큐브위성, 전개 가능한 태양광 패널, 안테나 어레이, 우주 망원경과 같은 경량 우주 구조물은 발사 비용을 최소화하고 기능성을 극대화하기 위해 작고 효율적인 설계에 의존합니다. 일리노이 대학의 새로운 연구는 유연한 전자 장치를 자체 전개 가능한 붐에 통합함으로써 이러한 응용 분야에 상당한 진전을 제공합니다.
연구원들은 CubeSats에서 사용할 수 있도록 유연한 전자 장치가 통합된 20그램의 자체 전개 가능한 붐을 만들었습니다. 붐은 얇은 탄소 섬유 복합재로 만들어졌으며 열악한 공간 조건을 견디고 배치 모니터링 및 시각화를 지원하는 센서와 LED가 장착되어 있습니다.
경량 설계는 우주 구조물, 특히 작고 가벼운 위성용 도구에 매우 중요합니다. 다양성은 추가적인 장점입니다. 새로운 방식으로 이러한 요구 사항을 충족하기 위해 일리노이 대학교 어바나-샴페인 캠퍼스의 연구원들은 유연한 전자 장치와 무게가 20g에 불과한 3층 자체 전개형 붐을 성공적으로 결합했습니다.
일리노이 대학 그레인저 공과대학의 항공우주 및 항공우주 교수인 신 닝(Xin Ning)은 "이러한 초박형 구조에 상업용 전자 장치를 통합하는 것은 어렵습니다. 그리고 이 작업에 대한 아이디어는 2년 전 회의에서 시작되었습니다"라고 말했습니다.
그는 가볍고 유연한 전자 장치를 통합하는 다기능 공간 구조를 제작하는 데 있어 자신의 독특한 전문 지식을 소개했습니다.
Ning은 "이것은 NASA Langley Research Center의 Juan Fernandez의 관심을 끌었습니다. 그는 Virginia Tech에서 CubeSat 프로젝트를 위한 붐 구조를 구축하고 있었고 협력하여 단순한 구조가 아닌 구조에 다기능 장치를 추가할 수 있는 기회를 보았습니다"라고 Ning은 말했습니다.
궁극적으로 전자 장치를 수용하는 데 사용되는 붐은 NASA Langley Research Center에서 제작되었습니다. 3층 탄소섬유와 에폭시 수지 복합재로 종이 한 장 정도의 두께로 매우 얇아지도록 설계되었습니다. 줄자처럼 말아서 공간에서 풀릴 때까지 코일에 에너지를 저장할 수 있습니다.
Ning은 "Virginia Tech는 우리에게 특정한 요구 사항을 갖고 있으며 그 중 일부는 우리에게 어려움을 안겨줍니다."라고 말했습니다. "하나는 길이였습니다. 그들은 종이처럼 얇은 복합 재료에 1미터가 넘는 길이의 전원 및 데이터 라인을 내장하기를 원했습니다. 우리는 다양한 재료와 기술을 시도했습니다. 궁극적으로 우리는 절연체로 코팅된 시중에서 판매되는 얇은 와이어를 사용했고 성공했습니다. 처음에는 그것을 과도하게 고려한 것 같습니다. 우리는 더 어렵고 복잡한 방법을 시도했지만 모두 실패했습니다. 이것은 쉽게 구할 수 있는 기성 와이어를 사용하는 간단하고 안정적인 솔루션이었습니다."
또 다른 핵심 구성 요소는 모션 센서, 온도 센서 및 파란색 발광 다이오드가 모두 붐 상단에 장착된 가볍고 유연한 전자 패치입니다. Ning은 전자 부품이 우주의 혹독한 열 진공 조건을 견딜 수 있어야 하며 동시에 코일 붐의 갑작스러운 전개를 견딜 수 있을 만큼 유연성을 유지해야 한다고 설명합니다. 모션 센서는 붐의 배치와 진동을 모니터링하고 파란색 발광 다이오드는 CubeSat 카메라가 배치 후 우주의 구조를 볼 수 있도록 도와줍니다.
Ning의 팀은 유연한 전자 장치를 갖춘 쌍안정 붐의 기계적 특성과 배치 및 진동 동작을 조사하기 위해 포괄적인 지상 실험과 시뮬레이션을 수행했습니다. 이러한 기본 연구는 미래의 다기능 공간 구조 설계에 대한 귀중한 통찰력을 제공할 수 있습니다. "우리는 또한 유연한 전자 장치를 우주 환경에서 더욱 내구성 있게 만들어 이를 보호하고 우주 환경에서 더 오래 작동할 수 있도록 노력하고 있습니다."
다목적 붐을 장착한 버지니아공대 3기 큐브샛은 2025년 발사될 예정이다.
/ScitechDaily에서 편집됨