다목적 실용위성 관계시스템의 SOS(Satelite Operations Subsystem) 서브시스템은 위성에서 보내온 원격측정 데이터를 처리하여 위성의 상태를 감시하고 위성으로 원격명령을 전송하는 업무를 수행한다. 본 논문에서는 SOS 서브시스템의 신뢰성 및 가용성을 향상시키기 위하여 하드웨어와 소프트웨어를 이중화하여 데이터 손실을 최소화하도록 설계한 SOS의 동족 고장관리(dynamic fault management) 기법에 대하여 기술하였다. 또한 구현의 정당성을 확인하기 위한 성능 시험 방법을 제시하였으며 그에 대한 결과를 분석하였다.
위성 시스템은 전력 분배, 자세 제어, 열 제어 및 임무 수행에 필요한 탑재체 지원과지상과의 명령 수신 및 측정데이터의 수집을 위해서 프로세서를 내장하고 있다. 임무 수행 및 시스템의 복잡성 여부에 따라서 하나의 프로세서만을 탑재하기도 하지만 여러 개의 프로세서를 탑재하여 기능에 적합하게 분배하여 운용하기도 한다. 아리랑위성은 3개의 프로세서사 탑재되며, 크게 나누어 원격 측정 명령계, 자세 제어계 그리고 전력계에 기능을 담당하게 된다. 하나 이상의 프로세서를 탑재하게 되면 프로세서간의 동기화가 요구되며 프로세서간의 정보 전달을 위해서 통신 채널이 필요하게 된다. 실제로 프로세서간의 동기화는 상호 통신에 있어서 기준 점을 제공하므로 매우 중요한 의미를 가진다. 본 논문에서는 아리랑위성의 동기화는 어떤 방식으로 설계되었으며, 어떻게 운영되는지에 대해 설명한다.
최근 중ㆍ대형 산업품에 대한 비접촉식 3차원 정밀 측정 장비가 개발되고 있다. 이러한 장비 중 하나인 데오드라이트 측정 시스템이 항공우주산업에 널리 활용되고 있다. 본 논문에서는 데오드라이트 시스템을 이용하여 근역장에서의 RF 프로브에 대한 위성체 탑재 안테나의 레인지 얼라인먼트 측정 방법을 기술하였다. Ku-band 및 Ka-band 안테나의 레인지 얼라인먼트 측정 및 조정을 측정 정확도 ±1 mm 및 ±$0.05^{circ}$도 이내에서 성공적으로 수행하였다.
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, 다목적실용위성 2호 개발을 수행하면서 얻게 된 실제적인 자료와 경험을 토대로 본 연구에서 개발된 데이터베이스의 신뢰성을 확인하였다.
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.
GPS는 2개 이상의 인공위성에서 발사된 극초단파를 수신하여 이동물체의 위도, 경도, 높이, 표준시간 등을 정확히 파악할 수 있는 최첨단 장비이다. 뛰어난 효능으로 걸프전 때도 각광을 받았던 이 항법시스템은 안개나 사막의 먼지 속에서도 물체의 정확한 위치를 안내해 준다.
한정된 위성통신망 자원을 효율적으로 사용하기 위해서는 통신망에 대한 성능과 사용량을 파악하는 것이 우선이다. 본 논문에서는 K-water 홍수예보 경보망으로 운영 중인 위성통신시스템에서 시스템의 운영 효율성과 안정성을 분석하기 위하여, 중심국과 관측국간에 다운로드 및 업로드의 속도를 측정하는 FTP 및 핑 시험과 네트워크 트래픽 분석 방법을 도입하였다. 도입한 시험방법에 의한 전송속도를 측정한 결과, TCP 가속기의 영향은 관측국에서 다운로드시 120% 속도 향상이 되었으며, 데이터의 크기에 따른 차이가 발생하였고, 트래픽 분석에서는 네트워크상에 접속되는 프로토콜 종류와 사용량을 파악하였다. 도입한 위성수문관측시스템의 성능 시험 및 트래픽 분석을 통하여 위성통신시스템의 환경보완 및 개선점을 도출하여 통신망의 운영 효율성과 안정성 향상을 기대할 수 있도록 하였다.
