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초록
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본 논문에서는 태양동기성 유지 및 지상궤적 반복이 요구되는 위성의 궤도 설계 방법에 대한 연구를 수행하였다. 특히, 위성 궤도 해석 및 공학 문제에서 빈번하게 사용되는 상용소프트웨어 (STK, MATLAB)를 활용한 "비선형 시뮬레이션 기반 수치 최적화" 기법을 제안하고자 한다. 설계 과정에서 위성에 미치는 다양한 교란력을 고려함으로써, 태양 동기성과 지상궤적 반복과 같은 임무 요구 사항을 더 정확하게 만족할 뿐만 아니라, 위성 지방시 변화 최소화, 특정 지상국과 접촉 시간 최대화와 같이 실제 위성 운용시 현실적으로 요구되는 사항을 설계에 반영할 수 있다. 저궤도 태양동기궤도 위성을 대상으로 설계 예제를 제시하였고, 본 연구의 타당성을 검증하였다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

This paper presents a mission orbit design method for spacecraft which use the sun-synchronous and ground repeat orbits. In this work, we have proposed a new design procedure, "Nonlinear simulation-based numerical optimization technique" using the commercial S/W's such as STK (Satellite Tool kit) an...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 따라서 본 논문에서는, 궤도 설계 초기 단계에서부터 비선형 시뮬레이션과 수치 최적화 기법을 이용하여 앞에서 설명한 단점을 해결하고자 한다. Fig.
  • 본 논문은 기존의 해석적 방법으로 설계된 궤도에 미세 조정을 수행하여 임무궤도를 재설계하였다. 기존의 방법으로 고려가 불가능한 사항, 즉 지상국과의 교신시간 최대화 및 지방시의 정밀시간 조정 및 변화 최소화 등을 고려하여 기존의 성능에는 큰 영향을 주지 않으면서도 실제 운영 시에 필요한 요구사항을 반영하도록 임무궤도를 재설계하였다.
  • 본 설계 예제는 매 승교점에서 최초 지방시를 정밀하게 조정함과 동시에 그 변화가 최소화되는 것을 목적으로 한다. 따라서 식 (18)과 같이 성능 지수로 표현이 가능하다.
  • 본 설계 예제에서는 비선형 시뮬레이션 기반의 수치 최적화 기법을 적용하여 위성과 지상국의 교신시간이 최대화되도록 초기 궤도를 재설계하였다. 이때 지구 모든 교란력 및 태양, 달의 인력을 고려하여 위성의 최초 성능을 유지함과 동시에 기존의 방법보다 더 정밀한 태양동기궤도 설계를 목적으로 한다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
다목적실용위성 시리즈의 현황은? 특히 다목적실용위성 시리즈 (KOMPSAT)는 우리나라의 기술 수준을 잘 보여준다. 2006년 발사에 성공한 다목적실용위성 2호는 현재까지 정상 운영중이며, 2012년 5월 발사에 성공한 다목적실용위성 3호와 우리나라 최초로 SAR (Synthetic Aperture Radar)를 탑재하게 될 다목적실용위성 5호에서 볼 수 있듯이 현재 우리나라는 새로운 도약을 준비하고 있다.
대부분의 지구 관측 위성은 어떤 궤도로 설계되어 있는가? 다목적위성시리즈는 우리나라의 대표적인 저궤도 위성으로 지구 관측 위성이다. 전세계 대부 분의 지구 관측 위성은 태양동기궤도 (Sun Synchronous Orbit)로 설계되었다. 태양동기궤도는 관측하고자 하는 지점에 대하여 태양의 상대 위치가 동일하여 일정한 조도를 얻을 수 있기 때문에 영상처리에 큰 장점을 가지고 있다.
태양동기궤도가 영상처리에서 장점을 가지는 이유는? 전세계 대부 분의 지구 관측 위성은 태양동기궤도 (Sun Synchronous Orbit)로 설계되었다. 태양동기궤도는 관측하고자 하는 지점에 대하여 태양의 상대 위치가 동일하여 일정한 조도를 얻을 수 있기 때문에 영상처리에 큰 장점을 가지고 있다. 뿐만 아니라 다목적위성 시리즈는 지상궤적 반복 주기 (Ground Repeat Cycle)를 가지도록 설계되었다.
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참고문헌 (16)

  1. http://www.phpschool.com/link/yonhap_news/144 

  2. 정옥철, 최수진, 천이진, 김해동, 정대원, 천용식, 김학정, 이병선, "아리랑 2호 궤도조정 결과 분석" 한국항공우주학회 춘계학술대회, 2011 

  3. Vallado, D. A., Fundamentals of Astrodynamics and Applications, McGraw- Hill, New-York, 2001. 

  4. 이상률, 김응현, 김학정, "태양동기특성을 고려한 다목적실용위성의 최적 초기 경사각," 한국항공우주학회지, 제27권, 제6호, pp. 66-72, 1999. 

  5. Boain, Ronald J., A-B-Cs of Sun-Synchronous Orbit Mission Design, 14th AAS/AIAA SpaceFlight Mechanics Conference, 2004 

  6. 김학정, 홍영석, "J2 효과를 이용한 태양동 기위성의 궤도설계", 한국항공우주학회지, 제 21 권 제 4호, pp.73-82, 1993 

  7. 이지만, 노태수, 정옥철, 정대원, "지구 모든 중력장을 고려한 태양동기궤도 최적 경사각 설계에 관한 연구," 한국항공우주학회 추계학술대회 논문집 pp. 1439- 1442, 2011. 

  8. 이병선, 이정숙, "동결궤도의 초기 이심율 선택과 그에 따른 궤도의 진화" 한국항공우주학회 춘계학술대회 논문집 PP. 374 - 380, 1996 

  9. 황유라 이병선 김재훈 " 반복지상궤적 궤도 획등과 유지를 위한 저궤도 위성의 평균 궤도요소 변환에 따른 승교점 주기 계산" 한국항공우주학회 추계학술발표회, pp. 759- 1624, 2008 

  10. 박상영, 다목적실용위성3A호 임무궤도 특성 분석에 관한 연구, 연구보고서, 한국항공우주연구원, 2011. 

  11. http://www.cdeagle.com/ommatlab/odesign.pdf 

  12. J. S. Arora, Introduction to optimum Design, Elsevier Inc., 2004 

  13. O. Abdelkhalik and A. Gad, "Optimization of Space Orbits Design for Earth Orbiting Missions," Acta Astronautica Vol. 68, pp. 1307-1317, 2011. 

  14. 노태수, 다중위성관제를 위한 궤도 임무분석 및 운영에 관한 연구, 한국항공우주연구원, 2012 

  15. 이병선, 황유라 윤재철, 정옥철, "반복 지상궤적 태양동기 위성의 기준 교점경도," 한국항공우주학회 추계학술대회 논문집 pp. 1050 - 1053, 2009. 

  16. Byoung-Sun Lee, "Variations of The Local Time of Asecending Node for the Initial Inclinations of the KOMPSAT" J. Astron. Space Sci. Vol. 16(2), pp. 167-176, 1999. 

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