고도 685km에서 450mm~900mm 파장대역의 한 채널의 흑백영상과 4채널 칼라영상을 이미징하도록 개발된 MSC는 한반도의 정밀 지상관측 등 국가 영상정보 수요충족을 위해 운용예정인 저궤도용 다목적실용위성 2호의 유일한 탑재체로서 마지막 시험단계에 있다. MSC는 우주공간에서 운용되는 위성체 탑재체의 특성상 우주공간에서 경험하게 되는 직,간접의 태양광선, 그리고 극저온의 우주환경 등을 견뎌내도록 설계요구가 주어지는바 이를 위해서는 온도 제어가 불가피하고 또한 한정된 위성본체의 전원용량의 효율적인 사용도 고려되어서 설계되어야 한다. 특히 광학성능에 직접적인 영향을 미치게 되는 EOS의 효율적인 열제어는 MSC 설계요소의 가장 중요한 부분이기도 하다. 본 논문은 먼저 MSC의 전체적인 시스템구성과 열제어 시스템 개념을 소개한 다음, 실제 열제어를 수행하는 THTM(THermal and TeleMetry) 보드를 중심으로 열제어 시스템의 H/W와 S/W의 수행 내용들을 소개하였다.
고도 685km에서 450mm~900mm 파장대역의 한 채널의 흑백영상과 4채널 칼라영상을 이미징하도록 개발된 MSC는 한반도의 정밀 지상관측 등 국가 영상정보 수요충족을 위해 운용예정인 저궤도용 다목적실용위성 2호의 유일한 탑재체로서 마지막 시험단계에 있다. MSC는 우주공간에서 운용되는 위성체 탑재체의 특성상 우주공간에서 경험하게 되는 직,간접의 태양광선, 그리고 극저온의 우주환경 등을 견뎌내도록 설계요구가 주어지는바 이를 위해서는 온도 제어가 불가피하고 또한 한정된 위성본체의 전원용량의 효율적인 사용도 고려되어서 설계되어야 한다. 특히 광학성능에 직접적인 영향을 미치게 되는 EOS의 효율적인 열제어는 MSC 설계요소의 가장 중요한 부분이기도 하다. 본 논문은 먼저 MSC의 전체적인 시스템구성과 열제어 시스템 개념을 소개한 다음, 실제 열제어를 수행하는 THTM(THermal and TeleMetry) 보드를 중심으로 열제어 시스템의 H/W와 S/W의 수행 내용들을 소개하였다.
As a unique payload of Komsat-2, MSC, comprising EOS(Electro-Optical Sub-system), PMU(Payload Management Unit) and PDTS(Payload Data Transmission Sub-system), is supposed to take pictures of one panchromatic and 4 multi-spectral image between wavelength 450mm~900mm, and is being under final Satellit...
As a unique payload of Komsat-2, MSC, comprising EOS(Electro-Optical Sub-system), PMU(Payload Management Unit) and PDTS(Payload Data Transmission Sub-system), is supposed to take pictures of one panchromatic and 4 multi-spectral image between wavelength 450mm~900mm, and is being under final Satellite I&T. It will perform the earth remote sensing with applications such as acquisition of high resolution images, surveillance of large scale disasters and its countermeasure, survey of natural resources, etc.. Under the hostile influence of the extreme space environmental conditions due to deep space and direct solar flux, the thermal design is especially of major importance in designing a payload. There are tight temperature range restrictions for electro-optical elements while on the other hand there are low power consumption requirements due to the limited energy source on the spacecraft. This paper describes details of thermal control system for MSC.
As a unique payload of Komsat-2, MSC, comprising EOS(Electro-Optical Sub-system), PMU(Payload Management Unit) and PDTS(Payload Data Transmission Sub-system), is supposed to take pictures of one panchromatic and 4 multi-spectral image between wavelength 450mm~900mm, and is being under final Satellite I&T. It will perform the earth remote sensing with applications such as acquisition of high resolution images, surveillance of large scale disasters and its countermeasure, survey of natural resources, etc.. Under the hostile influence of the extreme space environmental conditions due to deep space and direct solar flux, the thermal design is especially of major importance in designing a payload. There are tight temperature range restrictions for electro-optical elements while on the other hand there are low power consumption requirements due to the limited energy source on the spacecraft. This paper describes details of thermal control system for MSC.
