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제어모멘트자이로와 반작용휠의 순차적 사용을 통한 위성 고기동 연구
A Study on High Agile Satellite Maneuver through Sequential Activation of Control Moment Gyros and Reaction Wheels 원문보기

항공우주기술 = Aerospace engineering and technology, v.13 no.2, 2014년, pp.18 - 28  

손준원 (위성제어팀) ,  최홍택 (위성제어팀)

초록
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네 개의 반작용휠이 장착된 위성에 두 개의 우주검증용 제어모멘트자이로가 탑재되었다고 가정하고, 이들을 이용한 위성 고기동 방법에 대해서 연구해 보았다. 토크가 큰 제어모멘트자이로를 먼저 사용하여 위성의 자세오차를 줄인 후에, 반작용휠을 통해 나머지 자세오차를 제어하는 방법을 제안하였다. 본 방법을 사용할 경우, 제어모멘트자이로에서 발생하는 특이점 문제를 회피할 수 있으며, 토크 명령 계산시 김벌각 정보가 필요 없다는 장점이 있다. 또한 시뮬레이션을 통해, 본 방법이 기존에 연구된 방법들에 비해 위성의 기동성능에는 큰 차이가 없으며, 필요한 반작용휠의 모멘텀도 크게 줄어드는 것을 확인하였다.

Abstract ▼ AI-Helper 아이콘AI-Helper

We assume that two control moment gyros are installed for space qualification in a satellite with four reaction wheels, and study the high agile maneuver method. Using high torque control moment gyros, we reduce the satellite's attitude error. After that, we activate reaction wheels to control remai...

주제어

#제어모멘트자이로   #반작용휠   #고기동  

질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
CMG에 대한 연구가 진행되어 온 이유는 무엇인가? 위성에 요구되는 기동성능이 높아짐에 따라서 기존에 자주 사용되던 반작용휠 대신 고출력 토크를 가지는 제어모멘트자이로(CMG)가 주목을 받고 있다[1,2]. CMG는 회전하고 있는 휠을 김벌을 이용하여 다시 회전시키는 방법으로 무게에 비해서 큰 출력토크를 낼 수 있어서, 미국과 유럽에서는 오래전부터 연구가 이루어져 왔고, 상용품도 나와 있다[3-5]. 국내에서도 CMG에 관한 연구 및 개발이 진행되어 왔으며, 향후 몇 년 내에는 비행모델이 개발되리라 예상된다.
반작용휠로 궤환 제어를 하여 자세기동을 완료하는 방법의 장점은 무엇인가? 제안된 방법은 기존 방법에 비해서 매우 단순하며, 김벌각 정보가 필요 없고, 특이점 문제도 발생하지 않고, 김벌 각속도도 정밀할 필요가 없다. 또한 시뮬레이션을 통하여 위성 기동성능에도 큰 차이가 없음을 확인하였다.
CMG란 무엇인가? 위성에 요구되는 기동성능이 높아짐에 따라서 기존에 자주 사용되던 반작용휠 대신 고출력 토크를 가지는 제어모멘트자이로(CMG)가 주목을 받고 있다[1,2]. CMG는 회전하고 있는 휠을 김벌을 이용하여 다시 회전시키는 방법으로 무게에 비해서 큰 출력토크를 낼 수 있어서, 미국과 유럽에서는 오래전부터 연구가 이루어져 왔고, 상용품도 나와 있다[3-5]. 국내에서도 CMG에 관한 연구 및 개발이 진행되어 왔으며, 향후 몇 년 내에는 비행모델이 개발되리라 예상된다.
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참고문헌 (18)

  1. Votel, R., "Comparison of Control Moment Gyros and Reaction Wheels for Small Earth-Observing Satellites," 26th Annual AIAA/USU Conference on Small Satellites, 2012. 

  2. 이선호, "제어 모멘트 자이로의 기술과 산업동향," 한국항공우주학회지, 제40권, 제1호, pp. 86-92. 

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  3. Defendini, A., Lagadec, K., Guay, P., Blais, T., and Griseri, G., "Low cost CMG-Based AOCS Designs," Proceedings of the 4th ESA International Conference on Spacecraft Guidance, Navigation and Control Systems, Oct. 1999, pp. 393-398. 

  4. Lappas, V. J., Steyn WH, and Underwood C. I., "Attitude Control for Small Satellite Using Control Moment Gyros," Acta Automacica, Vol. 51, 2002, pp. 101-111. 

  5. Lappas, V., Oosthuizen, P., Madle, P, Cowie, L., Yuksel, G., and Fertin, D., "Micro CMGs for Agile Small Satellites: Design and In-Orbit Tests," Proceedings of the 6th International ESA Conference on Guidance, Navigation and Control Systems, Oct. 2005, pp.53.1. 

  6. 명현삼, 이현재, 박종오, 방효충, 오시환, 용기력, "인공위성 자세제어를 위한 제어 모멘트 자이로의 정밀 모델링," 한국항공우주학회지, 제35권 제7호 2007, pp. 640-646. 

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  7. 서현호, 이승우, 이선호, 오시환, 임조령, 용기력, "인공위성을 이용한 제어모멘트자이로의 설계시 고려요소 및 배치형상 개선방안," 한국항공우주학회지, 제36권, 제 1호, 2008, pp. 46-56. 

  8. 장우영, 이승우, 권혁진, "0.6Nm급 소형CMG 하드웨어 개발 및 성능시험," 한국항공우주학회지, 제 38권, 제 9호, 2010, pp. 933-942. 

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  9. 장우영, 소형위성위성급 SGCMG 개발과 위성 자세제어에서의 실용화 연구, 석사학위논문, 과학기술연합대학원대학교, 2010. 

  10. 권혁진, 이승우, "CMG의 토크 측정 시험 및 드리프트 제거 방법," 한국항공우주학회 2011년도 춘계학술대회, 2011, pp. 1058-1061. 

  11. 이승우, 권혁진, "저가 소형 CMG 성능시험 및 분석," 한국항공우주학회지, 제39권, 제6호, 2011, pp. 543-552. 

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  12. 서현호, 최홍택, "제어모멘트자이로 클러스터의 특이점 회피를 위한 디더제어 방안," 한국항공우주학회 2013년도 춘계학술대회, 2013, pp. 760-764. 

  13. 손준원, 이승우, "반작용휠과 제어모멘트자이로를 이용한 위성자세제어," 한국항공우주학회지, 제39권, 제10호, 2011, pp.935-945. 

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  14. 손준원, 이승우, "반작용휠과 제어모멘트자이로를 이용한 위성 고기동 연구," 한국항공우주학회지, 제41권, 제2호, 2013, pp.107-119. 

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  15. 김지철 외, "나로과학위성 탑재용 반작용 휠 비행모델 개발," 한국항공우주학회 2012년도 춘계학술대회, pp. 806-811. 

  16. 오화석, "반작용 휠의 우주 검증," 과학기술위성 개발성과 및 활용촉진을 위한 심포지엄, 2014. 

  17. 조희근, 서정기, 명로훈, "과학기술위성3호 복합재 구조체 개발을 위한 진동모드 해석," 한국항공우주학회지, 제36권, 제12호, 2008, pp. 1201-1206. 

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  18. Wertz, J. R. and Larson, W.J., Space Mission Analysis and Design, 3rd ed., California, Microcosm Press, 1999, pp. 366-367. 

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