위성을 설계함에 있어 질량제어 계획을 작성하고 질량자료를 유지하며 시스템의 질량특성을 계산하고 제어하는 것은 기계 시스템 담당자가 수행하는 임무 중에 하나이다. 위성의 질량특성은 자료수집, 특성예측 그리고 실제 측정의 순서로 설계 및 제작이 진행됨에 따라 수행된다. 질량특성 데이터베이스는 설계과정을 통하여 작성하게 되며 질량특성 측정 시험을 수행하여 데이터베이스의 신뢰성을 확인할 수 있어야 한다. 본 논문에서는 위성에서의 질량 제어계획의 일반적인 내용과 시스템 수준의 질량중심 및 관성 모멘트 계산과 관련된 여러 가지 구체적인 사항을 고려한 이론적 질량 특성 데이터베이스를 개발하고, 다목적 실용위성 2호 개발을 수행하면서 얻게 된 실제적인 자료/경험을 토대로 본 연구에서 개발된 데이터베이스의 신뢰성을 확인하였다.
다목적실용위성(KOMPASA) 태양전지판을 전개하기 위해 사용되는 Strain Energy Hinge(SEH)는 신뢰성 있는 전개를 보장하지만, 태양전지판이 완전 전개되는 순간, 큰 좌굴충격력을 유발하여 위성의 구조적 안정성이나 자세제어에 심각한 영향을 미칠 수 있으므로 전개장치의 설계단계에서부터 동역학적인 평가가 필요하다. 더욱이 위성의 임무가 다양해짐에 따라 태양전지판의 면적이 커지면서 보다 실제적이고 정확한 해석을 위해서는 태양전지판의 탄성변형 효과도 고려되어야 한다. 본 연구에서는 SE H를 이용하여 탄성효과가 큰 태양전지판을 전개할 때 발생하는 동적 특성들을 예측할 수 있도록 동력학 해석절차를 제시하였으며 다목적실용위성 2호의 태양전지판 전개시험을 통하여 해석결과의 신뢰성을 검증하였다.
한국항공우주연구원에서는 2006년 발사될 다목적실용위성 2호의 절대복사보정(absolute radiometric calibration)을 위한 준비로, Orbview-3 위성의 통과시간에 맞추어 2004년 11월 4일 과 2005년 3월 7일에 고흥과 대전에서 Field campaign을 수행하였다. 절대복사보정은 vicarious calibration 방법 중 targets의 반사 특성을 이용하는 방법으로, Field campaign을통해 수집된 지표자료와 대기자료들을 이용하여 top-of-radiance(TOA)를 추출하였다 대기 복사모델로는 MODTRAN 4.0이 사용되었으며, 추출된 TOA radiance와 Orbview-3 Panchromatic DN과 비교를 하여 절대복사보정을 위한 offset과 gain계수를 계산하였다. 또한 본 연구에서는 Field Campaign으로부터 축적된 경험을 이용하여 다목적실용위성 2호의 절대복사보정에 적용할 방법을 제안하였다.
다목적실용위성 2호기의 추진계는 (주)한화에서 많은 부분 국산화에 성공하였다. 그중에서 추력기 열차폐막도 현재 설계, 해석, 가공까지 항우연과 함께 국산화에 성공하였다. 열차폐막의 국산화를 위해 기존의 용접 및 전기주조법을 적용하였는데 이때 전기주조법을 통해 일체형으로 제작할 경우 열차폐막의 내경이 용접으로 제작된 형상보다 작게 된다. 그래서 위성의 발사환경에서 열차폐막 끝단과 추력기 노즐 사이의 간섭에 대한 가능성을 검증하기 위해 항우연에서 구조해석을 수행하였으며 이를 바탕으로 제작을 수행하였다. 본 논문에서는 다목적실용위성 2호에 장착될 추력기 열차폐막의 설계, 해석, 가공의 전 과정을 설명하고자 한다.
