접촉 케플러 궤도요소로부터 변환된 NORAD TLE를 정지궤도 위성의 안테나 포인팅에 직접 사용하기 위한 분석을 수행하였다. 일주일에 한번씩 동서방향과 남북방향의 위치유지를 위한 궤도조정을 수행하고 하루에 두 번씩 추력기를 이용한 모멘텀 덤핑을 통해서 궤도가 계속 변하는 통신해양기상 위성에 대해서 변환된 NORAD TLE를 이용한 안테나 포인팅 오프셋 각을 계산하여 위성신호를 수신할 수 있는지 검토하였다. 이를 통해 변환된 NORAD TLE를 사용하여 위성 관제시스템의 안테나 포인팅에 관련된 인터페이스를 간단하게 수행할 수 있음을 보였다. 또한 이심률이 큰 천이궤도에 있어서 위성의 평균 근점각에 따른 변환된 NORAD TLE 값의 차이를 분석하여 천이궤도의 원지점 근처에서의 NORAD TLE 변환 값이 더 좋은 결과를 나타내는 것을 알 수 있었다.
현재 전 세계적으로 많은 위성관제 및 위성영상데이터 수신처리 지상국에서 저궤도 위성의 추적 및 위성과의 통신을 위하여 NORAD 궤도데이터를 사용하고 있다. 공신력있는 북미우주방위사령부(NORAD)에서는 거의 매일 주기로 수천개의 지구 주회 물체를 관측하여 그 궤도데이터를 인터넷을 통해 전 세계로 공개하고 있으며, 이 데이터를 사용한 위성 궤도 예측은 지상국에서 위성과 통신하기에 충분한 추적정확도를 제공한다. 하지만 고해상도 지구관측 위성의 임무수행을 위해서는 위성의 위치결정 정확도의 중요성 때문에 평균 궤도정보인 NORAD 데이터를 사용하는 대신 자체 위성 관측 및 추적시스템을 운영한다. 우리별 3호의 지상국인 경우 자체 위성 추적시스템이 없는 관계로 위성과의 통신 뿐 아니라 영상촬영 및 처리를 위한 궤도정보를 NORAD 데이터에 의존하고 있다. 본 논문에서는 이러한 NORAD 데이터를 이용하여 위성의 위치를 예측 또는 결정함으로써 고해상도 지구관측 위성이 원하는 지역을 얼마나 정확히 촬영할 수 있는지, 그리고 생성되는 영상 카탈로그의 위치는 실제 촬영된 위치와 얼마나 달라질 수 있는지를 실험, 분석한다.
NORAD Two Line Element (TLE) is very useful to simplify the ground station antenna pointing and mission operations. When a satellite operations facility has the capability to determine NORAD type TLE which is independent of NORAD, it is important to analyze the applicable tracking data arcs for obtaining the best possible orbit. The applicable tracking data arcs for NORAD independent TLE orbit determination of the KOMPSAT-1 using GPS navigation solutions was analyzed for the best possible orbit determination and propagation results. Data spans of the GPS navigation solutions from 1 day to 5 days were used for TLE orbit determination and the results were used as Initial orbit for SGP4 orbit propagation. The operational orbit determination results using KOMPSAT-1 Mission Analysis and Planning System(MAPS) were used as references for the comparisons. The best-matched orbit determination was obtained when 3 days of GPS navigation solutions were used. The resulting 4 days of orbit propagation results were within 2 km of the KOMPSAI-1 MAPS results.
The NORAD type Two Line Element (TLE) was obtained from the osculating orbital elements by an iterative approximation procedure. The mathematical model was presented and computer program was developed for the conversion. The osculating orbital elements of the KOMPSAT-1 were converted into the NORAD TLE. Then the effect of the SGP4 atmospheric drag coefficient ($B^*$) was analyzed by comparison of the orbit propagation results with different $B^*$ values.
NORAD Two Line Elements (TLE) are widely used for the increasing number of small satellite mission operations and analysis. However, due to the irregular periodicity of generation of the NORAD TLE, a new TLE that is independent of NORAD is required. A TLE type Orbit Determination (TLEOD) has been developed for the generation of a new TLE. Thus, the TLEOD system can provide an Antenna Control Unit (ACU) with the orbit determination result in the type of a TLE, which provides a simple interface for the commercialized ACU system. For the TLEOD system, NORAD SGP4 was used to make a new orbit determination system. In addition, a least squares method was implemented for the TLEOD system with the GPS navigation solutions of the KOMPSAT-1. Considering both the Orbit Propagation (OP) difference and the tendency of $B^{*}$ value, the preferable span of the day in the observation data was selected to be 3 days. Through the OD with 3 days observation data, the OP difference was derived and compared with that of Mission Analysis and Planning (MAPS) for the KOMPSAT-1. It has the extent from 2 km after sit days to 4 km after seven days. This is qualified enough for the efficiency of an ACU in image reception and processing center of the KOMPSAT-2.
