[논문]유니버설미들웨어기반 소형위성 탑재체 전력모듈설계

이해준

doi:10.6109/jkiice.2019.23.5.487

유니버설미들웨어기반 소형위성 탑재체 전력모듈설계
A Universal Middleware-based Small Satellite Payload Power Module Design 원문보기

한국정보통신학회논문지 = Journal of the Korea Institute of Information and Communication Engineering, v.23 no.5, 2019년, pp.487 - 494

이해준 (Department of SaTReC, Korea Advanced Institute Science and Technology)

초록
AI-Helper

소형인공위성 전력시스템체계 설계 및 개발방법은 태양풍 자계인 우주환경의 영향에 따라 기술적 제약이 큰 편이다. 이를 극복하기 위해 최근 전력모듈을 융합화와 유닛화 단계별 개발 방식으로 변화 하고 있다. 모듈화 단계에서는 탑재체 전력공급 모듈 요구조건과 함께 유니버설미들웨어를 사용하여 융합하였다. 융합모듈화대상은 탑재체에서 전력분배, 부하관리, 서브유닛의 전원공급체계와 지속성을 고려한 최종모듈 설계 및 개발 단계를 범위로 한다. 본 연구는 위성본체에서 공급되는 전력모듈을 유니버설미들웨어 기반으로 전력모듈의 정밀성과 수요처모듈데이터를 컨텐츠화 하였다. 이 동적시스템과 전력서비스 모듈화는 전력분배모듈과 전원공급모듈간 상호작용으로 Range Control 알고리즘으로 제어된다. 그리하여 전력모듈 설계단계에서 탑재체 전력수요 변수의 변동성에 따른 불확실성을 해소하고 설계의 효율성을 제시하였다.

Abstract ▼ AI-Helper

A Small-Sat Power System Design and Development should be depend on space environment such as solar wind with Electromagnetic field by hurdle of techniques. It is surmount solution of trend that will unitize and converge with power module in these days. The level of modularize means that applying Universal Middleware for payload power module requirements. The scope of target system is a main power provider module and operational subunit that can be implemented with the final power module distribution loads to consume for continuous process. A Universal Middleware strengthen to build power module from satellite power system should be accuracy and consuming data. A Power Service Module and dynamic system drive interactive management between power distribution and consumer module by Range Control. Consequently, suggesting evaluation, unexpecting payload system power consumer that makes fine variable resources in the development design process and efficiency.

주제어

표/그림 (14)

그림 Fig. 1 Power Module Design Platform of Universal Middleware Architecture
그림 Fig. 2 Life Cycle Management & Service Delieverable Service Bundle
표 Table. 1 External Parameter
표 Table. 2 Internal Parameter
표 Table. 3 R1 LVPS Parts List
그림 Fig. 3 LVPS Circuit Hardware Module Circuit
표 Table. 4 R4 PDM Requirement List
그림 Fig. 4 LVPS Circuit Hardware Module Simulation
그림 Fig. 5 PDM Circuit Hardware Module
그림 Fig. 6 PDM Circuit Hardware Module Simulation
그림 Fig. 7 LVPS Fourier Range Control
그림 Fig. 8 PDM Fourier Range Control
그림 Fig. 9 LVPS Power Flow OriginLab Report
그림 Fig.10 PDM Current OriginLab Report

