교육용 도구로서의 저가 소형위성 연구 및 개발

문병영(Byoung-Young Moon),이병훈(Byung-Hoon Lee),장영근(Young-Keun Chang) 한국항공우주학회 2006 韓國航空宇宙學會誌 Vol.34 No.10

위성공학을 전공하는 학생들에게 실질적이고 경험적인 교육을 제공하기 위해 HAUSAT-1과 HAUSAT-2 두 초소형 위성 개발 프로젝트 기반의 다학제간 우주비행체 설계 교육방법을 적용하였다. HAUSAT-1은 국내최초로 개발된 1㎏급의 초소형 피코 위성이다. HAUSAT-2는 25 ㎏급의 나노 위성으로 현재 준비행 모델(Proto-Flight Model)을 개발 중에 있다. 이들 설계 프로젝트는 연구와 설계 교육의 통합적 기능을 제공함으로써 대학의 고유기능인 과학 및 기술 연구와 설계 교육을 통한 전문 인력양성의 목표를 동시에 이루는 것이 가능하다. 이러한 복합시스템인 우주비행체 설계 교육을 통하여 참여 학생 전원이 우주비행체의 전 시스템 개발 과정을 직간접적으로 경험할 수 있게 하고, 최근 들어 각광을 받고 있는 다학제간 시스템 교육의 활성화를 이룰 수 있다. A method of multidisciplinary education has been implemented for satellite design, based on HAUSAT-1 and 2 ultra-small satellite development projects, in order to provide practical knowledge and experience to students studying satellite engineering. HAUSAT-1 was the nation's first 1㎏-class ultra-small satellite. HAUSAT-2 nano-satellite is currently under a Proto-Flight Model development. These design projects make it possible to achieve the goal of science and technical research, which is representative of a university function, and the goal of molding professionals through providing an integrated function of system design education. An integrated system design, like satellite system, provides all participating students with an opportunity to directly/indirectly experience the entire system development process and encourage growth of multidisciplinary system education that has lately become an important issue.

무릎 관절의 고굴곡에 대한 모멘트와 근력의 추정

조봉조,문병영,손권,Cho, Bong-Jo,Moon, Byoung-Young,Son, Kwon 대한기계학회 2004 大韓機械學會論文集A Vol.28 No.9

This study predicts muscle forces acting on the lower extremity when the knee joint is in deep flexion. The whole body was approximated as a link model, and then the moment equilibrium equations at the lower extremity joints were derived far given reaction farces against the ground. Measurement of deep flexion was carried out by placing ten markers on the body. This study calculated the moment acting at each Joint from the equations of force and moment, classified the complicated muscles around the knee joint, and then predicted the muscle forces to balance the joint moment. Two models were proposed in this study: the simpler one that consists of three groups of muscle and the more detailed one of nine groups of muscle.

초소형위성용 단일보드 탑재컴퓨터의 개발

김영현(Young-Hyun Kim),문병영(Byoung-Young Moon),이보라(Bo-Ra Lee),장영근(Young-Keun Chang) 한국항공우주학회 2004 韓國航空宇宙學會誌 Vol.32 No.4

2004년 9월 러시아 발사체 “디네플”에 의해 발사 예정인 초소형위성 HAUSAT-1의 비행모델 개발이 완료되어 초소형위성 전개기 P-POD (Poly Picosatellite Orbital Deployer)에 장착하기 위해 미국으로 이송할 예정이다. HAUSAT-1 위성개발을 통하여 설계, 제작 및 시험을 한 단일보드 탑재컴퓨터는 다른 초소형위성의 탑재컴퓨터와는 다른 고성능의 특성을 갖고 있다. 다기능의 컨트롤러와 SPI와 1-Wire와 같은 최근의 접속기술을 사용하여 하니스의 단순화와 시스템의 크기 및 질량을 최소화 하였다. 또한 우주방사환경에 의한 장애 발생에 대처하도록 장애복구 시스템을 적용하였다. HAUSAT-1의 비행 모델용 탑재컴퓨터는 현재 모든 기능시험과 환경시험을 마친 상태이며, 본 논문에서는 이들 성능/기능시험 결과와 랜덤진동시험 및 열진공시험 결과를 논의한다. Flight and Qualification Models of Single Board Computer (SBC), called On-Board Computer (OBC), for HAUSAT-1 picosatellite, which is scheduled to launch on September, 2004 by Russian Dnepr launch vehicle, have been developed. The OBC of HAUSAT-1 has been designed with some improved features compared to other picosatellites. A multifunctional controller and up-to-date SPI (Serial Peripheral Interface) and I-Wire interface are implemented to simplify the harness routing and to minimize the mass and size of OBC. The improved fault-tolerant architecture design methodology is incorporated in the HAUSAT-1 OBC to protect against space radiation environment. The functions of the OBC were fully tested and verified by the Electrical Test Bed (ETB) model. This paper is also addressing the environmental test results, such as random vibration and thermal vacuum tests.