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문제 정의
이 모드에 있는 동안 THTMe WATCH DOG 타이머 리플레쉬 하는 업무를 제외하고는 아무일도 하지 않은 채 전원 off를 기다리는 모드로, 이 모드의 목적은 THTM이 치명적인 고장을 가지고 있거나 소프트웨어의 비정상적인 동작을 수행할 때 최소한의 동작만을 유지 하고자 함이다.
BIT를 수행한다. 즉 이 모듈의 목적은 THTM의 정상적 인 운영 시 작을 위하여 필요한 모든 초기화 절차를 수행하는데 있다.
제안 방법
Komsat-2의 단일 탑재체인 MSC의 열 제어시스템을 소개하였다. MSC의 열제어, 특히 EOS의 열 제어는 단순히 극저온과 극고온의 우주환경을 견디는 위성체의 우주환경 내구성측면의 검토뿐만 아니라, 광학성능에 미치는 영향을 고려하여 탑재체 전반의 시스템 측면에서 그 중요성이 고려되어야 한다.
MSC내에서 열 제어(Heater Control), 전원제어와, 텔레미트리(Telemetry) 수신 등의 기능을 수행하는 THTMe 그림 5에 보인바와 같이 80C32 프로세서를 중심으로 메모리, 80채널 이상의 아날로그 MUX, ADC(Analog /Digital Converter) 히터제어 신호 발생부, 전원제어를 위한 스위치제어 신호 발생부, 보드내의 제어로직이 구현된 FPGA 등으로 구성되어 있으며, 한 장의 전자 보드에 Primary 모듈과 Redundancy 모듈을 구현하여 전체 부피를 줄이도록 하였다. THTM으로 공급되는 전원은 5V, +15V, -15V가 있으며 FPGA 에서 사용하는 2.
이들 스위칭 신호들은 FPGA에 의해 생성되어 외부와의 인터페이스를 위해서 amplifier를 통해 신호 레벨을 맞추게 된다. 그리고 THTMe 필요한 경우 SBC의 명령을 받아 100step/sec로 동작하는 스테핑 모터제어 신호를 발생하여 EOS 포커싱을 수행하는 기능을 가지며, 그 외 기능으로 THTMe Power-Up BIT(Built-In Test)를 통해서 RAM, Flash ROM, A/D 변환기의 테스트를 수행하고, Initiated BIT와 Periodic BIT를 통해서 RAM, Flash ROM, A/D 변환기 및 내부 전압 테스트를 수행한다.
그리고 언급된바와 같이 MSC 성능을 만족하기 위해 온도변환에 민감한 EOS의 각 부분에 써미스터와 히터를 두어 적절한 온도 범위에서 EOS가 동작하도록 설계되었다. 그리고 개략적인 EOS의 동작규격은 흑백채널의 경우 13um 피치 C CD (Charge Coupled Device), 3x5000픽셀, CCD당 4출력, 출력당 10MHz 샘플링 속도를 지원하도록 되어있으며 칼라채널의 경우 이중초점 광학계 (Bi-Focal Telescope)의 특성상, 역시 13um 피치, 3750 픽셀 CCD, 그리고 CCD당 한 채널의 출력을 통해 흑백채널에 비해 4배 낮은 속도에서 동작하도록 설계 되었다.
구성된다. 그리고 언급된바와 같이 MSC 성능을 만족하기 위해 온도변환에 민감한 EOS의 각 부분에 써미스터와 히터를 두어 적절한 온도 범위에서 EOS가 동작하도록 설계되었다. 그리고 개략적인 EOS의 동작규격은 흑백채널의 경우 13um 피치 C CD (Charge Coupled Device), 3x5000픽셀, CCD당 4출력, 출력당 10MHz 샘플링 속도를 지원하도록 되어있으며 칼라채널의 경우 이중초점 광학계 (Bi-Focal Telescope)의 특성상, 역시 13um 피치, 3750 픽셀 CCD, 그리고 CCD당 한 채널의 출력을 통해 흑백채널에 비해 4배 낮은 속도에서 동작하도록 설계 되었다.
