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문제 정의
- 본 논문에서는 아리 랑 2호가 운용될 궤도의 우주방사능 환경 및 total ionizing dose(TID) 영 향에 관하여 분석하였다. 위성체 외부 방사능 환경으로서 지구 자기장 내부에 포획되어 활동하는 포획된 양자 및 전자가 고려되며, 태양에서 전달되는 태양양자가고려되었다.
- 본 논문에서는 아리랑 2호가 운용되는 궤도의 우주방사능 환경 및 total ionizing dose(TID) 영향에 관하여 분석하였다. 지구 자기권 내부에 포획되어 활동하는 양자(trapped proton: 이하 “포획된 양자”라고 칭한다) 및 전자(trapped electron: 이하 “포획된 전자”라고 칭한다.
제안 방법
- 관하여 분석하였다. 지구 자기권 내부에 포획되어 활동하는 양자(trapped proton: 이하 “포획된 양자”라고 칭한다) 및 전자(trapped electron: 이하 “포획된 전자”라고 칭한다.)와 태양에서 전달되는 양자(solar proton: 이하 "태양양자”라 칭한다)로 구분하여 아리랑 2호에 영향을 미치는 우주 방사능 외부환경을 분석하였다. 또한, 본 논문에서는 우주방사능 외부환경이 위성체 내부에 전달되면서 구성되는 내부환경 스펙트럼을 분석하였으며 그에 대한 특성을 분석하였다.
- )와 태양에서 전달되는 양자(solar proton: 이하 "태양양자”라 칭한다)로 구분하여 아리랑 2호에 영향을 미치는 우주 방사능 외부환경을 분석하였다. 또한, 본 논문에서는 우주방사능 외부환경이 위성체 내부에 전달되면서 구성되는 내부환경 스펙트럼을 분석하였으며 그에 대한 특성을 분석하였다. 알루미늄 차단 구조물을 통과한 후의 포획된 양자와 태양양자 유속(Hux) 스펙트럼을 비교 분석하였다.
- 알루미늄 차단구조물의 두께를 변경하여 알루미늄 차단 구조물의 차단 효과를 에너지 세기와 연관하여 분석하였다. 마지막으로, 본 논문에서는 아리랑 2호가 임무수행 중 계속적으로 피폭되는 전체 방사량을 위성체 알루미늄 두께에 따른 피폭된 전체량(total radiation absorbed dose)의 함수로 표시하였다.
- 또한, 본 논문에서는 우주방사능 외부환경이 위성체 내부에 전달되면서 구성되는 내부환경 스펙트럼을 분석하였으며 그에 대한 특성을 분석하였다. 알루미늄 차단 구조물을 통과한 후의 포획된 양자와 태양양자 유속(Hux) 스펙트럼을 비교 분석하였다. 알루미늄 차단구조물의 두께를 변경하여 알루미늄 차단 구조물의 차단 효과를 에너지 세기와 연관하여 분석하였다.
- 알루미늄 차단 구조물을 통과한 후의 포획된 양자와 태양양자 유속(Hux) 스펙트럼을 비교 분석하였다. 알루미늄 차단구조물의 두께를 변경하여 알루미늄 차단 구조물의 차단 효과를 에너지 세기와 연관하여 분석하였다. 마지막으로, 본 논문에서는 아리랑 2호가 임무수행 중 계속적으로 피폭되는 전체 방사량을 위성체 알루미늄 두께에 따른 피폭된 전체량(total radiation absorbed dose)의 함수로 표시하였다.
- 위의 분포에 대하여 에너지 세기 및 입자 수를 분석하기 위하여 에너지 스펙트럼을 도출하였다. 그림 4는 그림 2와 연계하여 포획된 양자 방사능 외부환경 스펙트럼을 나타낸다.
- 그림 4는 그림 2와 연계하여 포획된 양자 방사능 외부환경 스펙트럼을 나타낸다. 포획된 양자의 세기에 대한 단위 면적 및 단위 시간에 통과하는 입자 수의 함수로 표시하였으며, 궤도 평균 유속(orbit average)과 최대 유속(peak flux) 값을 비교 분석하였다. 최대 유속 스펙트럼은 SAA 지역에 대한 포획된 양자 환경을 나타낸다.
