본 논문에서는 국제우주정거장의 데이터 인터페이스 구현 및 시험을 위하여 1553B와 FDDI 하드웨어를 이용한 시뮬레이터를 제작하였다. 데이터 인터페이스 시뮬레이터는 국제우주정거장과 탑재모듈에 대한 시뮬레이터와 탑재모듈의 제어부분, 상태를 확인하기 위한 모니터링 부분으로 구성되어진다. 국제우주정거장 시뮬레이터는 탑재모듈에 명령을 내리고 상태데이터를 받아 분석하며 탑재모듈에서 수집된 데이터를 수신하여 저장하는 기능을 갖는다. 탑재모듈은 국제우주정거장에서 오는 탑재 수집 데이터를 받아 분석/수행하고 탑재모듈에서 수집된 데이터를 시뮬레이션 하는 기능을 가지며, 모니터링 시스템은 데이터 통신간의 인터페이스 속도나 상태 등을 분석하고 전체적인 그래픽 인터페이스를 제공한다. 본 논문에서는 기존의 PC환경에서 직렬통신과 TCP/IP를 이용하여 시뮬레이션 한 것을, PCI 카드 타입의 1553B와 FDDI 데이터 인터페이스 하드웨어를 이용하여 구현하고 시험하였다. 시뮬레이터 시험 및 검증을 위해서 4가지 타입의 명령을 만들었으며, 국제우주정거장 모듈에서 명령을 내리면 탑재모듈에서 해당 명령을 수행하는 과정을 GUI 환경의 프로그램으로 모니터링 하여 검증하였다. 본 연구를 통하여 국제우주정거장과 탑재모듈 간의 요구사항 분석, 데이터 인터페이스 포맷 정의, 데이터 인터페이스 하드웨어 환경 구현 등의 성과가 있었으며, 추후 탑재모듈 특성이나 국제우주정거장의 구체적인 기능 추가에 의해 탑재모듈 개발을 위한 ETB로 활용할 수 있을 것으로 기대된다.
본 논문에서는 국제우주정거장 (International Space Station; ISS) 개발을 위한 필수 요건인 데이터 인터페이스 기술을 습득하고자, 국제우주정거장에 부착되는 탑재모듈 (Payload)과 인터페이스를 위한 요구사항을 분석/설계하였으며, 이를 검증하기 위한 시뮬레이터의 개발결과를 소개한다. 국제우주정거장과 탑재모듈간의 데이터 인터페이스를 정의하고 구현함으로써, 추후 여러 가지 탑재모듈 개발 시 표준 데이터 인터페이스에 대한 기술을 확보할 수 있으며, 탑재모듈의 특성이나 국제우주정거장의 구체적인 기능에 대한 추가 연구를 통해 탑재모듈 개발 ETB (Electrical Test Bed) 로서의 기능도 수행할 수 있을 것으로 기대된다.
본 연구에서는 탑재체 장착을 위한 인공위성의 탑재부에 대한 모듈 단위 구조 최적설계를 수행하였다. 구조 최적화에 있어, 고유진동수 및 응력과 같은 일반적인 제한조건이외에 우주 발사환경에서 특별히 고려하는 링클링, 딤플링, 크림핑 응력과 같은 하니컴 부재의 불안정성 조건 및 론저론의 크리플링 파단을 추가로 고려하였다. 이러한 다양한 제한 조건을 포함하기 위해, 본 연구에서는 최적화프로그램과 구조해석프로그램을 연결하여 해석을 수행하였다. 해석 결과 탑재모듈의 최적화에 큰 영향을 미친 제한 조건은 고유진동수, 크리플링 그리고, 링클링 임을 알 수 있었다. 또한 설계변수들의 변화를 통해서 탑재모듈의 구조적인 특성에 가장 많은 영향을 주는 부재를 확인 할 수 있었다. 결론적으로, 탑재모듈의 특수한 제한조건을 고려한 최적화를 통해서 주어진 조건에 더 효율성 있고 안정성 있는 탑재모듈의 구조 최적화설계를 도출할 수 있었다.
