본 논문은 틸트-덕트 수직이착륙 비행로봇을 위한 동력계통의 설계, 개발 및 시험 결과를 기술한다. 본 연구에서는 R/C 모터보트에 적용되는 소형 수냉식 엔진을 이용하여 비행로봇의 탑재 및 비행체와 인터페이스에 대한 하드웨어 개발 사항을 기술하였다. 또한 지상시험과 안전줄 시험을 통해 비행체의 추력 성능을 측정하고 동력계통의 내구성 결과가 제시되었다.

본 기술논문은 정지궤도위성의 탑재 궤도 생성 알고리듬 개발에 대하여 다루고 있다. 정지궤도위성 실시간 궤도 생성에 사용되었던 기존 알고리듬의 정밀도를 향상시키기 위한 연구 결과를 제시하였다. 여기서 제시한 알고리듬을 토대로 궤도 오차 요인들의 영향성 분석을 수행하였다. 분석 결과, 초기 궤도 결정 오차가 50 m 이내이고, 지상시스템과 탑재 컴퓨터에서 사용되는 위성위치각 (sidereal oscillator) 오차가 ${\pm}0.0025deg$ 이내로 유지되어야만 궤도 요구조건을 만족함을 알 수 있었다. 본 알고리듬에 대한 탑재코드 개발이 이루어졌으며, 소프트웨어 기반 검증 시뮬레이터를 사용한 성능 검증이 수행되고 있다.

네 개의 반작용휠이 장착된 위성에 두 개의 우주검증용 제어모멘트자이로가 탑재되었다고 가정하고, 이들을 이용한 위성 고기동 방법에 대해서 연구해 보았다. 토크가 큰 제어모멘트자이로를 먼저 사용하여 위성의 자세오차를 줄인 후에, 반작용휠을 통해 나머지 자세오차를 제어하는 방법을 제안하였다. 본 방법을 사용할 경우, 제어모멘트자이로에서 발생하는 특이점 문제를 회피할 수 있으며, 토크 명령 계산시 김벌각 정보가 필요 없다는 장점이 있다. 또한 시뮬레이션을 통해, 본 방법이 기존에 연구된 방법들에 비해 위성의 기동성능에는 큰 차이가 없으며, 필요한 반작용휠의 모멘텀도 크게 줄어드는 것을 확인하였다.

지상에서 위성의 상태를 파악하기 위해 텔레메트리, 위성 이벤트, 위성 오류 정보를 활용할 수 있다. 텔레메트리는 단순히 파라미터의 값을 나타내는 반면 이벤트 및 오류 정보는 특정 동작 및 상태를 명시적으로 나타낸다. 특히 이벤트는 지상 명령 수행 정보도 저장하므로 상태의 기록 뿐아니라 특정 조치의 내용도 포함한다. 기존에는 이러한 정보들을 지상에서 운영자가 취합 하여 위성의 상태 확인에만 수동적으로 사용 하였다. 그러나 최근 개발되는 위성의 수가 늘어나면서 지상에서 확인해야 할 정보의 양이 급격히 증가함에 따라 운영의 부담이 증가하고 있다. 또한 위성에 문제 발생 시 신속한 조치가 중요한데 운영자가 개발자에게 문제 보고 및 조치를 취하는 과정에서 시간 지연이 발생하게 된다. 이에 본 논문에서는 위성에서 연속적으로 발생하는 이벤트 시퀀스를 내용에 따라 구분하여 수집, 저장하여 특정 이벤트 발생 시 지상에서 취해야 할 동작을 추천 혹은 자동 수행하는 위성 운영 지원 시스템을 제안한다. 이는 이벤트 정보를 능동적으로 활용하는 시스템으로 지상과의 교신 시간이 제한적인 저궤도위성의 오류 자동 복구 절차에도 활용할 수 있다.

CRC (Cyclic Redundancy Codes)는 데이터 전송 시 오류 발생 유무를 검출하기 위한 하나의 방법으로, 정지궤도복합위성(GEO-KOMPSAT 2B) 개발에서는 정지궤도환경탑재체와 위성 간의 GRDDP (GOES-R Reliable Data Delivery Protocol)에 사용되고 있다. 본 논문에서는 CRC를 구현할 때 널리 사용하는 테이블 기반 CRC의 원리를 소개하고, 이를 기반으로 환경탑재체 개발에서 사용 중인 CRC8을 소프트웨어로 구현한 결과를 설명한다.

