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메쉬 제직 밀도(OPI)에 따른 우주용 전개형 메쉬 안테나의 열적 특성 분석
채봉건,김혜인,백현규,오현웅 항공우주시스템공학회 2023 항공우주시스템공학회지 Vol.17 No.4
Recently, as Synthetic Aperture Radar (SAR), communication, and signal surveillance missions of spacecraft have become more advanced, research has been actively conducted on the deployable large mesh antenna system with excellent storage efficiency compared to the deployment area, and light weight. Deployable Mesh antennae are characterized by an increase in the number of Openings Per Inch (OPI), which is a measure of mesh weaving density as the mission frequency band increases, and this OPI change directly affects the thermal optical properties of the mesh antenna, so research on this is required. In this paper, to verify the thermal relationship between the optical properties of the mesh and antenna reflector, thermal sensitivity analysis between the mesh and the antenna reflector is performed by in-orbit thermal analysis with various optical characteristics of the mesh based on existing overseas research cases. In addition, the temperature gradient effect of the mesh reflector is analyzed. 최근 위성의 SAR(Synthetic Aperture Radar), 통신 및 신호 감시 임무가 고도화됨에 따라 경량화 및 전개 면적 대비 수납효율이 우수한 전개형 메쉬 안테나에 관한 연구가 활발히 수행되고 있다. 전개형 메쉬 안테나는 임무 주파수대역이 증가함에 따라 메쉬 제직 밀도의 척도인 OPI(Openings Per Inch)의 수가 증가하는 특징이 있으며, 이러한 OPI 변화는 메쉬의 광학물성 특성에 직접적인 영향을 미치므로 이에대한 연구가 필수적이다. 본 논문에서는 메쉬의 광학 물성치와 반사판에 대한 열적 관계를 검증하기 위해 기존 해외 연구사례를 바탕으로 메쉬의 다양한 광학적 특성에 따른 궤도 열해석 통해 메쉬와 안테나간의 열적 민감도 분석과 메쉬 반사판의 온도구배 영향성 분석을 수행하였다.
채봉건,오현웅 한국항공우주학회 2021 International Journal of Aeronautical and Space Sc Vol.22 No.6
This paper presents the Power Plant Trio (PPT) Can Satellite (CanSat) platform developed by the University of Chosun, South Korea, with a focus on energy harvesting systems. The main objective of this project is to confirm the effectiveness of solar, wind and piezoelectric energy harvesting systems, which are utilized for LED lighting and activating a self-powered MEMS-based sensor module. The secondary objective of this project is to wirelessly transmit collected solar energy using the magnetic resonance method. To confirm compliance with the design requirements and to validate the effectiveness of the system, several pre-launch tests were conducted on-ground. The subsequent results of the CanSat flight test demonstrated that the proposed PPT CanSat system fulfills all of the required functions, satisfying the success criteria of the mission. The energy harvesting technologies introduced in this study can be effective for enhancing the power generation capability of spacecraft; in particular, for CubeSats with an extremely restricted size and available area for the installation of solar cells.
Veritrek 소프트웨어를 활용한 그라파이트시트 기반 극저온 냉각기 열 제어 시스템 최적설계
채봉건(Bong-Geon Chae),김혜인(Hye-In Kim),오현웅(Hyun-Ung Oh) 항공우주시스템공학회 2024 항공우주시스템공학회지 Vol.18 No.2
초기 열설계 과정의 경우 복잡한 궤도 열 환경 조건에서 다양한 설계 변수에 따른 열적 영향성 판단을 해야 하므로, 열 설계/분석에 많은 시간이 소요된다. 따라서, 초기 설계 단계에서 시간을 효율적으로 단축시키기 위해서는 최적의 설계 변수 도출과 이에 따른 온도 예측이 신속히 이루어져야 한다. 상기문제점에 기인하여 차수축소모델을 활용한 최적 설계 전문 소프트웨어인 Veritrek이 2018년에 출시되었다. 본 논문에서는 Veritrek 소프트웨어를 활용하여 그라파이트시트 기반 냉각기 열 제어 시스템에 대해 차수축소모델 구축과 민감도 분석, 최적 설계 분석을 수행하여 냉각기의 허용온도를 만족할 수 있는 그라파이트시트의 적층 수, 방열판 면적 및 두께에 대한 최적설계 수치를 도출하였다. During the initial thermal design process, determining the thermal effect of various design variables in a complex orbital thermal environment is time-consuming. To save time in the initial design phase, it is necessary to quickly derive optimal design parameters and predict the temperature. To address these challenges, Veritrek, a software specialized in optimal design using a reduced-order model (ROM), was released in 2018. In this paper, we utilized the Veritrek software to build a reduced-order model, conduct sensitivity analysis, and perform optimal design analysis for a graphite sheetbased cryogenic cooler thermal control system. The goal was to determine the optimal design values for the number of graphite sheet layers, radiator area, and thickness that would meet the allowable temperature of the cryogenic cooler.
