아리랑 위성 2호와 5호의 우주파편에 대한 충돌확률 및 임무환경 분석

성재동(Jae-Dong Seong),민찬오(Chan-Oh Min),이대우(Dae-Woo Lee),조겸래(Kyeum-Rae Cho),김해동(Hae-Dong Kim) 한국항공우주학회 2010 韓國航空宇宙學會誌 Vol.38 No.11

지난 50여년의 우주개발로 인해 현재 지구궤도 상에는 수많은 우주파편이 인공위성이나 우주선을 위협하고 있다. 현재 아리랑 위성 2호와 5호의 임무궤도가 포함된 LEO에 전체 우주파편의 84%가 존재함에 따라 우주파편을 고려한 우주임무설계가 요구된다. 본 논문에서는 ESA의 MASTER2005와 NASA의 DAS2.0을 이용하여 현재 활동 중인 아리랑 위성 2호와 발사예정인 아리랑 위성 5호의 임무궤도에 존재하는 우주파편의 종류, 궤도특성, 우주파편이 차지하는 공간밀도를 비교분석하였고, 임무 중에 우주파편과 충돌하거나 손상을 입을 확률을 계산하였다. 분석 결과 아리랑 위성 2호의 우주파편 충돌확률이 아리랑 위성 5호에 비해 약 5배정도 높은 것으로 나타났다. The increasing number of orbital debris objects is a risk for satellites because of past 50 years space activities. The LEO (low earth orbit) where KOMPSAT-2 and KOMPSAT-5 are operated is including about 84% of the total space debris. Thus, the space missions need to consider the space debris. In this paper, we analysis the orbit characteristics and spatial density of space debris about KOMPSAT-2 that is in activity and KOMPSAT-5 that will be launched in 2010. Analyzed probability damage and collision with space debris are also performed. ESA MASTER2005 and of NASA DAS2.0 are used to analysis KOMPSAT mission environment. As a result, it is noted that KOMPSAT-2's collision probability was far more than KOMPSAT-5 because KOMPSAT-2's orbit has high density composed space debris.

우주파편 능동제거 기술 연구개발 동향 분석

김해동(Hae-Dong Kim),김민기(Min-Ki Kim) 한국항공우주학회 2015 韓國航空宇宙學會誌 Vol.43 No.9

최근 우주쓰레기로 인한 우주환경 악화에 대한 국제적인 관심이 높아지고 있으며, 미국, 프랑스, 일본 등 우주개발 선진국들을 중심으로 우주파편 경감을 위한 가이드라인을 제정하여 준수하고자 노력하고 있는 추세이다. 이러한 노력과 더불어 우주파편을 직접 제거함으로써 그 숫자를 경감하고자 하는 기술을 ‘우주파편 능동제거 기술‘이라고 한다. 본 논문에서는 우주파편 경감을 위한 해외 기관들의 연구동향과 배경들을 살펴보고 관련 기술개발 사례 및 특허들을 분석하였다. 또한, 이를 바탕으로 우주파편 능동제거시스템 개발을 위한 소요기술들을 분석해봄으로써 우리나라에서도 관련 연구에 관심을 가지고 본격적으로 시작하고자 하는 연구자들에게 선행연구 분석 자료로써 유용하게 활용될 수 있도록 하였다. Recently, deterioration of space environment due to space debris is getting a lot of international attention and advanced countries in space technology are willing to comply with their space debris mitigation guidelines. With these efforts to reduce the number of space debris, active space debris removal technology means to try and to get rid of space debris directly. In this paper, the background and recent status on active space debris removal technologies of overseas agencies are presented. Also, cases of technology development and patents are introduced. Thus, this paper can be usefully referred to by the colleagues who are willing to start the research and development of active space debris removal technologies.

우주파편 현황 및 항우연의 우주파편 충돌평가 방법 소개

최수진(Choi Su-Jin),정인식(Jung In-Sik),정대원(Chung Dae-won) 한국항공우주연구원 2011 항공우주산업기술동향 Vol.9 No.1