본 논문은 위성의 정밀 자세제어를 위해 사용하는 반작용 휠에 대한 소프트웨어 모델을 시뮬링크로 구현한 것에 대한 소개문서이다. 반작용 휠의 전기적인 특성 파라미터를 셋팅하고, 위성에 반작용 휠들이 장착되는 장착 각을 설정할 수 있는 기계적인 항목들 또한 포함하고 있다. 반작용 휠의 모델 방정식을 전기적 모터 방정식으로부터 유도하여, 이를 정리하였다. 또한, 구현한 반작용 휠 시뮬링크 모델을 강체에 적용하여 구동결과를 보여주고 있다.

논문은 신뢰성 높은 심우주통신을 위해 명령 및 데이터를 파일의 형태로 송/수신하는 프로토콜인 CFDP(CCSDS File Delivery Protocol)의 개발을 지원하기 위한 시험 및 분석 장비에 대한 소개이다. 본 논문에서는 기본적인 CFDP 설명과 CFDP-TASS(CFDP - Test Analysis & Support Set)의 개발 목적 및 기능을 소개하였다. CFDP-TASS는 OBC(On-Board Computer)와 연동하여 정상적인 상황에서의 시험뿐만 아니라 사용자가 의도적으로 오류를 생성하여 CFDP 시험 및 검증하는 기능을 보유하고 있으며, 결과 분석을 용이하게 하기 위해 시험 시 발생하는 모든 데이터를 보관/관리하고, 다양한 형태로 시험데이터를 표시하는 기능을 보유하고 있다.

본 논문에서는 적분 행렬을 이용한 수치적분 방법을 연구하였다. 비선형 운동방정식에 대한 빠른 수치적분을 수행하기 위해, 적분 행렬을 이용한 개선된 fixed point iteration 방법을 소개한다. 예제로는 궤도 운동에 대한 수치적분 예를 고려한다. 수치 예제를 통하여, 본 논문에서 연구되는 알고리듬이 적분의 정밀도는 크게 저하시키지 않음과 동시에, 계산시간 측면에서 효과적이라는 것을 보인다.

본 논문에서는 비동기 다중 레이더의 추적데이터 융합을 통한 우주 물체 추적 알고리즘을 소개하였다. 지구저궤도에 분포되어 있는 우주 물체 추적을 위하여 다중의 레이더를 사용한 추적 시나리오를 설정하였고, 각 레이더의 우주 물체 추적을 위하여 선형화 칼만 필터를 사용하였다. 샘플링 시간이 서로 다른 다중 레이더의 데이터를 융합하기 위해서 각각의 레이더에서 측정 가능한 범위를 STK/ODTK를 사용하여 결정하고, 다중 레이더가 동시에 우주 물체를 추적 하는 시간 동안 칼만 필터 기반의 비동기 융합 알고리즘을 적용하여 우주 물체의 궤도를 추정하였으며, 시뮬레이션을 통해 다중 레이더 융합을 통한 궤도 추정의 성능을 분석하였다.

큐브위성 비행 소프트웨어 개발과정에서 큐브위성과 지상국간 데이터 송수신 시험이 필요한데 지상국 구축 비용과 공간성 등을 고려해 야외용 안테나를 사용하지 않는 실내용 지상국이 적합하다. 실내용 지상국 구축시 송신 출력이 높으면 큐브위성 통신시스템의 고장을 유발할 수 있음으로 지상국의 송신 출력이 큐브위성 통신시스템의 수신 허용범위 안에 있도록 설계하고, 이를 검증해야 한다. 본 논문에서는 UHF 및 VHF 주파수를 사용하는 큐브위성과의 데이터 송수신을 위한 실내용 지상국 구축에 대해 기술한다. 특히, 송신 출력을 저감하기 위한 방법으로 감쇄기를 사용하였는데, 송신단에 감쇄기를 연결하여 송신 출력과 감쇄기 수에 따른 감쇄 정도를 측정하고 이의 결과를 분석하여 기술하였다.

