• International Journal of Aeronautical and Space Sciences
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• 제13권4호
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• pp.421-427
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• 2012

Solar Sail propulsion has been validated in space (IKAROS, 2010) and soon several more solar-sail propelled spacecraft will be flown. Using sunlight for spacecraft propulsion is not a new idea. First proposed by Frederick Tsander and Konstantin Tsiolkovsky in the 1920's, NASA's Echo 1 balloon, launched in 1960, was the first spacecraft for which the effects of solar photon pressure were measured. Solar sails reflect sunlight to achieve thrust, thus eliminating the need for costly and often very-heavy fuel. Such "propellantless" propulsion will enable whole new classes of space science and exploration missions previously not considered possible due to the propulsive-intense maneuvers and operations required.

• International Journal of Aeronautical and Space Sciences
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• 제17권4호
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• pp.579-592
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• 2016

CNUSAIL-1, to be launched into low-earth orbit, is a cubesat-class satellite equipped with a $2m{\times}2m$ solar sail. One of CNUSAIL's missions is to deploy its solar sail system, thereby deorbiting the satellite, at the end of the satellite's life. This paper presents the design results of the attitude control system for CNUSAIL-1, which maintains the normal vector of the sail by a 3-axis active attitude stabilization approach. The normal vector can be aligned in two orientations: i) along the anti-nadir direction, which minimizes the aerodynamic drag during the nadir-pointing mode, or ii) along the satellite velocity vector, which maximizes the drag during the deorbiting mode. The attitude control system also includes a B-dot controller for detumbling and an eigen-axis maneuver algorithm. The actuators for the attitude control are magnetic torquers and reaction wheels. The feasibility and performance of the design are verified in high-fidelity nonlinear simulations.

• 항공우주산업기술동향
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• 제8권2호
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• pp.24-30
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• 2010

우주태양광 비행은 별이나 레이저에서 나오는 빛의 복사 압력을 이용하여 아주 얇은 물질을 매우 빠른 속도가 되도록 하는 위성체 추진을 위한 방법 중 하나이다. 이에 관한 연구는 미국, 일본, E.U. 그리고 러시아 등에서 기초 연구를 비롯한 우주 비행 시험을 수행하고 있다. 2010년 5월 일본의 JAXA는 세계 최초로 태양광 돛을 가진 행성간 위성체인 "IKAROS"를 금성까지 발사하는데 성공한 바 있다. 현재 태양광 추진 방법으로 태양계를 포함한 은하계에 많은 무인 우주 비행 임무를 수행하고자하는 목표를 가지고 있다. 본 논문에서는 우주 탐사 및 여행을 위한 새로운 추진 방법으로 우주 선진국들의 우주태양광 비행선의 기술 동향에 대해 기술하였다.

• 한국추진공학회:학술대회논문집
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• 한국추진공학회 2008년 영문 학술대회
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• pp.583-588
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• 2008

A spacecraft propulsion system utilizing the energy of the solar wind was reviewed. The first plasma sail concept was proposed by Prof. Winglee in 2000, and that was called M2P2(mini-magnetospheric plasmapropulsion). However, the first M2P2 design adopting a small(20-cm-diamter) coil and a small helicon plasma source design was criticized by Dr. Khazanov in 2003. He insisted that: 1) MHD is not an appropriate approximation to describe the M2P2 design by Winglee, and with ion kinetic simulation, it was shown that the M2P2 design could provide only negligible thrust; 2) considerably larger sails(than that Winglee proposed) would be required to tap the energy of the solar wind. We started our plasma ssail study in 2003, and it is shown that moderately sized magnetic sails can produce sub-Newton-class thrust in the ion inertial scale(${\sim}70$ km). Currently, we are continuing our efforts to make a feasibly sized plasma sail(Magnetoplasma sail) by optimizing the magnetic field inflation process Winglee proposed.

• 한국항공우주학회지
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• 제42권6호
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• pp.495-504
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• 2014

태양돛은 태양 광자들의 운동량 변화를 이용하여 추력을 얻는 우주선이다. 매우 작지만 연속적인 가속도를 얻을 수 있어 태양돛은 다양한 임무를 수행할 수 있다. 효과적인 임무개발을 위해서는 태양돛의 형상, 돛의 재료 그리고 전개 장치에 따른 구조/재료적 특성뿐만 아니라 위성의 임무 궤적에 따른 자세제어 방법들을 고려해야 한다. 본 논문에서는 태양돛의 기술발전, 태양돛 제작에 필요한 소요기술 그리고 태양돛을 이용한 향후 개발가능한 위성 임무에 대하여 살펴보고자 한다.

