위성통신시스템은 수신환경에 따라 전파 품질이 변화하므로 수신 지역의 전파 환경 특성을 분석하는 것이 매우 중요하다. 위성통신은 지상 무선통신과는 달리 위성의 고도 및 대기 환경에 추가로 영향을 받기 때문에 전파특성을 분석하기 위해서는 추가로 고려해야할 요소들이 많다. 본 논문에서는 도심지 환경에서 정지궤도 위성통신 시스템의 위성-지상 간 전파수신환경을 분석하였다. 도심지환경의 전파 시뮬레이션을 위해 건물을 가상으로 설정하고 수신환경을 변화시켜가며 전파특성을 분석결과를 도출하였다. 본 논문의 연구결과를 통해 Ka-band에서의 위성 이동통신 시스템 설계에 도움을 줄 수 있을 것이다.
태양폭발, 코로나물질방출(Corona Mass Ejection, CME)등의 태양활동을 포함한 우주환경(space environment)은 결코 인간에게 우호적이지만은 않다. 특히 인공위성에게는 치명적일 수 있다. 그 중에서 정지궤도에 있는 통신위성에게는 상기와 같은 급격한 태양활동뿐만 아니라 지속적으로 끊임없이 배출되는 전자, 양성자등 플라즈마 입자들로 인해 수명이 단축되고 있다. 통신위성을 구성하는 능동부품들은 플라즈마 입자들에 특히 약하기 때문이다. 이를 방지하기 위하여 방사능 차폐(Radiation Shielind)등을 하지만 이에 대한 비용이 매우 많이 드는 것이 사실이다. 그러므로 적절한 차폐가 필요하며 이를 위해서는 우주환경의 연구가 필요하다. 본 연구에서는 저궤도부터 우주탐사용 위성까지 모든 궤도영역의 인공위성의 이상현상등을 분석한 후 이것이 태양폭발, 지자기 폭풍등 우주환경이벤트와의 연관성을 조사해보고자 한다.
본 논문은 정지궤도 위성의 원격측정명령처리기 성능검증모델의 전자파환경 규격과 시험절차 및 시험결과를 소개한다. 또한 전자파환경시험 동안에 디버깅을 통하여 원격측정 명령처리기에서 발생된 잡음 특성을 평가하였다. 원격측정명령처리기의 전자파양립성 성능은 전력변환기 모듈의 개선을 통해 향상될 수 있다.
우주 환경이 인공위성의 오동작에 영향을 미친다는 사설은 이미 잘 알려진 것이지만, 구체적으로 인공위성의 오동작이 발생하였을 경우, 이것을 우주 환경에 의한 영향이라고 주장하기는 쉽지 않다. 이는 위성의 오동작 증상이 다양할 뿐만 아니라, 오동작 증상을 재현하는 것이 거의 불가능하기 때문이다. 이 연구에서는 이러한 위성의 오동작을 통계적으로 분석하여 어떠한 경우에 위성의 오동작이 발생할 확률이 높아지는지 찾고자 하였다. 특히 많은 비용이 소요되며 활용도가 높은 지구 정지 궤도 위성의 오동작 경향을 분석함으로써 위성 운용자에게 유용한 정보를 제공하고자 하였다. Satellite News Digest사에서 제공하는 1997년부터 2008년까지의 위성 오동작 자료를 분석하였는데, 분석 결과 지구 정지 궤도 인공위성은 Kp 지수와는 큰 상관관계를 가지지 않았으며, 봄과 가을에 그리고 자정부터 새벽 시간대에 오동작이 발생할 확률이 높음을 알 수 있었다. 또한 지구 정지 궤도에서의 고에너지 전자의 밀도가 높아질수록 위성의 오동작이 많이 발생했는데, 이러한 경향은 태양 활동 극대기일 때 보다는 극소기 일 때 더 잘 나타났다.
