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논문 상세정보

거창 레이저 추적 시스템의 광 경로 전환을 위한 회전 디스크의 우주쓰레기 레이저 추적 성능 분석

Space Debris Tracking Coverage Analysis of Spinning Disk for Optical Path Switch of Geochang Laser Tracking System

초록
용어

논문에서 용어와 풀이말을 자동 추출한 결과로,
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한국천문연구원은 인공위성 레이저 추적, 적응광학, 우주쓰레기 레이저 추적 등 과학 연구 및 국가적 미션을 수행하기 위해 다목적 레이저 추적 시스템 개발을 추진해 오고 있다. 지상에서 고출력 펄스 레이저를 발진하여 우주쓰레기로부터 반사된 신호를 바탕으로 거리를 측정하는 우주쓰레기 레이저 추적 시스템은 광 경로 전환을 위해 회전 디스크 방식을 이용한다. 이러한 방식은 수신 검출기로 반사시킬 수 없는 충돌 영역이 발생하여 우주쓰레기 추적 성능에 영향을 미친다. 본 논문에서는 회전 디스크가 추적 성능에 영향을 미치는 홀 크기, 홀 개수, 회전 속도, 레이저와 홀의 중첩 비율, 레이저 빔 반경을 고려하여 추적 성능 분석 모델을 제시하였다. 제시된 성능 분석 모델을 이용하여 추적 범위 및 충돌 영역을 분석하고 거창 레이저 추적 시스템의 요구 조건을 만족하는 회전 디스크 사양을 제시하였다.

Abstract

KASI (Korea Astronomy and Space Science Institute) has been developing the multipurpose laser tracking system with three functions of satellite laser tracking, adaptive optics and space debris laser tracking for scientific research and national space missions. The space debris laser tracking system provides the distance to space debris without a laser retro-reflector array by using a high power pulse laser, which employs a spinning disk to change the optical path between the transmit and receive beams. The spinning disk causes the collision band which is unable to reflect the returned signal to a detector and then has an effect on the tracking coverage of space debris. This study proposed the mathematical model for tracking coverage by taking into account the various specifications of spinning disk such as disk size, spinning velocity and collision rate between the disk and hole. In addition, the spinning disk specifications were analyzed in terms of tracking coverage and collision band based on the mathematical model to investigate tracking requirements of the Geochang laser tracking system.

본문요약 

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문제 정의
  • 본 논문에서는 광 경로 전환을 위한 회전 디스크 사양에 따른 우주쓰레기 레이저 추적 성능 분석을 위해 광학 시스템 중심으로 설명한다.

    우주쓰레기 레이저 추적을 위해선 레이저, 추적마운트, 전자, 광학, 소프트웨어 등 다양한 분야의 기술이 요구된다. 본 논문에서는 광 경로 전환을 위한 회전 디스크 사양에 따른 우주쓰레기 레이저 추적 성능 분석을 위해 광학 시스템 중심으로 설명한다. 광학 시스템은 송수신 광학망원경, 수신부, 레이저 유도계로 구분된다.

가설 설정
  • 여기서 디스크가 45도 기울여져 있지만, 추적 범위 분석을 위한 수식 전개를 위해서 레이저 빔과 디스크 홀은 원으로 가정하였다.

    시간에 대한 디스크 홀의 위치를 나타낸다. 여기서 디스크가 45도 기울여져 있지만, 추적 범위 분석을 위한 수식 전개를 위해서 레이저 빔과 디스크 홀은 원으로 가정하였다. α는 레이저 빔과 회전 디스크 홀의 중첩 비율로 -1≤α≤1 값을 가진다.

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질의응답 

키워드에 따른 질의응답 제공
핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
거창 레이저 추적 시스템
거창 레이저 추적 시스템은 어떻게 구성되어 있는가?
인공위성 레이저 추적(Satellite Laser Ranging, SLR), 적응광학(Adaptive Optics, AO), 우주쓰레기 레이저 추적(Debris Laser Tracking, DLT) 시스템으로 구성

이는 인공위성 정밀 궤도 결정, 우주 측지, 회전 역학 등 다양한 연구에 활용되고 있다. 또한 거창 레이저 추적 시스템은 인공위성 레이저 추적(Satellite Laser Ranging, SLR), 적응광학(Adaptive Optics, AO), 우주쓰레기 레이저 추적(Debris Laser Tracking, DLT) 시스템으로 구성되어 있으며, 우주 감시, 달 레이저 거리 측정, 자국의 우주 미션 등 국가적 미션을 수행하기 위한 용도로 사용될 예정이다. 인공위성 레이저 추적 및 적응광학 시스템은 2019년에 개발이 완료되어 현재 시험 운영 단계에 있으며, 우주쓰레기 레이저 추적 시스템은 개발 계획 단계에 있다.