위성탑재컴퓨터(OBC, On-Board Computer)는 인공위성의 자세제어, 임무수행, 지상명령 송수신 및 처리 등 다양한 기능을 수행한다. 위성탑재컴퓨터는 다양한 모듈로 구성되어 있으며, 각 모듈은 매우 중요한 기능을 수행하기 때문에 이중화로 설계되어 있다. 이중화된 모듈은 그 특성에 따라 Hot/Cold Redundancy 정책을 적용하여 운영한다. 각 모듈을 이중화로 설계함으로써 위성의 신뢰성을 높이고, 특정 모듈에 문제가 발생하였을 때 정상적인 모듈로 위성탑재컴퓨터를 재구성을 함으로써 위성의 정상적인 동작을 보장한다. 본 논문에서는 저궤도 위성에서 위성탑재컴퓨터의 재구성 처리방법에 대해 기술하고 해당 기능을 ETB(Electrical Test Bed) 시험환경에서 검증한 내용에 대해 기술한다.
국제우주정거장 (International Space Station; ISS) 건설은 미국을 비롯한 러시아, 유럽연합 11개국, 일본, 캐나다, 브라질 등 16개국이 참여하고 있으며, 1998년 11월 시작하여 2006년 완성을 목표로 수행중인 대규모 프로그램이다. 현재 한국항공우주연구원은 ISS에 탑재 될 과학 탑재체의 탑재체 지원모듈 (Payload Support & Interface Module; PSIM) 에 대한 개발 및 제작을 통하여 ISS 사업 참여를 추진하고 있다. 본 프로젝트가 성공적으로 이루어질 경우 한국은 향후 ISS의 외부탑재모듈 사용권과 ISS를 활용한 각종 연구 및 활동에 참여할 가능성이 높아지게 될 것이다. 따라서 이러한 과제 추진과 더불어 향후 한국이 ISS를 이용하여 탑재체를 탑재할 수 있는 외부탑재모듈에 대한 이용준비도 함께 하여야 하며, ISS의 외부탑재모듈 (EXPRESS Pallet, JEM-EF, Columbus- EPF)을 이용한 우주 및 지구과학 분야의 활용을 위하여 각 탑재 모듈에 대하여 조사하였다.
소형인공위성 전력시스템체계 설계 및 개발방법은 태양풍 자계인 우주환경의 영향에 따라 기술적 제약이 큰 편이다. 이를 극복하기 위해 최근 전력모듈을 융합화와 유닛화 단계별 개발 방식으로 변화 하고 있다. 모듈화 단계에서는 탑재체 전력공급 모듈 요구조건과 함께 유니버설미들웨어를 사용하여 융합하였다. 융합모듈화대상은 탑재체에서 전력분배, 부하관리, 서브유닛의 전원공급체계와 지속성을 고려한 최종모듈 설계 및 개발 단계를 범위로 한다. 본 연구는 위성본체에서 공급되는 전력모듈을 유니버설미들웨어 기반으로 전력모듈의 정밀성과 수요처모듈데이터를 컨텐츠화 하였다. 이 동적시스템과 전력서비스 모듈화는 전력분배모듈과 전원공급모듈간 상호작용으로 Range Control 알고리즘으로 제어된다. 그리하여 전력모듈 설계단계에서 탑재체 전력수요 변수의 변동성에 따른 불확실성을 해소하고 설계의 효율성을 제시하였다.
본 논문에서는 전기 자동차 탑재형 충전기 모듈에 대하여 설명한다. 기존의 충전기와는 달리 저압 충전부를 겸비하고 있어 저압 배터리도 동시에 충전시킬 수 있는 절연형 3.3kW 충전기 모듈이다. 전기 자동차 탑재형으로 온도와 진동에 강한 전장용 부품을 사용하여 주요 하드웨어를 구성하였으며, 유로해석 및 PCB진동해석을 통해 외부 온도변화와 진동에 강인하도록 설계하였다.