HAUSAT-2 위성의 전력계 개발 및 검증

김동운(Dong-Woon Kim),문병영(Byoung-Young Moon),장영근(Young-Keun Chang) 한국항공우주학회 2006 韓國航空宇宙學會誌 Vol.34 No.4

본 논문에서는 HAUSAT-2 전력계의 설계와 각 모드별로 에너지 평형 해석을 통한 전력계 설계의 타당성을 검증하였다. 태양전지판은 GaAs 셀을 사용하였고 디지털 방식의 최대 전력 추적기를 채택하였다. 배터리 팩은 4개의 Li-Ion 셀로 구성하였고 최대 전력 추적기와 배터리 충전 조절기로 배터리 충전 기능을 구현하였다, 전력 제어기는 DC-DC 변환기로 요구되는 전압을 출력하고 상용 IC 및 MOSFET으로 이루어진 전력 분배기가 서브시스템 및 탑재체에 전력을 분배시킨다. 전력생성 분석은 다양한 승교점 지방시 (LTAN)를 가지는 궤도를 고려하여 수행하였으며, 이 중 HAUSAT-2의 임무 수행에 적합한 궤도를 선정하여 모드별 전력 사향을 반영하여 에너지 평형 해석(EBA)을 진행하였다. This paper addresses Electrical Power Subsystem(EPS) design and verification of HAUSAT-2 small satellite through energy balance analysis(EBA) depending on individual operation modes. GaAs solar cells are used for satellite power generation and digital peak power tracking is implemented for EPS architecture. One battery pack is consisted of 4 Li-Ion cells. Battery charge is accomplished by peak power tracker and battery charge regulator. Power conditioning assembly uses three DC-DC converters, and power distribution assembly which consists of commercial IC and MOSFET switch distributes power to subsystems and payloads. The altitude of 650㎞ and sun-synchronous LEO with various local time ascending node(L TAN) are considered in EBA.

우주방사능 효과를 고려한 저가 COTS 소형위성의 신뢰성 분석

정지완(Ji-Wan Jung),문병영(Byoung-Young Moon),장영근(Young-Keun Chang) 한국항공우주학회 2006 韓國航空宇宙學會誌 Vol.34 No.2

위성개발 시 비용의 절감과 효율적인 설계 보장을 위해 신뢰성과 고장모드 분석이 필요하지만, COTS 소자를 사용하는 소형위성의 경우 통상 제작자로부터 소자에 대한 실패율이 제공되지 않기 때문에 신뢰성 계산이 어렵다. 이 논문에서는 실패율 예측을 위해 MIL-HDBK-217F의 시험적/경험적 데이터에 기초한 방법을 사용하였고, MIL-HDBK-217F에서 고려되지 않은 방사능 환경을 실패율 예측에 반영하기 위해 방사능 효과들 중 신뢰도에 영향을 미칠 수 있는 10?? failures / device / 10? hours 이상의 발생확률을 갖는 SEL 발생확률을 실패율 예측 결과에 추가로 반영하였다. 결국 본 논문은 실패율이 제공되지 않는 COTS 소자를 사용하는 저가 소형위성에 대해 통계적 기법을 이용한 새로운 신뢰성 해석 방법을 제안하고, 현재 개발 중인 25㎏급의 초소형위성인 HAUSAT-2에 이 방법을 적용하여 분석한 결과를 보여준다. The reliability and failure mode effect analysis are effective means to achieve efficient and cost-reduction design for satellite development. The failure rate of COTS (Commercial-Off-The-Shelf) parts required for reliability analysis is not usually provided from the manufacturer. Space environment factors based on empirical data obtained from MIL-HDBK-217F can be applicable to the reliability calculation. As a radiation environment factor, the occurrence rate of SEL (Single Event Latch-up) is additionally incorporated for the failure rate prediction. In this paper, the statistical reliability analysis method for low-cost small satellite using COTS parts is suggested. This statistical reliability analysis was applied to HAUSAT-2 small satellite whose electronic boxes are consisted of many COTS parts to calculate the system reliability at the end of design mission life.