본 연구에서는 다목적실용위성 3호 영상을 이용하여 지표면 상의 정규식생지수 비교 분석 하고자 한다. 산출된 다목적실용위성 3호의 정규식생지수 비교 분석을 위해 동일 지점 최소 관측 시간 오차를 가지는 고해상도 GeoEye 영상이 사용되었다. 먼저, 각 밴드별 분광 정도 산출을 위해 대기 보정이 수행되었다. 대기 보정 수행을 위한 기하 정보는 다목적실용위성 3호 보조자료에 포함된 태양천정각, 태양방위각, 위성천정각, 위성방위각, 날짜 정보이다. 그리고 대기 요소에 의한 감쇄, 산란, 흡수 정보를 물리적으로 계산하기 위해 수증기량, 오존량, 에어러솔 정보가 적용되었다. 일반적으로 정확한 대기정보를 얻기 위해서는 현장관측자료가 중요하지만, 본 연구에서는 MODIS atmospheric products를 사용하였고, 대기보정 모델에서 산출된 지면 반사도는 식생지수 산출에 사용되었다.

일반적으로 위성 영상자료 품질에 대한 요구조건 값과 사용자 측면에서의 품질사이에는 바라보는 시각에 따른 기술적인 차이가 존재한다. 실제로 아리랑위성 3호도 2012년 12월31일에 검보정 작업이 완료되어 영상자료 품질 요구조건 값들을 모두 만족하여 정상운영을 시작하였지만, 아리랑위성 3호를 위한 사용자 측면의 영상자료 품질을 별도로 정의하여 관리하고, 필요에 따라 추가 검보정 작업을 수행하고 있다. 검보정팀과 자료처리팀에서는 아리랑위성 3호 영상자료 품질보고서를 작성하여, 처리시스템에서 생성되는 영상자료의 품질을 판단하여 관리하고 있으며, 그 중에서 영상자료 품질을 저하시키는 5개의 추가 검보정 항목을 선정하였고, 현재 추가 검보정 작업을 완료하여 처리시스템에 추가하는 작업을 진행 중이다.

다목적실용위성 2호/3호 위성자료를 이용하여 지상좌표를 결정하는 방법은 Physical Model과 RFM(Rational Function Model)의 두 가지 종류가 있다. 일반적으로 사용자에게 제공되는 모델은 RFM을 기반으로 한 RPCs(Rational Function Coefficients)이며, 이때 제공되는 RPCs는 지상좌표에서 영상좌표를 계산하는 계수이다. 사용자가 정사영상을 만들 경우에는 이 계수가 유용하나, 영상에서 임의의 영상기준점에 대응하는 지상좌표를 계산하거나, 위치정확도를 확인하기는 매우 어렵다. 본 논문은 다목적실용위성에서 제공되는 RPCs를 기반으로 Inverse RPCs를 해석하는 알고리즘과 해석된 Inverse RPCs를 기반으로 지상표고를 고려한 정밀 지상좌표 해석 알고리즘을 기술하고자 한다. 또한 Inverse RPCs의 해석된 정밀지상좌표 정확도와 Physical Model과의 차이를 계산하여 정확도를 평가하고자 한다.

본 논문에서는 2013년 8월 22일 발사되어 정상 운영되고 있는 다목적실용위성 5호의 궤도정밀도를 기술하였다. 다목적실용위성 5호의 궤도결정을 위해 사용 가능한 다양한 GPS 자료에 대한 분석을 수행하였고, 궤도자료의 종류 및 처리방식에 따른 궤도정밀도를 비교하였다. 이중 주파수 GPS 수신기에서 제공되는 L1, L2 주파수에 대한 의사시선거리와 반송파 위상, GPS 위성의 정밀궤도력과 IGS 지상국 데이터를 이용하여 궤도결정을 수행한 결과 약 12.8cm($1{\sigma}$)의 위치정밀도를 확인하였다. 또한, 단일 주파수 GPS 수신기 데이터를 이용할 경우의 정밀도는 약 2m로 확인되었고, 10미터 수준의 정밀도를 갖는 GPS 항행해만을 이용할 경우, 지상 궤도결정 결과는 5m 수준임을 알 수 있었다.

