1m 해상도, 200km 폭을 가지는 대형 우주 외축 3반사 카메라 프레임 지지 구조물의 경량화 및 고강도 설계 요구에 대응하여 경량 분할 지지 구조를 설계하였다. 대형 우주 외축 3반사 카메라 개발 요구를 출발점으로, 비강성, 열 안정성 및 가공 공정 등을 종합적으로 고려하여 성능이 우수한 고체분산 SiCp/Al 복합재료를 선정하였다. 이후 구조 질량 분율을 제약 조건으로 하여 기본 진동수를 목표 함수로 하는 토폴로지 최적화 수학 모델을 구축하여 각 분할 구조의 최적 하중 전달 경로를 도출하였다. 이어서 주 지지 구조 각 부분의 치수를 2차 최적화하여 각 분할 구조의 최적 구성과 최적 설계 치수를 도출하였다. 설계된 분할 지지 구조의 총 중량은 227.8kg이며, 경량화율은 93.9%에 달해 고경량화 및 고강도 요구를 충족하였다. 유한 요소 해석 결과 및 기계적 실험 결과는 분할 지지 구조가 원격 탐지 카메라 전체 기본 진동수가 50Hz 이상인 강성 요구를 만족하며, 5℃ 온도 상승 조건에서 반사경 변형이 허용 오차 범위 내임을 나타내며, 위성 플랫폼의 광학 하중 요구에 완전히 부합함을 보여준다. 진동 실험 전후 반사경 조립체의 상대 변위 각도는 22″를 초과하지 않아 안정성이 우수하며, 토폴로지 최적화 및 치수 최적화 방법의 합리성과 타당성을 입증하였다. 본 논문에서 제안한 분할 지지 구조 설계는 대형 우주 외축 카메라 지지 설계에 높은 공학적 실용 가치를 가진다.

대형 우주 카메라;토폴로지 최적화;분할 지지;경량화;치수 최적화