저비용/저전력의 초소형 위성 전력계의 개발

박제홍(Je-Hong Park),김영현(Young-Hyun Kim),문병영(Byoung-young Moon),장영근(Young-Keun Chang) 한국항공우주학회 2004 韓國航空宇宙學會誌 Vol.32 No.7

초소형위성의 설계는 무게, 체적, 전력 및 표면적 등의 제한조건으로 인하여 상당한 어려움이 따른다. 임무기간 동안 위성의 각 모듈에 전력을 지속적으로 공급해 줄 수 있는 효율적인 저가의 피코위성 HAUSAT-1 전력시스템을 개발하였다. 본 논문에서는 태양전지판, 배터리, 전력조절 및 분배유닛의 설계 및 해석 결과를 논의하였으며, 설계된 시스템의 개발이 실제 하드웨어로 구현이 가능하도록 개발비용과 성능을 고려한 부품의 선정, 제작 및 시험결과에 대하여 기술하였다. 또한 운영 모드별 에너지 평형 해석(Energy Balance Analysis)을 통한 시뮬레이션 수행 결과를 보여주고, 전력계의 기능 및 환경시험 결과와의 비교를 통하여 전력 시스템 설계의 타당성을 검증하였다. The design of pico-/nano-satellites is particularly challenging due to constraints in mass, volume, power, and surface area. An efficient low-cost picosatellite HAUSAT-1 Electrical Power Subsystem (EPS) is developed to supply the power for various loads during the full mission life. This paper addresses design and analysis results of solar arrays, batteries, power conditioning and distribution units. The component selection, manufacturing and test results are presented by considering appropriate development cost and performance. The simulation results of power system are also illustrated, according to operational modes, through energy balance analysis. Finally, the EPS design feasibility is verified by comparing analysis results with functional and environmental test results at the system and component levels, respectively.

250ton급 해양경비정의 모형시험기반 선형개발에 관한 연구

김규선(Kyu Seon Kim),박영수(Young Su Park),이성범(Seung Beom Lee),문병영(Byoung Young Moon) 한국항해항만학회 2017 한국항해항만학회 학술대회논문집 Vol.2017 No.춘계

도플러 효과를 이용한 단일 저궤도위성의 동물추적시스템 개발

이정남(Jeong-Nam Lee),이병훈(Byung-Hoon Lee),문병영(Byoung-Young Moon),장영근(Young-Keun Chang) 한국항공우주학회 2006 韓國航空宇宙學會誌 Vol.34 No.11

도플러 효과를 이용해서 동물의 위치를 추적하는 경우 동물에 장착된 단말기의 송신신호를 위성의 수신기에서 얼마나 많이, 정확하게 측정하느냐에 따라 위치 추적의 정밀도가 달라진다. ARGOS 위성시스템의 경우 다수의 위성을 운용하여 단말기의 송신신호를 비교적 많이 측정하며, 이러한 많은 측정 데이터를 이용해서 상당히 높은 위치추적 정밀도를 유지하고 있다. 하지만 단일 위성을 사용하는 동물추적시스템의 경우 위성이 단말기를 통과하는 짧은 시간동안 송신 신호를 많이 측정하기 힘들며, 이는 위치추적의 정밀도를 떨어뜨리는 가장 큰 원인이 된다. 따라서 본 논문에서는 단일 위성에서 도플러 천이 측정 데이터의 개수를 증가시키기 위해서 도플러 천이 변화율을 이용하여 수신 데이터를 추정하였으며, 추정된 데이터를 측정치로 사용하여 측정 데이터의 개수를 증가 시켰다. 결과적으로 도플러 천이 변화율을 이용하여 비교적 높은 위치추적 정밀도를 획득 할 수 있으며, 단일 위성을 사용하는 동물추적시스템에 적합한 방식임을 알 수 있다. Position determination accuracy is strongly depending on how much precisely and frequently satellite receiver measures transmitted signals from terminals on target animals when Doppler effect is applied for position determination. ARGOS satellite system has shown relatively high position determination accuracy by operating multiple satellites, which enable operator to get more Doppler shift data from terminals. In case of animal tracking mission with single satellite, however, it is difficult for the satellite receiver to receive transmitted signals from terminals frequently during short period that satellite passes over ground terminals. This is one of the main sources to decrease position accuracy on target animals. In this paper, the Doppler rate estimation is implemented to increase the number of Doppler shift data received by single satellite. It is proved that the relatively high position determination accuracy with increased number of estimated data can be obtained. We also suggest that the Doppler rate estimation is applicable for position determination system with single satellite.