대류권 오존은 전 세계적으로 인간과 생태계에 막대한 피해를 입히는 오염 물질이다. 국지적인 오존 문제는 발생 지역에서 바람에 의해 풍하 측으로 이동함에 따라 지역적, 전 지구적 문제가 되고 있다. 보다 효율적인 오존 모니터링을 위해서 연속적인 일중 관측이 가능한 정지궤도 위성을 이용하려는 시도가 있어왔다. 이 연구에서는 정지궤도 위성에서 관측될 대류권 오존의 연속적인 관측을 이용하여 대류권 오존 이동벡터(Tropospheric Ozone Movement Vector, TOMV) 산출을 세계 최초로 시도했다. 현재 정지궤도 위성을 이용한 대류권오존 산출물이 존재하지 않기 때문에 대기화학모델인 GEOS-Chem에서 산출된 대류권 오존 자료를 이용하였다. 산출된 오존의 이동 속도는 화학모델에 비해 높은 값이 나왔지만 오염의 이동의 방향은 매우 높은 일치성을 보여주었다. 제시된 알고리즘을 이용하면 오존의 유입 플럭스를 오존의 움직이는 속도와 방향을 이용하여 산출할 수도 있다. 이와 같은 결과는 오염물질의 이동분석에 널리 사용되는 역방향 궤적 방법의 대안으로써 오염물질의 모니터링과 예보에 보다 유용하게 사용될 수 있다. 이와 반대로 오존분포의 경계선이 불분명하면 TOMV 산출에 오차를 발생시킬 수 있기 때문에 이동에 대한 잘못된 정보를 줄 수 있는 것이 이 방법의 한계이다. 그럼에도 불구하고 TOMV 방법은 앞으로 활동하게 될 정지궤도 위성을 이용한 오염 모니터링과 예보에 진일보한 방향을 제시해줄 수 있을 것이다.
위성 구조계의 가장 기본적인 임무 및 역할은, 우선 위성 자체의 미션 및 기능을 위해 필요한 여러 탑재체 및 장비들을 장착하고 지지할 수 있는 공간을 제공하고, 발사 시에 발생하는 이런 극심한 발사환경 하중에서 위성체 및 탑재체들을 안전하게 보호하는 것이다. 위성체가 발사체에 실려 발사될 때에 매우 높은 가속도에 의한 정적 하중 및 공기의 저항에 의한 하중, 연소 가스 분출 시 발생하는 음향에 의한 하중, 발사체로부터 분리될 때 발생하는 충격 하중 등 여러 가지의 극심한 하중을 겪게 된다. 현재 한국항공우주연구원에서는 2010년도에 발사한 천리안위성 개발 시 습득한 기술들을 바탕으로 후속 위성인 정지궤도복합위성을 개발 중에 있다. 현재 개발중인 위성은 이전 위성에 비하여 기상탑재체의 해상도가 향상되고 임무수명이 증가하여 전체적인 발사중량이 많이 증가되었다. 이로 인해 천리안위성의 구조계 설계 개념을 활용하기 어렵게 되었고, 새로운 구조계 설계 개념의 정립이 필요한 상황이다. 본 논문에서는 정지궤도복합위성의 구조계 개념설계 방안들에 대하여 기술한다.
본 논문에서는 정지궤도 복합위성 2B에 대한 환경위성지상국 시스템의 성능지표의 하나인 가용도를 예측하기 위한 H/W 및 S/W 시스템 가용도의 수학적 모델링을 제시하고, 직렬연결 시스템에 대한 가용도 예측 방법을 제시하였다. 또한, 본 논문에서는 환경위성 지상국 시스템의 가용도 예측 결과를 산출하였으며, 그 가용도 예측 결과는 0.998072로 분석 되었다.
통신, 해양, 기상의 세 분야 복합 임무를 수행하는 천리안위성(Communication Ocean Meteorological Satellite: COMS)이 2010년 6월 27일 지구정지궤도로 발사된 이후 궤도상시험을 마치고 현재 정상운영 임무를 수행하고 있다. 천리안위성은 정지궤도의 동경 $128.2^{\circ}$에 위치한다. 세 임무를 수행하기 위해 천리안위성에는 3가지 탑재체인 기상탑재체(Meteorological Imager: MI), 해양탑재체(Geostationary Ocean Color Imager: GOCI), 통신탑재체(Ka-band Antenna)가 실려 있다. 각 탑재체는 각각의 임무를 전담하여 수행한다. 기상탑재체(MI)와 해양탑재체(GOCI)는 각각 기상 관측과 해양 모니터링을 위한 지구 관측 임무를 수행한다. 궤도상시험 기간 동안 천리안위성과 지상국의 기능과 성능이 지구 관측 임무 운영을 통해 점검되었다. 지구 관측 임무는 지구의 여러 영역에 대한 기상 현상 관측과 한반도 주변의 해양 환경 모니터링으로 구성된다. 천리안위성 궤도상시험에 대한 기상 및 해양 임무 운영 특성을 기술하고 천리안위성 임무 계획에 대해 논하였다. 궤도상시험 임무 운영 결과로서 시험 기간 동안의 임무 계획 결과와 위성 영상 수신 상황에 대한 통계 분석 및 종합 결과를 제시하여 궤도상시험에서 검증된 천리안위성의 임무 운영 능력과 달성된 위성 영상 수신 역량을 연구하였다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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