MEMS 기반 흑체 시스템의 온도 균일도 및 추정 정확도의 수치 해석적 검토
채봉건(Bong-Geon Chae),김태규(Tae-Gyu Kim),이종광(Jong-Kwang Lee),강석주(Suk-joo Kang),오현웅(Hyun-Ung Oh) 한국항공우주학회 2016 韓國航空宇宙學會誌 Vol.44 No.5
적외선 검출기와 같은 우주용 영상센서는 작동 유무 및 시간경과에 따라 센서의 응답 특성이 변하기 때문에 영상품질이 저하된다. 이러한 영상센서의 비균일 응답특성을 보정하기 위하여 궤도상에서 보정용 흑체시스템을 이용하여 주기적인 보정을 실시 할 수 있도록 해야 한다. 본 논문에서는 저온에서 고온에 이르는 다양한 기준온도에서의 높은 온도균일도 확보 및 흑체의 대표표면온도 추정이 용이하고, 초경량, 저전력, 고정밀도의 흑체 시스템을 구현하기 위해 MEMS(Micro Electro Mechanical Systems)기반의 흑체시스템을 제안하였으며, 열해석을 통해 성능을 입증하였다. Output Characteristics of the spaceborn image sensor such as infrared(IR) sensor are varied according to time elapses and sensor repetition on/off operation. As a result, the quality of IR sensor image is decreased. Therefore, spaceborne image sensor require a periodic calibration using a black body system by correcting a non-uniformity of the sensor. In this paper, we proposed a MEMS-based black body system that can implement the high temperature uniformity at various standard temperatures ranging from low to high temperature and easily estimate the representative surface temperature. In addition, it has advantages lightweight, low-power and high accuracy. The feasibility of the proposed MEMS-based black body system was verified through the thermal analysis.
상용 반이중 통신방식 UHF대역 송·수신겸용 안테나를 적용한 큐브위성의 통신시스템 구현
채봉건(Bong-Geon Chae),하헌우(Heon-Woo Ha),장수은(Su-eun Jang),오현웅(Hyun-Ung Oh) 한국항공우주학회 2014 韓國航空宇宙學會誌 Vol.42 No.6
일반적으로 큐브위성에 적용되는 통신방식은 모노폴과 다이폴 안테나를 이용한 전이중 통신으로 UHF/VHF 두 대역을 이용하여 송·수신을 하는 방식이 적용되고 있으나, 장착공간의 제약을 받는 큐브위성에 적용할 경우, 안테나 구속 및 전개방식의 복잡화를 비롯해 안테나 장착만을 목적으로 하는 별도의 전용 판넬을 필요로 하는 등 탑재체 또는 태양전지탑재를 위한 공간 효율적 측면에서의 단점을 갖는다. 본 논문에서는 큐브위성의 태양전지장착 공간 활용 극대화를 목적으로 상용 반이중 통신방식 UHF대역 송·수신 겸용 안테나를 선정하여 큐브위성의 통신 시스템 설계를 수행하였으며, 안테나의 사양 및 위성 운용조건으로부터 상향링크 및 하향링크에 대한 링크버짓 분석을 통해 상기 통신방식의 유효성을 입증하였다. 또한, 통신 시스템의 주요 구성 요소인 안테나 전개를 위해 본 큐브위성에 적용된 안테나 분리방식에 대해 소개하였다. A UHF/VHF full-duplex communication using monopole and dipole antenna has been widely used for cube satellite applications. This kind of communication system requires a dedicated structure panel for antenna integration, which is the one of the disadvantages of the conventional communication system from the accommodation point of view considering the extremely limited volume of the cube satellite. In this study, to maximize the accommodation efficiency of the cube satellite, the commercial UHF half-duplex antenna combined with buck converter for communication modes transition has been considered in the communication system design. Its effectiveness has been verified through link budget analysis based on the antenna specifications and satellite’s operation conditions. In addition, the antenna deployment mechanism for the synchronous release of multi-antennas has also been introduced.
차세대 중형위성용 2축 짐벌식 X-밴드 안테나의 열설계 및 궤도 열해석
채봉건(Bong-Geon Chae),유창목(Chang-Mok You),장수영(Su-Young Chang),강은수(Eun-Su Kang),오현웅(Hyun-Ung Oh) 한국항공우주학회 2018 韓國航空宇宙學會誌 Vol.46 No.4
차세대 중형위성에 탑재되는 2축 짐벌형 X-밴드 안테나는 대용량 영상정보 송신 안테나로, 위성의 자세와 궤도 운동과 무관하게 자세 및 안테나 지향각에 따라 방위각 축과 고각축이 동시에 회전 구동하여 지상안테나를 지향하게 된다. 상기 안테나는 위성체 외부에 극심한 온도차를 보이는 궤도 열환경에 노출되며, 안테나 및 주요 구성품이 허용온도 범위 내를 유지할 수 있도록 열설계를 해야 한다. 본 논문에서는 2축 짐벌형 X-밴드 안테나의 열설계 유효성을 해석적으로 요구조건을 만족함을 확인하였으며, 시스템 열진공 시험 조건해석 및 궤도 운용조건에서의 열해석을 수행하여 히터 용량 및 듀티 사이클을 도출하였다. 아울러, 상기 안테나의 핵심 주요 구성품에 대한 허용온도 요구조건 충족 여부를 확인하였다. A two-axis gimbal-type X-band antenna for CAS(Compact Advanced Satellite) transmits large amount of image data to ground station regardless of satellite attitude and orbital motion. This antenna mounted on the external surface of the satellite is directly exposed to the extreme space with thermal environment during the orbital operation. Therefore, a proper thermal design is needed to maintain the antenna itself as well as other main components within allowable temperature range. In this study, the thermal design effectiveness of two-axis gimbal X-band antenna was verified through the thermal analysis. In addition, required power and duty cycle of heater were estimated through the thermal analysis under conditions of system level thermal vacuum test and on-orbit thermal environment. The thermal analysis results indicated that all the main components of X-band antenna satisfy the allowable temperature requirement.