천리안위성(2010년 발사)의 성공적인 개발을 바탕으로 두 기의 위성을 동시에 개발하는 정지궤도 복합위성(GEO-KOMPSAT-2) 프로그램이 진행 중이다. 정지궤도 복합위성 중 GEO-KOMPSAT-2A(GK2A)위성에는 차세대 고성능 기상 탑재체와 우주기상 탑재체가 개발 탑재될 예정이다. 국내 주도로 개발되는 우주기상 탑재체는 대한민국 최초의 정지궤도용 우주기상 센서가 될 예정이다. 세 가지 종류의 우주기상 탑재체(고에너지 입자 검출기, 자력계, 위성 대전 감시기)는 정지궤도에서 우주공간에 대한 물리적 현상(고에너지 입자 분포, 지구 주위의 자기장, 위성 대전 전류)을 관측하여 우주기상 예 경보에 활용될 목적을 가지고 있다. 본 논문에서는 GK2A위성의 부탑재체인 우주기상탑재체 개발 요구사항, 시스템 설계 및 접속 설계에 대해 요약 기술하였다.

2018년 발사를 목표로 한국항공우주연구원이 개발중인 정지궤도복합위성(GEO-KOMPSAT-2)은 사용되는 발사체에 따라 GTO(Geostationary Transfer Orbit) 혹은 SSTO(Supersynchronous Transfer Orbit)를 거쳐 정지궤도에 진입하게 된다. GTO는 오늘날 대부분의 정지궤도위성이 사용하는 방식인 반면 SSTO의 경우는 사례가 많지 않고 GTO와는 완전히 다른 기술적인 접근이 필요하다. 본 논문에서는 정지궤도복합위성에의 적용을 목표로 SSTO 운용의 제약 사항을 정리하고 SSTO로부터 정지궤도로 진입하기 위한 액체원지점엔진 점화계획을 예비적인 수준에서 구성하였다. 또한 지상추적소의 가시성을 포함한 궤도 시뮬레이션을 수행하여 구성된 계획을 검증하였다.

영상 레이더 (Synthetic Aperture Radar)는 기상 상황이나 밤낮에 관계없이 지구 표면을 고해상도로 관측을 가능하게 하는 강력하고 잘 정립된 마이크로웨이브 원격 탐사 기술이다. 본 논문은 우선 기본적인 SAR 이론과 SAR 위성의 개발 동향을 정리하였고 다음으로 미래의 SAR 시스템을 위한 새로운 기술들에 대한 전반적인 내용을 정리하였다. SAR 위성을 위한 새로운 혁신적인 개념과 기술들은 디지털 빔포밍 기술, 고해상도 광역 관측 기술, 파형 부호화 기술, 단계적 스캔에 의한 지형 관측 기술 등이 될 것이다. 이러한 기술들은 미래의 우주의 SAR 위성 분야에서 중요한 역할을 할 것이다.

저궤도위성은 발사 이후 초기 운영[1] 및 검보정 단계를 거쳐 정상 운영 단계로 진입한다. 정상 운영 단계에서는 이상 현상에 대한 대응조치[2], 궤도조정 작업 이외의 대부분 기간 동안 지상국으로부터 임무 명령을 수신하고 영상 촬영 및 전송 임무를 수행하게 된다. 저궤도위성과 지상국 시스템이 모두 관여된 임무수행능력은 저궤도위성 프로그램 성공 판단의 핵심 지표이고, 저궤도위성 프로그램 추진 목적과 일치하는 항목이기 때문에 지상 시험 단계에서 철저한 검증을 통해 신뢰성을 확보해야 한다. 지상 시험단계에서 지상국과 위성의 역할을 검증함으로써 임무수행능력에 대한 신뢰성을 확보하기 위해서는 저궤도위성의 실제 운용 상황과 유사한 시나리오를 작성하고 이를 바탕으로 명령을 생성하여 위성에 전달하며, 영상과 건강상태 텔레메트리(Telemetry) 데이터를 수신하는 등의 임무수행 전체 주기에 대한 검증이 필요하다. 이 논문은 저궤도위성과 지상국간 접속 환경을 활용해 수행된 임무수행능력 지상 검증 시험 설계 및 수행 결과에 대해 다룬다. 시험 설계시 고려되어야 할 항목과 이를 바탕으로 설계된 시험에 대해 상세히 서술하고 결과에 대해 정리하였다.

