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문제 정의
- 특히 수동형 SAR 위성의 경우 영상촬영을 위해 위성체 자체를 기동해야 하므로 높은 기동성을 제공하기 위해서는 위성의 질량을 가볍게 하고 MOI(Moment of Inertia)를 줄이려는 노력이 필요하다. SA는 전력부 질량의 20~30%를 차지하므로 SA의 소형화 및 경량화를 통해 발사비용을 절감하고 MOI를줄여 기동성을 확보하고자 한다.
- 본 논문에서는 소형 SAR 위성의 전력부 경량화를 위하여 구매 가능한 우주급 상용 태양전지 셀 제품들을 조사하고 특성들을 분석하였다. 또한 조사된 제품들을 SA 설계에 직접 적용하여 요구되는 SA 면적과 질량을 비교함으로써 소형 경량화에 적합한 제품을 제시하였다.
가설 설정
- 8) 태양광 입사각(θ)의 경우 본 위성이 태양을 지향 하도록 설계되었으므로 0°로 가정하여 계산한다.
- 임무시나리오 중에 기동과 영상촬영 그리고 자료전송 외의 구간에는 탑재장비를 보호하기 위해 HK(House-Keeping)모드에서 지구를 지향한다고 가정하였다. SAR 탑재체 warm-up 기간은 송신기를 full power 송출 전 사전가열 기간을 의미하며 60초가 필요하다고 가정하였다.
- 위성의 임무수행 횟수는 궤도당 1회로 이는 위성이 촬영 목표지역인 한반도를 궤도당 1회만 지나가기 때문이다. 또한 임무를 수행하는 시기는 궤도에 따라 일 기간인 경우와 식 기간인 경우가 모두 있으나 전력의 관점에서 worst case에 해당되는 식 기간에 수행한다고 가정한다. 일 기간에서는 태양전지에 의해 생산된 전력을 이용하여 임무수행이 가능하나 식 기간에는 온전히 배터리에 저장된 에너지를 이용하여 임무를 수행해야 한다.
- . 본 논문에서는 SA의 전력생산을 MPPT 모드로 제어하여 일 기간 동안 1250 W의 전력이 일정하게 생산된다고 가정하여 설계하였다. 또한, 배터리의 용량은 식 기간 중 배터리에 저장된 에너지로 임무를 수행하여도 DOD가 30%를 넘지 않도록 3200Wh로 설계되었으며 50 V의 버스전압을 기준으로 64 Ah의 전류용량을 갖는다.
- 앞서 설명한 대로 영상촬영은 100초 동안 표준모드로 운용되고 있음을 보이며, 임무초기 원격측정 및 원격명령을 위한 관제소 방향으로의 위성 기동은 90초, 영상촬영 및 지상전송을 위한 위성의 기동은 각각 60초로 가정하였다. 자료전송은 영상촬영 전에는 이전 궤도에서 보내지 못한 잔여영상을 지상으로 전송한다는 개념을 도입하였으며 현재 궤도에서 촬영한 영상의 전송은 3분으로 설정하였다.
- 경사궤도의 경우 계절에 따라 위성의 일 기 간과 식 기간의 길이가 달라지므로 1년 중에 궤도주기 95분 동안 태양광을 가장 짧게 받는 60분을 일 기간으로, 그리고 나머지 35분을 식 기간으로 설정하였다. 위성의 수명은 통상 사용하는 5년으로 설정하였으며 위성이 최대로 전력을 소비하는 경우는 표준모드로 연속해서 촬영할 때 발생한다고 가정하였다. 일반적으로 SAR 탑재체는 표준모드 보다 해상도가 좋은 고해상 모드로 동작할 때 더 큰 전력이 필요하나 고해상 모드의 경우 촬영시간이 1 scene 당 10초 이내이므로 에너지의 관점에서 수 십∼수 백초 연속해서 촬영하는 표준모드가 더 많은 전력량을 요구하게 된다.
- 임무 시나리오는 표준모드로 운용된다는 가정 하에 95분의 궤도주기를 세분화시켜 각 구간별로 탑재체와 플랫폼이 동작하는 형태에 따라 소비전력을 추정하였다. 위성의 임무수행 횟수는 궤도당 1회로 이는 위성이 촬영 목표지역인 한반도를 궤도당 1회만 지나가기 때문이다.
- 위성체 수준에서의 최대 요구전력은 촬영지역으로 위성을 신속히 기동시키는 구간으로서 2908 W가 요구된다. 임무시나리오 중에 기동과 영상촬영 그리고 자료전송 외의 구간에는 탑재장비를 보호하기 위해 HK(House-Keeping)모드에서 지구를 지향한다고 가정하였다. SAR 탑재체 warm-up 기간은 송신기를 full power 송출 전 사전가열 기간을 의미하며 60초가 필요하다고 가정하였다.
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