궤도 열 해석

의 응답 파워 스팩트럼 밀도는 랜덤 진동 해석 결과에서 가장 큰 등가 응력이 발생했 던 Z 축에 대한 해석을 수행하였다. 랜덤 파워 스팩트럼 밀도의 결과를 그림 3.15에 도시하였고 랜덤 진동에서 가장 큰 등가 응력이 발생했던 배터리에서 가장 큰 응답 파 워 스펙트럼 밀도가 발생했지만, 배터리 부분에서 보이는 피크의 주파수를 살펴보면 각각 443Hz, 507.99Hz에서 발생했다. 이를 통해 알 수 있는 점은 초소형위성의 응답 파워 스펙트럼 밀도는 모드 해석에서 1~3차 모드와 같은 낮은 모드에서 피크점이 나타 나는 것을 확인하였다. 또한, 피크 주파수가 443Hz에서 발생하였기 때문에 발사환경에 서 위성에 큰 영향을 끼치지 않으리라고 판단되어진다.

궤도 열 해석은 NX 10.0 Space Systems Thermal을 사용하여 모델링, Mesh, 해석 조건 설정, 시뮬레이션 순서로 해석을 수행하였다. 해석 모델은 해석 결과에 큰 영향을 미치지 않는 요소(PCB 보드 소자, 나사 구멍 등)를 제외한 단순 모델링을 하였고, 해 석 방법은 해를 구하기 힘든 복잡한 모델을 유한개의 요소(Mesh)로 분할, 계산하는 수 치계산법인 유한요소법(FEM)을 사용하였고, 요소는 3D Mesh로 나누었다. 요소의 크 기가 작을수록 요소의 개수가 많아져 해석 결과는 정확해지지만, 해석 시간이 늘어나 기 때문에 적정 수준으로 결정할 필요가 있다. KMSL의 궤도 열 해석에서는 총 요소 는 49,457개로 나누어 해석을 진행하였고 모델링과 요소를 나눈 형상을 그림 3.16에 도 시하였다.

표 3.13 궤도 열 해석 입력 조건

입력 조건 극 고온 조건 극 저온 조건

고도 [km] 600

궤도 경사각 [deg] 97.79

RAAN 74.06

이심률 0.0022

태양 복사 [W/m²] 1420 1322

알베도 계수 0.35 0.3

지구 복사 [W/m²] 249 227

발열량 [W]

CS : 2.7 OBC : 1 IFB : 0.3 EPS : 0.1 BAT : 0.6 MTQR : 0.6

CS : 0.4 OBC : 1 IFB : 0 EPS : 0.1

BAT : 0 MTQR : 0

궤도 열 해석은 최악의 조건에서 위성 내부 부품이 허용 온도 범위 안에서 운용되 는지를 확인하기 위해 수행된다. 따라서 해석조건은 가장 저온일 경우(Worst Cold)와 가장 고온일 경우(Worst Hot)로 구분 지어 수행하였고, 각 조건에서의 태양 복사 열 유입량과 지구 적외선, 알베도, 위성 내부 부품의 발열 그리고 위성의 궤도 정보를 표 3.13에 정리하였다. 위성 내부 부품의 발열은 극 고온의 경우는 모든 전자 모듈이 동작 했을 경우를 가정했고, 극저온의 경우는 위성 운용을 위한 최소한의 전자 모듈만이 동 작한 경우를 가정하였다. 해석은 온도가 완전히 수렴하는 것을 확인하기 위해 총 10주

기 해석을 진행하였다.

가) 극 고온 조건 해석 결과

나) 극 저온 조건 해석 결과 그림 3.17 궤도 열 해석 결과

궤도 열 해석 결과를 그림 3.17에 도시하였다. 극 고온에서는 대다수의 전자 모듈이 0도 이상임을 보이고, 발열이 가장 많은 OBC의 온도가 약 40도로 가장 높았고, 위성 외부에 노출된 안테나가 가장 낮은 온도인 –20도까지 내려간 것을 보인다. 극 저온에 서는 OBC는 항상 20도 이상을 유지하였고, 안테나는 이클립스 구간에서 –30도까지 내려갔지만 작동 온도 이내에서 온도가 유지되는 것을 확인하였다. 해석 결과 극 고온, 극 저온 모두 시스템 부품의 작동온도 범위 이내로 들어온 것을 확인할 수 있었다. 위 성 열 설계에서 가장 중점으로 두었던 생물 육성실험 모듈 온도가 극 저온부에서 –5 도까지 내려가는 것을 확인하였지만 실제 물곰이 육성되는 인큐베이터의 온도는 0도 이상임을 확인할 수 있었다.