우주환경에서 운용되는 위성은 상호 유기적으로 연결된 다양한 전자장비에서 방출하는 전도성/복사성 에너지 결합에 의해 다양한 잡음 신호를 발생하게 되는데, 이러한 잡음은 탑재체를 포함한 위성 시스템과 발사체의 전자기적인 영향에 의하여 주요 기능에 중대한 결함을 유발시킬 수 있다. 이에 위성 시스템은 개발 단계에서부터 전자파환경에 대한 영향을 최소화하기 위한 시스템 설계 검증이 요구된다. 위성 시스템에서 검증하여야 하는 전자파 환경 요소는 위성으로부터 방출되는 전도성/복사성 잡음과 이러한 잡음 환경에서 위성의 정상운용을 검증하는 감응성 잡음이 있다. 통신해양기상위성 시스템의 전자파 호환성 설계 검증은 PSR의 출력을 각 유닛에 분배하는 과정에서 전원선에서 방출하는 전도성 방출특성을 측정하여 시스템에서 통제하는 전자파 규격에 적합한지를 검증하고, 이러한 방출 레벨로부터 6 dB 시스템 안전성마진을 고려한 레벨의 전도성 잡음을 전원선에 인가하여 시스템의 성능을 검증하는 것이다. 아울러, 각 유닛의 전자파 복사 특성을 종합하여 시스템 수준의 복사성 잡음 수준을 예측하고 발사체 요구 규격과의 적합성을 분석하는 것이다. 본 논문에서는 통신해양기상위성의 전자파 환경시험 결과를 토대로 시스템 수준의 전자파 호환 특성 및 발사체와의 적합성 분석 결과를 제시하였으며, 잡음요소 분석 결과는 FM EMC 시험에 반영될 것이다.
본 연구에서는 국내 우주센터(고흥)에서 위성발사체(KSLV : Korea Space Launch Vehicle) 발사를 위하여 설치 운용될 원격측정(telemetry) 지상 수신국 시스템에 대한 설계를 수행하였다. 국내환경에 맞는 최적의 시스템 설계를 위하여 먼저 우주센터의 지형 지리적 환경 및 위성발사체의 특성을 고려한 지상 수신국 시스템의 배치방안을 도출하고, 발사체에 탑재되는 송신부 특성을 고려하여 최대추적거리(RF Link Budget 요구성능) 및 수신시스템 요구 성능, 자료처리 시스템 요구 성능 등을 분석하였다. 이러한 분석을 바탕으로 발사체로부터 전송되는 원격측정 신호를 안정적으로 수신, 저장, 처리할 수 있는 수신 및 처리 시스템과 시각장비, 교정장비 및 운용통제장비를 설계하였다. 또한, 발사임무진행을 위한 주요 자료를 통제센터(RCC 및 RSC)에 실시간으로 제공하기 위하여 원격측정 자료의 최대 허용 지연시간 및 통신방식을 검토하고, 효율적인 발사임무진행이 가능하도록 양질의 자료를 실시간으로 제공하는 최적의 시스템을 설계하였다.
본 논문은 아리랑위성 2호 탑재체의 지상하향링크 시스템 성능을 측정한 과정과 결과를
수록하였다. 우선 안테나 접속 상태와 안테나의 성능을 판단할 수 있는 복사패턴과 VSWR
을 측정하였으며, 송신기의 상태 및 RF 스펙트럼의 분포를 확인하여 스펙트럼 상에 원치
않는 출력이 없음을 검증하였다. 마지막으로 안테나 햇과 실제 안테나를 이용하여 수신 시
스템과의 호환성 시험을 수행하였는데, 비트오류 확률 등이 측정되었다. RF 시스템에 대한
이러한 검증 시험은 위성의 이동, 조립 및 환경시험 후에 반드시 수행되어서 시스템 상의
성능 저하 유무를 확인할 수 있어야 한다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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