이론/모형
- 그림 2와 그림 3은 아리랑 2호 궤도에서 지구 자기권 내의 포획된 양자 및 전자의 지역별 분포를 나타낸 것이며 “Space Radiation"(Space Radiation Associate 1998) 소프트웨어를 이용하였다. 포획 된 양자의 경우 실제 위성에 영향을 줄 수 있는 20 MeV이상의 입자 분포를 나타내 었으며, 포획 된 전자의 경우 0.
- 태양의 활동에 의하여 지구에 전달되는 태양 방사능은 주로 태양양자 및 중이온으로 구성되 며(Stassionpoulos & Ryamond 1988) 태양 활동의 주기에 따라 그 세기가 변한다. 태양양자에 의한 TID 피폭영향을 분석하기 위하여 “Space Radiation" 소프트웨어 JPL-1991 모델(신뢰도 95%)이 사용되 었다(Feynman et. al. 1993).
- 최대 유속 스펙트럼은 SAA 지역에 대한 포획된 양자 환경을 나타낸다. 지구 자기장 내의 포획된 양자모델은 “Space Radiation” 소프트웨어에서 지원하는 AP8MIN 모델을 사용하여 분석하였다. AP8MIN 모델은 0.
- 그림 5는 그림 3과 연계하여 아리랑 2호 궤도에서의 포획된 전자 방사능 환경을 나타낸다. 지구 자기장 내의 포획된 전자 모델은 AE8MAX 모델을 사용하였으며 0.04 MeV에서 7 MeV사이의 에너지를 가진 포획된 전자 모델을 가지고 있다(Vette 1989). AP8과 AE8은 1960-1970년도에 얻어진 데이터를 근거로 하여 만들어진 모델로 최근 측정치와는 차이를 보이나, 아직까지는 인공위성 개발현장에서 기존의 모델들이 통상적으로 사용되고 있다.
성능/효과
- 그림에서 알 수 있듯이, 알루미늄 차단두께를 증가할수록 저 에너지의 포획된 양자의 수가 효과적으로 차단되는 것을 알 수 있었다. 그러나, 에너지가 증가할수록 차단효과는 감소하며, 20-30 MeV 이상의 에너지를 가진 입자들에 대해서는 차단두께를 증가하여도 차단효과는 거의 동일한 것을 알 수 있었다. 그림 8은 200 mils(약 5 mm)의 알루미늄 차단두께를 통과한 포획된 양자의 궤도 평균유속과 최대유속의 스펙트럼을 비교 나타낸 것이다.
- 그림 7은 포획된 양자 외부환경에 대하여 알루미늄 차단두께 10 mils(l inch=1000 mils), 50 mils, 100 mils 및 200 mils의 두께를 통과한 뒤 형성된 내부환경을 나타낸 것이다. 그림에서 알 수 있듯이, 알루미늄 차단두께를 증가할수록 저 에너지의 포획된 양자의 수가 효과적으로 차단되는 것을 알 수 있었다. 그러나, 에너지가 증가할수록 차단효과는 감소하며, 20-30 MeV 이상의 에너지를 가진 입자들에 대해서는 차단두께를 증가하여도 차단효과는 거의 동일한 것을 알 수 있었다.
- 그림 8은 200 mils(약 5 mm)의 알루미늄 차단두께를 통과한 포획된 양자의 궤도 평균유속과 최대유속의 스펙트럼을 비교 나타낸 것이다. 그림에서도 알 수 있듯이 포획된 양자의 평균값과최대값 사이에는 상당한 차이가 있음을 알 수 있었으며 30 MeV정도에서 최대 에너지 스펙트럼을 가지고 있는 것을 알 수 있었다. 이 것은, Stassionpoulos & Ryamond (1988)에서도 언급되 었지만, SAA 지역에서 고 에너지의 포획된 양자(peak Rux)에 의한 전자소자의 우주방사능에 대한 영향이 집중적으로 발생할 수 있음을 의미한다.