우주파편이란 지구궤도에 있는 인간이 만든 물체 중, 더 이상 유용한 목적으로 사용할 수 없는 물체를 말한다. 우주파편은 1957년 인류가 우주에 위성을 발사하기 시작한 이후로 그 숫자가 급격히 증가하고 있으며, 현재 미전략사령부(USSTRACOM, United States Strategic Command)에 의하면 10㎝ 이상의 우주파편의 수가 15,000개 이상이라고 알려지고 있다. 최근에는 중국이 자국의 위성을 미사일로 요격시킨 사건과, 미국 Iridium 33 위성 및 러시아 Cosmos 2251 위성이 우주상공에서 서로 충돌한 사건이 발생함에 따라 아리랑 2호가 운영 중인 저궤도의 우주파편 환경이 나빠졌다. 본 논문은 우주파편들의 현황 및 관련 국제 활동을 소개하고, 한국항공우주(연)에서 수행중인 충돌 평가 방법과 해외 위성운영기관들의 충돌평가 방법을 비교, 분석하였다. Space debris is the collection of objects in orbit around Earth that were created by humans but no longer serve any useful purpose. Since plenty of spacecrafts were launched in space after 1957, the number of space debris has been increased. According to USSTRATCOM, the number of space debris which are bigger than 10㎝ is more than 15,000. Recently two critical events were occurred. Which one was that China shot down their satellite using missile and the other was that two satellite, Iridium 33 and Cosmos 2251, collided in space. Space debris environment in which KOMPSAT-2 is operating has been severe. This paper presents the status of space debris and international activity, and the comparison of conjunction assessment process between Korea Aerospace Research Institute and abroad satellite operation center.

아리랑 2호와 우주파편간의 충돌가능성 분석

정인식,최수진,정대원 한국항공우주학회 2012 韓國航空宇宙學會誌 Vol.40 No.1

우주파편이란 지구궤도에 있는 인간이 만든 물체 중 더 이상 유용한 목적으로 사용할 수 없는 물체를 말한다. 우주파편은 1957년 인류가 우주에 위성을 보내기 시작한 이후로 그 숫자가 증가하고 있으며, 현재 미 전략사령부(USSTRATCOM, United States Strategic Command)에 의하면 10cm 이상의 우주파편이 15,000개 이상이라고 알려지고 있다. 최근에는 중국이 자국의 위성을 미사일로 요격시킨 사건과 미국 Iridium 33 위성 및 러시아 Cosmos 2251 위성이 우주상공에서 서로 충돌한 사건이 발생함에 따라 아리랑 2호가 운영중인 저궤도에서의 우주파편 환경이 나빠졌다. 본 논문에서는 우주파편이 아리랑 2호에 근접하는 회수 및 최소근접거리에 따른 최대충돌확률의 분포를 분석하였다. 특히 아리랑 2호와 충돌할 가능성이 있는 우주파편을 식별 및 분석하여 해당 우주파편을 지속적으로 감시할 수 있게 하였다. Space debris is the collection of objects in orbit around the Earth that were created by humans but no longer serve any useful purpose. Since the beginning of spacecraft launch in 1957, the number of space debris has been increasing. According to USSTRATCOM, the number of space debris which were bigger than 10 cm is more than 15,000. Recently there were two critical events: One is that China shot down their satellite using missile and the other is that two satellite, United Statess Iridium 33 and Russias Cosmos 2251, collided with each other. Thanks to these events, Space environment in which KOMPSAT-2 operates has become severer. This paper presents the analysis of the number of space debris which are close to KOMPSAT-2 and the maximum conjunction probability via minimum range. Especially, this paper makes it possible to continuously monitor the space debris that is possible to hit KOMPSAT-2 through the identification and analysis.

초소형 위성을 이용한 우주파편 제거 연구 동향

임성민,성재동,김해동 한국항공우주학회 2013 한국항공우주학회 학술발표회 논문집 Vol.2013 No.4

우주쓰레기들로 인한 지구 주위 궤도의 환경악화로 향후 우주개발에 대한 위험성이 증가하고 있다. 이에 세계 각국에서는 우주파편으로 인한 문제들을 해결하기 위해 서비스 위성 및 우주파편 능동제거 방법에 대한 연구를 진행하고 있다. 본 논문에서는 초소형 위성(큐브샛)을 이용한 우주파편 능동제거에 대한 해외 연구사례를 소개하고, 우주파편 캡처를 위한 지상시험장치(Testbed)들의 사례를 살펴보았다. 또한, 현재 국내에서 수행중인 우주파편 능동제거 연구에 대해 소개하였다. The risk on the development of the space is increasing by environmental degradation caused by space debris in near earth orbit. Thus, the researches about the Servicing Satellite and Active Debris Removals(ADR) on how to solve the problem caused by space debris are conducted by around the world. In this paper, abroad research cases of the ADR using Cubesat and testbed to capture the space debris are presented. Also, domestic research of ADR is introduced.

