우주 탐사선용 태양 전지판의 먼지 제거 장치

우주 탐사선용 태양 전지판의 먼지 제거 장치{Dust removing apparatus of solar cell panel for space exploration probe}

본 발명은 달 또는 행성을 탐사하는 우주 탐사선에 관한 것으로, 더 상세하게는 태양으로부터 에너지를 공급받는 우주 탐사선용 태양 전지판의 먼지 제거 장치에 관한 것이다.

일반적으로, 우주 탐사선은 달 또는 행성의 표면 상태, 대기 상태, 우주 물질 등을 탐사하는 것으로, 다양한 탐사 장치가 탑재됨과 함께 이들의 동력원으로 태양 에너지를 이용하기 위해 태양 전지판이 함께 탑재된다.

태양 전지판이 탑재되어 에너지를 지속적으로 공급해줄 수는 있으나, 달 표면의 먼지로 인해 태양 전지판의 성능이 떨어지는 문제가 있다. 구체적으로, 달 표면의 먼지는 달 표면 환경으로 인해 외부의 고 에너지 입자들에 의해 대전된 상태로 떠다니다가 우주 탐사선의 태양 전지판에 들러 붙어 태양 전지판의 성능을 떨어뜨린다.

특히, 금속성 성질을 띤 이 먼지 입자들은 태양 복사나 고 에너지 입자들에 의해 전하가 떨어져 나가고 양이온으로 존재하여 태양 전지판에 전기적으로 붙어있는 상태여서 제거하기 어렵고, 제거하는 과정에서 태양 전지판의 표면이 긁히기 쉽다

이러한 문제를 해결하기 위해, 종래의 기술로 한국등록특허 제10-1160675호에 개시된 먼지제거수단이 구비된 태양광 발전기는, 도 5에 도시된 바와 같이, 좌우로 긴 바 형상으로 구성되어 태양 전지판(2)의 상면에 승강 가능하게 결합되는 도전체(31)와, 상기 도전체(31)에 나사 결합되는 리드스크류(33a)와, 그리고 상기 리드스크류(33a)를 정역 회전시키는 구동모터(33b)를 포함하여, 태양 전지판(2)의 상면에 먼지가 쌓이면 리드스크류(33a) 및 구동모터(33b)에 의해 도전체(31)가 태양 전지판(2)의 상면을 승강하면서 태양 전지판(2)의 먼지를 흡착하여 제거한다.

하지만, 종래의 기술은 지구와 같은 일반 환경에서는 적합하게 사용할 수 있으나 우주 공간이라는 특수한 환경에서는 온도나 중력 등의 영향으로 인해 구동모터(33b)의 내부 베어링 등에 고장이 발생하는 등 사용상 문제가 있었다.

본 발명의 기술적 과제는, 우주 공간이라는 특수한 환경에서 태양 전지판의 먼지를 안정적으로 제거할 수 있는 우주 탐사선용 태양 전지판의 먼지 제거 장치를 제공하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 실시예에 따른 우주 탐사선용 태양 전지판의 먼지 제거 장치는, 탐사선 몸체 및 태양 전지판을 포함한 우주 탐사선용 태양 전지판의 먼지 제거 장치에 있어서, 상기 탐사선 몸체에 일측이 구비되며 상기 태양 전지판의 가장자리에 그 길이 방향을 따라 길게 놓이는 레일; 상기 레일에 일단이 구비되며 형상 기억 합금 재질로 이루어진 형상 기억 부재; 상기 형상 기억 부재를 신축시키기 위해 상기 형상 기억 부재를 가열 또는 냉각시키는 열원; 및 상기 형상 기억 부재의 타단에 구비되어 상기 형상 기억 부재의 신축으로 상기 레일을 따라 이동하면서 상기 태양 전지판의 표면의 먼지를 제거하는 먼지 제거부를 포함한다.

상기 형상 기억 부재는 코일 형태로 감긴 형상 기억 스프링일 수 있다.