다목적실용위성 2호에 탑재 되어 있는 탑재소프트웨어는 위성의 자세, 전력, 열 제어 및 지상 명령 수신, 측정 데이터 수집 등 여러 개의 소프트웨어 모듈로 구성되어 있으며, 각 소프트웨어 모듈은 실시간 운용체제인 VRTX에 의해서 제어된다. 다목적실용위성 2호에서 사용하는 탑재소프트웨어는 일반적인 소프트웨어와 달리 고도의 신뢰성과 안정성을 보장해야 하며 지상과의 통신이 없는 상태에서도 위성을 정상적으로 운용할 수 있어야 하며, 위성 시스템의 장애가 발생시 위성을 안전 모드로 전환 할 수 있어야한다. 본 논문에서는 다중프로세서 구조를 갖는 다목적실용위성 2호의 탑재소프트웨어 초기화 및 태스크를 관리하며 위성의 Health 관리를 담당하는 Executive CSC(Computer Software Component)의 설계와 구현에 대하여 설명한다.
본 논문에서는 600Hz 무선 LAN 시스템에 탑재를 위한 600㎓ 대역 전력증폭기 모듈을 개발 하였다. 600㎓ 대역 전력증폭기 모듈에 실장된 600㎓ 대역 전력증폭기 MMIC는 ETRI에서 설계 및 제작한 것으로 칩의 크기는 2.80 × 1.75㎟이며, on-wafer측정을 하여 얻은 결과는 동작 주파수 58~620Hz에서 소신호 이득은 12.4dB이고, 최대 소신호 이득은 59~60G보z에서 ISdB이며, 출력전력(Pldn)은 16.3~16.7dBm을 얻었다. 이와 같은 특성을 갖는 전력증폭기 MMIC를 사용하여 모듈을 제작하였으며, RF feed line을 위해 Rogers 사의 R03003 기판을 사용하였다. 모듈의 입출력은 동작 주파수 대역에 적합한 WRl5라는 waveguide 형태를 사용하였고, DC 바이어스 공급을 위해 3.5㎜ K-connector를 사용하였다 제작한 모듈의 크기는 40 × 30 × 15㎣이며, 최적의 성능을 얻고자 tuning bar를 상하로 이동하여 최적점을 찾았으며 나사로 고정하여 상태를 유지하도록 하였다. DC 바이어스 및 RF feed line과 칩의 연결은 본딩에 의한 인덕턴스를 최소화하기 위하여 3mil 두께의 리본 본딩을 하였다 전력증폭기 모듈을 측정한 결과, 동작주파수 600㎓ 대에서 소신호 이득은 6dB 이상, 입력 정합은 -lOdB 이하, 출력 정합은 -4dB 이하로 측정되었긴, 출력전력은 SdBm 이상으로 측정되었다. 동국대에서 제작한 600Hz 무선 LAN 시스템에 전력증폭기 모듈을 시스템 송신부에 탑재 시험한 결과, 동영상을 실시간으로 전송하는데 성공하였다.
최근 개발되는 임베디드 시스템의 경우 하드웨어와 소프트웨어의 구조가 매우 복잡해짐에 따라, 시스템에 탑재되는 소프트웨어의 신뢰성 확보를 위한 테스트 절차가 요구되고 있다. 특히 시스템에 탑재되는 소프트웨어는 다중 함수에 의해 의사결정이 되면서. 시스템 디자인 단계에서 요구되는 스펙(Specification)을 만족하지 못하는 경우가 빈번하게 발생한다 본 논문에서는 임베디드 소프트웨어의 자동화된 테스트를 위해 요구되는 검증 모듈을 디자인하고 구현하였다 검증 모듈은 요구사항 기반으로 설계되었으며, 각각의 요구사항을 만족하는 검증 모듈을 구현하여 실제 상용화 제품에 대한 테스트를 진행하였다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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