인공위성 레이저 추적
인공위성 레이저 추적은 무엇인가?
레이저 반사경(Retroreflector)이 장착된 인공위성을 대상으로 미리 예측한 궤도 정보(Consolidated Prediction Format, CPF)를 이용하여 인공위성까지 거리를 센티미터(cm) 수준으로 정밀하게 측정하는 시스템

인공위성 레이저 추적은 레이저 반사경(Retroreflector)이 장착된 인공위성을 대상으로 미리 예측한 궤도 정보(Consolidated Prediction Format, CPF)를 이용하여 인공위성까지 거리를 센티미터(cm) 수준으로 정밀하게 측정하는 시스템이다. 지상에서 극초단파 펄스 레이저 발사 시간과 인공위성으로부터 반사되어 되돌아온 레이저의 도착 시간을 바탕으로 비행시간(Time of Flight)을 측정하고 이를 이용하여 거리를 계산하는 원리이다[1].

인공위성 레이저 추적
인공위성 레이저 추적의 원리는 무엇인가?
지상에서 극초단파 펄스 레이저 발사 시간과 인공위성으로부터 반사되어 되돌아온 레이저의 도착 시간을 바탕으로 비행시간(Time of Flight)을 측정하고 이를 이용하여 거리를 계산

인공위성 레이저 추적은 레이저 반사경(Retroreflector)이 장착된 인공위성을 대상으로 미리 예측한 궤도 정보(Consolidated Prediction Format, CPF)를 이용하여 인공위성까지 거리를 센티미터(cm) 수준으로 정밀하게 측정하는 시스템이다. 지상에서 극초단파 펄스 레이저 발사 시간과 인공위성으로부터 반사되어 되돌아온 레이저의 도착 시간을 바탕으로 비행시간(Time of Flight)을 측정하고 이를 이용하여 거리를 계산하는 원리이다[1].

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참고문헌 (14)

  1. 1. Sung, K. P., Choi, E. J., Lim, H. C., Jung, C. G., Kim, I. Y., and Choi, J. S., "Development of Operation Software for High Repetition rate Satellite Laser Ranging," Journal of The Korean Society for Aeronautical and Space Sciences, Vol. 44, No. 12, December 2016, pp. 1103-1111. 
  2. 2. http://www.celestrak.com/satcat/boxscore.php 
  3. 3. "Space debris by the numbers," https://www.esa.int/Safety_Security/Space_Debris/Space_debris_by_the_numbers, ESA, January 2019, Retrieved 5 March 2019. 
  4. 4. Lim, H. C., Park, J. U., Kim, D. J., Seong, K. P., and Ka, N. H., "Laser Tracking Analysis of Space Debris using SOLT System at Mt. Gamak," Journal of The Korean Society for Aeronautical and Space Sciences, Vol. 34, No. 9, September 2015, pp. 830-837. 
  5. 5. Moore, C. J., "The Impact And Resolution of Collision Bands On the Tracking Targets at Various Ranges," in Proceedings of 15th International Workshop on Laser Ranging, Canberra, Australia, October 2010. 
  6. 6. De Santis, C., Bigazzi, A., Berrilli, F., and Casolino, M., "A New Debris Detection Algorithm for Orbiting Solar Telescope," Advances in the Astronautical Sciences, Vol. 112, No. 1, January 2002, pp. 199-218. 
  7. 7. https://www.wikiwand.com/en/Space_debris 
  8. 8. Park, J. U., et al, "Development of Satellite Laser Ranging System for Space Geodesy," KASI, 2009. 
  9. 9. International Laser Ranging Service, ILRS, https://ilrs.cddis.eosdis.nasa.gov/network/stations/index.html 
  10. 10. Lim, H. C., Sung, K. P., Yu, S. Y., Choi, M. S., Park, E. S., Park, J. U., Choi, C. S., and Kim, S. M., "Satellite Laser Ranging System at Geochang Station," Journal of Astronomy and Space Sciences, Vol. 35, No. 4, December 2018, pp. 253-261. 
  11. 11. Nah, J, K., et al, "Development of Optical System for ARGO-M," Journal of Astronomy and Space Sciences, Vol. 30, No. 1, February 2013, pp. 49-58. 
  12. 12. National Aeronautics and Space Administration., "USA Space Debris Environment, Operation and Policy Updates," Presentation to the 48th Session of the Scientific and Technical Subcommittee Committee on the Peaceful Uses of Outer Space United Nations COPUOS, 7-18 February 2011. 
  13. 13. Choi, J., et al, "Analysis of the angle-only orbit determination for optical tracking strategy of Korea GEO satellite, COMS," Advances in Space Research, Vol. 56, No. 15, September 2015, pp. 1056-1066. 
  14. 14. Lim, H. C., Seo, Y. K., Nah, J. K., and Bang, S. C., "Tracking Capability Analysis of ARGO-M Satellite Laser Ranging System for STSAT-2 and KOMPSAT-5," Journal of Astronomy and Space Sciences, Vol. 27, No. 3, August 2010, pp. 245-252. 

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