심층신경망 기반 우주파편 영상 추적시스템 인식모델에 대한 연구

임성민(Seongmin Lim),김진형(Jin-Hyung Kim),최원섭(Won-Sub Choi),김해동(Hae-Dong Kim) 한국항공우주학회 2017 韓國航空宇宙學會誌 Vol.45 No.9

지속적으로 우주파편이 증가하고 있는 상황에서 국가 우주자산을 안전하게 보호하고 우주개발국으로서 우주환경 보호에 관심을 가지는 것은 중요하다. 우주파편의 급격한 증가를 막기 위한 효과적인 방법 중 하나는 충돌위험이 큰 우주파편들, 그리고 임무가 종료된 폐기위성을 직접 제거해 나가는 것이다. 본 논문에서는 영상기반 우주파편 추적시스템의 안정적인 인식모델을 위해 인공신경망을 적용한 연구에 대해 다루었다. 한국항공우주연구원에서 개발한 지상기반 우주쓰레기 청소위성 테스트베드인 KARICAT을 활용하여 우주환경이 모사된 영상을 획득하였고, 깊이불연속성에 기인한 영상분할 후 각 객체에 대한 구조 및 색상 기반 특징을 부호화한 벡터를 추출하였다. 특징벡터는 3차원 표면적, 점군의 주성분 벡터, 2차원 형상정보, 색상기반 정보로 구성되어있으며, 이 범주를 기반으로 분리한 특징벡터를 입력으로 하는 인공신경망 모델을 설계하였다. 또한 인공신경망의 성능 향상을 위해 입력되는 특징벡터의 범주에 따라 모델을 분할하여 각 모델 별 학습 후 앙상블 기법을 적용하였다. 적용 결과 앙상블 기법에 따른 인식 모델의 성능 향상을 확인하였다. It is essential to protect the national space assets and space environment safely as a space development country from the continuously increasing space debris. And Active Debris Removal(ADR) is the most active way to solve this problem. In this paper, we studied the Artificial Neural Network(ANN) for a stable recognition model of vision-based space debris tracking system. We obtained the simulated image of the space environment by the KARICAT which is the ground-based space debris clearing satellite testbed developed by the Korea Aerospace Research Institute, and created the vector which encodes structure and color-based features of each object after image segmentation by depth discontinuity. The Feature Vector consists of 3D surface area, principle vector of point cloud, 2D shape and color information. We designed artificial neural network model based on the separated Feature Vector. In order to improve the performance of the artificial neural network, the model is divided according to the categories of the input feature vectors, and the ensemble technique is applied to each model. As a result, we confirmed the performance improvement of recognition model by ensemble technique.

위성 요격 및 위상간의 충돌에 의해 발생한 우주파편과 아리랑 2호와의 근접거리 경향분석

최수진,정옥철,정대원,김학정,정인식 한국항공우주학회 2011 한국항공우주학회 학술발표회 논문집 Vol.2011 No.4

우주파편이란 지구궤도 운동을 하는 물체 중 더 이상 유용한 목적으로 사용할 수 없는 물체를 말한다. 우주파편은 1957년 인류가 우주에 위성을 보내기 시작하면서 그 숫자가 급격하게 증가하고 있으며, 현재 USSTRATCOM에 의하면 10cm 이상의 우주파편이 15,000개 이상이라고 알려지고 있다. 최근에는 중국이 자국의 위성을 미사일로 요격시킨 사건과 Iridium 33 및 Cosmos 2251 위성이 우주상공에서 서로 충돌한 사건이 발생함에 따라 아리랑 2호가 운영 중인 저궤도의 우주환경이 극심해졌다. 본 논문은 이러한 우주파편들과 아리랑 2호와의 근접거리 경향분석을 수행하였다. Space debris is the collection of objects in orbit around Earth that were created by humans but no longer serve any useful purpose. Since plenty of spacecrafts were launched in space after 1957, the number of space debris has been increased. According to USSTRATCOM, the number of space debris which were bigger than 10 cm is more than 15,000. Recently there were two critical events. Which one is that China shot down their satellite using missile and the other is that two satellite, Iridium and Cosmos 2251, collied. Space environment in which KOMPSAT-2 operates has been severe. This paper presents the trend analysis of miss distance between the space debris from the recent events and KOMPSAT-2.

우주파편 연구 동향

김해동(Kim Hae-Dong) 한국항공우주연구원 2011 항공우주산업기술동향 Vol.9 No.2

최근 우주파편의 증가와 함께 인공위성 발사 및 운용 비용과 위험도가 증가하고 있어 이를 완화시키기 위한 우주 선진국들 연구가 활발한 추세이다. 우리나라도 향후 다수의 국가위성들을 운용할 예정이므로 이 분야에 대한 연구를 본격화할 필요가 있다고 사료된다. 따라서, 관련 연구 활성화를 위해 본 논문에서는 우주파편의 현황, 충돌위험 완화를 위한 국제적인 노력, 충돌위험 분석시스템 개발 현황, 충돌위험 확률 계산 알고리즘 연구, 충돌회피기동 최적화 연구 동향 및 우주파편 능동제거 시스템(Active Removal System, ADR) 연구 등과 관련한 최신 연구 동향을 기술하였다. In space developed countries, researches on the space debris have been currently activated in order to mitigate relevant risks according to increasement of satellite launches and the cost and the risk of space operations as growing space debris. Thus, studies on the space debris should begin in earnest in Korea since several satellites have been scheduled to launch in the near future. In this paper, status of space debris, international efforts for mitigating space collision risk, status of developments of collision risk assessment systems, algorithms of collision probability, optimization of the collision avoidance maneuver, and active removal systems for orbital debris are introduced.

