[논문]초소형 위성군 궤도배치 전략 분석

송영범; 신진영; 박상영; 전수빈; 송성찬

doi:10.20910/jase.2022.16.2.63

초소형 위성군 궤도배치 전략 분석
Analysis of Orbital Deployment for Micro-Satellite Constellation 원문보기

항공우주시스템공학회지 = Journal of aerospace system engineering, v.16 no.2, 2022년, pp.63 - 72

송영범 (우주비행제어 연구실, 천문우주학과, 연세대학교) , 신진영 (우주비행제어 연구실, 천문우주학과, 연세대학교) , 박상영 (우주비행제어 연구실, 천문우주학과, 연세대학교) , 전수빈 (우주비행제어 연구실, 천문우주학과, 연세대학교) , 송성찬 (위성센터, 한화시스템(주))

초록
AI-Helper

초소형위성에 대한 관심이 증가함에 따라 초소형위성군의 성능과 활용도뿐 아니라 위성군의 궤도설계, 궤도배치 기법에 대한 연구가 활발히 수행되고 있다. 본 연구에서는 초소형 위성을 활용한 워커-델타 위성군을 구축하기 위한 궤도배치 기법으로 추력을 이용한 기법과 차등 대기항력 제어 (DADC)를 연구하였다. 추력을 이용할 시, 발사체에 대한 위성의 분리속도와 각도에 따라 궤도배치에 소요되는 시간과 추력량이 달라진다. 초소형위성의 추력시스템 성능을 참고하여 제한된 성능으로 궤도배치를 완료하기 위한 제어전략을 제시하였다. 결과적으로 궤도배치 기간과 총 추력량의 관계를 도출하였다. 차등 대기항력을 이용하면 추력을 소모하지 않는 대신 상대적으로 긴 배치기간을 소요한다. 소프트웨어 시뮬레이션을 통해 일반적인 초소형위성군의 궤도에서 차등 대기항력으로 궤도배치를 완료할 수 있음을 검증하였다. 본 연구 결과를 활용하면 초소형위성군의 궤도배치에 전략을 수립하고 활용할 수 있을 것이다.

Abstract ▼ AI-Helper

As interest in microsatellites increases, research has been actively conducted recently on the performance and use, as well as the orbital design and deployment techniques, for the microsatellite constellations. The purpose of this study was to investigate orbital deployment techniques using thrust and differential atmospheric drag control (DADC) for the Walker-delta constellation. When using thrust, the time and thrust required for orbital deployment vary, depending on the separation speed and direction of the satellite with respect to the launch vehicle. A control strategy to complete the orbital deployment with limited performance of the propulsion system is suggested and it was analyzed. As a result, the relationship between the deployment period and the total thrust consumption was derived. It takes a relatively longer deployment time using differential air drag rather than consuming thrusts. It was verified that the satellites can be deployed only with differential air drag at a general orbit of a microsatellite constellation. The conclusion of this study suggests that the deployment strategy in this paper can be used for the microsatellite constellation.

주제어

표/그림 (32)

그림 Fig. 1 Schematic diagram of Walker-delta constellation with 8 satellites per plane (Left) and the concept of argument of latitude (Right)
그림 Fig. 2 Orbital deployment strategy by DADC[5]
표 Table 1 Assumptions for orbit configuration simulation
표 Table 2 Initial orbital elements of the launch vehicle
표 Table 3 Dynamic model for orbit propagation
표 Table 4 Structural properties of spacecraft
그림 Fig. 4 Relative argument of latitude between the launch vehicle and SAT 1~8
그림 Fig. 3 Ejected directions of SAT 1~8 and the separation angle
그림 Fig. 5 Relative argument of latitude of SAT 1~7 withrespect to SAT
표 Table 5 Separation angles of SAT 1~8 (Unit: degree)
표 Table 6 Duration until the angles between the adjacent spacecraft become 45 degrees (Unit: days)
그림 Fig. 6 Relative argument of latitude when the configuration is completed within 15 days
표 Table 7 Analytically derived duration until the angles between the adjacent spacecraft become 45 degrees (Unit: days)
그림 Fig. 7 Delta-V for the configuration within 15 days (Unit: m/s)
그림 Fig. 9 Delta-V for the configuration within 45 days by a single thrust (Unit: m/s)
그림 Fig. 10 Deployment completion time for the configuration within 45 days by a single thrust (Unit: day)
그림 Fig. 8 Relative argument of latitude when the configuration is completed within 45 days by a single thrust
표 Table 8 Separation angle for the configuration within 45 days by a single thrust (Unit: degree)
그림 Fig. 11 Schematic diagram of the initial orbit control time
그림 Fig. 12 Relative argument of latitude when the configuration is completed within 45 days by multiple thrusts
그림 Fig. 14 Deployment completion time for the configuration duration within 45 days by multiple thrusts (Unit: days)
그림 Fig. 15 Relative argument of latitude when the configuration is completed within 75 days by multiple thrusts
그림 Fig. 13 Delta-V for the configuration duration within 45 days by multiple thrusts (Unit: m/s)
그림 Fig. 16 Delta-V for the configuration duration within 75 days by multiple thrusts (Unit: m/s)
표 Table 9 Relative AoL errors for the configuration within 45 days by multiple thrusts (Unit: degree)
그림 Fig. 17 Deployment completion time for the configuration duration within 75 days by multiple thrusts (Unit: days)
그림 Fig. 18 Average decrease rate of the mean semi-major axis in the nominal and high-drag mode
표 Table 10 Assumptions for the DADC simulation
표 Table 11 Relative argument of latitude errors and mean semi-major axis errors at 𝒕_𝒇
그림 Fig. 19 Relative argument of latitude deployed by the differential air drag control
그림 Fig. 20 Mean semi-major axes deployed by the differential air drag control
표 Table 12 Relative argument of latitude errors and mean semi-major axis errors at 𝒕_𝒇

참고문헌 (9)

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원문보기 상세보기
N. H. Crisp, K. Smith and P. Hollingsworth, "Launch and deployment of distributed small satellite systems," Acta Astronautica, vol. 114, pp. 65-78, Sep-Oct 2015.

상세보기
C. Foster, J. Mason, V. Vittaldev, L. Leung, V. Beukelaers, L. Stepan and R. Zimmerman, "Constellation Phasing with Differential Drag on Planet Labs Satellites," Journal of Spacecraft and Rockets, vol. 55, no. 2, pp. 473-483, Mar.-Apr. 2018.

상세보기
C. D. Bussy-Virat, A. J. Ridley, A. Masher, K. Nave and M. Intelisano, "Assessment of the Differential Drag Maneuver Operations on the CYGNSS Constellation," IEEE Journal of Selected Topics in Applied Earth Observations and Remote Sensing, vol. 12, no. 1, pp. 7-15, Jan. 2019.

상세보기
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Y. Hwang, Study of Micro-satellite constellation design and station keeping, Master Thesis, Yonsei University, 2020
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Y. Song, S. Park, G. Kim and D. Kim, "Design of Orbit Controls for a Multiple CubeSat Mission Using Drift Rate Modulation," Aerospace, vol. 8, no. 11, 2021
R. H. Battin, "An Introduction to the Mathematics and Methods of Astrodynamics," AIAA Education Series, New York, 1999.

저자의 다른 논문 :

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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