A method for estimating the NORAD SGP4 atmospheric drag term from minimum osculating orbit states, i.e., two osculating orbits, is developed. The first osculating orbit state is converted into the NORAD TLE-type mean orbit state by iterative procedure. Then the converted TLE is propagated to the second orbit state using the SGP4 model with the incremental SGP4 drag term. The iterative orbit propagation procedure is finished when the difference of the two osculating semi-major axes between the propagated orbit and the given second orbit is minimized. In order to minimize the effect of the short-term variations of the osculating semi-major axis, the osculating argument of latitude of the second orbit is propagated to the same argument of latitude of the first orbit. The method is applied to the estimation of the NORAD-type TLE for the KOMPSAT-1 spacecraft. The SGP4 drag terms are estimated from both NORAD SGP4 orbit propagation and the numerical orbit propagation results. Variations of the estimated drag terms are analyzed for the KOMPSAT-1 satellite orbit determination results.
$\textbullet$ NORAD SGP4 Model $\textbullet$ Conversion of the Osculating Orbit State into the NORAD TLE $\textbullet$ Derivation of the SGP4 Drag Term $\textbullet$ Conversion of the KOMPSAT-1 Orbit $\textbullet$ Effect of the SGP4 Drag Term $\textbullet$ Derivation of the KOMPSAT-1 B* Value $\textbullet$ Figure. Derived B* Values from KOMPSAT-1 MAPS Orbit state with considering the argument of latitude.
최근, NORAD(북미방공사령부)의 발표에 따르면 10cm 이상의 우주물체로서 목록화 되어 관리가 되는 것 중의 단지 10%만이 임무와 관련된 것이고 나머지는 보조연료탱크, 그리고 인공위성의 잔해들로서 임무와는 상관이 없는 우주폐기물인 것으로 분석되었다. 우주폐기물의 대표적인 경우는 우주물체간의 충돌이나 폭발로 인해 발생된다. 그리고 임무 중인 인공위성에 큰 피해를 초래하게 된다. 현재 몇몇 국가에서는 지구 및 우주환경을 보호하고 인류의 안전을 위해 새로운 위성모델의 개발을 추진 중이다.
인류가 위성을 발사하기 시작하면서 수많은 우주파편이 발생하게 되었고 이로 인하여 우주파편 환경은 날이 갈수록 심각해지고 있다. 우주공간을 비행하는 우주물체는 분쇄된 파편, 임무 관련 파편, rocket body 그리고 운용위성으로 구분된다. U.S. Space Surveillance Network에 따르면 10cm 이상 크기를 갖는 물체는 현재 13,000개가 넘는다고 알려지고 있고 질량만 해도 6,000톤이 넘는다. 이런 우주파편 환경으로 인하여 우주파편 간의 충돌, 우주파편과 운용위성 간의 충돌 또는 운용위성 간의 충돌에 대한 우려가 꾸준히 제기되어왔고, 불행하게도 2009년 2월 10일 Iridium 33과 Cosmos 2251 위성이 고도 790km 부근에서 충돌하여 1,300여개의 우주파편이 발생했다. 또한 2007년에 중국이 고도 860km 부근에서 750kg에 해당하는 자국의 위성(FY-1C)을 미사일로 격추시킴에 따라 2500여개의 우주파편이 발생하여 저궤도의 우주파편 환경을 더욱 심각하게 만들고 있다. 운용위성과 우주파편과의 충돌 가능성을 분석하기 위해서는 우주파편 및 위성의 궤도정보를 알아야 한다. 이를 위해서 NORAD(North American Aerospace Defense Command)에서 제공하는 TLE(Two Line Element)가 주로 이용된다. 하지만 관측 및 궤도 결정 특성상 수 km의 오차를 포함하므로 궤도정보의 공분산이 크다는 단점이 있으므로 충돌 분석을 수행하는데 있어 한계가 있다. 이 논문은 충돌분석 수행에 있어 TLE 정보만을 이용한 경우뿐만 아니라 정밀궤도와 TLE를 동시에 이용한 경우를 비교함으로써 충돌 불확실성의 해소방안을 제시할 계획이다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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