본 논문에서는 총 무게 42 kg 이내의 요구사항을 토대로 차세대소형위성 2호 영상 레이다 시스템을 개발한 결과를 보고한다. 차세대소형위성 2호는 소형급 인공위성으로, 탑재체의 무게 비중이 전체 무게 대비 약 40% 정도를 차지하도록 설계하였다. 영상 레이다 시스템은 안테나, RF송수신기, 기저대역 신호처리기, 전력부 등으로 구성되며, 이 중에서 특히 무게 비중이 큰 부품은 영상 레이다의 핵심인 안테나이다. 안테나 설계시 이득, 효율 등을 고려한 다양한 선택이 가능하지만, 차세대소형위성 2호 사업에서 요구하는 무게, 전력 및 해상도 등을 반영하여 Micro-strip Patch Array 안테나를 채택하여 설계하였다. 차세대소형위성 2호의 임무 요구 조건에 부합하도록 안테나의 주파수는 9.65 GHz, 이득은 42.7 dBi 그리고 반사손실은 -15 dB로 규정하여 개발하였으며, 차량에 탑재한 현장시험을 통하여 요구 성능의 충족 여부를 검증하였다.
NISS is a unique spaceborne imaging spectrometer (R = 20) onboard the Korea's next micro-satellite NEXTSat-1 to investigate the star formation history of Universe in near infrared wavelength region (0.9 - 3.8 um), with a customized H1RG IR sensor(Jeong 2014). In this paper, we will introduce the compact electronics system (Fig. 1) as well as the novel readout method to reduce the 1/f noise for NISS.
본 논문에서는 차세대소형위성2호의 X대역 합성 개구 레이더 (SAR; synthetic aperture radar)에 탑재하기 위한 송·수신 모듈의 설계 및 개발에 관하여 논한다. 모듈은 DDS를 통해 X 대역의 대상 주파수 범위에서 요구 대역폭을 갖는 첩(chirp) 신호를 생성하고, 송·수신 신호에 대한 주파수 변환 및 합성, 분배 그리고 주파수 합성기능을 수행한다. 제작된 모듈의 송신 경로는 최대 96.8 MHz 까지 총 28개의 대역폭을 갖는 신호를 생성하며, + 9.37 dBm 이상의 출력신호 세기를 갖는다. 수신 경로는 15.7 dB 이하의 최소 잡음지수를 가짐으로써, 요구되는 성능을 만족함을 확인하였다. 제작된 모듈은 차세대소형위성2호 비행모델 (FM; flight model)에 장착되었고, 2023년 5월 23일 누리호 3차 발사체로 발사되어 운용 중이다.
The next generation small satellite-1 (NEXTSat-1) program has been kicked off in 2012, and it will be launched in 2016 for the science missions and the verification of space core technologies. The payloads for these science missions are the Instrument for the Study of Space Storms (ISSS) and NIR Imaging Spectrometer for Star formation history (NISS). The ISSS and the NISS have been developed by Korea Advanced Institute of Science and Technology (KAIST) and Korea Astronomy and Space science Institute (KASI) respectively. The ISSS detects plasma densities and particle fluxes of 10 MeV energy range near the Earth and the NISS uses spectrometer. In order to verify the spacecraft core technologies in the space, the total of 7 space core technologies (SCT) will be applied to the NEXTSat-1 for space verification and those are under development. Thus, the operation modes for the ISSS and the NISS for space science missions and 7 SCTs for technology missions are analyzed for the required operation time during the NEXTSat-1's mission life time of 2 years. In this paper, the operational concept of the NEXTSat-1's science missions as well as the verification of space core technologies are presented considering constraints of volume, mass, and power after launch.
본 논문에서는 차세대소형위성2호의 X 대역 합성 개구 레이더(SAR; synthetic aperture radar)에 탑재하기 위한 고출력 송·수신 모듈의 설계 및 개발에 관하여 논한다. 모듈은 X 대역의 대상 주파수 범위에서 100 MHz 의 대역폭을 갖는 고출력 펄스 신호를 출력하며, 수신신호에 대해 저잡음 증폭 기능을 수행한다. 제작된 모듈의 송신경로는 200 watt (53.01 dBm) 이상의 출력 신호 세기, 0.35 dB의 펄스폭 기울기, 송신 신호 출력간 0.04 dB 의 신호 세기 변화 및 1.7 ˚ 의 위상 변화를 갖고, 수신경로는 3.81 dB 의 잡음지수, 37.38 ~ 37.46 dB 의 이득을 가짐으로써, 요구되는 성능을 만족함을 확인하였다. 제작된 모듈은 차세대소형위성2호 비행모델에 장착되어 있으며, 추후 누리호에 탑재되어 발사될 예정이다.
