• 한국항공우주학회지
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• 제30권8호
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• pp.87-93
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• 2002

일반적으로 궤도재배치는 주어진 시간동안 현재 경도에서 목표 경도로 옮기는 작업이며, 궤도재배치 기동은 표류제도 기동과 목표제도 기동으로 나누어진다. 정지궤도 위성은 지구비대칭에 의한 중력장 때문에 동서방향의 표류에 끊임없이 영향을 받는다. 따라서 기동을 계획할 때, 이러한 영향을 고려하지 않는다면 위성은 성공적으로 궤도재배치 되지 않을 수 있다. 본 연구에서는 기동시각과 delta-V를 구하기 위해서 선형화된 궤도전이 방정식을 사용하여 구하였으며, 궤도재배치를 수행할 경우 위성들간의 접근여부를 확인하기 위하여 비선형 시뮬레이션을 수행하였다.

• 천문학회보
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• 제37권2호
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• pp.163.2-163.2
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• 2012

다목적실용위성 3호는 2012년 5월 발사되어, 위성 기능점검을 위한 시험을 성공적으로 완료하였다. 위성이 발사체로부터 분리된 이후 임무궤도(고도 685km, 승교점 지방시 13시 30분을 갖는 태양동기궤도)를 획득하기 위해서는 궤도조정이 필요하다. 본 논문에서는 다목적실용위성 3호의 초기운영 기간 동안 수행한 총 10번의 궤도조정 계획 및 결과에 대해 기술하였다. 궤도조정 1 단계에서는 궤도조정 절차 및 기능을 점검하기 위해 6번의 시험 궤도조정을 순차적으로 수행하였고 이후 2 단계에서는 임무궤도 진입을 위해 4번의 궤도조정을 실시하였다. 궤도조정을 위해서는 원하는 추력분사 방향을 맞추기 위해 롤 방향 또는 피치 방향의 자세제어가 필요한데, 추력기를 사용하여 자세를 기동하는 모드(Del-V Mode)와 휠을 사용하여 자세를 기동하는 모드(Fine Del-V Mode)로 구분된다. 시험 궤도조정에서는 우선적으로 두 가지 모드에 대한 모드전환 시험을 실시하여 위성체 및 지상국 운영절차에 대한 이상 유무를 점검하였고, 이후 추력기 분사량을 10초로 설정하여 예측 대비 실제 궤도변경 결과값을 확인하였다. 시험 궤도조정의 결과를 토대로 본 궤도조정에서는 임무궤도를 획득하기 위한 경사각 조정 및 고도 조정을 수행하였다. 경사각 조정 시에는 승교점 지방시의 변화량을 줄이고, 이후 자연 교란력에 의한 궤도변화를 고려하여 목표궤도를 계획하였다. 또한, 고도 조정 단계에서는 연료 사용량 및 이심률 변화를 최소화 할 수 있도록 전형적인 호만 궤도천이 방식을 적용하였다. 궤도조정 결과 당초 목표한 값을 정확하게 달성하였고, 궤도조정 이후 궤도변화도 장기간 동안 임무궤도 범위를 유지함을 확인할 수 있었다.

• Journal of Astronomy and Space Sciences
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• 제26권2호
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• pp.171-186
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• 2009

