• 항공우주시스템공학회지
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• 제11권5호
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• pp.65-75
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• 2017

본 연구에서는 3U 큐브위성의 표준 플랫폼을 개발하였으며, 개발된 표준 플랫폼을 3U 큐브위성인 한누리 5호에 적용함으로써 기능 및 성능을 검증하였다. 표준 플랫폼의 설계를 위해 기존 큐브위성 및 최신기술을 조사하여 3U 큐브위성 플랫폼 규격을 선정하였으며, 범용적으로 사용이 가능하도록 설계하였다. 표준 플랫폼은 1.5U 크기로 설계 및 제작되었고, 모듈러 개념으로 개발되어 사용자의 요구임무에 맞게 탑재체와 자세제어 구동기 등을 추가 및 확장시킬 수 있다. 또한 전력계의 경우 태양전지판, 배터리 및 전개 메커니즘을 사용자가 직접 구성하도록 설계하였다. 기계시스템 설계에서는 초소형 부품 및 서브시스템 기능/성능을 초소형 PCB에 집적 및 소형화하도록 하고, 다양한 탑재체를 수용할 수 있도록 플랫폼의 공간 활용률을 극대화하였다. 3U 큐브위성 개발 시, 위성 플랫폼은 개발된 표준 플랫폼을 채택하여 추가적인 기능 검증 등을 줄여 전체 위성개발에 대한 비용 및 일정을 단축시킬 수 있다.

• 우주기술과 응용
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• 제4권2호
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• pp.87-104
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• 2024

큐브위성은 저비용, 짧은 개발 기간, 임무 지향적 성능 고도화, 군집 및 편대 비행을 통한 다양한 임무 수행이 가능하여 지구관측, 우주탐사, 우주 과학기술 검증 등 다양한 분야에서 활용성이 높다. 최근 큐브위성의 활용성이 높아지고 응용 분야가 확대됨에 따라 대용량 데이터의 고속 전송에 대한 요구가 전례 없이 증가하고 있는 추세이다. 레이저 기반 자유공간 광통신 기술은 기존 전파통신 방식 대비 고속으로 대용량 데이터 전송이 가능하고, 비면허대역 스펙트럼 사용, 저비용, 저전력, 높은 보안 특성 및 소형 통신 플랫폼의 활용 가능성 등 다양한 장점이 있어 큐브위성 임무 지원을 위한 고성능 통신 수단으로 적합하다. 본 논문에서는 큐브위성 기반 우주 레이저 통신 핵심 구성요소 및 특징을 살펴보고, 최근 연구동향, 대표 기술개발 사례 그리고 실증 결과와 함께 향후 개발 계획 등에 대해 살펴보고자 한다.

• 천문학회보
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• 제42권1호
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• pp.40.2-40.2
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• 2017

인공위성을 이용한 우주망원경 및 우주탐사장비는 천문학 및 우주과학 연구에 매우 중요한 관측 장비로서 지상에서 불가능한 다양한 파장대에서 관측을 수행하고 있다. 이러한 우주망원경의 경우 개발기간과 비용 또한 상대적으로 매우 큰 규모를 가지고 있다. 또한 장시간의 관측을 위한 관측위성의 운영 신뢰도 확보와 결과 활용을 위해 많은 연구 인력이 투입되는 거대 연구개발 사업이다. 그러나 최근에는 초소형 인공위성을 이용하여 여러 우주관측 및 실험이 수행되고 있다. 큐브위성으로 명명되어 있는 초소형 인공위성은 크기와 전력의 제한은 있지만 상대적으로 단기간의 개발일정과 저비용으로 전 세계적으로 폭발적인 성장을 하고 있는 관측기술이다. 경희대학교에서는 CINEMA라는 2개의 큐브위성을 개발 운영하였고, SIGMA 라는 큐브위성을 개발하여 발사를 기다리고 있다. 또한 향 후 광학관측을 위한 초소형 인공위성을 기획하고 있다. 국내에서는 천문우주용으로 제작되는 위성이외에도 다양한 기술검증용 위성이 10여기 이상 제작되고 있는 상황이다. 이에 초소형인공위성의 동향과 향 후 천문우주 관측에 활용 할 수 있는 방안에 대하여 논의 하였다.