즉 H-bridge의 경우 그림6에서 보듯이 SW1 혹은 SW2중 하나 그리고 SW3 혹은 SW4중의 하나의 스위치가 정상 동작하는 한 정상적인 히터제어가 가능한 장점이 있는 반면, 각각 상하의 스위치의 하나가 short가 발생하는 경우 히터는 항상 On이되는 단점을 가지게 된다. 그리고 현재 MSC에 구현된 그림 7의 I-bridge의 경우 상하 스위치중 하나라도 open이 발생하는 경우 지상국과의 교신이 끊어진 영역에서 히터제어를 수행하지 못하게 하는 단점이 발생하지만 이는 SBC 소프트웨어가 이 현상에 대한 자동 인지 기능을 수행하도록 설계하여 open이 발생하는 경우 자동으로 동작 가능한 THTM으로 스위치 되도록 하여 고장에 대비하도록 하였다.
보내는 역할을 수행한다. 또한, 자체 적 인 체크 기능으로 BIT를 주기적으로 수행하며 Watch-Dog 타이머를 통하여 소프트웨 어 의 오동작을 감시 하도록 한다.
버스본체와의 1553B 통신을 통해 명령을 전달받고, 이 명령에 따라 MSC 각 유닛의 전원제어, 열제어를 비롯한 탑재체 전반의 제어를 수행하며 그 결과로 생기는 MSC내의 상태정보를 역시 버스 본체로 전달하는 기능을 수행하는 PMU는 전원공급기인 PSM(Power Supply Unit), PMU의 임무 스케쥴링 등 제어로직이 수행되는 컴퓨터인 SBC(Single Board Computer), SBC의 명령에 따라 실제로 각 유닛에 대한 히터제어 등 모든 제어 신호를 발생하거나 상태정보를 모아 SBC에게 전달하는 역할을 수행하는 THTM, 영상 데이터에 존재하는 비균일성(Non-Uniformity)를 보정하는 NUC (Nun-Uniformity Correction) 보드, PDTS 내의 안테나 포인팅을 제어하는 APDE (Antenna Positioning Drive Electronics) 그리고 마더보드 역할을 수행하는 백플레인의 6종 보드로 구성되게 된다.
열 제어 기능은 EOS의 각 섹션에 설치된 써미스터의 온도 데이터를 입력받아 이 데이터의 값에 따라, 사용자가 설정한 온도 범위 내에서 해당 영역이 열 제어되도록 열 제어 스위치를 On/Off 하도록 설계되었으며, 이때 해당 섹션의 온도 데이터는 몇 개의 써미스터 값의 평균값으로 정의된다. 써미스터 온도 데이터는 Primary/ Redundancy 공통의 텔레미트리 인터페이스 회로와 MUX를 통해서 CPU로 입력되며 만약 하나의 써미스터가 고장나는 경우 이 써미스터의 온도 값은 평균으로부터 제외되게 된다.
후속연구
그리고 MSC에 적용된 열제어 방법은 온도센서를 사용하여 기 설정된 온도 테이블 의상, 하한 값과 비교해서 히터를 On/Off한다는 면에서는 일반적이기는 하지만, 위성체 동작모드별, 그리고 THTM의 Primary /Redundant 동작개념에의흐]], 그리고 온도센서나 히터의 상태정보를 이용한 다양한 제어 동작개념을 적용함으로써 점점 다양해져 가는 위 성탑재체 의 요구사항들을 만족하고 더 안정된 열제어에 의한 좀더 신뢰성이 우수한 시스템을 구현하는 방법을 제공한다고 할 수 있다. 또한 열제어를 위해 구현된 온도센서와 히터 모듈 및 THTM의 H/W, S/W 구조는 차기 위성개발 사업에서도 약간의 수정으로 적용 가능하리라 생각한다.
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