- 아리랑 2호의 위성체 구조물과 전자박스 하우징 알루미늄 두께의 합은 대략 150 mils에서 200 mils이다. 따라서, 우주 방사능과 관련된 아리랑 2호의 구조설계는 매우 효과적으로 설정되었음을 알 수 있었다. 아리랑 2호 위성의 위성체 구조 및 전자박스 하우징의 두께의 합을 200 mils정도로 고려할 경우 연간 0.
- 아리랑 2호의 궤도 환경하에서 200mils(약 5mm) 정도 이상의 두께에는 이상의 방사능 차단 효과가 미약한 것을 알 수 있었다, 따라서, 150 mils에서 200 mils의 알루미늄 차단두쩨를 고려하고 있는 아리랑 2호의 구조설계는 우주 방사능과 관련하여 매우 효과적으로 설정되었음을 알 수 있었다. 마지막으로, 아리랑 2호의 임무수명기간 동안 전자부품에 계속적으로 피폭되는 전체 방사량을 알루미늄 차단두께의 함수로 나타내었으며, 이 값들은 아리랑 2호의 전자부품의 선택기준 및 위성체 또는 구성품의 구조물 두깨를 설정할 수 있는 기준으로 제시하였다.
- 저 에너지 입자는 알루미늄차단 구조물을 이용하여 방사눙 영향을 효과적으로 차단할 수 있음을 알 수 있었으나, 고 에너지 입자의 경우 구조물의 두께를 증가하여도 방사능 영향을 효과적으로 차단할 수 없음을 알 수 있었다. 아리랑 2호의 궤도 환경하에서 200mils(약 5mm) 정도 이상의 두께에는 이상의 방사능 차단 효과가 미약한 것을 알 수 있었다, 따라서, 150 mils에서 200 mils의 알루미늄 차단두쩨를 고려하고 있는 아리랑 2호의 구조설계는 우주 방사능과 관련하여 매우 효과적으로 설정되었음을 알 수 있었다. 마지막으로, 아리랑 2호의 임무수명기간 동안 전자부품에 계속적으로 피폭되는 전체 방사량을 알루미늄 차단두께의 함수로 나타내었으며, 이 값들은 아리랑 2호의 전자부품의 선택기준 및 위성체 또는 구성품의 구조물 두깨를 설정할 수 있는 기준으로 제시하였다.
- 나타낸다. 알루미늄 구조의 두께가 증가함에 따라 포획된 전자의 방사량은 효과적으로 감소됨을 알 수 있었다. 포획된 전자 값은 전자와 알루미늄의 상호작용에 의하여 생성된 2차 방사능 bremsstrahlung X-ray에 의한 영향을 포함한다.
- 특히 포획된 양자의 경우 SAA 지역에 집중되어 있음을 알 수 있었으며 TID에 주로 영향을 미치는 방사능은 포획된 양자 및 전자와 태양양자임을 알 수 있었다' 또한, 우주방사능 외부환경이 위성체 내부로 통과된 후 구성되는 내부 방사능 환경 스펙트럼을 분석하였으며 그에 대한 영향을 분석하였다. 저 에너지 입자는 알루미늄차단 구조물을 이용하여 방사눙 영향을 효과적으로 차단할 수 있음을 알 수 있었으나, 고 에너지 입자의 경우 구조물의 두께를 증가하여도 방사능 영향을 효과적으로 차단할 수 없음을 알 수 있었다. 아리랑 2호의 궤도 환경하에서 200mils(약 5mm) 정도 이상의 두께에는 이상의 방사능 차단 효과가 미약한 것을 알 수 있었다, 따라서, 150 mils에서 200 mils의 알루미늄 차단두쩨를 고려하고 있는 아리랑 2호의 구조설계는 우주 방사능과 관련하여 매우 효과적으로 설정되었음을 알 수 있었다.
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