치되는 접지전극부(31)와, 상기 방열플레이트(20)의 타측에 배치되며 극성을 가지는 전압이 제공되는 일반전극부(33)를 포함하는 것을 특징으로 하는 멤스 기반 우주용 가변 방사율 라디에이터.
The electrode assembly according to claim 1, wherein the electrode (30)
A ground electrode part 31 disposed on one side of the heat dissipating plate 20 and a common electrode part 33 disposed on the other side of the heat dissipating plate 20 and provided with a voltage having a polarity MEMS-based space-saving variable emissivity radiator.
제 2 항에 있어서,
상기 방열플레이트(20) 중 방사율이 상대적으로 낮은 제1 플레이트(21)는 상기 접지전극부(31) 측에 배열되고 상기 방열플레이트(20) 중 방사율이 상대적으로 높은 제2 플레이트(23)는 상기 일반전극부(33) 측에 배열되는 것을 특징으로 하는 멤스 기반 우주용 가변 방사율 라디에이터.
3. The method of claim 2,
The first plate 21 having a relatively low emissivity in the heat dissipation plate 20 is arranged on the ground electrode unit 31 side and the second plate 23 having a relatively high emissivity in the heat dissipation plate 20 And is arranged on the side of the common electrode section (33).
제 1 항에 있어서, 상기 방사율조정비드(50)는,
상기 전극(30)을 통해 (+)극성의 전자기장 또는 플라즈마 방전이 발생될 경우 상기 방사율조정비드(50)는 상기 방열플레이트(20) 중 방사율이 상대적으로 낮은 제1 플레이트(21) 측으로 이동되어 상기 방열플레이트(20)의 방사율을 증가시키고, 상기 전극(30)을 통해 (-)극성의 전자기장 또는 플라즈마 방전이 발생될 경우 상기 방사율조정비드(50)는 상기 방열플레이트(20) 중 방사율이 상대적으로 높은 제2 플레이트(23) 측으로 이동되어 상기 방열플레이트(20)의 방사율을 감소시키는 것을 특징으로 하는 멤스 기반 우주용 가변 방사율 라디에이터.
The method of claim 1, wherein the emissivity adjusting bead (50)
When a positive polarity electromagnetic field or a plasma discharge is generated through the electrode 30, the emissivity adjusting bead 50 is moved toward the first plate 21 having a relatively low emissivity among the heat dissipation plates 20, The emissivity of the heat dissipation plate 20 is increased and when the electromagnetic field or the plasma discharge of the negative polarity is generated through the electrode 30, Is moved toward the second high plate (23) side to reduce the emissivity of the heat dissipating plate (20).
제 1 항에 있어서, 상기 방사율조정비드(50)는,
대전특성이 우수한 알루미나 재질로 형성되는 것을 특징으로 하는 멤스 기반 우주용 가변 방사율 라디에이터.
The method of claim 1, wherein the emissivity adjusting bead (50)
Wherein the air gap is formed of an alumina material having excellent electrification characteristics.
제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 하나의 항에 있어서,
상기 방열플레이트(20) 상에 적어도 하나 이상 설치되며, 상기 수용공간(45)을 다수의 라인으로 구획형성하여 상기 방사율조정비드(50)의 상호간섭을 방지하면서 방사율조정비드(50)의 이동을 가이드하는 비드간섭방지벽(70)을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 멤스 기반 우주용 가변 방사율 라디에이터.
6. The method according to any one of claims 1 to 5,
At least one or more of the accommodating spaces 45 are formed on the heat dissipating plate 20 so as to divide the accommodating space 45 into a plurality of lines to prevent mutual interference of the emissivity adjusting beads 50, Further comprising a bead interference-preventing wall (70) guiding the variable-emissivity radiator.
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