인공위성은 지상에서부터 발사 및 궤도 운용까지 다양한 전자파 환경에 노출되며 이러한 환경에서의 위성 운용을 검증하기 위하여, 다양한 전자파 환경을 모사하는 전자파 환경시험을 수행하게 된다. 특히, 궤도내에서 위성의 운용시 지상국과의 교신을 위하여 X 밴드 안테나와 S 밴드 안테나에서 지상국으로 강한 전자기파를 방사하게 되는데, 이 방사에너지가 위성에 영향을 주는지 검증하는 시험을 지상에서 수행한다. 이런 시험을 RFC (RF Auto-Compatibility) 시험이라고 부른다. RFC 시험은 위성으로부터 방사되는 전자기파가 외부에 새어나가지 않도록 전자파 챔버내에서 시험하며, 강한 전자기파를 흡수할 수 있는 고전력 전파 흡수체가 설치된 전자파 챔버가 필요하다. RFC 시험시 X 밴드 안테나와 S 밴드 안테나를 최대 전력으로 방사시키고, 이때 위성 주변에 전자파 센서를 부착하여 전계강도를 측정함으로써 위성으로 입사되는 전자기파의 세기가 적정 레벨 이하인지를 검증하고, 동시에 위성의 운용상태를 확인하여 위성에 영향이 없음을 검증한다. 본 논문에서는 다목적 실용위성 3호의 RFC 시험시 측정된 전계강도를 이론적으로 검증하고, RS 시험시 인가하는 레벨과의 상관관계를 설명한다. RS 시험 레벨의 선정은 위성 안테나의 방사레벨과 관련이 있으며 RFC 시험결과를 검토함으로써 RFC 시험 결과의 유효성과 RF 레벨 요구사항의 적절성을 검증한다.
다목적 실용위성 1호에 탑재된 EOC(Electro-Optical Camera)는 2,000년부터 현재까지 한반도 인근 및 세계의 주요 육지 지역을 관측하고 있다. DOC는 크게 광학부(Sensor Assembly)와 전자부(Electronics Assembly)로 구성되어 있으며, 지상으로부터 입사하는 광 정보를 디지털 신호로 재구성하여 PDTS(Payload Data Transmission System)을 통해 지상으로 전송한다. EOC 광학부는 2,592개의 CCD(Charge-Coupled Device) 센서들로 구성된 선형 시스템이며, push-broom 주사 방식으로 구동된다. 한편, EOC의 임무 전, 후로 Aperture Cover Mechanism에 의해 EOC의 덮개를 덮은 상태로 짧은 시간동안 촬영을 수행, 획득된 영상 역시 지상으로 전송한다. 이러한 영상들은 EOC 영상에 포함되어 있는 암전류(Dark Current)에 대한 간접적인 정보를 제공하며, Dark Calibration Data로 정의된다. Dark Calibration Data는 지상에서 수신된 후, EOC 영상에 대한 복사 보정에 이용된다. 본 연구에서는 EOC Dark Calibration Data에 대한 분석을 통해, EOC 영상 내의 잡음 성분을 분석한다.
위성의 개발을 위해서는 오랜 개발기간과 많은 예산, 축적된 기술이 요구된다. 또한 위성에는 다양한 분야의 기술이 사용되어지기 때문에 각 서브시스템마다 독자적인 개발환경을 구축할 필요가 있다. 특히 위성의 제어, 임무수행 및 지상과의 통신 등을 담당하는 탑재소프트웨어는 위성의 용도 및 목적에 따라 개발환경이 크게 달라진다. 실시간 운영체제는 무엇을 사용하는지, 개발 및 검증을 위한 도구로 어떤 프로그램을 사용하는지, 내외부의 인터페이스는 어떠한 방식으로 수행할지, 새로운 기능의 CPU나 하드웨어에 대한 제어 등 위성의 탑재소프트웨어를 개발하기 위해서는 다양한 사항들이 고려되어야 한다. 새로운 위성을 개발할 경우 신기술의 적용과 새로운 위성시스템의 검증 및 개발을 위한 개발검증장비가 요구되며, 위성시스템의 변경 때마다 개발검증장비를 새로이 구축하게 되면 많은 기간과 막대한 비용이 위성개발 시마다 소요된다. 위성선진국에서는 다양한 위성의 개발 시 비용절감 및 개발기간 단축을 위하여 범용위성용 개발검증장비를 개발하여 이용하고 있는 추세이다. 국내에서는 다목적실용위성 1 호가 발사되어 성공적으로 임무를 수행하고 있으며 다목적 실용위성 2 호가 개발되어 현재 통합 및 검증시험이 진행 중이다. 그러나 새로운 위성시스템의 사전검증 및 신기술의 적용을 위한 범용위성 시스템 테스트베드에 대한 기술은 미비한 실정이다. 이러한 범용위성용 개발검증장비의 기반기술을 확보하기 위하여 현재 위성전자전산시스템 개발검증장비에 대한 연구가 수행되고 있다. 본 논문에서는 현재 수행되고 있는 PowerPC를 이용한 위성 탑재소프트웨어 개발검증시스템의 설계 및 개발에 대하여 설명한다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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