한국항해항만학회 2006년도 International Symposium on GPS/GNSS Vol.2
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pp.273-278
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2006
In order to use a GPS antenna for launch vehicles, it should be installed on the skin of the vehicle and be able to normally receive the live GPS signals during the vehicle's full flight mission. The GPS antenna on the surface of the launch vehicle is, however, exposed to higher temperature than inner equipments of the vehicle due to aerodynamic heating generated during the flight. Test specification of the GPS antenna for qualification of hot-temperature is determined to $+95^{\circ}C$ that is higher than inner components by $25^{\circ}C$. Test results in this paper show that the GPS antenna normally operates under the above environment.
본 논문에서는 소형발사체의 무선통신 시스템 검증을 위한 테스트 베드를 제안한다. 제안하는 테스트 베드는 안테나 테스트 커플러와 RF 감쇄기 및 스위칭 시스템으로 구성되어 있다. 안테나 테스트 커플러는 소형 발사체에 장착되어 있는 각 대역별 안테나를 서로 격리 시키며 무선신호를 송/수신하기 위한 장치이며 RF 감쇄기 및 스위칭 시스템은 각 대역의 안테나별 통신점검을 위하여 안테나별 경로를 선택해 주는 장치이다. 안테나 테스트 커플러 설계 결과, UHF-, S-, X-대역에서 39.3, 47.1, 56.1 dB 이상의 차폐율을 확인 할 수 있었다. 실제 소형 발사체에 적용하여 발사체 통신 시스템을 점검한 결과, 정상적으로 데이터 송/수신을 확인 할 수 있었으며, 안테나 경로 스위칭을 통하여 각 대역의 안테나별 통신 점검을 수행할 수 있었다.
GPS 안테나는 위성발사체의 전 비행 구간에서 GPS 위성 신호를 정상적으로 수신하기 하여 발사체의 외피에 설치되어야 한다. 위성발사체의 표면 온도는 발사체가 대기권을 통과하면서 발생하는 열공력의 영향으로 급격하게 상승하며 발사체 외피에 설치되는 GPS 안테나는 극심한 고온 환경에 직접적으로 노출된다. 따라서 위성발사체의 외피에 설치되는 GPS 안테나에 대한 고온 환경 시험 규격은 발사체 내부 시스템의 고온 환경 시험 규격보다 더 가혹하게 설정되어야 한다. 본 논문에서는 KSLV-I 발사체에 탑재될 GPS 안테나의 고온 환경에서 성능 분석 절차 및 결과를 기술하며, GPS 안테나가 고온 환경에서 물리적인 변형이나 내부 LNA(Low Noise Amplifier)의 성능 저하 없이 정상적으로 동작하였을 보여주고 있다.
본 논문에서는 팔라우추적소 원격자료수신장비 링크버짓 결과를 예측하고 실제 신호수신레벨과 비교 분석하였다. 팔라우추적소는 발사 임무에 처음으로 참여하였으며, 지리적 특성상 비행시험 등 안테나 추적 및 신호 수신 성능에 대한 검증 시험에 어려움이 있어 발사체 궤도 및 자세각에 따른 송신 안테나 편파별 이득 값의 변화를 예측하여 보다 정확하게 링크버짓을 분석하였다. 분석결과는 팔라우추적소 신호 수신 가능 구간, 안테나 구동각도와 좌현/우현 편파 예상 수신레벨 분석에 활용되었고, 발사임무 운용 결과 안테나 실제 수신레벨은 링크버짓 결과와 유사함을 확인하였다.
본 논문에서는 발사체와 지상국과의 RF 호환성 시험을 효율적으로 수행하기 위한 소형 안테나 햇을 제안한다. 제안된 구조에서는 통상적으로 쓰는 흡수체가 아닌 도체로 쉴드된 구조를 사용하여 안테나 햇의 소형화와 저손실을 구현하였다. 제작된 S-밴드 안테나 햇의 크기는 $88mm{\times}35mm{\times}44mm$로 역-F 탑재안테나의 크기($74mm{\times}13mm{\times}16mm$)에 비해 많이 크지 않으면서 중심주파수 2.25 GHz에서 25.6 dB의 반사손실, 0.26 dB의 삽입 손실, 49.4 dB의 누설손실을 갖는다. 시뮬레이션 결과와 측정 결과가 상당한 유사성을 보여준다.