• 한국항공우주학회지
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• 제44권4호
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• pp.363-372
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• 2016

SIGMA(Scientific cubesat with Instruments for Global Magnetic field and rAdiation) 큐브 위성은 근 지구 자기장 세기와 우주 방사선량 측정을 위해 경희대학교에서 개발한 초소형 인공위성이다. 우주 임무 수행을 위해 비행 소프트웨어는 위성을 제어하고 데이터를 처리하는 중요한 역할을 담당한다. 본 연구에서는 SIGMA 큐브위성의 임무 수행을 위해 비행소프트웨어를 구현한 것으로서 일반적으로 임베디드 시스템에서 사용하는 실시간 운영체제를 사용하지 않고 단일 프로세스 내에서 모든 태스크를 처리하도록 구현하였다. 이는 SIGMA 큐브위성의 임무 수행 절차와 시스템 제어 방법을 고려한 것으로서 소프트웨어의 오버헤드(overhead)를 낮추고 임무 수행에 집중할 수 있는 효과적인 방법이다.

• 전력전자학회:학술대회논문집
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• 전력전자학회 2018년도 전력전자학술대회
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• pp.470-471
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• 2018

본 논문에서는 소형 큐브위성의 전력시스템 구성품의 용량 및 위성의 운용로직을 설계할 수 있는 소프트웨어 테스트베드 설계 방법을 제시한다. 기존 초소형 인공위성 시스템 설계를 위한 소프트웨어가 개발되어 상용품으로 판매되고 있으나, 주로 자세제어 시스템의 제어기 설계를 위해 소프트웨어가 사용되고있고, 텍스트기반 복잡한 구조로 되어있어 본 논문의 목적인 전력계 구성품 용량 및 운용로직을 설계하는데 이를 활용하기 어려운 측면이 있었다. 따라서 본 논문에서는 전력시스템의 구성품들을 전력 및 에너지 방정식으로 모델링하여 Matlab/Simulink에서 이를 구현함으로써 가독성을 높여 시스템 설계 및 분석 시간을 줄일 수 있는 소프트웨어 테스트베드 설계방법을 제시한다. 제안된 소프트웨어 테스트베드를 이용한 3리터 사이즈의 소형 큐브위성 시스템의 구성품 용량 및 운용로직 설계 결과를 본 논문에서 제시한다.

• 한국항공우주학회지
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• 제44권4호
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• pp.298-307
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• 2016

인공위성의 자세추정은 결정론적 방법과 재귀적인 방법으로 나눌 수 있는데, 이 중 재귀적인 방법으로는 칼만 필터를 사용하여 자세를 추정하는 알고리즘이 널리 사용되고 있다. 초소형 큐브 위성의 경우 많은 탑재체를 실을 수 없기에 최소한의 자세 센서만을 이용해야 하는 제한점이 있다. 미션에 따라 식 기간 및 태양 센서의 데이터 이용이 불가능할 때에도 인공위성의 자세추정은 계속 되어야 인공위성은 임무를 성공적으로 완수할 수 있게 된다. 본 연구에서는 일반적인 인공위성의 자세추정 기법을 기반으로 큐브위성의 동역학과 토크외란을 고려하여 알고리즘을 발전시켜 식 기간에서도 더욱 정확한 자세 추정이 가능하도록 하였다. 제안된 알고리즘은 시뮬레이션을 통해 기존의 자세추정 방법과 비교하여 그 성능을 검증하였다. 또한 위성체가 우주 환경에서 운용되면서 받을 수 있는 다양한 크기의 토크외란에 따른 자세추정 오차를 분석하였다.

• 우주기술과 응용
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• 제3권4호
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• pp.355-372
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• 2023

민간 주도의 상업적 목표가 최우선 과제가 된 뉴 스페이스 시대에 이르러 낮은 투자 비용 대비 높은 효율을 가진 큐브위성이 시대적 상황과 결합되면서 수요가 폭발적으로 증가하고 있다. 따라서 본 논문에서는 국내 및 해외의 큐브위성 발사와 운영사례를 통해 밝혀진 문제점들 살펴보고 실무적인 관점에서 위성의 강건성과 신뢰성을 확보하는 방안에 대해서 제시하였다. 특히 위성의 사출 과정에서부터 임무 시나리오 상정상모드나 임무모드 이전 단계까지 발생되는 주요 이벤트를 중심으로 놓치기 쉬운 점검 사항들에 대해 중점적으로 다루었다. 다만, 논문에 제시된 내용은 위성 버스 시스템의 특성에 따라 기술적으로 적용할 수 없거나 상이한 측면이 있을 수 있다. 하지만, 위성의 운용 과정에서 충분히 발생 가능한 개연성 높은 문제점을 중심으로 기술하였기 때문에 위성의 조립·통합·테스트 과정에서 해당 내용이 작은 도움이 될 수 있을 것으로 판단된다.

