[국가R&D연구보고서]차세대 위성체 핵심기술 선행연구;위성 전자/구조/제어 선행기술 연구 (Ⅲ) Advanced study on the next generation spacecraft core-technologies;Leading technologies development of spacecraft electronics/structures/control (Ⅲ)
Ⅰ. 제 목 위성 전자/구조/제어 선행기술 연구 Ⅱ. 연구개발의 목적 및 필요성 최근 인공위성 기술은 지속적으로 진보되고 있으며 각 구성품 들의 기능이 점점 더 정밀해져 가며, 복잡하고 다양한 임무의 수행을 위한 첨단의 위성체를 갖는 것이 세계적인 추세이다. 이러한 인공위성 분야의 핵심기술은 대부분의 개발 선진국에서 첨단 위성개발에 요구되는 필수 요소기술로 분류하여 기술이전을 기피하고 있는 첨단 선도기술로서 독자적인 위성개발을 위하여 자체개발이 불가피 하다. 현재 국내의 위성기술은 다목적실용위성
Ⅰ. 제 목 위성 전자/구조/제어 선행기술 연구 Ⅱ. 연구개발의 목적 및 필요성 최근 인공위성 기술은 지속적으로 진보되고 있으며 각 구성품 들의 기능이 점점 더 정밀해져 가며, 복잡하고 다양한 임무의 수행을 위한 첨단의 위성체를 갖는 것이 세계적인 추세이다. 이러한 인공위성 분야의 핵심기술은 대부분의 개발 선진국에서 첨단 위성개발에 요구되는 필수 요소기술로 분류하여 기술이전을 기피하고 있는 첨단 선도기술로서 독자적인 위성개발을 위하여 자체개발이 불가피 하다. 현재 국내의 위성기술은 다목적실용위성 1호의 성공 및 2호의 개발을 통해 일부 축적된 부분도 있다. 최근 수년간의 연구를 통하여 미소진동 감쇄 기술, 복합소재를 이용한 전개기구/태양전지판/본체구조물의 설계, 그리고 위성용 탑재컴퓨터 설계를 위한 실험 장비 및 기초 기술을 한국항공우주연구원에서 보유하고 있는 상태이다. 자세제어 통합 검증 시스템 및 우주발사체 접속 기술은 첨단 위성 개발 선진국에서는 보유하고 있으나 우리나라에서는 기초적인 연구가 진행되고 있는 단계이며, 위성전자전산시스템은 위성조립 및 시험을 위한 시험장치의 설계/제작 및 위성의 지상관제와 운용요원의 교육을 위한 위성 시뮬레이터를 제작하여 활용하는 단계이나 새로운 위성개발을 위한 종합적인 위성전자전산시스템에 대한 연구는 전무한 상태이다. 개발 최종목표는 차세대 첨단 위성개발 기술의 확보이며, 이를 위해 복합재료를 이용한 경량 태양전지판/전개기구 및 본체 구조물에 대한 연구, 초정밀 자세제어 기술에 대한 연구, 우주발사체 접속기술에 대한 연구, 고성능 탑재컴퓨터에 대한 연구와 위성전자전산시스템 개발검증장비에 대한 연구가 수행된다. 본 연구 개발사업의 연구결과로 얻어질 결과들은 차세대 위성 개발의 핵심 기술로서 한국항공우주연구원의 위성연구 개발능력 확충을 위해 필요한 사업이라 할 수 있다. Ⅲ. 연구개발의 내용 및 범위 당해년도에는 경량 복합소재 주 구조물과 태양전지판 시험/운용 평가를 위한 셀 Lay-down 설계 및 제작, 초정밀 자세제어 통합 검증시스템의 VDS 상세 설계와 RIU/OBC 시뮬레이터의 하드웨어 구성 및 시스템 랙 제작, 위성체 모델 작성 및 발사체 모델 작성을 통한 연성하중해석의 기본연구 수행, 암호화 링크 모듈제작 및 하향 링크 모듈개발, 병렬형 태양전력조절기 성능 보완 및 제작, 위성전자전산시스템 개발검증장비 탑재소프트웨어 개발 및 Data 시뮬레이터 제작이 이루어졌다. 론저론 및 레일을 포함하는 광학탑재지지 구조물인 주구조물은 정밀한 지구관측을 위해 1m 이하의 고해상도 카메라를 위성에 장착할 경우 우주 열 환경에서 열적으로 안정한 광학탑재지지 구조물이 필수적이다. 그래서 지구관측위성의 광학탑재지지 구조물에 대한 설계 Trade Study를 통하여 광학탑재지지 구조물에 대한 요구조건 수립과 설계 수행 및 타당성 확인 즉, 광학탑재지지 구조물에 대한 시제작 및 실험이 수행되었다. 고효율 태양전지 QM 패널 개발에서는 고효율 태양전지 부착공정 상세개발 및 적용, 고효율 태양전지 부착장비/설비 개발, 고효율 태양전지 부착 Coupon 패널 시험 등이 수행 되었다. 