초록 ▼

다목적실용위성 1호 및 2호 개발을 통해 확보된 기술과 1차 연도에 수행된 초정밀 지향 자세제어 시스템 설계에 대한 기술정보 수집, 초정밀 지향 위성체 요구조건 분석 및 정립, 미소진동 원인분석 및 해석결과를 바탕으로 미소진동 제거방법 선정에 대한 Trade- off study가 수행되었으며, 2차 연도에는 항우연에서 자체적으로 미소진동 감쇄기 시작품 설계가 수행되었다. 또한 우주급이 아닌 상용급 자재를 사용하여 미소진동 감쇄기 시작품이 제작되었다. 초정밀 지향 자세제어 로직 설계 및 해석분야에서는 다목적실용위성 1호에 사용된 제어

다목적실용위성 1호 및 2호 개발을 통해 확보된 기술과 1차 연도에 수행된 초정밀 지향 자세제어 시스템 설계에 대한 기술정보 수집, 초정밀 지향 위성체 요구조건 분석 및 정립, 미소진동 원인분석 및 해석결과를 바탕으로 미소진동 제거방법 선정에 대한 Trade- off study가 수행되었으며, 2차 연도에는 항우연에서 자체적으로 미소진동 감쇄기 시작품 설계가 수행되었다. 또한 우주급이 아닌 상용급 자재를 사용하여 미소진동 감쇄기 시작품이 제작되었다. 초정밀 지향 자세제어 로직 설계 및 해석분야에서는 다목적실용위성 1호에 사용된 제어 로직을 근간으로 PII, PIID 제어로직 등을 비교 검토 분석하여 요구사항에 맞는 초정밀 지향 제어로직을 선정 또는 개발하여 시뮬레이션을 통한 성능에 대한 검증이 수행되었다. 개발될 자세제어 로직 및 미소진동 감쇄기의 자세한 사양은 아래와 같다.
0 미소진동 제거방법 선정
0 미소진동 감쇄기 설계 및 시작품 제작
- 감쇄 주파수 대역 : 0 $sim$ 500 Hz
- 감쇄정도 : 10 dB 이상
0 지향정도 및 각속도 안정성을 고려한 초정밀 지향 자세제어 로직 개발 및 해석
- 자세제어 로직에러 < =0.002 deg
- 각속도 안정도 < =0.003 deg/sec
- Gain Margin >=10 dB
- Phase Margin >=40 deg
- Overshoot <=20%
3차 연도에는 다목적실용위성 2호 개발을 위해 확보될 Kistler Dynamometric Platform을 사용하여 반작용 휠 미소진동시험이 수행될 것이며, 위성 End- to- End Jitter 시험을 통한 미소진동 시험기술 확보가 이루어지고, 차세대 초정밀 인공위성 설계참여를 원활히 하기 위해 3차 연도에 걸쳐 수행된 연구결과를 바탕으로 초정밀 지향 자세제어 시스템 모듈개발에 대한 타당성 검토가 수행될 예정이다.차후과제에서는 초정밀 지향 자세제어 시스템 모듈개발에 대한 타당성 검토결과에 따라 소형화된 초정밀 지향 자세제어 시스템 모듈개발 및 제어시스템에 대한 검증시험이 수행될 예정이다. 이러한 기술의 개발로 차세대 초정밀 인공위성의 개발능력을 획득하게 될 것이며 우리나라의 위성 개발 분야의 경쟁력 확보에 기여하게될 것으로 예상된다.

Abstract ▼

The current technology trend of designing the precise attitude control system is throughly studied, based on the technologies gained from the designing experience of KOMPSAT- 1 and 2, and the method of dynamic modeling of the reaction wheel and the preliminary dynamic test on the ground structural m

The current technology trend of designing the precise attitude control system is throughly studied, based on the technologies gained from the designing experience of KOMPSAT- 1 and 2, and the method of dynamic modeling of the reaction wheel and the preliminary dynamic test on the ground structural modelperformed in first year of this project.This year, which is the second year of undergoing the project, the trade- off study on methods to reduce the micro- vibration from the reaction wheel was completed. As a consequence of performing the trade- off study, a micro- vibration isolator and isolator design device for reducing disturbances from the wheel were designed and manufactured in the form of the engineering model. And the measurement/analysis technique of micro- vibration was acquired in this year. T he specifications of the micro- vibration isolator are as followed:- Damping frequency range : 0$sim$500Hz- Damping reduction ratio : over 10 dBAlso, the precise control logics such as the PII- and PIID- type algorithms satisfying the steady- state angular error under 0.002 and the angular velocity under 0.005 / sec was designed and evaluated through simulation activities, which will be adapted for the satellite design of the next generation. For the activities of the third year of performing the project, a micro- vibration test of RWA is being planned to be performed to identify the dynamic characteristics of the wheel and to gain testing technologies using theKistler Dynamometric Platform which is a disturbance torque measurement instrument. In addition, the End- to- End Jitter Test will take place to identify the test procedures and requirements, which is expected to be one of essential technologies for the design of a highly precise attitude control spacecraft. Finally, the results of the feasibility study on the modular design concept of the attitude control system will be presented to demonstrate its feasibility and adaptability to the next phase of design work of the modular design concept.