• 한국항공우주학회지
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• 제41권9호
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• pp.720-725
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• 2013

큐브위성에서는 일반적으로 열선 작동 시 나일론선의 절단과 함께 구속을 해제하는 메커니즘을 적용하고 있다. 이를 적용할 경우 메커니즘은 단순하여 적용이 용이하나 다수의 구조물의 구속 및 분리를 위해 다수의 열선을 적용해야 하는 등 시스템의 복잡화가 불가피하며, 나일론선의 체결력이 상대적으로 취약하여 작용하중이 큰 구조물의 구속을 통한 구조건전성 확보에 취약한 단점을 갖는다. 본 연구에서는 상기의 단점을 극복하기 위한 큐브위성용 구속분리장치와 이를 적용하여 복수구조물의 동시 구속 및 분리가 가능한 큐브위성의 구조설계를 제안하였다. 분리장치 실험실 모델의 동작시험을 통해 분리장치의 기능성을 검증하였으며, 주요 분리 대상체인 상부 및 하부 주구조체가 분리장치에 의해 동시 구속된 상태의 큐브위성의 구조해석을 통해 구조설계의 유효성을 입증하였다.

• 우주기술과 응용
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• 제2권1호
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• pp.41-51
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• 2022

큐브위성은 기존의 인공위성과 마찬가지로 지구 관측뿐만 아니라, 우주탐사 분야에도 폭넓게 활용되는 인공위성 플랫폼이다. 또한 우주 공간물리현상을 관측하기 위한 자기장관측 임무에서도 다양한 형태로 제작되어 활용되고 있다. 자기장 측정의 경우, 일반적으로 위성의 자기 교란을 최소화하기 위해 자기장측정기가 위성 몸체로부터 멀리 떨어져 있다. 그러나 큐브위성과 같은 작은 위성의 경우 공간적인 제약으로 인해 자기장 센서의 위치 설정이 제한적이다. 이에 이 논문에서는 큐브위성에서 생성된 자기장 간섭을 추정하여 자기장 측정의 신뢰성에 얼마나 영향을 줄 수 있는지 분석하였다. 주요 잡음원으로는 상대적으로 높은 소비전력을 가진 반작용 휠과 자기 토크로드를 대상으로 조사하였다. 이러한 부품의 자기 쌍극자 모멘트는 제조업체의 데이터 시트에 제공된 정보를 사용하였다. 외부 자기장이 없는 공간에서 3 U 큐브위성 중간에 위치한 자기 토크로드의 잔류 모멘트의 영향은 위성의 몸체 최 외곽 끝에서 약 36,000 nT까지 나타날 수 있음을 확인했다. 또한, 1 nT 미만의 정확한 자기장 측정의 임무라면, 자력계는 위성 본체에서 약 0.6 m 반경 거리 외곽에 있어야 함을 알 수 있었다. 이러한 분석 방법은 자기장 측정을 수행하기 위해 CubeSat을 설계할 때 자기 청결도 분석의 중요한 역할이 될 것으로 기대한다.

• 우주기술과 응용
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• 제4권1호
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• pp.48-61
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• 2024

본 논문에서 우리는 여러 지상-우주 레이저 어플리케이션의 통합 인프라를 제공하는 '충남대학교 레이저 통합 버스'(Chungnam National University Laser Unity Bus, CLUB) 큐브위성의 컨셉을 소개한다. 오늘날 뉴스페이스 시대에 들어 우주공간의 활용이 급속도로 확대되면서 전파의 한계가 드러나기 시작했고, 수행하는 임무들이 다양해짐에 따라 대체 가능한 수단인 레이저가 주목 받고 있다. 레이저는 지상과 우주공간 사이에서 인공위성 레이저 거리측정(satellite laser ranging, SLR), 레이저 무기, 레이저 통신 등 다양한 응용분야에 이용할 수 있다. 하지만 지상과 우주공간 사이에서 사용되는 레이저는 지구 대기의 상당한 영향을 받게 된다. 이에 레이저 전파에 영향을 미치는 대기효과에 대한 이해가 필수적으로 요구된다. 특히 레이저의 전파 방향을 굴절시키고 파면을 왜곡시키는 대기 난류는 지상과 가까워질수록 강해지기 때문에 하향링크에 비해 상향링크에 더 큰 영향을 미친다. 하향링크의 경우 지상에서 검출할 수 있기 때문에 검증이 용이한 반면, 상향링크의 경우 우주공간에서 검출해야 하는 어려움 때문에 검증에 어려움이 있다. 이에 우리는 상향링크의 레이저 전파에 대한 이해를 돕고 검증하기 위한 큐브위성의 아이디어를 제안한다. 또한 체계적인 큐브위성 개발을 위해 시스템공학의 진행단계에 따라 CLUB 큐브위성의 임무설계를 중심으로 요구사항을 분석하여 개념설계를 진행한 결과를 제시한다.