초정밀 자세제어 통합 검증시스템 개발에서는 위성 동역학 시뮬레이터의 하드웨어를 구성하여 자세제어 로직 및 자세결정 로직에 대한 설계 작업이 수행되었으며, 원격인터페이스장치와 탑재 컴퓨터 시뮬레이터의 하드웨어를 구축하여 위성 동역학 시뮬레이터와 데이터 전송을 위한 통신 소프트웨어 개발은 3, 4차년도에 거쳐 완성될 예정이다. 그리고 이 모든 하드웨어간 신호의 실시간 검증을 원활하게 하기위해 두개의 시스템 랙으로 구성하였다. 우주발사체 접속해석 기술개발에 대한 연구에서는 전년도의 연구에 이어 위성체 모델 작성 및 발사체 모델 작성을 통하여 연성하중해석의 수행을 위한 기본연구가 수행되었다. 차세대 위성전자전산시스템 개발검증장비 개발을 위해 3차 년도에는 PowerPC에서 실시간 운영체제 VxWorks를 이용한 탑재소프트웨어의 업로드, 실행 및 디버깅이 수행되었다. 또한 데이터 시뮬레이터인 Mini-SATS를 개발하여 타겟과의 인터페이스를 통한 명령전송 및 텔레메트리 모니터링에 대한 시험이 수행되었다. 이러한 3차 년도의 연구결과를 바탕으로 4차 년도에는 SDT용 탑재소프트웨어의 수정/보완개발 및 시스템 통합시험을 수행할 예정이다.
Ⅳ. 연구개발결과 본 연구는 차세대 첨단 위성개발 기술 확보를 위한 것으로 전년도의 개념 설계연구를 바탕으로 3차 년도에는 상세설계, 분석 및 시제품 개발 등이 이루어졌다. 경량 복합소재 주구조물 연구에서는 론저론 및 레일을 포함하는 광학탑재지지 구조물로 광학탑재지지 구조물에 대한 설계 요구조건 수립, Trade Study 결과, 3D Model, Finite Element Model, 상세도면(15도), 해석보고서 및 시제작품 등이 있었다. 또한, 고효율 태양전지 QM 패널 개발 및 제작으로 고효율 태양전지 시편(5 EA), 고효율 태양전지 부착 패널(1/2 패널 태양전지 부착) 및 고효율 태양전지 부착 Coupon 패널 시험결과 등이 있었다. 초정밀 자세제어 통합 검증시스템 연구에서는 위성 동역학 시뮬레이터의 하드웨어 개발로 신호변환 및 지구센서 모사보드에 대한 설계 요구 조건을 수립하고 보드들의 성능 시험 절차서 및 시험 결과서, 하드웨어 FPGA 구성 도면 및 시제작품 등이 있다. 그리고 PowerPC 기반에서 상용보드들의 자체 성능 검증을 수행하여 장치들의 구성 및 특성에 대한 기술을 획득하였다. 그리고 위성 동역학 시뮬레이터와 원격인터페이스 장치에 대해 타워 랙을 설계, 제작하고 하드웨어간의 신호 인터페이스를 갖춤으로써 자세제어 통합 검증 시스템의 하드웨어 구성을 이루었다. 또한, 자세제어 및 자세결정 로직에 대한 설계 및 검증 기술을 획득하였다. 우주발사체 접속해석 기술개발 연구에서는 발사체에 탑재하기 위한 위성체의 모델을 작성하고 검증하여 연성하중해석을 통한 결과를 얻었으며 위성체가 탑재된 발사체 모델을 작성하여 연성하중해석을 수행할 수 있는 시스템모델을 구성하고 이를 검증하였다. 차세대 위성전자전산시스템 개발검증장비의 탑재소프트웨어 및 데이터 시뮬레이터에 대한 개발업무 수행을 통하여 실시간 운영체제 VxWorks 및 탑재소프트웨어에 대한 PowerPC 보드 상에서의 실행 및 디버깅 등의 시험이 이루어졌으며, 텔레메트리 데이터의 자동적인 분석 및 지상 명령 송신 등의 타겟과의 CMD/TLM 인터페이스 기능을 수행하는 데이터 시뮬레이터(Mini-SATS)를 개발하였다. 그리고 향후에 예상되는 1m 미만의 고 해상도 광학 카메라 혹은 SAR 탑재 위성에 있어 필수적으로 요구되는 암호화된 상향 통신 링크보드 제작과 SBC Board에서 생성한 데이터를 지상으로 송신하는 하향 링크 설계 제작을 수행하였으며 통합시험을 위한 위험 환경 구축을 수행하였다. 또한, 지난년도에 설계한 1.5KW급의 3-모듈 병렬형 태양전력 조절기의 성능을 보완하여 재설계하고 이를 제작하여 그 성능을 검증함으로서, 다목적 실용위성 1호를 포함한 기존 위성에서 검증된 소용량 전력 전력변환 장치를 이용하여 대용량 병렬형 태양전력조절기의 설계, 제작 기술을 확보하였다. 따라서 향후 대용량 위성의 전력시스템 개발에 적용 가능한 고 신뢰성의 전력변환 및 분배회로의 설계, 제작 기술을 습득하였다.
