우주용 쉴딩 시스템에 적용할 복합재료 평판의 초고속 충돌 해석

Abstract

우주 구조물을 위협하는 여러 요소들 중 MMOD(MicroMeteoroid and Orbital Debris)는 약 8~70km/s의 속도로 우주 구조물과 충돌하여 큰 피해를 주고 있다. 이러한 피해로부터 우주 구조물을 보호하기 위해서 현재 다양한 위플 쉴드가 연구, 적용되고 있다. 위플 쉴드에는 알루미늄이 주로 사용되고 있지만, 복합재료의 사용도 증가하고 있어 본 연구에서는 알루미늄과 복합재료의 초고속 충돌 특성을 유한 요소 해석을 통해 비교하였다. 충격체는 직경 5.5mm인 알루미늄 2017-T4의 구를 사용하였고, 알루미늄 평판은 6061-T6, CFRP 평판은 T300/5208을 사용하였다. 충격체의 초기 충돌 속도는 1km/s이다. 충돌 후 충격체의 운동에너지는 알루미늄 평판의 경우 약 64J 감소하였고, CFRP 평판의 경우 약 63J 감소하였다. 비슷한 충돌 에너지 흡수 정도를 보이고 있지만, 밀도를 비교해 보았을 때 CFRP가 약 1.7배 가볍기 때문에 방탄 특성이 더 좋다고 할 수 있다.