전개형 반사판 안테나는 단위 구조물 형태의 반사판이 접힌 상태로 수납되어 발사체에 탑재된 후, 운용궤도에 도달 및 전개되어 임무를 수행하는 위성체이다. 전개형 반사판 안테나는 수납 부피를 줄일 수 있어 발사체의 제한적 수납공간에 대형 우주 구조물을 탑재시킬 수 있으며, 경량소재를 적용할 경우 발사 및 운용 성능 향상에 용이한 장점이 있다. 본 논문에서는 전개형 반사판 안테나를 구성하는 주반사판에 대해 강성 및 강도 등의 구조적 분석을 통해 초기 개념설계를 수행하였다. 탄소섬유 복합재 및 허니콤 코어를 적용하여 경량 복합재 주반사판을 설계하였으며, 적층 패턴 및 형상을 설계 변수로 운용조건에 적합한 주반사판 설계안을 도출하였다. 이후 모드(Modal analysis), 준정적(Quasi-static), 열 구배(Thermal gradient) 및 동적(Dynamic) 거동에 대한 상세 구조해석을 수행하여 경량 복합재 반사판 안테나의 성능을 분석하였다
천리안위성(COMS)은 발사체에 실려 비행하는 동안 발사체의 단이나 위성덮개가 분리될 때와 위성이 발사체로부터 분리될 때 충격 하중을 받는다. 그리고, 발사체에서 분리 후 태양전지판이 전개 전개될 때, 통신안테나가 전개될 때, 그리고 기상탑재체 라디에이터 덮개가 전개될 때 충격하중을 받게 된다. 이들 충격하중에 대한 위성의 안전 여부를 지상에서 검증하기 위하여 충격 시험이 수행되었다. 본 논문에서는 천리안위성 개발 과정 중에 수행된 충격시험과 시험분석 과정을 소개하고, 해양탑재체(해양관측카메라)의 예를 이용하여 시험 결과에 대한 분석 방법을 소개하였다. 아리안-5 발사체의 경우 위성분리를 위한 조임띠 해제 충격이 위성덮개나 단분리 충격보다 낮다. 본 논문에서는 위성분리 충격시험 결과를 이용하여 발사체로부터 위성이 받는 최대 충격을 고려하기 위한 외삽법 또한 소개되었다.
본 논문은 궤적데이터마이닝의 2차 회귀분석 기법을 이용하여 나로우주센터 내 원격자료수신장비에서 우주발사체의 실시간 비행궤적을 보다 정확하게 추정하기 위한 방법을 제시하고 있다. 원격자료수신장비는 추적손실 없이 실시간으로 우주발사체의 비행위치와 상태정보를 수신하기 위한 정확한 위치추정 알고리즘이 필요하다. 따라서 나로호 1차 발사 시, 기존 보간법에 의한 원격자료수신장비 안테나의 거친 구동특성을 보완하고 안정적인 발사체의 위치추정을 위한 2차 회귀기법을 고려하였다. 성능분석을 위해 나로호 1차 비행시험데이터를 사용하였고, 수학적 모델링을 통해 실시간 발사체의 비행위치정보를 추정한 결과가 분석되었다. 분석결과, 궤적데이터마이닝의 2차 회귀기법을 적용한 위치추정알고리즘이 기존의 보간법에 의한 위치추정알고리즘보다 향상된 안테나 구동특성 및 추정정확도를 보였다.
한국형발사체의 표면에 장착되는 UHF-대역 안테나의 표면에 발생하는 결빙을 모델링하고, 이러한 결빙이 안테나의 공진주파수, 반사손실 및 방사패턴 등의 주요 특성에 미치는 영향을 분석하였다. 안테나 표면결빙을 모델링하기 위해 $-180^{\circ}C$의 얼음층에 대한 비유전율을 추출하였고 추출된 비유전율을 이용하여 안테나 표면결빙 모델을 제안하였다. 중심주파수가 UHF-대역인 안테나 표면에 1mm의 결빙이 되었을 경우의 표면결빙 모델을 적용하여 시뮬레이션 한 결과, 표면결빙에 의해 안테나의 공진주파수가 21MHz 하향 되었고, 방사패턴도 전 방향에 대해 전체적으로 10dB 이상의 성능저하가 발생되었다. 따라서 실제 안테나 표면에 결빙이 발생할 경우 안테나 성능에 심각한 영향을 미칠 것으로 판단된다.
Tracking systems for launch vehicle consist mainly of radar transponder (beacon), RF switch or power divider, antennas as onboard system, and single or multiple radars as ground one. In this paper, tracking systems, which are applicable to KSLV (Korea Space Launch Vehicle)-l, are introduced and the electrical performances for developed prototypes are presented. We have also performed RF link analysis for both uplink and downlink, and estimated that the maximum distance to be able to track KSLV-l stably is dependent on uplink characteristic in our system.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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