이 연구에서는 미래 한국의 달 탐사에 대비, 지구-달 천이궤적을 설계하고 분석하였다. 궤적 설계는 최소연료로 지구 주차궤도에서부터 달 임무궤도까지 도달하는 모든 단계에 대해서 실시하였으며 미래 한국의 달 탐사 개발 계획에 실질적인 도움이 되기 위해 2017년, 2020년, 2022년으로 각각 나누어 설계를 하였다. 탐사선의 운동방정식의 구현을 위하여 태양, 지구, 달의 중력에 의한 섭동력이 포함된 N체 운동 방정식을 사용하였으며 보다 실질적인 우주환경의 모사를 위하여 지구의 비대칭 중력장(Geopotential), 태양 복사압(Solar radiation pressure) 그리고 달의 J2 섭동에 의한 영향도 고려하였다. 임무 설계를 위해 가정된 추력은 순간 추력(Impulsive thrust)으로 가정하였으며 발사체의 성능은 현재 개발 예정인 KSLV-2로 가정하였다. 미래 한국의 가상 달 탐사선이 지구-달 천이 궤적(Trans Lunar trajectory)에 진입하는 방법으로는 지구 주차 궤도에서 직접 진입 하는 방법과 여러번의 타원 중개 궤도를 거친 후 지구-달 천이 궤적으로 진입하는 방법을 모두 이용하였다. 아울러 TLI(Trans Lunar Injection) 기동시 탐사선의 대전 지상국에서의 가시성에 따른 기동의 크기에 대한 영향이 분석되었다. 이 연구를 통한 임무 설계 결과는 달 탐사 임무 설계를 위한 발사 가능 시기(launch opportunity), 성공적인 임무 수행을 위한 임무 단계별 최적의 기동량 및 해당 궤도의 특성 그리고 다양한 임무 파라미터등의 해석을 포함하고 있다. 임무 설계 결과, 미래 한국이 쏘아 올릴 수 있는 달 탐사선의 전체 질량은 해당 임무의 수행시기 보다는 초기 지구 출발 궤도의 초기 고도와 발사제의 초기 궤도 투입 성능에 따라 더욱 크게 좌우됨을 확인하였다.

• 한국우주과학회:학술대회논문집(한국우주과학회보)
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• 한국우주과학회 2009년도 한국우주과학회보 제18권2호
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• pp.45.4-45.4
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• 2009

저궤도 위성에 사용된 반작용휠을 이용한 자세제어 로직의 임무기간 동안의 성능 변화 양상을 분석하였다. 분석에 사용한 저궤도 위성은 임무기간 3년에 고도 685km의 태양 동기 궤도이며 자세제어 센서로 별 추적기 2개를 사용하였고, 구동기로 반작용 휠 4개를 사용하였다. 시간에 따른 성능 감소 경향성을 분석하기 위해 2006년 8월부터 2009년 9월까지 원격측정 데이터를 분석하여 반작용휠을 이용한 자세제어기의 기동시의 기동각에 따른 수렴시간 분석을 수행하였다. 임무 초기에 수행한 기동 수렴시각과 임무 종료 시점 근처에서 수행한 기동 수렴 시각을 비교한 결과 여전히 초기와 유사한 성능을 보이고 있음을 확인하였다.

• 천문학회보
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• 제37권2호
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• pp.171.2-171.2
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• 2012

위성 개발에서 추력기는 위성의 경사각 및 고도 등의 궤도 제어 용도 이외에 위성 동작 초기 혹은 비상 상황에서 안정적인 전력 공급을 위한 자세 제어용 구동기로 사용되어야 하므로 매우 높은 신뢰성을 필요로 한다. 국내의 실용위성을 위해 개발되어 사용되고 있는 출력기는 1 파운드의 작은 용량으로 위성 운영에 일부 제약을 주게 된다. 본 논문은 위성 운영에 있어 반드시 필요한 궤도 천이 절차와 관련하여 기존에 사용된 절차를 보완하기 위한 방법에 대해 기술한다. 기존에 개발된 위성에서는 궤도 조정을 위한 자세 변화에 추력기를 사용하였다. 그러나 위성의 무게가 커짐에 따라 자세 변환을 위한 시간이 오래 걸려 궤도 조정 효율이 떨어지는 요인이 되고 있다. 뿐만 아니라, 자세 변화 과정에서 벡터 방향의 추력으로 인해 원하지 않는 궤도 변화가 생기므로 정밀 궤도 결정에도 영향을 주게 된다. 최근에 개발된 위성의 경우, 위성의 기동 성능을 높이기 위해 고성능 반작용 휠을 사용하므로 이를 이용하여 궤도 천이 전에 자세 변화를 하도록 하고 있다. 이러한 방법을 적용한 결과, 정밀 궤도 결정에 도움이 될 뿐만 아니라 자세 변화로 인한 연료 소모를 줄이는 효과도 있어 위성의 수명 연장에 도움이 되는 것으로 확인되었다.