AI 본문요약
AI-Helper

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제안 방법

생명주기를 기반으로 한 조합으로 개발단계에서 필요한 정보를 전송 및 배포가 가능한 서비스형태로 설계한다. R1의 Range Control 알고리즘 적용결과로는 LVPS 설계회로의 파라미터인 전원과 전력 변화를 퓨리에변환하여 값을 측정하였다[18].
R2의 Range Control 알고리즘의 적용결과로 PDM 설계회로의 파라미터로 Main Switching역할을 하는 MOSFET소자의 Drain 전류에 대한 전력변화를 고려하여 적용회로의 요구 기능을 식(7)의 퓨리에변환으로 해석하였다. 그림 8에서 주어진 입력전압범위인 R2 Range 값인 28V에 흐르는 전류가 구성된 소자들의 허용전류 범위 오차범위 내에서 일정하게 흐르고 있음을 알 수 있다.
둘째, 동적모듈의 유동성을 소프트웨어적으로 적용한 Range Control 알고리즘을 적용하여 전력수요와 연관된 정보를 분석하였다. 그리하여 소형위성 탑재체의 LVPS와 PDM의 전력변수 정보를 기반으로 정밀도와 효율성 높은 전력공급 파라미터의 적용효과를 제시하였다.
둘째, 동적모듈의 유동성을 소프트웨어적으로 적용한 Range Control 알고리즘을 적용하여 전력수요와 연관된 정보를 분석하였다. 그리하여 소형위성 탑재체의 LVPS와 PDM의 전력변수 정보를 기반으로 정밀도와 효율성 높은 전력공급 파라미터의 적용효과를 제시하였다.
본 논문의 II에서는 본론으로 소형위성 탑재체의 지상검증용 시스템으로 완성단계에서 필요한 LVPS⁴⁾ 모듈, PDM⁵⁾을 파라미터화한 후 융합플랫폼을 지원하는 동적 서비스로 실시간실행환경인 RTE⁶⁾를 구성하였다[7]. III에서 전력모듈 서비스로는 생명주기상에서 동작하는 컴퍼넌트로 소프트웨어적 관점에서 하드웨어 파라미터로 Range를 적용하고 결과를 확인하였다[8].
유니버설미들웨어 상에서 LVPS R1의 소자사용조건으로 하여 스위칭회로의 전류제어기능인 PDM의 R2 요구조건을 해석하였다. 생명주기를 기반으로 한 조합으로 개발단계에서 필요한 정보를 전송 및 배포가 가능한 서비스형태로 설계한다. R1의 Range Control 알고리즘 적용결과로는 LVPS 설계회로의 파라미터인 전원과 전력 변화를 퓨리에변환하여 값을 측정하였다[18].
변화의 추이는 ISEE-1의 태양풍영향에 의한 손실인 30 ≃ 100Wkm^-2 사이의 전력소모를 기준으로 한다[17]. 유니버설미들웨어 상에서 LVPS R1의 소자사용조건으로 하여 스위칭회로의 전류제어기능인 PDM의 R2 요구조건을 해석하였다. 생명주기를 기반으로 한 조합으로 개발단계에서 필요한 정보를 전송 및 배포가 가능한 서비스형태로 설계한다.
융합플랫폼 환경 구성은 소형위성 탑재체 개발 단계에 적용하여 비용 절감을 위한 기능별 상업용 모듈로 구분하였다. 추가로 소형위성 임무고도에 따른 모듈 내부 및 외부의 우주환경 변수를 정의하였다[2][3].
첫째, 하드웨어적 변동성을 고려한 Range 모듈로서 외부조건으로 정의하였다. 모듈 운영의 외부조건인 소형위성 임무궤도상에서 태양풍 영향으로 인한 전력손실을 고려한 전력모듈 설계에 정보를 획득하였다[11].
표 4의 PDM의 경우 전류 변동성에 따른 전력분배 기능을 수행하므로 기능적인 항목과 허용범위를 변수로 설정 하였다. 전력량의 경우 I²R 이므로 I인 전류와 R요소인 저항성을 보유한 소자들을 변수로 잡는다.

대상 데이터

첫째, 하드웨어적 변동성을 고려한 Range 모듈로서 외부조건으로 정의하였다. 모듈 운영의 외부조건인 소형위성 임무궤도상에서 태양풍 영향으로 인한 전력손실을 고려한 전력모듈 설계에 정보를 획득하였다[11].
우주환경 변수는 소형위성과 유사한 위성의 궤도정보를 기준으로 하여 태양풍 파라미터인 자기권권계면¹⁾과 Bowshock²⁾을 10~11Re³⁾로 탑재체의 구성모듈에 따른 정밀도와 전력공급파라미터를 사용하였다.

데이터처리

알고리즘 (7)의 식을 토대로 Range는 x축, Range Control은 Y축을 퓨리에변환을 사용하여 일정시간에 따라 Time Domain Simulation과 Circuit Simulator 2.2를 활용하여 결과를 측정하였다[15].
첫 번째로 앞서 제시한 알고리즘을 평가하기 위해서는 실제 LVPS와 PDM 설계회로를 구성하여 SPICE 시뮬레이션 결과를 분석하였다.