우주파편 충돌위험 종합관리시스템 개념설계

김해동,김은혁,엄위섭,김은규,김학정 한국항공우주학회 2011 한국항공우주학회 학술발표회 논문집 Vol.2011 No.11

지난 2007년 이후 중국 Fengyun 1C 요격실험 이후 발생한 주요 우주충돌 사건들은 우주환경을 급속히 악화시키고 있다. 추적이 가능한 지름 10cm 이상의 우주물체들의 개수만 보더라도 2006년까지 13,000개였던 것이 2009년 미-러 위성 충돌 이후에는 22,000여개로 증가한 것으로 추정된다. 이처럼 우주파편과의 충돌위험성이 크게 증가함에 따라 기존의 미국, 유럽연합 (ESA) 뿐만 아니라, 프랑스, 독일, 일본, 중국 등에서도 자국 위성들의 우주파편 충돌위험을 경감시키기 위한 분석 소프트웨어를 개발하거나 사용 중에 있다. 본 논문에서는 운용하는 인공위성과 우주파편 상호간의 충돌위험을 분석하고, 위협을 주는 우주물체에 대한 정밀 궤도결정 및 예측을 통해 최적화된 충돌회피기동 계획을 생성할 수 있는 '우주파편 충돌위험 종합관리시스템'의 개념설계 내용을 소개하였다. 내용에는 개발하고자 하는 시스템의 특징, 주요 요구사항, 인터페이스, 운용개념들을 기술하였다. 추후 개발된 시스템은 우리나라가 운용하는 위성들의 우주파편 충돌위험을 경감시키기 위한 중요한 도구로 활용될 수 있을 것으로 기대한다. Space environment is dramatically deteriorating since Chinese anti-satellite test(ASAT) with Fengyun 1C in 2007 and major space collision events over last 3 years have happened. The number of space debris with a diameter of 10 cm that can be tracked is increasing up to 22,000 since space collision between US and Russia occurred, while that of space debris remained around 13,000 by the end of 2006. Due to the growth of space collision risk, analysis tools to mitigate the risk of space conjunction for their own satellites have been developed and operated by the France, Gemany, Japan, and China, as well as US and ESA. In this paper, the conceptual design of the space debris collision risk management software is presented. The characteristics, major requirements, interfaces, operational concept for the system are presented. In the near future, the developed system shall be expected as an important tool to mitigate the space debris collision risk for the Korean's satellites.

아리랑 2호와 우주파편간의 충돌가능성 분석

정인식,최수진,정대원 한국항공우주학회 2011 한국항공우주학회 학술발표회 논문집 Vol.2011 No.11

우주파편이란 지구궤도에 있는 인간이 만든 물체 중 더 이상 유용한 목적으로 사용할 수 없는 물체를 말한다. 우주파편은 1957년 인류가 우주에 위성을 보내기 시작한 이후로 그 숫자가 증가하고 있으며, 현재 미 전략사령부(USSTRATCOM, United States Strategic Command)에 의하면 10cm 이상의 우주파편이 15,000개 이상이라고 알려지고 있다. 최근에는 중국이 자국의 위성을 미사일로 요격시킨 사건과 미국 Iridium 33 위성 및 러시아 Cosmos 2251 위성이 우주상공에서 서로 충돌한 사건이 발생함에 따라 아리랑 2호가 운영 중인 저궤도에서의 우주파편 환경이 나빠졌다. 본 논문에서는 아리랑 2호와 우주파편의 충돌가능성을 분석한 결과를 정리하였다. Space debris is the collection of objects in orbit around Earth that were created by humans but no longer serve any useful purpose. Since plenty of spacecrafts were launched in space after 1957, the number of space debris has been increased. According to USSTRATCOM, the number of space debris which were bigger than 10 cm is more than 15,000. Recently there were two critical events. Which one is that China shot down their satellite using missile and the other is that two satellite, Iridium and Cosmos 2251, collied. Space environment in which KOMPSAT-2 operates has been severe. This paper presents result of conjunction analysis between KOMPSAT-2 and space debris