• Journal of Astronomy and Space Sciences
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• 제32권4호
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• pp.379-386
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• 2015

This work presents fuel-optimal altitude maintenance of Low-Earth-Orbit (LEO) spacecrafts experiencing non-negligible air drag and J2 perturbation. A pseudospectral (direct) method is first applied to roughly estimate an optimal fuel consumption strategy, which is employed as an initial guess to precisely determine itself. Based on the physical specifications of KOrea Multi-Purpose SATellite-2 (KOMPSAT-2), a Korean artificial satellite, numerical simulations show that a satellite ascends with full thrust at the early stage of the maneuver period and then descends with null thrust. While the thrust profile is presumably bang-off, it is difficult to precisely determine the switching time by using a pseudospectral method only. This is expected, since the optimal switching epoch does not coincide with one of the collocation points prescribed by the pseudospectral method, in general. As an attempt to precisely determine the switching time and the associated optimal thrust history, a shooting (indirect) method is then employed with the initial guess being obtained through the pseudospectral method. This hybrid process allows the determination of the optimal fuel consumption for LEO spacecrafts and their thrust profiles efficiently and precisely.

• 한국항공우주학회지
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• 제39권10호
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• pp.935-945
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• 2011

네 개의 반작용휠과 두 개의 제어모멘트자이로를 이용하여 X축 또는 Y축으로 위성을 고기동 시키는 자세제어방법에 대해서 연구해보았다. 일반적인 위성은 동일한 구동기들을 사용하므로 위성자세제어기를 먼저 설계하고 여기에서 나온 토크를 각 구동기에 할당하면 된다. 하지만 우리 위성은 출력토크 차이가 큰 반작용휠과 제어모멘트자이로로 이루어져 있기에 이러한 방법을 적용하는데 어려움이 있다. 이에 본 논문에서는 구동기 출력토크명령설계에 위성자세제어기를 포함시키는 방법을 사용하였다. 시뮬레이션을 통하여, 설계된 제어기법이 위성을 고기동 시키는 것을 확인하였다.

• 한국항공우주학회지
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• 제39권6호
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• pp.543-552
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• 2011

가장 효과적인 모멘텀 교환장치인 CMG(Control Moment Gyro)는 고기동성이 요구되는 위성에 필수적이다. 본 논문에서는 고기동성이 요구되는 소형 인공위성을 위한 Single-Gimbal CMG(SGCMG)에 대한 하드웨어 개발에 필요한 동역학식을 정리하였으며 이를 사용하여 CMG 설계에 필요한 요구사항이 도출되었다. 또한 도출된 요구사항에 따라 출력토크가 1.2Nm인 소형 CMG 성능검증 모델이 제작되었으며, 에러분석 및 성능시험이 수행되었다. 최대 출력토크, 김벌 과도응답특성, 최소 출력토크, 출력토크오차, 김벌 각속도 오차 등을 성능시험 항목으로 선정하어 실험 측정하였고, 시험 결과를 통해 설계 결과를 검증하였다.

• 한국항공우주학회지
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• 제48권5호
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• pp.355-361
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• 2020

인공위성 중 군사적 성격을 띠는 저궤도 소형 인공위성의 경우 다표적 관측을 필요로 하고 고해상도의 사진 및 영상의 수요가 증가하는 추세이다. 고해상도 영상과 다표적 관측을 위해 인공위성의 기동성이 가장 큰 변수로 작용한다. 소형 인공위성의 경우 고기동성을 갖게 되면 빠르게 자세기동을 할 수 있지만 자세 기동을 완료 후 다음 자세 기동을 할 때 잔류진동이 발생하게 된다. 이에 본 연구에서 자세 기동 후 발생하는 평판의 진동 특성을 검증하기 위하여 자세기동을 모사하기 위한 실험 치구를 제작하고 실험을 수행하였다. 추가로 이러한 진동을 저감시키기 위해 영구자석을 이용한 수동형 감쇠방법으로 와전류 브레이크 시스템을 응용한 와전류 감쇠기를 제시하였다. 와전류 감쇠기를 적용하기 위하여 수학적 모델을 정립하였으며 영구자석의 자속밀도와 공극거리에 따라 이를 실험적으로 구현하였으며, 4개의 태양전지판(평판) 중 1개 평판을 특정하여 와전류감쇠기를 적용유무에 따라 자세 기동 후 발생하는 잔류진동에 대한 저감 성능을 실험적으로 검증하였다.

