Journal of Aerospace System Engineering (항공우주시스템공학회지)

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Preliminary Analysis on Characteristics of Attitude Control based on Operation Scenario of Small SAR Satellite Mission, S-STEP

초소형 SAR 위성 S-STEP의 임무 시나리오에 따른 자세 제어 성능 예비 분석

  • Received : 2022.03.21
  • Accepted : 2022.08.10
  • Published : 2022.10.31
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Abstract

S-STEP is a small SAR satellite mission that monitors time-limited emergency targets and military anomalies in areas of interest, achieving the average revisit in less than 30 minutes by deploying a constellation of 32 satellites in low orbit at an altitude of 510 km. The mission operation mode of S-STEP is divided into normal mode, observation mode, communication mode, and orbit maintenance mode. Further,, the attitude control mode is subdivides into initial detumbling, sun pointing, target pointing, ground station pointing, and thrust direction maintenance. Based on the preliminary mission operational scenario and the satellite's characteristics, this study analyzed the attitude control performance during initial detumbling and observation modes. It verifies that each mode's attitude control accuracy requirements within the time allotted by the scenario of the S-STEP achieved.

S-STEP 은 관심 지역의 시한성 긴급 표적 및 군사적 이상 징후를 감시하기 위한 초소형 SAR 위성 임무로, 고도 510 km의 저궤도에 32 대의 위성군을 배치하여 관심 지역에 대해 평균 재방문 주기를 30 분 이하로 달성한다. S-STEP의 임무 운용 모드는 표준 모드, 관측 모드, 통신 모드, 궤도유지 모드 등으로 구분되며, 이에 따라 자세 기동 모드 역시 초기 각속도 안정화, 태양 지향, 목표지점 및 지상국 지향, 추력 방향 유지 등으로 세분화된다. 이 연구에서는 S-STEP 임무 운용 시나리오의 예비 설계 결과와 위성체의 특성을 바탕으로 초기 각속도 안정화 및 태양 지향 모드와 관측 궤도 운용 모드에서의 자세 성능을 분석하였다. 분석 결과, 할당된 시간 이내에 필요한 자세 제어를 완료하여 각 모드에서 요구되는 자세 제어 정확도를 달성함을 확인하였다.

Keywords

Acknowledgement

본 논문은 국방과학연구소의 2019 미래도전기술개발사업 PM 기획사업(초소형 SAR 위성군 설계 및 제작을 통한 운용능력 확보)을 통해 도출된 연구결과입니다.

References

  1. Howard, E.M., "Faster, Better, Cheaper: Low-Cost Innovation in the U.S. Space Program", The Johns Hopkins University Press: Baltimore, MD, USA, 2003.
  2. Camps, A., "Nanosatellites and applications to commercial and scientific missions". Satell. Mission. Technol. Geosci. 2020
  3. Ignatenko, V., Nottingham, M., Radius, A., Lamentowski, L., Muff, D. "ICEYE Microsatellite SAR Constellation Status Update: Long Dwell Spotlight and Wide Swath Imaging Modes," 2021 IEEE International Geoscience and Remote Sensing Symposium IGARSS, pp. 1493-1496, 2021.
  4. Castelletti, Davide, Gordon Farquharson, Craig Stringham, Michael Duersch, and Duncan Eddy, "Capella Space First Operational SAR Satellite," 2021 IEEE International Geoscience and Remote Sensing Symposium IGARSS, pp. 1483-1486. 2021.
  5. Hirobumi Saito, Budhaditya Pyne, Kouji Tanaka, Makoto Mita, Tomoki Kaneko, Jiro Hirokawa, Takashi Tomura, Hiromi Watanabe, Prilando Rizki Akbar, Koichi Ijichi, "Proto-Flight Model of SAR for 100kg class Small Satellite," Proceedings of the 33rd Annual AIAA/USU Conference on Small Satellites, Logan, UT, USA, August 3-8, 2019.
  6. Saito, H. et al., "Development and Orbit Demonstration of Small Synthetic Aperture Radar Satellite.", In 2021 7th Asia-Pacific Conference on Synthetic Aperture Radar (APSAR), IEEE, pp. 1-5, November, 2021.
  7. Park, T.-Y., Chae, B.-G., Kim, H., Koo, K.-R., Song, S.-C., Oh, H.-U., "New Thermal Design Strategy to Achieve an 80-kg-Class Lightweight X-Band Active SAR Small Satellite S-STEP", Aerospace, vol. 8, no. 278, 2021.
  8. Kwon, S.-C., Son, J.-H., Song, S.-C., Park, J.-H., Koo, K.-R., Oh, H.-U., "Innovative Mechanical Design Strategy for Actualizing 80 kg-Class X-Band Active SAR Small Satellite of S-STEP", Aerospace, vol. 8, no. 149, 2021.
  9. Xu, G., Gong, D. G., Duan, D., "Recursive optimal linear attitude estimator based on star sensor and gyro", Aerospace Systems, vol. 4, no. 2, pp. 91-99, 2021. https://doi.org/10.1007/s42401-021-00085-y
  10. SpaceX, "RIDESHARE PAYLOAD USER'S GUIDE", 2020.
  11. Miyata, K., & Van Der Ha, J. C., "Attitude control by magnetic torquer", Adv. Astronaut. Sci, vol. 134, pp. 1041-1060, 2009.
  12. Fiedler, Hauke, et al. "Total zero Doppler steering-a new method for minimizing the Doppler centroid." IEEE Geoscience and Remote Sensing Letters, vol. 2, no. 2, pp. 141-145, 2005. https://doi.org/10.1109/LGRS.2005.844591
  13. Ismail, Zuliana & Renuganth Varatharajoo. "A study of reaction wheel configurations for a 3-axis satellite attitude control.", Advances in Space Research, vol. 45, no. 6, pp. 750-759, 2010. https://doi.org/10.1016/j.asr.2009.11.004