《우리는
극소형위성에서도 가장 작은 위성인 피코위성연구에 대한 연구는 세계적으로 많은 흥미를 가지고 연구되고있다. 그 리유를 보면 피코위성이 크기가 10cm정도로 작고 질량이 매우 작아 제작과 발사에서 매우 적은 비용이 들기때문이다.
최근 여러 나라의 대학들과 연구소들에서는 크기가 매우 작은 위성들을 개발하여 한번에 여러개를 묶어서 발사함으로써 우주연구를 진행하는데서 제작 및 발사원가를 줄이고있다.
피코위성연구에서 중요하게 나서는 문제는 자동적인 궤도추정방법을 확립하는것이다. 모든 위성들에서 궤도와 위치 및 속도에 대한 정보는 위성의 항해를 보장하는데서 필수적으로 요구되는 정보이다. 따라서 대다수 위성들에서는 높은 정밀도의 위치정보를 주는 전지구위치측정체계(GPS)를 리용하고있다.
그러나 지금까지 개발된 위성중에서 크기가 가장 작은 위성인 피코위성은 그 무게가 0.1~1kg이며 전력소비도 극히 제한되여있다. 따라서 GPS의 설치는 전력소비분배의 견지에서 다른 장치들에 지장을 준다.
한편 지구마당을 측정하는 요소인 자력계는 가볍고 믿음직하고 작은 전력소비를 가지므로 여러 나라들에서 피코위성의 궤도결정에 널리 리용하고있다. 또한 세계적으로 자력계만을 리용하고 지상관측소와의 중재가 필요없는 궤도추정방법 즉 자동궤도추정방법들이 많이 연구되였다.
세계적으로 볼 때 자동궤도추정방법은 크게 두가지 즉 자세의존추정방법과 자세독립추정방법으로 연구가 진행되였다.
자세의존추정방법은 위성의 궤도와 자세를 높은 정확도와 수렴속도를 가지고 동시에 추정할수 있지만 계산량이 자세독립추정방법보다 많아 피코위성에 적용하기에는 적합하지 않다.
자세독립궤도추정의 수렴속도와 정확도를 개선하기 위하여 자력계와 다른 수감부들의 융합자료를 리용한 몇가지 방법들이 제안되였다.
정확도를 개선하기 위한 보충적인 측정량으로서는 태양벡토르를 들수 있다.
우리는 앞에서 본 방법들의 약점을 극복하기 위하여 달수감부자료를 보충적으로 도입하여 수렴속도와 정확도를 높이였으며 실험으로 검증하였다.
태양벡토르는 위성자리표계에서 태양을 바라보는 벡토르로서 위성의 위치를 판정하는데서 중요한 역할을 하는 량으로 되며 여러 론문들에서 언급하였다.
지구중심수감부도 리용할수 있는데 피코위성에 설치하기에는 불합리하다.
한편 별수감부를 리용하여 정확도를 높이기 위한 연구도 많이 진행되고있다.
최근에 달수감부를 리용하는 연구도 진행되고있다. 달은 해가 관측되지 않는 밤에 관측될수 있으므로 추정성능을 개선할 가능성을 준다.
우리는 궤도추정의 정밀도를 높이기 위하여 3개의 수감부 즉 자력계, 태양수감부, 달수감부를 리용하였다.
또한 자세독립궤도추정을 진행하기 위하여 위성의 자세와 무관계하며 위치정보를 포함하는 량을 관측량으로 정하였다.
위성은 중심력마당에 놓여있으므로 질량중심운동방정식은 비선형방정식으로 표현된다. 따라서 확장칼만려파기에 의한 상태추정을 진행하여야 한다.
확장칼만려파기는 측정잡음과 모형오차가 있는 비선형조종계에서 상태벡토르를 가장 합리적으로 추정할수 있게 하는 상태관측기로서 선박과 위성의 자동행해에서 가장 많이 리용되고있다.
3가지 량 즉 지구자기마당크기, 자기마당벡토르와 태양벡토르의 스칼라적, 그리고 자기마당벡토르와 달벡토르의 스칼라적이 확장칼만려파기의 관측량으로 리용되였다.
우리는 자세에 관계한 여러개의 측정량들로부터 자세에 무관계한 측정량을 수학적인 방법으로 유도하였다.
우선 첫번째 측정량은 자력계로 측정되는 자기마당의 절대값으로서 자력계만의 궤도추정에 일반적으로 리용된다.
두번째 측정량은 일부 궤도결정묶음려파기들에서 리용되는 준측정량으로서 자기마당벡토르와 태양벡토르와의 스칼라적으로 결정하였다.
세번째 측정량은 달방향단위벡토르와 자기마당벡토르와의 스칼라적으로 결정하였다.
우에서 제기한 측정량들은 모두 자세에 무관계한 측정량으로 된다. 따라서 자동항해에 필요한 상태량들을 쉽게 결정할수 있다.
일반적으로 경사궤도는 해가림상태와 해비침상태가 엇바뀌므로 려파기에서 태양벡토르를 리용하는 시간이 제약을 받게 된다.
이때 달벡토르를 보충적으로 리용하면 확장칼만려파기의 수렴성과 정확성을 높일수 있다.
우리는 실제적인 저궤도위성의 모의시험을 통하여 우에서 제기한 방법의 효과성을 검증하였다.
모의시험에서 위성개발도구(STK)에서의 고정밀궤도전파기(HPOP)에 의하여 기준상태가 발생되였다.
HPOP의 구성에서는 운동방정식의 수치적분기로 Gauss-Jackson 방법을 선택하였으며 비대칭지구포텐샬로 인한 섭동으로는 WGS84_EGM96(최대 50X50급), 대기밀도는 Jacchia-Roberts를 리용하였다.
대기저항곁수는 2.2, 태양방사압력곁수는 1.0, 면적-질량상수는 0.02m2/kg으로 선정되였다.
기준측정에 대하여 태양벡토르와 달벡토르도 STK에 의하여 발생되고 자기마당벡토르는 IGRF2015모형에 의하여 계산되였다.
태양수감부만을 리용한 경우와 태양수감부와 달수감부를 동시에 리용하는 경우의 고전궤도요소추정시간리력을 모의를 통하여 비교해보면 확실히 개선이 있다는것을 알수 있다.
우리는 앞으로 극소형위성에 대한 연구를 보다 심화시켜 첨단기술분야인 우주분야에서도 좋은 성과를 이룩해나갈것이다.
