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문제 정의
- 앞으로 저궤도에서 운용하는 인공위성이 많아질수록 폐기되어야만 하는 인공위성의 수 역시 늘어날 것이며 이에 대한 대비가 필요하다. 따라서 본 연구에서는 ESA의 DRAMA를 이용하여 국내 저궤도 인공위성인 가상위성의 대기권 재진입시 생존율 및 지상에 대한 피해확률을 계산해 보았다.
가설 설정
- ESA의 DRAMA는 고도 95km에서 태양 전지판의 분리가 일어난다고 가정하고 이를 인공위성 전체 표면적에 반영하여 준다. 공력가열로 인해 인공위성의 파괴 및 분해가 일어나는데 이는 고도 78km에서 일어난다고 가정한다.
- ESA의 DRAMA는 고도 95km에서 태양 전지판의 분리가 일어난다고 가정하고 이를 인공위성 전체 표면적에 반영하여 준다. 공력가열로 인해 인공위성의 파괴 및 분해가 일어나는데 이는 고도 78km에서 일어난다고 가정한다. 분해고도 이후부터는 각각의 모든 부품이 분해되어 낙하한다고 가정하여 계산을 수행한다.
- 또한 궤적분석에는 각 부품의 궤적운동만 분석하고 자세 운동은 고려하지 않는다. 공력가열분석에서는 재진입체의 운동형태는 tumbling 또는 spinning만 있다고 가정한다. 각 부품의 형상 및 운동형태에 따른 CD값을 사용하고 1-D 열전달 모델이 아닌 lumped 모델을 사용한다.
- 공력가열은 고도 120km에서 시작한다고 가정한다. 그 이상의 고도에서는 대기밀도가 매우 희박하여 공력가열을 무시할 수 있다.
- 현재 아리랑 2호위성은 총 3번의 임무연장을 통해 2015년까지 운용될 예정이다. 따라서 폐기일 2015년 07월 28일로 가정한다[9].
- 재진입 지점은 가상위성이 대한민국에 떨어진다고 가정하여 대한민국의 지리학적 범위인 경도 124°~131°, 위도 33°~37°사이에 파편이 떨어질 수 있도록 임의의 지점을 정했고 필리핀해 상공에서 재진입을 시작한다. 또한 현재 운용중인 위성의 정확한 구성 부품내역을 알 수 없으므로 가상위성의 부품구성은 Table 2와 같이 DRAMA에서 제공하는 부품과 같다고 가정한다.
- 하지만 이는 대략적인 기준이며 임무장비나 포함된 부품에 따라 생존율에 영향을 줄 수 있다. 본 논문에서는 가상의 위성을 Table 1과 같이 아리랑 2호위성의 궤도제원과 크기가 같다고 가정하여 시뮬레이션을 수행하였다. 현재 아리랑 2호위성은 총 3번의 임무연장을 통해 2015년까지 운용될 예정이다.
- 공력가열로 인해 인공위성의 파괴 및 분해가 일어나는데 이는 고도 78km에서 일어난다고 가정한다. 분해고도 이후부터는 각각의 모든 부품이 분해되어 낙하한다고 가정하여 계산을 수행한다. 따라서 고도 122km에서 95km까지는 무게 800kg, 표면적 8.
- Table 3은 재진입하는 부품의 일부를 나타낸 것이다. 실제 계산 시에는 총 무게 780kg에 달하는 33가지 종류, 68개의 부품이 낙하하는 것으로 가정한다. 각 부품은 AA7075, A316, TiAl6V4, Inconel로 이루어져있다.
- 재진입 지점은 가상위성이 대한민국에 떨어진다고 가정하여 대한민국의 지리학적 범위인 경도 124°~131°, 위도 33°~37°사이에 파편이 떨어질 수 있도록 임의의 지점을 정했고 필리핀해 상공에서 재진입을 시작한다.
- 대부분의 인공위성은 태양전지판을 이용하여 전력을 생산한다. 태양전지판은 얇고 넓은 형태를 띠고 있으며 인공위성의 표면에 장착되어있거나 붐에 연결되어있는데 본 논문에서는 붐에 연결되었다고 가정한다. 지구 재진입 궤적은 재진입체의 탄도계수, 공기밀도에 영향을 크게 받는데 인공위성의 표면적 중 태양전지판이 차지하는 면적이 매우 크다.
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