1968년 미국의 피터 글레이저 박사가 정지궤도에 위성을 띄워 태양 에너지를 직접 받아 전기로 변환하여 지구로 송전하는 거대한 태양광위성의 개념을 소개한 바 있다. 이에 대해 미국, 일본, 유럽 등에서는 우주태양광 발전을 미래의 새 에너지원으로 주목하여 활발한 기초 연구와 개념 설계 그리고 최근에는 본 사업의 실현을 위한 구체적인 방안까지 발표하고 있는 실정이다. 현재 우주태양광발전 기술은 계속 개발 중으로 미국과 일본에 서는 2030 년경에 실용화할 계획으로 있다. 본 논문에서는 그린에너지와 새 에너지원으로 주목받고 있는 우주 태양광발전에 대한 선진국의 기술 동향 및 국내의 추진 전략에 대하여 기술하였다.
A satellite power system should generate and supply sufficient electric power to perform the satellite mission successfully during the satellite mission period, and it should be developed to be strong to the failure caused by the severe space environment. A satellite power system must have a high reliability with respect to failure. Since it cannot be repaired after launching, different from a ground system, the failures that may happen in space as well as the effect of the failures on the system should be considered in advance. However, it is difficult to use all the hardware to test the performance of the satellite power system to be developed in order to consider the failure mechanism of the electrical power system. Therefore, it is necessary to develop an accurate model for the main components of a power system and, based on that, to develop an accurate model for the entire power system. Through the power system modeling, the overall effect of failure on the main components of the power system can be considered and the protective design can be devised against the failure. In this study, to analyze the failure mode of the power system and the effects of the failure on the power system, we carried out modeling of the main power system components including the solar array regulator, and constituted the entire power system based on the modeling. Additionally, we investigated the effects of representative failures in the solar array regulator on the power system using the power system model.
Spacecraft requires sufficient power in orbit to perform its mission. So as to comply with system requirements, the sufficient power should be made by a solar cell array by photovoltaic power conversion. A life time of space program depends on its mission considering parts reliability and parts grade. Based on the mission life time, power equipment might be designed to meet specifications. In outer space, solar cell array might generate the dc power by photovoltaic conversion effects and GaInP/GaAs/Ge solar cells are used in this study. Space programs that require more than five years should select parts for high reliability applications. Therefore, reliability analysis for high reliability applications should be performed to check its fulfilment of the requirements. This program should also require more five years for its mission and we performed its analysis using parts count method (PCM) for its reliability. Finally, we performed reliability analysis and obtained quantitative figures found out 99.9%. In this study, we presented the reliability analysis of the 300 W GaInP/GaAs/Ge solar cell array.
정지궤도위성은 다수의 탑재체를 하나의 위성체 플랫폼에 탑재하고 2010년 6월 26일에 발사되었다. 태양기간 동안 인공위성에서 요구되는 전력은 태양전지 배열기 윙에서 생성된다. 태양전지는 Spectrolab사의 적층법을 사용한 RWE Space사의 Gaget 2로 명명되는 GaInP/GaAs/Ge 3중 접합 셀이다. 본 논문은 정지궤도 비행 데이터에 대한 경향을 분석한 결과를 바탕으로 설계수명 말기에서 태양전지 배열기의 전력 성능을 평가하였다. 설계수명 말기에서 예측한 태양전지 배열기의 전력 성능은 태양전지 배열기 제작사가 제공한 전력 성능과 비교하였다. 경향분석 결과를 통해 태양전지 셀은 현저한 성능감소 없이 정상적으로 동작되고 있다.
To realize uniform side pumping of solar lasers and improve their output power, a solar concentrating system based on off-axis parabolic mirrors is proposed. Four identical off-axis parabolic mirrors with focal length of 1,000 mm are toroidally arranged as the primary concentrator. Four two-dimensional compound parabolic concentrators (2D-CPCs) are designed as a secondary concentrator to further compress the focused spot induced by the parabolic mirrors, and the focused light is then homogenized by four rectangular diffusers and provides uniform pumping for a laser-crystal rod to achieve solar laser emission. Simulation results show that the solar power received by the laser rod, uniformity of the light spot, and output power of the solar laser are 7,872.7 W, 98%, and 351.8 W respectively. This uniform pumping configuration and concentrator design thus provide a new means for developing high-power side-pumped solid-state solar lasers.