본 연구에서는 액체산소/케로신 추진 로켓 엔진 연소장치의 국내 개발에 있어서의 전산유체역학 응용 사례를 간략히 소개하였다. 추진제 공급부에 대한 다차원 유동 해석을 통해 유동 균일성을 확인하고 및 압력 손실을 예측할 수 있으며, 개념 설계 단계에서 추진제 매니폴드 형상 설계안을 비교/선택할 수 있다. 다분야 연소/냉각 성능 통합 해석을 통해 로켓 엔진 연소기의 연료 막냉각 및 열차폐 코팅 조건 등 연소/냉각 성능 관련 설계 문제 해결에 필요한 주요 정보를 도출할 수 있다. 향후 분사면 근처에서의 추진제 혼합 및 연소특성을 파악할 수 있는 해석 모델/기법을 개발할 필요가 있다.

액체로켓 엔진용 개폐밸브는 파일럿 공압으로 포핏을 열고 스프링 힘에 의해 닫음으로써 로켓엔진의 추진제 유량을 제어한다. 현재 개발 중인 엔진용 개폐밸브는 다이어프램 액추에이터에서 압력을 제거하면 닫히도록 설계되어 있다. 다이어프램을 설계하고 개발하기 위해 밸브가 열리고 닫히는 특성에 따라 수명을 분석할 필요가 있다. 밸브가 닫히기 시작하는 시점의 작동 유체의 압력을 결정하고, 포핏이 열리는 시점의 압력을 결정되어 힘평형이 설계되어 있다. 수명시험은 상온 유동에서 다이어프램부의 크랙에 의한 누설은 용접 부위에서 발생했다. 다이어프램 액추에이터의 작동 수명은 헬륨 파일럿 압력의 22 MPa 시험에서 61회이다.

유로의 개폐를 위해 사용되는 파이로밸브는 가볍고 신뢰성이 높은 장점을 가진다. 미국에서는 하이드라진 추진제를 사용하는 일부 위성 유실의 원인을 착화기 연소 가스의 누설로 판단하였고, 블로우바이라 불리는 이러한 누설 문제를 방지하기 위하여 억지끼워맞춤을 하는 피스톤을 개발하고 추가적인 설계변경을 통하여 신뢰성을 향상하였다. 여기서는 미국에서 수행된 파이로밸브 연구에 대한 문헌조사를 AIAA Paper 위주로 수행하였다. 또한 파이로밸브의 일반적인 문제점과 개선방향, 성능비교평가 사례 등을 다루었다.

우주발사체의 비행안전분석은 정상 및 비정상 비행으로 인해 발생되는 파편의 낙하점 및 낙하분산영역을 예측하여 인명, 선박 그리고 항공기에 미치는 영향을 분석하게 된다. 낙하점 및 낙하분산영역 예측은 우주발사체의 비행안전분석에 필수 요소이다. 특히, 낙하분산영역은 몬테카를로 시뮬레이션을 적용하여 예측될 수 있다. 이럴 경우, 수백회 이상의 반복 계산이 요구되는 몬테카를로 방법은 낙하분산영역을 산출하는데 많은 시간이 소요된다. 본 논문에서는 몬테카를로 시뮬레이션을 대체할 수 있는 방안으로 JU 변환과 다구치 방법을 적용해보고, 세가지 방안의 결과를 비교하여 낙하분산영역 계산을 위해 적합한 방법을 제시한다.

본 논문에서는 계기비행절차 설계 프로그램 개발 과정을 개괄적으로 살펴보고자 한다. 제품의 시장 경쟁력 강화를 위하여 외산 제품에 대하여 조사하고 분석하였다. 개발 요구조건 도출을 위하여 계기비행절차 설계 기준에 대하여 살펴보고, 소프트웨어 프로그램 개발 및 시험평가 과정에 대하여 설명하였다.