Jet Propulsion Laboratory has traditionally performed system level vibration testing of flight spacecraft. There have been many discussions in the aerospace community for more than a decade about spacecraft vibration testing benefits or lack thereof. The benefits and potential issues of fully assembled flight spacecraft vibration testing are discussed herein. The following specific topics are discussed: spacecraft screening test to uncover workmanship problems for launch dynamics environments, force- and moment-limited vibration testing, potential issues with structural frequency identification using base shake test data, and failures related to vibration shaker testing and ways to prevent them.
"KAGUYA"(SELENE) is a Japanese Lunar Explorer launched by H-IIA rocket from Tanegashima Space Center on 14 September 2007. The dual-mode bipropellant propulsion subsystem of KAGUYA includes two fuel tanks, an oxidizer tank, propellant and pressurant control components, twelve monopropellant 20N thrusters, eight monopropellant 1N thrusters, and a bipropellant 500N Orbit Maneuver Engine(OME). Once the KAGUYA separated from the rocket, it circled the Earth twice and traveled to the Moon, where it entered lunar orbit. All maneuvers were performed through multiple 500N OME/20N thruster firings. This paper describes the in-space performance of KAGUYA Lunar Explorer bipropellant propulsion subsystem.
Heaters for the spacecraft propulsion system are sized to prevent propellant from catastrophic freezing. For this purpose, thermal mathematical model (TMM) of the propulsion system is developed. Calculation output is compared with the results obtained from thermal vacuum test in order to check the validity of TMM. Despite a little discrepancy between the two types of results, both of them are qualitatively compatible. It is concluded that the propulsion system heaters are correctly sized and TMM can be used as a thermal design tool for the spacecraft propulsion system.
Thermal behavior of spacecraft propulsion system utilizing monopropellant hydrazine ($N_2$H$_4$) is addressed in this paper. The thermal-control performance to prevent propellant freezing in spacecraft-operational orbit was test-verified under simulated on-orbit environment. The on-orbit environment was thermally achieved in space-simulation chamber and by the absorbed-heat flux method that implements an artificial heating through to the spacecraft bus panels enclosing the propulsion system.
우주비행체 추진기관은 로켓엔진의 일종으로 인공위성, 우주탐사선 등의 임무수행을 위해 사용되며 인공위성 자세제어 및 궤도조정을 위한 수요에 따라 1950년대 말부터 개발되기 시작하였다. 우주비행체에 사용되는 추진시스템은 발사체와 달리 상대적으로 긴 기간의 임무수행이 요구되며, 이에 따라 추진제의 안정성 및 추진시스템의 내구성이 설계에 매우 중요한 요소가 된다. 최근에 우주추진 분야에서 주목받는 기술은 이온성 액체를 이용한 친환경 추진과 전기추진만으로 추진시스템을 구성하는 기술로 국내에서도 체계적인 연구개발이 필요하다. 본 논문에서는 우주추진기관의 국내외 현황 및 주목받는 기술들을 나열하고 이에 따른 개발 전망을 간략히 소개하였다.
단기액체 하이드라진 ($N_2$$H_4$) 추진제를 사용하는 인공위성 추진시스템의 열적 거동을 기술한다. 운용궤도에서 액체추진제의 동결을 방지하기 위한 열제어 성능이 모사궤도환경하에서 시험, 검증되었다. 궤도 열환경은, 우주환경 모사챔버내에서 흡수열유속법에 의해 구현되었다 흡수열유속법은 추진시스템을 감싸고 있는 위성체 버스패널에 인위적인 가열을 하여 열환경을 모사하는 방법이다. 시간대별로 얻어진 추진계 구성품의 온도분포가 제시되고 이 열적 거동은 각 구성품들의 열제어를 위하여 장착된 비행용 히터의 작동 사이클 수로 변환된다. 작동 사이클 수는 전력으로 환산되어 추진시스템의 열제어를 위하여 운용제도에서 요구되는 총전력량을 예측가능하게 한다. 부가적으로, 인공위성의 열평형상태에서 얻어진 추진계구성품들의 주기적 온도가 설계허용온도와 비교되고 시스템검증의 시각에서 평가된다.
Johnson, Les;Young, Roy;Barnes, Nathan;Friedman, Louis;Lappas, Vaios;McInnes, Colin
International Journal of Aeronautical and Space Sciences
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제13권4호
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pp.421-427
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2012
Solar Sail propulsion has been validated in space (IKAROS, 2010) and soon several more solar-sail propelled spacecraft will be flown. Using sunlight for spacecraft propulsion is not a new idea. First proposed by Frederick Tsander and Konstantin Tsiolkovsky in the 1920's, NASA's Echo 1 balloon, launched in 1960, was the first spacecraft for which the effects of solar photon pressure were measured. Solar sails reflect sunlight to achieve thrust, thus eliminating the need for costly and often very-heavy fuel. Such "propellantless" propulsion will enable whole new classes of space science and exploration missions previously not considered possible due to the propulsive-intense maneuvers and operations required.
최근에 우주비행체의 기동 및 자세제어 로직을 검증하기 위해 소형화 및 정밀화된 부품들을 사용하여 지상에서 시뮬레이터의 구동을 통해 검증하는 연구가 활발하게 진행되는 추세이다. 지상 환경에서 우주비행체 시뮬레이터의 기동 및 자세제어를 위해 일반적으로 구성이 간단하고 신뢰도가 높은 냉가스 추진시스템이 사용된다. 본 연구에서는 우주비행체 지상시뮬레이터의 냉가스 추진시스템 개념설계 결과로서 임무 요구조건에 부합하는 주요 설계 파라미터를 도출하였으며, 전체 시스템 구성을 위한 적절한 사양의 상용부품을 선정하였다.
To realize magnetic sails, momentum of the solar wind should be efficiently transferred to a spacecraft via magnetic field, which is produced around a spacecraft. In this paper, two important physical processes are addressed: 1) diffusive processes caused by plasma turbulence at the magnetospheric boundary around the spacecraft; and 2) field aligned current loops that will electrically connect the magnetospheric boundary and the spacecraft. The idea of the magnetic sails will be demonstrated by an experimental simulator, in which a fast plasma beam will penetrate into a dipole magnetic field. For that purpose, the two important physical processes should be scaled down to a small laboratory experiment in a space chamber. From the scaling considerations, the interaction can be scaled down if high-speed and high-density $(10^{19}m^{-3})$ plasma jet is used with 1-T-class magnetic field.
지상 조건에서 우주비행체의 기동 및 자세제어 로직을 검증하기 위한 일반적인 방법으로는 우주비행체 설계단계에서 비행 소프트웨어를 이용한 시뮬레이션과 우주비행체 조립 후 시스템 수준에서의 통합 기능시험이 있다. 최근에는 소형화 및 정밀화된 부품들을 사용함으로써 지상에서도 시뮬레이터의 구동을 통해 우주비행체의 기동 및 자세제어 로직을 검증하는 연구가 활발하게 진행되는 추세다. 본 연구에서는 우주비행체 시뮬레이터의 개념설계 수행시 필요한 기초 데이터를 도출하기 위해 시뮬레이터용 냉가스 추진시스템에 대한 연구개발 동향 및 주요 성능 특성에 대해 조사하였다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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