상기 레일은, 중공된 원통 형상의 레일 몸체; 및 상기 레일 몸체의 길이 방향을 따라 길게 형성되며 상기 레일 몸체의 중공부와 연통되는 슬롯을 포함할 수 있고, 상기 형상 기억 스프링은 상기 레일 몸체의 중공부에 내장될 수 있으며, 그리고 상기 먼지 제거부는 상기 슬롯을 통해 상기 형상 기억 스프링에 연결될 수 있다.

상기 먼지 제거부는, 상기 태양 전지판의 먼지를 흡착하여 제거하기 위해 정전기 유도 방식으로 이루어질 수 있다.

상기 먼지 제거부는, 상기 슬롯을 통해 상기 형상 기억 스프링에 일단이 연결되는 연결 브라켓; 상기 연결 브라켓의 타단에 구비되며 상기 태양 전지판의 표면과 이격된 상태로 상기 태양 전지판을 가로질러 놓이는 정전기 유도 막대; 및 상기 정전기 유도 막대에 정전기를 발생시키는 정전기 발생부를 포함할 수 있다.

상기 먼지 제거부는, 상기 정전기의 극성을 절환시키는 극성 절환부를 더 포함할 수 있다.

상기 레일은 지지 브라켓에 의해 상기 탐사선 몸체에 구비될 수 있다.

상기 우주 탐사선은 달 또는 행성 탐사선일 수 있다.

이상에서와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 우주 탐사선용 태양 전지판의 먼지 제거 장치는 다음과 같은 효과를 가질 수 있다.

본 발명의 실시예에 의하면, 열원 및 형상 기억 부재를 통해 먼지 제거부를 이동시키는 기술구성을 가지므로, 우주 공간이라는 특수한 환경에서도 먼지 제거부의 이동을 안정적으로 구현할 수 있는 등 태양 전지판의 먼지를 안정적으로 제거할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에 의하면, 먼지 제거부가 정전기 유도 방식으로 이루어지므로, 먼지 제거부를 태양 전지판의 표면과 간격을 둔 상태에서 태양 전지판의 표면의 먼지를 제거할 수 있어 태양 전지판의 표면이 긁히는 현상을 미연에 막을 수 있고, 양 전하 또는 음 전하를 띤 먼지 입자를 원활하게 제거할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 우주 탐사선용 태양 전지판의 먼지 제거 장치를 개략적으로 나타낸 사시도이다.
도 2는 도 1의 먼지 제거 장치를 II-II 선으로 잘라본 개략적 단면도이다.
도 3은 도 1의 먼지 제거 장치를 III-III 선으로 잘라서 레일 및 형상 기억 부재 위주로 나타낸 것으로, 형상 기억 부재가 수축된 상태를 개략적으로 나타낸 단면도이다.
도 4는 도 3의 형상 기억 부재가 신장되어 먼지 제거부가 도면상 우측으로 이동된 상태를 나타낸 도면이다.
도 5는 종래의 먼지제거수단이 구비된 태양광 발전기를 나타낸 평면도이다.

이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 우주 탐사선용 태양 전지판의 먼지 제거 장치를 개략적으로 나타낸 사시도이고, 도 2는 도 1의 먼지 제거 장치를 II-II 선으로 잘라본 개략적 단면도이다.

도 3은 도 1의 먼지 제거 장치를 III-III 선으로 잘라서 레일 및 형상 기억 부재 위주로 나타낸 것으로, 형상 기억 부재가 수축된 상태를 개략적으로 나타낸 단면도이고, 도 4는 도 3의 형상 기억 부재가 신장되어 먼지 제거부가 도면상 우측으로 이동된 상태를 나타낸 도면이다.

본 발명의 일 실시예에 따른 우주 탐사선용 태양 전지판의 먼지 제거 장치는, 탐사선 몸체(10) 및 태양 전지판(20)을 포함한 우주 탐사선용 태양 전지판의 먼지 제거 장치로, 도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 레일(rail)(110)과, 형상 기억 부재(120)와, 열원(130)과, 먼지 제거부(140)를 포함한다.