• 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.80-86
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• 2012

빠르게 기동하면서도 고해상도 영상을 획득하기 위해서는 정확한 자세지향 및 높은 지향안정도가 요구된다. 자세제어계는 이러한 요구조건을 만족시키기 위해서 고성능 별추적기와 자이로를 장착하고 있다. 하지만, 위성에 장착된 자세센서인 별추적기와 자이로는 발사환경과 발사체에서 분리된 후 놓여지는 우주환경의 영향으로 지상에서 예측한 위성 동체기준좌표계에서 벗어난 오정렬 값을 가지게 되며, 자세제어계에서는 자세지향 오차 및 기동 성능 향상을 위해서 해당 오정렬 값을 추정하여 보상해주는 궤도상 보정을 수행해야 한다. 본 논문에서는 고기동 저궤도위성의 초기운용기간 중 위성본체 성능확인 단계에서 자세제어계에서 수행한 궤도상 보정에 대해서 기술하고 실제 얻어진 자세지향 및 지향안정도 성능 향상 결과를 제시한다.

• 항공우주기술
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• 제10권2호
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• pp.65-73
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• 2011

위성의 발사 후 정지궤도위성을 운용궤도에 진입시키기 위해서는 전이궤도 원지점 (Apogee)에서 위성에 장착된 액체원지점엔진을 발사하여 근지점(Perigee) 고도를 정지궤도 고도에 이르도록 높여준다. 이 과정에서 궤도결정 결과를 피드백하여 정밀하게 궤도조정을 수행하고 종료 후 원하는 경도에 안착시키기 위해 상황에 따라 엔진발사를 3회에서 4회로 나누어 수행하게 된다. 본 논문에서는 먼저 임펄스 형태의 기동을 가정하여 각 액체원지점 엔진 발사시점과 ${\Delta}V$ 벡터를 결정하기 위한 알고리즘을 수립하였고, 추가적으로 연속점화에 따른 오차를 보정하기 위한 기법을 제안하였다. 또한 시뮬레이션을 통하여 제안된 기법의 타당성을 분석하였다.

• 천문학회보
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• 제37권2호
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• pp.166.2-166.2
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• 2012

국내에서 개발한 고기동 저궤도 위성이 일본 다네가시마 우주센터에서 2012년 5월 18일 발사되었다. 자세제어계는 위성의 임무수행을 완수할 수 있도록 발사 후부터 위성 수명 기간 동안 자세명령을 생성하고 제어 및 결정을 하며, 궤도 조정과 모멘텀 덤핑등의 임무를 수행한다. 이러한 임무 수행을 가능하게 하기 위해 자세제어계는 적절한 센서와 구동기 조합을 사용하여 추력기 기반 안전모드, 궤도 조정을 위한 Del-V Burn 기동 모드, 태양지향 서브모드 및 목표지향 서브모드 등을 설계했다. 고기동 위성의 초기 운용 중 자세제어계는 자세제어계 하드웨어의 초기 구동 및 점검을 수행하고 설계한 각 모드의 기능과 성능 확인을 수행하게 된다. 본 연구는 성공적으로 완료한 자세제어계 하드웨어의 초기 점검 결과를 소개하는 것이 목적이다. 초기 운용은 위성이 발사된 직후 탑재컴퓨터가 깨어나면서부터 시작되는데, 발사 후 최초 접속시 추력기 기반 안전모드에서 태양 획득 성능 및 제어 성능을 확인한 후 정상 상태 모드인 태양지향 자세로 전환하기 위해 자세제어계 하드웨어인 별 추적기, 자기토커, 반작용휠의 초기 구동 및 점검을 수행하였다. 본 연구에서는 각 하드웨어의 초기 구동 점검과 성능 및 기능 요구조건 만족에 대한 성능 분석 결과를 정리하였다.

• 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.