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실 궤도면 누적량 계산법을 활용한 원자산소의 저궤도위성 태양전지판 코팅재료 침식량 예측
Prediction of Atomic Oxygen Erosion for Coating Material of LEO Satellite's Solar Array by Using the Real Ram Direction Accumulation Method 원문보기

항공우주시스템공학회지 = Journal of aerospace system engineering, v.11 no.5, 2017년, pp.1 - 5  

김유광 (한국항공우주연구원 위성연구본부 위성사업개발팀) ,  이상택 (한국항공우주연구원 위성연구본부 위성사업개발팀) ,  백명진 (한국항공우주연구원 위성연구본부 위성사업개발팀) ,  이석훈 (충남대학교 정보통계학과)

초록
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본 논문은 실 궤도면 누적량 계산법을 활용한 원자산소의 저궤도위성의 태양전지판 코팅재료 침식량에 대한 예측 연구로써, 기존 프로젝트에서 활용하던 최악 경우 추정법과 상호 비교를 통해 원자산소 영향성의 차이가 있음을 확인하였으며, 이렇게 예측된 결과를 바탕으로 해외 제작사의 설계입증 자료 확인시 활용할 예정이다. 가상으로 설정한 궤도정보를 바탕으로 한 계산은 유럽우주기구(ESA)가 제공하고 있는 우주환경정보시스템을 이용하였고, 실제 궤도상에서의 태양전지판에 충돌되는 원자산소 플럭스를 계산하기 위해서 궤도 계산 소프트웨어를 활용하였다.

Abstract ▼ AI-Helper 아이콘AI-Helper

This objective of this study is an effort to predict atomic oxygen (ATOX) erosion as ot affects coating material(s) of LEO satellite's solar array by implementing the 'real ram direction accumulation method'. We observed the difference of ATOX Fluence between the previous 'Maximum worst case estimat...

주제어

#원자산소   #원자산소 플럭스   #재료 침식   #실-궤도면 누적량 계산법   #침식량 예측  

AI 본문요약
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* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.

문제 정의

  • 본 연구는 ESA에서 제공하는 SPENVIS를 활용하여 설정된 궤도상의 원자산소 플럭스(Flux)의 총량을 예측 계산하고, 추가적으로 저궤도 위성의 예상 임무궤도 및 각 임무별 자세정보를 세부적으로 가정하여 해당 궤도 1 주기당 태양전지판의 진행방향의 각도를 초단위로 계산하여 우주환경에 직접적으로 노출되는 태양전지판(Solar Array)의 원자산소 침식 영향성을 보다 정교하게 예측 계산하고자 하였다.

가설 설정

  • 계산을 위해 가정한 위성의 궤도는 1일에 약 15.2회 지구를 돌며, 고도는 497.8 km를 기준으로 최소 491 km에서 최대 512 km 사이에서 지구 주위를 도는 것으로 가정하여 계산하였다. 저궤도 위성의 원자산소 플럭스에 가장 큰 영향을 미치는 요소로는 임무 수행 기간중의 태양 활동 지수(Solar Activity Index : F10.
  • 지금까지 국내에서 개발되어 온 다목적실용위성들의 원자산소 침식율(Erosion) 예측 계산에 이용된 방법은 최악의 경우를 가정하여 추정 계산한 방법이었다. 이 방법은 Fig.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
원자산소가 위성체 외부에 충돌하면 생기는 문제는 무엇인가 이러한 원자산소는 저궤도 위성의 궤도속도에 해당하는 약 7.8 km/s의 속도로 위성체 외부에 충돌하면 해당 재료의 열적(Thermal), 기계적(Mechanical) 및 광학적(Optical) 특성의 저하가 발생하며, 이러한 현상은 국제우주정거장에서의 재료 부식 실험 등 많은 연구가 실험적으로 수행되었다[1].
원자산소는 어떻게 생성되는가 원자산소는 태양으로부터 전달되는 자외선 복사(Extreme-UV Radiation) 에너지를 산소분자가 흡수하여 분자의 광분해(photo-dissociation) 현상을 유발하고 산소분자의 화학적 결합이 분리됨에 따라 생성되게 되는데, 이 원자산소(Atomic Oxygen)는 반응성이 매우 높고, 약 5 eV 수준의 에너지를 가지고 있는 것으로 알려져 있다. 이러한 원자산소는 저궤도 위성의 궤도속도에 해당하는 약 7.
본 연구에서 위성 자세는 어떻게 설정되었는가 Figure 1은 정상 임무시의 위성 자세를 가정한 것이다. 위성은 궤도상 일광(Daylight)에서 촬영(Imaging) 또는 대기(Standby) 상태로 위치하다가 북극점을 지난 이후 태양전지판이 전력생산을 하지 못하는 일식(Eclipse)에 들어가면 지구지향(Nadir position)으로 전환되고, 다시 일식(Eclipse)이 끝나는 지점을 지나면 재-위치결정(Re-orientation) 기동을 통해 남극점을 지나서는 태양 지향(Sun pointing)을 하게 된다고 설정하였다.
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참고문헌 (5)

  1. S.W Samwel, "Low Earth Orbital Atomic Oxygen Erosion Effect on Spacecraft Materials" Space Research Journal, 7:1-13, April 2014. 

    상세보기 crossref

  2. Bruce A. Banks, Kim K. de Groh, and Sharon K. Miller, "Low Earth Orbital Atomic Oxygen Interactions With Spacecraft Materials", NASA/TM.2004-213400 

  3. S. H Kim and others, "PDR data for CAS500-1 Program", 2016 

  4. C. H Lee, "Atomic Oxygen Fluence Estimation for LEO Satellite by using SPENVIS", Proceedings of the 2006 KSAS Fall Conference, pp. 905-908, 2006. 

  5. Bruce A. Banks, and etc., "Atomic Oxygen Erosion Yield Predictive Tool for Spacecraft Polymers in Low Earth Orbit", NASA/TM.2008-215490 

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