레일(110)은, 도 1에 도시된 바와 같이, 탐사선 몸체(10)에 그 일측이 구비되며 태양 전지판(20)의 가장자리에 그 길이 방향을 따라 길게 놓인다. 예를 들어, 도 2에 도시된 바와 같이, 레일(110)은 태양 전지판(20)의 좌측 및 우측 가장자리에 각각 놓일 수 있고, 지지 브라켓(113)에 의해 그 일측이 탐사선 몸체(10)에 구비될 수 있다. 보다 구체적으로, 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 레일(110)은 레일 몸체(111)와 슬롯(slot)(112)을 포함할 수 있다. 레일 몸체(111)는 중공된 원통 형상을 할 수 있고, 슬롯(112)은 레일 몸체(111)의 길이 방향을 따라 길게 형성될 수 있다. 따라서, 형상 기억 부재(120)는 레일 몸체(111)의 중공부(112a)에 내설된 상태에서 슬롯(112)을 통해 먼지 제거부(140)와 연결될 수 있다.

형상 기억 부재(120)는, 도 3에 도시된 바와 같이, 형상 기억 합금 재질로 이루어지며 레일(110)에 그 일단이 구비될 수 있다. 예를 들어, 형상 기억 부재(120)는 코일 형태로 감긴 형상 기억 스프링(121)일 수 있다. 특히, 형상 기억 스프링(121)이 코일 형태로 감겨 대략 원통 형상을 이루므로 이와 대략 동일한 형상을 갖는 상술한 레일 몸체(111)의 중공부(112a) 내에서 좌우 요동을 최소화하면서 원활하게 신축될 수 있다.

열원(130)은, 도 3에 도시된 바와 같이, 형상 기억 부재(120)를 신축시키기 위해 형상 기억 부재(120)를 가열 또는 냉각시키는 역할을 한다. 예를 들어, 열원(130)은, 도시되지는 않았지만, 탐사선 몸체(10) 또는 레일(110)에 구비되어 형상 기억 부재(120)의 온도를 높이거나 낮출 수 있다. 보다 구체적으로, 열원(130)은 고온과 저온을 생성할 수 있는 열전 모듈일 수 있다.

먼지 제거부(140)는, 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 형상 기억 부재(120)의 타단에 구비되어 형상 기억 부재(120)의 신축으로 레일을 따라 이동하면서 태양 전지판(20)의 표면의 먼지를 제거하는 역할을 한다. 예를 들어, 먼지 제거부(140)는, 태양 전지판(20)의 먼지를 흡착하여 제거하기 위해 정전기 유도 방식으로 이루어질 수 있다. 보다 구체적으로, 먼지 제거부(140)는, 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 연결 브라켓(141)과, 정전기 유도 막대(142)와, 정전기 발생부(143)를 포함할 수 있다. 연결 브라켓(141)은 슬롯(112)을 통해 형상 기억 스프링(121)에 그 일단이 연결될 수 있고, 정전기 유도 막대(142)는 연결 브라켓(141)의 타단에 구비되며 태양 전지판(20)의 표면과 이격된 상태로 태양 전지판(20)을 가로질러 놓일 수 있으며, 그리고 도 2에 도시된 바와 같이 정전기 발생부(143)는 정전기 유도 막대(142)와 전기적으로 연결되어 정전기 유도 막대(142)에 정전기를 발생시킬 수 있다.