Ⅴ. 연구개발결과의 활용계획 본 위성체 핵심기술 선행연구에서 획득될 기술들은 다목적실용위성 3호, 5호, 통신해양기상위성을 비롯한 차세대 위성개발의 첨단 핵심기술로서 한국항공우주연구원의 위성 연구개발 능력 확충과 위성개발의 원가절감에 기여할 수 있으며, 또한 본 핵심기술의 발전은 향후 우주산업 시장의 진출 계기를 마련하여 국내 산업의 경쟁력 강화를 도모할 수 있다.
Abstract▼
Ⅰ. Title Leading Technologies Development of Spacecraft Electronics/Structures/ Control
Ⅱ. The Purpose and Necessity of Research and Development Recently more sophisticated and high technology satellites are being developed in the world with continuous advances in satellite techn
Ⅰ. Title Leading Technologies Development of Spacecraft Electronics/Structures/ Control
Ⅱ. The Purpose and Necessity of Research and Development Recently more sophisticated and high technology satellites are being developed in the world with continuous advances in satellite technology and satellite components. But only a few developed countries in space technology own the core technologies required to develop these satellites. To build high technology satellites in Korea, we need to acquire these core technologies by ourselves because those countries are reluctant to transfer the core technologies to other countries. Currently Korea has acquired some satellite technologies through several satellite programs such as KOMPSAT(KOrea Multi-Purpose SATellite)-1 and KOMPSAT-2. Those technologies such as micro vibration reduction technology, design technology of solar array deployment mechanism and structures using composite material, and design and development technology of flight computers and test equipments are representative example technologies successfully acquired by KARI. The basic research in the verification of attitude control design, satellite electronics design, and launch vehicle interfaces are in progress in our country while the developed countries already have them. Technologies for design and manufacturing of satellite test equipments or technologies for satellite simulator for training ground operators are acquired also. But research on technologies required for design and verification of new satellite electronics are not been performed yet.
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