목차 Contents

• 제 1 장 서 론...23
• 제 2 장 미소진동 측정 시험 및 해석 기술...26
• 제 1 절 서론...26
• 제 2 절 측정 장비 및 시험 기술...27
• 1. 반작용휠 수준의 시험...28
• 가. 시험 구성...28
• 나. 측정시험장비 사양 분석...32
• 1) Kistler dynamic platform...32
• 2) Air spring table과 mass block...34
• 3) 데이터 획득 및 해석용 FT 분석기...37
• 2. 위성체 STM 수준의 시험...40
• 가. 시험 구성...40
• 나. 측정시험장비 사양 분석...41
• 1) 고감도 가속도계...41
• 2) Impact hammer kit...45
• 3) Electrodynamic shaker와 amplifier...45
• 제 3 절 반작용휠 수준의 시험결과 해석 기술...46
• 1. 첫 번째 단계 : time history...47
• 2. 두 번째 단계 : spectral map...48
• 3. 세 번째 단계 : order tracking...48
• 제 4 절 미소진동 측정 시험결과 및 해석 기술을 이용한 LOS jitter 예측...51
• 1. 서론...51
• 2. LOS jitter 예측 순서...52
• 가. 미소진동 데이터 변환...52
• 나. 반작용휠의 방향각에 따른 좌표변환...52
• 3. 구조/열 모델 위성체(STM)의 유한요소모델(FEM)...55
• 4. LOS jitter 예측 결과...57
• 제 3 장 미소진동 저감 방법 선정 및 감쇄기와 설계 장치 시제품 제작...67
• 제 1 절 미소진동 저감 방법의 선정...67
• 1. 수동적인 제어 방법...67
• 2. 능동적인 제어 방법...70
• 가. 피드백 제어 방법...71
• 나. 피드포워드 제어 방법...72
• 3. 반 능동적인 제어 방법...73
• 4. 반작용휠의 미소진동 저감 방법...74
• 제 2 절 미소진동 감쇄기 설계 장치의 시제품 제작...75
• 1. 미소진동 감쇄기 설계 장치의 제작...75
• 가. 미소진동 발생기...75
• 나. 진동절연 시스템...82
• 1) 미소진동 발생기 고정용 bracket...84
• 2) Kistler platform 고정용 지그...85
• 다. 데이터 획득 시스템...86
• 2. 미소진동 감쇄기의 제작...88
• 가. 감쇄재료...89
• 1) 3M viscoelastic damping polymer...89
• 2) LORD사의 BTR mount : HT0-5\, HT0-7...90
• 3) SOUNDCOAT사의 DYAD...91
• 나. 미소진동 저감을 위한 감쇄기 구성...92
• 제 3 절 감쇄기를 이용한 미소진동절연 결과 및 분석...94
• 1. 미소진동절연 실험 결과...94
• 가. bracket을 사용했을 때의 결과...94
• 1) 모터 공회전 시의 미소진동...94
• 2) 감쇄기를 사용하지 않았을 때의 미소진동...98
• 3) 3M 감쇄 재료를 이용했을 때의 미소진동절연 결과...105
• 4) LORD BTR mount를 사용했을 때의 미소진동절연 결과...112
• 5) 3M damping tape과 LORD BTR mount를 함께 사용했을 때의 미소진동절연결 과...119
• 나. bracket을 사용하지 않았을 때의 결과...126
• 1) 모터 공회전 시의 미소진동...126
• 2) 감쇄기를 사용하지 않았을 때의 미소진동...130
• 3) 3M damping tape과 LORD BTR mount를 함께 사용했을 때의 미소진동절연 결과...136
• 2. 미소진동절연 결과 분석...142
• 가. 휠을 장착하지 않았을 때의 미소진동 분석...142
• 나. 휠을 장착하고 감쇄기를 사용하지 않았을 때의 미소진동 분석...143
• 다. 감쇄기를 사용했을 때의 미소진동 비교 및 분석...144
• 제 4 장 초정밀 자세제어 로직 개발 및 해석...146
• 제 1 절 초정밀 자세제어 로직 구성...146
• 제 2 절 자세제어 로직 설계...149
• 제 3 절 3축 자세제어시스템 시뮬레이션...153
• 제 5 장 결론 및 향후 연구...158
• 제 6 장 참고문헌...160