• Journal of Astronomy and Space Sciences
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• 제37권3호
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• pp.187-197
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• 2020

In order to avoid the high cost and high risk of demonstration mission of rendezvous-docking technology, missions using nanosatellites have recently been increasing. However, there are few successful mission cases due to many limitations of nanosatellites like small size, power limitation, and limited performances of sensor, thruster, and controller. To improve the probability of rendezvous-docking mission success using nanosatellite, a rendezvous-docking phase analysis tool for nanosatellites is developed. The tool serves to analyze the relative position and attitude control of the chaser satellite at the docking phase. In this tool, the Model Predictive Controller (MPC) is implemented as a controller, and Extended Kalman Filter (EKF) is adopted as a filter for noise filtering. To verify the performance and effectiveness of the developed tool for nanosatellites, simulation study was conducted. Consequently, we confirmed that this tool can be used for the analysis of relative position and attitude control for nanosatellites in the rendezvous-docking phase.

• 한국항공우주학회지
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• 제36권11호
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• pp.1072-1078
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• 2008

본 논문에서는 일반적인 타원 궤도상에서의 두 위성체간의 랑데부와 도킹을 수행하기 위한 적응 제어기법을 개발하였다. 직교좌표계를 이용해서 나타낸 두 비행체간의 상대운동방정식을 일반적인 해밀토니안 운동방정식의 형태로 변환한 후, 불확실한 시스템 파라미터를 가진 동적시스템을 위해 개발된 적응제어기법을 적용하여 제어 알고리즘을 유도하였다. 시스템 파라미터를 추정하는데 투사기법을 적용하여 파라미터 추정값의 변화에 의한 특이점을 회피할 수 있도록 하였으며, 수치해석을 통하여 추적비행체의 질량이 불확실한 경우에 대하여 제어 알고리즘의 성능을 검증하였다.

• 우주기술과 응용
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• 제1권1호
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• pp.7-22
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• 2021

본 논문에서는 국내 최초로 개발 중인 랑데부/도킹 기술검증용 초소형위성의 지상 환경에서의 도킹 단계 시험 결과에 대해 기술하였다. 랑데부/도킹 기술은 우주기술 중 고난이도 기술로서 우주 궤도상에서 상대 물체에 접근한 후 작업을 수행하는 데 매우 핵심적인 기술이기도 하다. 본 논문에서는 에어베어링 장치를 이용하여 체이서가 모의 타겟으로 접근하여 최종적으로 도킹하는 단계의 지상시험 결과에 대해 기술하고자 한다. 본 논문에서 검증된 2차원 평판에서 도킹 단계에서의 추력 제어 알고리즘과 시각 기반 센서를 이용한 상대물체 인식 및 상대거리 추정 알고리즘을 기반으로 추후에는 우주에서의 시험을 위한 3차원 공간에서의 랑데부/도킹 알고리즘으로 확장·개발하는 데 이용하고자 한다.

• 우주기술과 응용
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• 제2권1호
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• pp.30-40
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• 2022

본 논문에서는 초소형 위성을 활용한 랑데부/도킹 기술검증 시 초기 발사 이후 표류(drift) 거리 회복(recovery)과 근접 운용을 위한 시나리오 설계에 대해 기술하였다. 랑데부/도킹은 궤도상서비싱(on-orbit servicing, OOS) 기술의 기반이 되는 기술로서 목표 물체에 접근하는 데 반드시 필요한 선제적인 과정이다. 특히 우주상에서 검증이 어려운 기술로서 개발 단계의 위험성 및 비용 등을 줄이기 위하여 최근에는 초소형 위성이 활용되고 있다. 따라서 본 논문에서는 랑데부/도킹 기술 검증을 위한 초소형 위성의 추력기 구성과 제원을 소개하며, 초소형 위성의 작은 크기 및 낮은 전력에서 오는 추력 한계를 고려할 수 있는 상대 궤적을 설계하고자 한다. 또한 추력 한계를 고려하지 않은 경우와의 궤적 및 추력 사용량 등의 비교를 통해 추후 사용 가능한 추력기의 성능 향상에 따른 시나리오 설계에도 도움이 되고자 한다.

• International Journal of Aeronautical and Space Sciences
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• 제12권1호
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• pp.43-56
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• 2011

An integrated system composed of guidance, navigation and control (GNC) system for autonomous proximity operations and the docking of two spacecraft was developed. The position maneuvers were determined through the integration of the state-dependent Riccati equation formulated from nonlinear relative motion dynamics and relative navigation using rendezvous laser vision (Lidar) and a vision sensor system. In the vision sensor system, a switch between sensors was made along the approach phase in order to provide continuously effective navigation. As an extension of the rendezvous laser vision system, an automated terminal guidance scheme based on the Clohessy-Wiltshire state transition matrix was used to formulate a "V-bar hopping approach" reference trajectory. A proximity operations strategy was then adapted from the approach strategy used with the automated transfer vehicle. The attitude maneuvers, determined from a linear quadratic Gaussian-type control including quaternion based attitude estimation using star trackers or a vision sensor system, provided precise attitude control and robustness under uncertainties in the moments of inertia and external disturbances. These functions were then integrated into an autonomous GNC system that can perform proximity operations and meet all conditions for successful docking. A six-degree of freedom simulation was used to demonstrate the effectiveness of the integrated system.