NEXTSat-1 is the next-generation small-size artificial satellite system planed by the Satellite Technology Research Center(SatTReC) in Korea Advanced Institute of Science and Technology(KAIST). For the control of attitude and transition of the orbit, the system has adopted a RHM(Resisto-jet Head Module), which has a very simple geometry with a reasonable efficiency. An axisymmetric model is devised with two coil-resistance heaters using xenon(Xe) gas, and the minimum required specific impulse is 60 seconds under the thrust more than 30 milli-Newton. To design the module, seven basic parameters should be decided: the nozzle shape, the power distribution of heater, the pressure drop of filter, the diameter of nozzle throat, the slant length and the angle of nozzle, and the size of reservoir, etc. After quasi one-dimensional analysis, a theoretical value of specific impulse is calculated, and the optima of parameters are found out from the baseline with a series of multi-physical numerical simulations based on the compressible Navier-Stokes equations for gas and the heat conduction energy equation for solid. A commercial code, COMSOL Multiphysics is used for the computation with a FEM (finite element method) based numerical scheme. The final values of design parameters indicate 5.8% better performance than those of baseline design after the verification with all the tuned parameters. The present method should be effective to reduce the time cost of trial and error in the development of RHM, the thruster of NEXTSat-1.
As human exploration goals shift from missions in low Earth orbit (LEO) to long-duration interplanetary missions, radiation protection remains one of the key technological issues that must be resolved. The low Earth orbit space radiation dosimeter (LEO-DOS) instrument to measure radiation levels and create a global dose map in the LEO on board the the next generation small satellite-2 (NEXTSat-2) was launched successfully on May 25, 2023 using the Nuri KSLV-III in Korea. The NEXTSat-2 orbits the Earth every 100 minutes, in an orbit with an inclination of 97.8° and an altitude of about 550 km above sea level. The LEO-DOS is equipped with a particle dosimeter (PD) and a neutron spectrometer (NS), which enable the measurement of dosimetric quantities such as absorbed dose (D), dose equivalent (H) for charged particles and neutrons. To verify the observations of LEO-DOS, we conducted a radiation dose estimation study based on the initial results of LEO-DOS, measured from June 2023 to September 2023. The study considered four source categories: (i) galactic cosmic ray particles; (ii) the South Atlantic Anomaly region of the inner radiation belt (IRB); (iii) relativistic electrons and/or bremsstrahlung in the outer radiation belt (ORB); and (iv) solar energetic particle (SEP) events.
A satellite is exposed to various impact environment until orbit entry. It is particularly undergoing the biggest impact by pyro shock, which is generated when the launch vehicle stages are separated or the satellite is separated from the launch vehicle. In this paper, due to the fact that the pyro shock is prerequisite for performing the test and verification on the ground, we developed an air-gun type shock tester for NEXTSat-1 shock test at the KAIST SaTReC along with the development of program introduced by LabVIEW software. The program operated in shock tester is consist of data measurement and analysis with the convenient implementation of user interface and its easy modification of the code.
하반기에 발사 예정인 차세대소형위성2호(NEXTSat-2)에 탑재된 고상-액상 상변화물질 열제어장치(Phase Change Material Thermal Control Unit, PCMTCU)의 비행모델에 대한 위성 차원 열진공시험 결과로부터 융해-응고에 따른 작동과정을 분석하였다. 시험결과 PCM의 상변화는 발열부품의 온도 안정화에 기여함을 확인하였다. 시험에서 계측된 온도변화를 이용하여 타당한 정도의 정확도를 갖도록 PCMTCU의 열해석모델에 대한 보정을 수행하였다. 보정된 열해석모델로써 임무궤도의 정상 작동에 따른 PCMTCU의 주기적 온도변화를 예측하였으며, PCM의 액상분율로써 정량적 기여도를 평가하였다. 향후 임무궤도에서의 비행자료를 수신하여 PCMTCU의 우주 환경 검증을 완료할 예정이다.
The NISS (Near-infrared Imaging Spectrometer for Star formation history) onboard NEXTSat-1 is the near-infrared instrument optimized to the first small satellite of NEXTSat series. The capability of both imaging and low spectral resolution spectroscopy with the Field of View of $2{\times}2deg.$ in the near-infrared range from 0.9 to $3.8{\mu}m$ is a unique function of the NISS. The major scientific mission is to study the cosmic star formation history in local and distant universe. The Flight Model of the NISS is being developed and tested. After an integration into NEXTSat-1, it will be tested under the space environment. The NISS will be launched in 2017 and it will be operated during 2 years. As an extension of the NISS, SPEHREx (Spectro-Photometer for the History of the Universe Epoch of Reionization, and Ices Explorer) is the NASA SMEX (SMall EXploration) mission proposed together with KASI (PI Institute: Caltech). It will perform an all-sky near-infrared spectral survey to probe the origin of our Universe; explore the origin and evolution of galaxies, and explore whether planets around other stars could harbor life. The SPHEREx is designed to have wider FoV of $3.5{\times}7deg.$ as well as wider spectral range from 0.7 to $4.8{\mu}m$. After passing the first selection process, SPHEREx is under the Phase-A study. The final selection will be made in the end of 2016. Here, we report the current status of the NISS and SPHEREx missions.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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