• 한국항공우주학회지
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• 제44권4호
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• pp.352-362
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• 2016

본 논문에서는 저궤도 위성의 한 예제로써 우주파편 완화 가이드라인을 준수하는 아리랑 2호 위성의 폐기기동에 대한 분석을 수행하였다. 분석은 상용소프트웨어인 STK$^{(R)}$와 ESA의 우주파편 분석 툴 DRAMA를 사용하였으며, 가이드라인 규정 중 '25년 규정'을 만족하는 적정 폐기고도를 산출하였고, 아리랑 2호 위성의 비제어 재진입을 가정하여 내부부품의 생존률 및 지상피해면적을 분석하였다. 마지막으로 비제어 재진입 시 내부부품의 생존을 가정했을 때 다양한 초기궤도 오차를 수렴할 수 있는 적정 재진입 초기궤도를 분석하였다. 분석결과 아리랑 2호 위성은 '25년 규정' 만족을 위해 최소 43km에서 최대 105km의 고도하강이 필요하며, 비제어 재진입 시 질량이 큰 물체나 내열성이 강한 부품이 생존하여 $4.3141m^2$의 피해면적을 야기하였다. 마지막으로 재진입 초기궤도의 승교점경도를 129도로 설정했을 때 일정수준의 오차를 포함하더라도 가이드라인 기준을 만족하는 인명 피해확률을 보여주었다.

• 항공우주기술
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• 제11권2호
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• pp.33-38
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• 2012

지구 저궤도 위성은 발사체에서 분리된 이후 탑재 소프트웨어에 의해 자동으로 초기 동작을 수행한다. 이후 본체 초기 점검 기간 동안의 지상국 접속을 통해 정상 운용 모드로의 전환을 준비한다. 먼저 태양 전지판 전개 여부를 포함한 위성의 건강 상태를 확인한 이후 각 장치의 기능을 점검한다. 정상 운용 모드에 사용되는 모든 장치의 활성화가 완료된 이후 영상 촬영을 위한 기동 성능을 점검하며, 궤도 조정을 위한 기능을 점검한다. 초기 기능 점검은 한정된 지상국 교신 시간동안 수행되므로 사전에 모든 절차가 상세히 설계되어야 한다. 초기 점검 절차는 지상국 접속 시간에 따라 구분되어 수행된다. 또한 발생 가능한 모든 상황을 대비한 절차도 준비되어야 한다. 정상적인 점검 절차 수행 중에 발생할 수 있는 다양한 상황 및 예상치 못한 긴급 상황에 대한 조치 절차도 준비되어야 한다. 이러한 긴급 절차도 지상국 교신 시간을 고려해 설계된다. 저궤도 위성은 성공적으로 발사되었으며, 본체 초기 점검도 성공적으로 완료되었다. 이 논문에서는 저궤도 위성의 본체 초기 점검 설계 및 수행 결과에 대해 설명한다.

• 한국항공우주학회지
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• 제43권10호
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• pp.875-887
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• 2015

최적 배치 설계는 다양한 산업분야에서 활용되고 있다. 우주분야인 위성 플랫폼에서도 제한된 공간 내에서 기계적, 열적, 전기적 인터페이스를 고려한 구성품 배치가 가능하도록 최적 배치 설계가 요구된다. 최적 배치 설계를 통해 합리적인 수준에서 최소화된 위성 플랫폼의 관성모멘트는 위성의 효율적인 자세제어 및 신속한 기동을 가능하게 하며, 위성의 임무성능을 향상시키는데 도움을 준다. 이를 위해 본 논문에서는 육면체 구조의 위성 플랫폼을 기반으로 내부 구성품들이 서로 간섭이 없는 상태에서 위성의 관성모멘트와 구성품 간 발열로 인한 영향을 최소로 하는 3D 최적 배치 설계를 제안한다. 본 연구에서는 3D 최적 배치 설계를 위해 새로운 유전 알고리즘을 제안한다.

