In the satellites carrying sensitive payloads, microvibration is a significant factor in performance degradation. The Control Moment Gyroscope(CMG), used for attitude control in agile satellites, is a well-known source of microvibration, stemming from imbalances and irregularities in its high-speed flywheel. The satellite's structure, characterized by low damping properties, transmits these microvibration to the sensitive payloads, making it crucial to isolate these vibrations at their source. This study introduces a novel hexapod microvibration isolator based on the Stewart platform for CMG. A single-axis microvibration isolator was designed and tested using welded bellows and silicone oil, aiming to achieve a low resonance peak and a high roll-off rate. Additionally, a single-axis HSLDS microvibration isolator incorporating a PM NS unit was developed and evaluated to exhibit strong hardening behavior for low-frequency inputs, facilitating smooth torque transmission of the CMG. The effects of various configurations on the force transmissibility of the Stewart platform were subsequently analyzed under fixed strut length and mass-limited conditions to identify an optimized configuration for Stewart platform-based microvibration isolators compared to the commonly employed cubic configuration. Building on this, a hexapod microvibration isolator was fabricated and tested with both cubic and alternative configurations, including an analysis of CMG-induced microvibration. Performance tests revealed that the hexapod isolator with an alternative configuration exhibited more stable performance, avoiding the severe degradation observed in the cubic configuration. Finally, HSLDS hexapod microvibration isolator was analyzed using an MBD model to investigate the hardening behavior of the HSLDS single-axis microvibration isolator and to assess the effects of configuration under mass-limited conditions on CMG torque transmission and the microvibration problem.
민감한 탑재체를 운용하는 위성에서 미소진동은 탑재체 성능 저하의 주요 원인이다. 고기동 위성의 자세 제어에 사용되는 제어모멘트자이로에서 고속으로 회전하는 플라이휠의 불균형과 베어링 내부의 불균일함으로 인해 미소진동이 발생하는데, 감쇠가 낮은 위성 본체는 이러한 미소진동을 민감한 탑재체로 전달하기 때문에 진동원 부근에서 미소진동을 절연하는 것이 매우 중요하다. 본 연구에서는 제어모멘트자이로에서 발생하는 미소진동에 대응하기 위해 스튜어트 플랫폼 기반의 새로운 헥사포드 미소진동 절연장치를 제안한다. 용접 벨로우즈와 실리콘 오일을 이용하여 단축 미소진동 절연 장치를 설계, 성능 평가를 수행하였으며, 낮은 공진 증폭과 높은 롤오프율을 달성하였다. 또한, 영구자석을 이용한 음강성 요소를 포함한 정적 고강성 및 동적 저강성 특성을 갖는 단축 미소진동 절연장치를 개발하여 제어모멘트자이로의 원할한 토크 전달에 필요한 저주파 입력에 대한 강한 경화 거동을 실험적으로 평가하였다. 이후, 스튜어트 플랫폼의 다양한 배치에 따른 힘 전달률을 고정 스트럿 길이 및 질량 제한 조건 하에서 분석하여 일반적으로 사용되는 입방체 배치 대비 낮은 스튜어트 플랫폼 기반 미소진동 절연장치 배치를 도출하였다. 이를 이용하여 헥사포드 미소진동 절연장치를 제작하고, 제어모멘트자이로 구동 하에 입방체 배치 및 대안적 배치에서 미소진동 절연 성능을 실험적으로 비교 검증하였다. 성능 시험 결과, 대안적 배치를 적용한 헥사포드 미소진동 절연장치는 입방체 구성에서 나타나는 성능 저하를 피하고 넓은 주파수대역에서 보다 안정적인 성능을 보였다. 마지막으로, 정적 고강성 및 동적 저강성 헥사포드 미소진동 절연 장치를 다물체 동역학 모델로 분석하여 정적 고강성 및 동적 저강성 미소진동 절연장치의 경화 거동과 질량 제한 조건에서의 구성 효과가 제어모멘트자이로의 토크 전달 및 미소진동 절연 성능에 미치는 영향을 평가하였다.