나아가, 상술한 먼지 제거부(140)는, 도 2에 도시된 바와 같이, 정전기의 극성을 절환시키는 극성 절환부(144)를 더 포함할 수 있다. 예를 들어, 극성 절환부(144)는, 도 2에 도시된 바와 같이 정전기 유도 막대(142)와 정전기 발생부(143) 사이에 전기적으로 연결될 수도 있고, 도시되지는 않았지만 정전기 발생부(143) 내에 구비될 수도 있다. 특히, 극성 절환부(144)를 갖는 이유는, 예를 들어 태양 전지판(20)의 표면에 있는 먼지 입자가 양 전하를 띨 경우 정전기 유도 막대(142)의 극성을 음 전하 상태로 만들어 정전기 유도 막대(142)로 먼지 입자의 흡착을 유도하고, 정전기 유도 막대(142)의 먼지를 제거할 경우에는 먼지 입자의 극성과 동일하게 정전기 유도 막대(142)의 극성을 양 전하 상태로 절환시켜 먼지 입자의 제거를 유도하기 위함이다.

한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 우주 탐사선용 태양 전지판의 먼지 제거 장치는 달 탐사선 또는 행성 탐사선에 사용될 수 있다.

이하, 도 1 내지 도 4를 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 우주 탐사선용 태양 전지판의 먼지 제거 장치의 동작을 설명한다.

먼저, 태양 전지판(20)의 표면에 붙은 양 전하를 띤 먼지를 제거하기 위해, 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 정전기 발생부(143)를 이용하여 정전기 유도 막대(142)를 음 전하 상태로 만든다.

그리고 나서, 도 3에 도시된 바와 같이, 열원(130)을 이용하여 형상 기억 스프링(121)을 가열하면 형상 기억 스프링(121)이 신장되면서 연결 브라켓(141) 및 이와 연결된 정전기 유도 막대(142)를 도면상 우측으로 이동시키게 된다. 이렇게 도면상 우측으로 이동되는 동안, 태양 전지판(20)의 표면에 붙어 있던 양 전하를 띤 먼지 입자들은 순차적으로 음 전하 상태의 정전기 유도 막대(142)에 흡착된다.

정전기 유도 막대(142)가 형상 기억 스프링(121)의 신장에 의해 태양 전지판(20)의 끝단에 이르면, 극성 절환부(144)를 이용하여 정전기 유도 막대(142)를 먼지 입자와 동일하게 양 전하 상태로 절환시켜, 정전기 유도 막대(142)에 흡착된 먼지 입자를 정전기 유도 막대(142)로부터 떨어뜨린다.

필요에 따라, 상술한 과정을 반복하면서 태양 전지판(20)의 표면의 먼지 입자를 제거할 수 있다. 참고로, 먼지 입자가 양 전하를 띤 것으로 하여 설명하였으나, 음 전하를 띨 수도 있으며, 먼지 입자가 음 전하를 띨 경우 정전기 유도 막대(142)가 먼지 입자를 흡착하기 위해서는 정전기 유도 막대(142)는 양 전하로 유도되어야 할 것이다.

이상에서와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 우주 탐사선용 태양 전지판의 먼지 제거 장치는 다음과 같은 효과를 가질 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 의하면, 열원(130) 및 형상 기억 부재(120)를 통해 먼지 제거부(140)를 이동시키는 기술구성을 가지므로, 우주 공간이라는 특수한 환경에서도 먼지 제거부(140)의 이동을 안정적으로 구현할 수 있는 등 태양 전지판(20)의 먼지를 안정적으로 제거할 수 있다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 의하면, 먼지 제거부(140)가 정전기 유도 방식으로 이루어지므로, 먼지 제거부(140)를 태양 전지판(20)의 표면과 간격을 둔 상태에서 태양 전지판(20)의 표면의 먼지를 제거할 수 있어 태양 전지판(20)의 표면이 긁히는 현상을 미연에 막을 수 있고, 양 전하 또는 음 전하를 띤 먼지 입자를 원활하게 제거할 수 있다.

이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.

10: 탐사선 몸체 20: 태양 전지판
110: 레일 111: 레일 몸체
111a: 중공부 112: 슬롯
113: 지지 브라켓 120: 형상 기억 부재
121: 형상 기억 스프링 130: 열원
140: 먼지 제거부 141: 연결 브라켓
142: 정전기 유도 막대 143: 정전기 발생부
144: 극성 절환부