• 한국항공우주학회지
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• 제37권11호
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• pp.1112-1120
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• 2009

본 논문에서는 현재 궤도상에서 운용중인 위성들을 특정 임무수행을 하도록 각 위성들 을 허용된 추진제량을 초과하지 않는 범위 내에서 궤도기동을 통해 재배치함으로써 일시적인 위성군집궤도를 형성하기 위한 목적궤도 설계기법을 소개하였다. 설계기법의 응용성을 확인하기 위해 본 연구에서는 두 가지 문제, 즉 각각 위성들에 대한 허용 추진제량이 모두 다른 경우 지상의 특정 지역을 정찰하는 문제와 지상을 지속적으로 이동하는 이동 물체를 동일한 허용 추진제량을 가진 위성들을 이용하여 정찰하는 문제를 다루었다. 유전 알고리즘을 이용한 접근방법의 유효성을 검증하기 위해 시뮬레이션을 수행하였으며, 결과적으로 현재 궤도배치 상에서 획득할 수 있는 평균재방문주기에 비해 재배치된 궤도상에서의 평균재방문주기가 각각 41%, 42% 감소함을 알 수 있었다. 제안된 방법에 의한 결과는 궤도조정 방법, 궤도상황, 센서 특성, 허용 추진제량, 그리고 추력기의 성능에 따라 다소 달라질 수 있다.

• 한국항공우주학회지
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• 제38권9호
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• pp.933-942
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• 2010

CMG(Control Moment Gyro)는 가장 효과적인 모멘텀 교환장치의 하나로 인공위성의 자세제어에 사용되는 구동기이다. 고기동성을 요구하는 위성에 CMG의 사용이 필수적이며 해외뿐만 아니라 국내에서도 CMG의 개발과 적용에 대한 연구가 활발히 이루어지고 있다. 본 논문에서는 고기동성이 요구되는 소형 인공위성을 위한 Single-Gimbal CMG(SGCMG)에 대한 하드웨어 개발 결과 및 이에 대한 성능검증시험 결과를 제시하였다. 개발 시 요구되는 토크사양은 0.6Nm이며 성능검증시험을 통해 요구되는 사양 이상의 토크를 발생시킬 수 있는 것을 확인하였다. 개발된 SGCMG 하드웨어에 대한 시험결과를 분석하여 향후 성능개선 및 실제 위성에 사용하기 위해 고려되어야 할 사항 등에 대해 논의되었다.

• Journal of Astronomy and Space Sciences
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• 제27권3호
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• pp.253-262
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• 2010

The electrical power system (EPS) of Korean satellites in low-earth-orbit is designed to achieve energy balance based on a one-orbit mission scenario. This means that the battery has to be fully charged at the end of a one-orbit mission. To provide the maximum solar array (SA) power generation, the peak power tracking (PPT) method has been developed for a spacecraft power system. The PPT is operated by a software algorithm, which tracks the peak power of the SA and ensures the battery is fully charged in one orbit. The EPS should be designed to avoid the stress of electronics in order to handle the main bus power from the SA power. This paper summarizes the results of energy balance to achieve optimal power sizing and the actual trend analysis of EPS performance in orbit. It describes the results of required power for the satellite operation in the worst power conditions at the end-of-life, the methods and input data used in the energy balance, and the case study of energy balance analyses for the normal operation in orbit. Both 10:35 AM and 10:50 AM crossing times are considered, so the power performance in each case is analyzed with the satellite roll maneuver according to the payload operation concept. In addition, the data transmission to the Korea Ground Station during eclipse is investigated at the local-time-ascending-node of 11:00 AM to assess the greatest battery depth-of-discharge in normal operation.