The sun is a useful reference direction because of its brightness relative to other astronomical objects and its relatively small apparent radius as viewed by spacecrafts near the Earth. Most satellites use solar power as a source of energy, and so need to make sure that solar panels are oriented correctly with respect to the sun. Also, some satellites have sensitive instruments that must not be exposed to direct sunlight. For all these reasons, sun sensors are important components in spacecraft attitude determination and control systems. To minimize components and structural mass, some components have multiple purposes. The solar cells will provide power and also be used as coarse sun sensors. A coarse Sun sensor is a low-cost attitude determination sensor suitable for a wide range of space missions. The sensor measures the sun angle in two orthogonal axes. The Sun sensor measures the sun angle in both azimuth and elevation. This paper presents the development of a model to determine the attitude of a small cube-shaped satellite in space relative to the sun's direction. This sensor helps small cube-shaped Pico satellites to perform accurate attitude determination without requiring additional hardware.
극초소형 위성은 극히 제한적인 크기로 인하여 태양전지판 장착을 위한 표면적이 제한적이다. 또한 자세제어 방식에 따라서는 태양전지판에 대한 태양 입사각이 계속적으로 변화하며 이는 전력생성에 있어 주요 변수이다. 본 논문에서는 태양전지판에 대한 태양입사각이 전력생성에 불리한 조건에도 프레넬렌즈를 이용해 전력생성효율 향상이 가능한 극초소형 위성용 집광형 태양전력시스템을 제안하였다. 제안된 집광형 태양전력시스템의 전력생성효율 극대화 가능성 입증을 위하여 태양광 모사기와 상용 프레넬렌즈를 이용한 전력측정시험을 수행하였으며, 시험결과를 기반으로 상용 S/W인 STK를 활용해 영구자석 안정화 자세제어 방식이 적용된 극초소형 위성의 궤도 전력생성효율 분석을 수행하였다.
International Journal of Aeronautical and Space Sciences
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제17권3호
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pp.432-441
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2016
Solar energy is the ideal power choice for long-endurance stratospheric airships. The output performance of solar array on stratospheric airship is affected by several major factors: flying latitude, flight date, airship's attitude and the temperature of solar cell, but the research on the effect of these factors on output performance is rare. This paper establishes a new simplified analytical model with thermal effects to analyze the output performance of the solar array. This model consisting of the geometric model of stratospheric airship, solar radiation model and incident solar radiation model is developed using MATLAB computer program. Based on this model, the effects of the major factors on the output performance of the solar array are investigated expediently and easily. In the course of the research, the output power of solar array is calculated for five airship's latitudes of $0^{\circ}$, $15^{\circ}$, $30^{\circ}$, $45^{\circ}$ and $60^{\circ}$, four special dates and different attitudes of five pitch angles and four yaw angles. The effect of these factors on output performance is discussed in detail. The results are helpful for solving the energy problem of the long endurance airship and planning the airline.
Understanding three-dimensional structure and parameters (e.g., radial velocity, angular width, source location and density) of coronal mass ejections (CMEs) is essential for space weather forecast. In this study, we determine CME mean density in solar corona and near the Earth. We select 38 halo CMEs, which have the corresponding interplanetary CMEs (ICMEs), by SOHO/LASCO from 2000 to 2014. To estimate a CME volume, we assume that a CME structure is a full ice-cream cone which is a symmetrical circular cone combined with a hemisphere. We derive CME mean density as a function of radial height, which are approximately fitted to power-law functions. The average of power-law indexes is about 2.1 in the LASCO C3 field of view. We also obtain power-law functions for both CME mean density at 21 solar radii and ICME mean density at 1AU, with the average power-law index of 2.6. We estimate a ratio of CME density to background density based on the Leblanc et al.(1998) at 21 solar radii. Interestingly, the average of the ratios is 4.0, which is the same as a default value used in the WSA-ENLIL model.
A stationary Type IV (IVs) radio burst was observed on September 24, 2011. Observations from the Nançay RadioHeliograph (NRH) show that the brightness temperature (TB ) of this burst is extremely high, over 10^11K at 150 MHz and over 10^8K in general. The degree of circular polarization (q ) is between -60%~-100%, which means that it is highly left-handed circularly polarized. The flux-frequency spectrum follows a power-law distribution, and the spectral index is considered to be roughly -3~-4 throughout the IVs. Radio sources of this event are located in the wake of the coronal mass ejection and are spatially dispersed. They line up to present a formation in which lower-frequency sources are higher. Based on these observations, it is suggested that the IVs was generated through electron cyclotron maser emission.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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