초소형위성 HAUSAT-1의 기계시스템 설계 및 개발

황기룡(Ki-Lyong Hwang),민명일(Myung-Il Min),문병영(Byoung-Young Moon),장영근(Young-Keun Chang) 한국항공우주학회 2004 韓國航空宇宙學會誌 Vol.32 No.9

위성은 조립 및 시험 완료 후 운반 및 발사 순간부터 임무 궤도로 진입할 때까지 발사체에 의한 정하중, 동하중 및 충격하중을 겪게 되며, 임무궤도에서 열진공, 복사 및 미세 중력 환경하에 놓이게 되어 위성의 설계, 제작l 조립 및 시험 시 이들 발사환경과 우주환경을 고려하여 개발을 수행하여야 한다. 본 논문에서는 HAUSAT-l 피코위성의 구조 및 열해석과 설계 결과를 논의하고, 발사 과정과 우주에서 겪게 되는 환경을 모사한 발사환경 및 우주환경시험의 결과를 논의한다. HAUSAT-l 위성의 기계시스템은 인증 수준의 진동시험과 열진공시험 후에도 안정하다는 것을 확인하였다. The satellite is exposed to the severe vibration environments such as random vibration, acceleration, shock, and acoustics during launch ascent and transportation. It is also faced with various space environments such as thermal vacuum, radiation and microgravity during the mission life. The satellite should be designed, manufactured, assembled and tested to be able to endure in these harsh environments. This paper addresses the results of the structural and thermal design and analyses for the HAUSAT-1 picosatellite which is scheduled to launch in the first quarter of 2005 by Russian launch vehicle Dnepr. The qualification vibration and thermal vacuum tests have been conducted and passed at the satellite level to ensure that the HAUSAT-1 mechanical system was designed to be stable with enough margin.

소형위성용 통합형 전장박스의 개발 및 성능검증

장진수(Jin-Soo Chang),김동운(Dong-Woon Kim),강석진(Suk-Jin Kang),이병훈(Byung-Hoon Lee),문병영(Byoung-Young Moon),장영근(Young-Keun Chang) 한국항공우주학회 2007 韓國航空宇宙學會誌 Vol.35 No.4

대형위성과 달리 나노위성이나 마이크로위성과 같은 소형위성의 경우, 전장품을 장착하기 위한 위성 내부 공간은 극히 제한되어 있다. 이러한 문제를 완화하기 위해 나노위성 HAUSAT-2는 대부분의 서브시스템과 탑재체의 전장모듈들을 통합한 일체형 위성 버스전장박스(BEU; Bus Electronic Unit)를 개발하였다. 본 논문에서는 개발된 BEU의 설계, 환경시험 결과 및 성능 분석에 대해 기술하였다. 진동 및 열진공 시험은 새로 개발된 BEU의 설계 여유 검증을 위해 인증(qualification) 수준으로 수행하였다. 인증시험 전후의 성능시험을 통해 각 서브모듈들이 정상적으로 작동하는 것을 확인하였다. 진동시험 결과 BEU는 구조적인 손상 없이 설계 강성조건을 만족하는 것을 검증하였으며, 열해석 모델링의 보정을 통해 열진공시험과 거의 일치하는 결과를 얻게 되었다. Unlike large satellites, small satellites, such as nanosatellite and microsatellite, can provide a limited interior space for components mounting. In order to mitigate this issue, the compact Bus Electronic Unit(BEU) that integrates satellite electronic modules, combining most of bus subsystems and payload electronic modules into one unit, has been developed for HAUSAT-2 nanosatellite. This paper addresses the design and environmental test result analyses of BED. The vibration and thermal vacuum tests were conducted at qualification level for the verification of design margin of newly developed BEU. The performance of individual electronic subsystem modules has been verified through performance tests before and after the qualification tests. It was confirmed that the natural frequency of BEU satisfies the design stiffness requirement without structural damage in the vibration test. Thermal analysis results were also almost consistent with test results through modified thermal analysis modeling.