• 한국해양공학회지
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• 제30권1호
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• pp.57-67
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• 2016

As a new technical approach, an attempt was made to realize a photovoltaic system for an eco-environmental leisure ship by simultaneously actuating nine photovoltaic solar panels in association with the application of a sail-controlling system using wind energy. In this approach, the photovoltaic system consisted of a solar module, an inverter, a battery, and the relevant components, while the sail-controlling device was equipped with sail up/down and mast turning systems. The previously mentioned eco-environmental leisure ship utilizes a photovoltaic hybrid system that uses solar and wind energy as renewable energy sources. Furthermore, this research included a performance evaluation of the manufactured prototype, the acquisition of the purposed quantity values, and development of the purposed items. The significant items, including the sail up/down speed (seconds) and mast turning angle (degrees) were evaluated for a performance test. A wind direction sensitivity of 90% and maximum instant charging power of 900 W were also obtained in the process of the performance evaluation. In addition, the maximum sail time was also evaluated in order to acquire the optimum value. The performance evaluation showed that the prototype with a photovoltaic hybrid system was suitable for sailing an eco-environmental leisure ship using solar and wind energy.

• 한국항공우주학회지
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• 제44권3호
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• pp.228-239
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• 2016

CNUSAIL-1은 $4m^2$ 크기의 태양돛을 탑재한 3U 크기의 큐브위성이며, 주 임무는 지구 저궤도에서 태양돛을 성공적으로 전개하고 태양돛을 이용해 Drag Sail을 실현하는 것이다. 또한, 이에 따른 자세와 궤도에 대한 영향을 확인하는 임무를 수행한다. 본 논문에서는 CNUSAIL-1의 태양돛에 사용되는 박막과 붐의 재질과 물성치에 관련된 실험을 수행하며, 이를 통해 태양돛 박막의 반사율/투과율 요구도를 확인하고, 박막과 붐의 인장강도를 측정함으로서 지구 저궤도 환경에서의 돛 전개 시 발생가능 응력에 대한 안전성을 확인한다. 또한, 태양돛의 전개장치를 개발 제작하여 우주환경을 모사한 지상시험을 수행함으로서 태양돛 전개의 가능성을 검증하였으며, 태양돛의 탑재와 접기 방법에 따라 비교 전개하는 실험을 통하여 접기방법을 결정하고, Spiral spring 두께에 따른 전개실험과 각속도 시험을 수행하여 실제 전개 시에 생길 수 있는 위성체에 대한 영향성 등을 살펴보았다.

• Journal of Astronomy and Space Sciences
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• 제37권1호
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• pp.1-9
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• 2020

Frozen orbit is an attractive option for orbital design owing to its characteristics (its argument of pericenter and eccentricity are kept constant on an average). Solar sails are attractive solutions for massive and expensive missions. However, the solar radiation pressure effect represents an additional force on the solar sail that may greatly affect its orbital behavior in the long run. Thus, this force must be included as a perturbation force in the dynamical model for more accuracy. This study shows the calculations of initial conditions for a lunar solar sail frozen orbit. The disturbing function of the problem was developed to include the lunar gravitational field that is characterized by uneven mass distribution, third body perturbation, and the effect of solar radiation. An averaging technique was used to reduce the dynamical problem to a long period system. Lagrange planetary equations were utilized to formulate the rate of change of the argument of pericenter and eccentricity. Using the reduced system, frozen orbits for the Moon sail orbiter were constructed. The resulting frozen orbits are shown by two 3Dsurface (semi-major, eccentricity, inclination) figures. To simplify the analysis, we showed inclination-eccentricity contours for different values of semi-major axis, argument of pericenter, and values of sail lightness number.

• 한국항공우주학회지
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• 제41권10호
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• pp.770-778
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• 2013

태양돛은 태양복사압을 이용하여 연료소모 없이 우주선에 지속적인 추력을 제공하는 방식으로, 심우주 임무나 지속적인 궤도기동이 필요한 임무에 적합하다. 본 논문에서는 태양돛의 기본 원리를 소개하고 태양중심, 행성중심 궤도에서의 국소최적제어 기법을 연구하였다. 각각의 최적제어 기법에 대한 시뮬레이션을 수행하였다. 핼리혜성 랑데부 궤적을 생성하였으며, 여러 가지 행성탈출 기법을 비교하였다.

• Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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• 제40권3호
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• pp.240-248
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• 2016

본 기술개발의 목적은 선박제조에 적용되는 태양광 발전시스템 및 풍력 Sail 돛 제어장치 설비를 이용하여 친환경 레져보트인 '풍력 Sail 돛 제어장치를 이용한 태양광 레져보트' 시제품을 제작 및 개발하는데 주안점이 있으며, 이 과정에서 제작된 시제품에 대한 성능평가를 수행하여 제반 평가항목에 대한 정량적 수치 및 개발 목표치를 확보하고자 함에 있다. 특히, 평가항목 중 중요 항목에 해당되는 Sail Up/Down System 및 Mast Turning System과 관련하여 최적의 풍향 및 풍속을 적용할 수 있는 돛 제어장치의 특성(시간, 각도 등)을 평가하는데 신중한 검토를 하였으며, 기타 평가항목 중 주요 항목에 해당하는 풍향 감지 정도(%), 순간 충전 최대 전력(W) 및 최대 운항 시간(hr) 등에 대해서도 최적의 정량적 수치를 획득하는데 그 중요성을 두었다.