• 우주기술과 응용
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• 제2권1호
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• pp.1-12
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• 2022

본 논문에서는 초소형위성용 항력 증대 장치 개발에 대해 기술하였다. 최근 우주 개발이 New Space 시대에 접어들며, 소형 로켓 및 초소형위성 거대 군집 운용 등 인공물체의 저궤도 진입 장벽이 상당히 낮아지는 추세이다. 이로 인해 우주 환경에 존재하는 우주쓰레기의 수가 기하급수적으로 늘어나고 있으며, 현재 운용중인 인공위성뿐만 아니라 앞으로 발사될 인공위성들에 큰 위협으로 다가오고 있다. 이를 방지하기 위해 국제적으로 우주쓰레기 경감 대책을 제시하고 있으며, 대표적으로 IADC(Inter-Agency Space Debris Coordination Committee)에서는 '25년 가이드라인'을 권고하고 있다. 한국항공우주연구원에서는 국내 최초로 랑데부/도킹 기술검증용 초소형위성인 KARDSAT(KARI Rendezvous & Docking demonstration SATellite) 프로젝트를 진행하였으며, KARDSAT 위성의 임무 후 폐기 기동(post-mission disposal)을 위한 항력 증대 장치 개발을 통해 우주쓰레기에 대한 국제적 가이드라인을 준수하고자 하였다.

• Journal of Positioning, Navigation, and Timing
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• 제9권4호
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• pp.357-366
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• 2020

This paper addressed a relative navigation method for autonomous rendezvous and docking of cube-satellites using single frequency Differential GPS (DGPS) under the intermittent communication between satellites. Since the ionospheric error of GPS measurement is variable depending on the visible satellites, a few meters error of relative navigation is occurred in the Low-Earth Orbit (LEO) environment. Therefore, it is essential to remove the ionospheric error to perform relative navigation. Besides, an intermittent communication period for receiving GPS measurements of the target satellite is limited for getting information every sampling time. To solve this problem, a method combining range domain DGPS and orbit propagation is proposed in this paper. The proposed method improves the performance of DGPS by using Hatch filter and solves an intermittent communication problem by estimating the relative position and velocity using Hill-Clohessy-Wiltshire Equation. Through the simulation, it is verified that the suggested algorithm provides the relative position error within RMS 0.5 m and the relative velocity error within RMS 3 cm/s. Furthermore, it has the advantage that it is suitable for real-time implementation using single-frequency GPS measurements and is computationally efficient.

• 로봇학회논문지
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• 제19권1호
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• pp.71-78
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• 2024

The paper presents a hardware-in-the-loop (HIL) system designed for satellite movement testing in the microgravity environment on the ground with two industrial robots. Especially, the paper deals with the contact between satellites during rendezvous and docking simulations of satellites using a robotic HILS system. For this purpose, the admittance control method plays a core role in preventing damage to the satellite or robot from contact force between satellites. The coordinate frames are transformed into the mass center of the satellite and the admittance control at the level of exponential coordinates is adopted to actively use the properties of Lie groups related to tracking errors. These methods effectively mitigate the risk of robot damage during inter-satellite contact and ensure efficient tracking performance of satellite movements.

• 한국항공우주학회지
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• 제43권12호
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• pp.1124-1131
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• 2015

이 논문은 지상에서 초소형 위성의 랑데부/도킹 알고리즘 개발을 위하여 미세중력환경을 모사해주는 5자유도 지상 테스트베드에 관하여 기술한다. 테스트베드는 지면과의 마찰력을 없애주는 하부와 이 하부에 연결되어 3자유도의 회전운동을 하는 상부로 구성된다. 영상기반의 항법알고리즘 개발을 위하여 카메라와 LIDAR, AHRS 센서를 사용하였고 액추에이터로는 8개의 냉가스 추력기와 3축 방향의 반작용 휠을 사용하였다. 모든 시스템 소프트웨어는 온보드와 리눅스를 기반으로 C++을 사용하여 구현되었다.

• Journal of Astronomy and Space Sciences
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• 제35권4호
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• pp.263-277
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• 2018

This paper presents a vision-based relative pose estimation algorithm and its validation through both numerical and hardware experiments. The algorithm and the hardware system were simultaneously designed considering actual experimental conditions. Two estimation techniques were utilized to estimate relative pose; one was a nonlinear least square method for initial estimation, and the other was an extended Kalman Filter for subsequent on-line estimation. A measurement model of the vision sensor and equations of motion including nonlinear perturbations were utilized in the estimation process. Numerical simulations were performed and analyzed for both the autonomous docking and formation flying scenarios. A configuration of LED-based beacons was designed to avoid measurement singularity, and its structural information was implemented in the estimation algorithm. The proposed algorithm was verified again in the experimental environment by using the Autonomous Spacecraft Test Environment for Rendezvous In proXimity (ASTERIX) facility. Additionally, a laser distance meter was added to the estimation algorithm to improve the relative position estimation accuracy. Throughout this study, the performance required for autonomous docking could be presented by confirming the change in estimation accuracy with respect to the level of measurement error. In addition, hardware experiments confirmed the effectiveness of the suggested algorithm and its applicability to actual tasks in the real world.