이론/모형

이 평균값을 Range Control을 조절하면서 전자계장의 환경에 적용하기 위한 Rang의 범위를 적용할 수 있도록 (6)의 식을 적용하였다.
융합플랫폼 환경 상에서 동작하는 수요전력모듈의 전력량 변화와 각 모듈 회로설계 변수 및 전력 수요 공급모델을 정의하였다[4]. 탑재체 전력 모듈의 적용 시스템으로는 합성개구레이더인 SAR를 적용하였다[5][6].

성능/효과

III에서 전력모듈 서비스로는 생명주기상에서 동작하는 컴퍼넌트로 소프트웨어적 관점에서 하드웨어 파라미터로 Range를 적용하고 결과를 확인하였다[8]. 결론에서는 알고리즘 적용 모듈인 Range Control의 결과를 제시하였다.
16에서 교차하므로 회로에 구성한 부품별 데이터시트 전후 범위를 산정하여 시스템설계 정보를 취득할 수 있다. 부품 데이터시트에서 제공하는 전자계 변동성을 비교하여 설계 방향을 선택할 수 있는 정보 시뮬레이션 정보를 확인할 수 있었다.
또한, 생명주기를 기반으로 하는 모듈간의 상호작용 알고리즘을 효과적으로 구성해야 한다. 이 두 가지가 융합된 Range Control 알고리즘으로 Range범위에 있는 최종 하드웨어 모듈이 동작할 수 있음을 제시하였다.
그림 6에서는 시뮬레이션 결과를 분석하였다. 적용알고리즘에서 Range에 대한 PDM의 변수를 나타내는 회로의 SPICE 전류값 시뮬레이션 측정 결과를 통해 중요 소자인 MOSFET 스위칭전류의 로드와 전압과 전류스위칭이 동작하고 있음을 나타내고 있다.

후속연구

추가적으로 Range 모듈에 대한 광범위 하고 폭넓은 데이터를 구축하여 신뢰성을 높여야 한다. 또한 Range Control은 탑재체 전력계 회로 설계의 정밀성과 상세한 파라미터 연구를 통해 우주환경에서의 신뢰성과 효율성을 높이기 Heritage를 포함한 새로운 통합적해법을 개발해야한다.
기존산업의 기술적 통합과 미래의 개념적 통합으로 보수적, 전통적인 산업 영역에 산재한 데이터의 처리와 응용서비스 환경을 미래지향적 시스템으로 전환해 주는 역할을 해왔다. 우주기술 위성개발 분야에서도 소형위성, 큐브셋 개발을 대상으로 관련 연구가 확대될 것을 기대한다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	유니버설미들웨어 상에서 Range란?	유니버설미들웨어 상에서 Range는 하드웨어 회로를 포함한 단위 모듈과 태양풍에 의한 외부변수 및 내부변수를 정의한 모듈이다. 이때 외부변수 R1은 LVPS Service Module의 파라미터이며 R2는 PDM Service Module 파라미터이다.
	유니버설미들웨어는 기능모듈에 대해 생명주기 방식으로 어떤 것을 지원하는가?	유니버설미들웨어는 기능모듈에 대해 생명주기 방식으로 Install, Start, Stop, Update, Uninstall을 지원한다[13]. 그림 2에서는 유니버설미들웨어의 장점인 생명주기 방식, 타 모듈과 독립적 서비스 배포 형태로 번들화방식을 나타내고 있다.
	Range Control 알고리즘은 어떤 구성 조건이 융합된 것인가?	유니버설미들웨어 상에서 소형위성 탑재체의 하드웨어 모듈을 설계하고 효과적으로 개발하기 위해서 전송 가능한 서비스 형태로 구성해야 한다. 또한, 생명주기를 기반으로 하는 모듈간의 상호작용 알고리즘을 효과적으로 구성해야 한다. 이 두 가지가 융합된 Range Control 알고리즘으로 Range범위에 있는 최종 하드웨어 모듈이 동작할 수 있음을 제시하였다.

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상세보기
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상세보기
J. Fourier, Fourier Transform [Internet]. Available: https://en.wikipedia.org/wiki/Fourier_transform

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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