태양동기궤도위성 정밀궤도결정의 운영 효율성 분석 및 개선에 관한 연구

김화영,정옥철,임현정,안상일 한국항공우주학회 2015 한국항공우주학회 학술발표회 논문집 Vol.2015 No.11

인공위성 운영을 위한 인공위성의 위치와 속도 정보는 다양한 형태로 제공이 가능하다. 다목적실용위성 시리즈의 경우 궤도 관측 자료를 토대로 궤도결정, 궤도예측 등을 수행하며 생성된 데이터는 안테나 운영, 촬영계획, 임무계획, 위성영상처리 등을 위해 해당 시스템으로 배포된다. 위성운영을 통해 획득된 위성영상을 정밀하게 처리하기 위해서는 수 십 센티미터 수준의 궤도정밀도가 요구되며, 이를 위해 사용자의 요구사항을 만족하는 정밀한 궤도데이터를 생성하여 배포한다. 본 논문에서는 지구 저궤도 태양동기궤도위성의 정밀궤도결정을 위한 정밀궤도결정시스템의 효율적인 운영 방안을 제시하고자 한다. 이를 위해 정밀궤도결정을 수행함에 있어 궤도정밀도를 저하시킬 수 있는 예외사항에 대해 분석하고, 개선방안을 제시하므로 정밀궤도결정 시스템의 강건성을 보장하고 예외사항으로 인해 발생할 수 있는 데이터 처리 지연 시간을 줄이고자 한다. Flight dynamics functions of low earth orbit satellite operation provide comprehensive orbital analysis and orbit data distribution by conducting orbit determination, orbit prediction, etc. Precise Orbit Determination(POD) processing of KOMPSAT is using Global Positioning System(GPS) measurements from onboard GPS receivers. POD accuracy requirements of KOMPSAT-3 and KOMPSAT-3A are less than 8 meter (1σ). In case of KOMPSAT-5, 2 types of POD data are provided by using single frequency GPS receiver and dual frequency GPS receiver, which require 1 meter (1σ) and 20 centimeter (1σ) of orbit accuracy, respectively. In some cases, however, accuracy does not meet up to its requirements due to the various sources, which include data unavailability or defective data in GPS ephemeris and IGS Station data. In this paper, exceptional cases of POD processing are analyzed to reduce time response for data distribution and to enhance the robustness of software in terms of satellite operations. Finally, POD data accuracy of KOMPSAT series is improved and data latency is reduced than previous workflow.

비행 데이터를 이용한 다목적실용위성 3A호 궤도특성 분석

정옥철,임현정,김화영,안상일,김은규,김학정 한국항공우주학회 2015 한국항공우주학회 학술발표회 논문집 Vol.2015 No.11

다목적실용위성 호는 3A 드네프르 발사체에 의해 2015년 3월 26일 발사되어 고도 528km 태양동기궤도에서 정상 운영 중이다. 본 논문에서는 다목적실용위성 3A호의 실제 비행 데이터를 이용한 궤도특성을 분석하였다. 발사 이후 일상적인 궤도 운영을 통해 얻은 궤도결정 성능을 점검하였고, 궤도예측 특성을 태양활동 및 지자기지수 등과 연계하여 살펴보았다. 또한, 발사 이후 약 6개월 동안의 궤도변화 추이를 분석하였다. 다목적실용위성 3A호는 기존 저궤도 관측위성 시리즈 중에서 가장 낮은 고도에서 운영되고 있는 특성이 있어, 향후 후속 위성의 궤도설계에 있어 서로 다른 고도 조건에서의 궤도특성 분석에 유용한 정보를 제공할 수 있을 것으로 판단된다. The KOMPSAT-3A was successfully launched by DNEPR on Mar. 26, 2015. And, it has been normally operated in sun-synchronous orbit with an altitude of 528km. In this paper, the orbital characteristics of KOMPSAT-3A is thoroughly analyzed by using real flight data. The position accuracy performance of orbit determination is investigated through daily orbit operations. And, orbit prediction error is also examined with respect to the space environment such as solar activity and geomagnetic index. In addition, the evolution of orbit is presented over 5 months after launch. The mean altitude of KOMPSAT-3A has lowest one among the previous satellite programs of KOMPSAT series, which plays a key role in orbit design for the future missions with different altitude.

다목적실용위성 5 호 초기 궤도운영

정옥철,임현정,정대원,김은규,김학정,신정훈 한국항공우주학회 2014 한국항공우주학회 학술발표회 논문집 Vol.2014 No.4

본 논문에서는 다목적실용위성 5호의 발사 후 초기 궤도운영 결과를 정리하였다. 여기에는 위성이 발사된 이후 초기 궤도정보 획득에서부터 궤도데이터 비교 분석, 임무궤도 진입을 위한 궤도조정, 그리고 영상검보정을 위해 필요한 추가 궤도조정 작업이 포함된다. 초기 궤도정보는 예상된 발사체 투입궤도 정보를 기반으로 위성 지상국 간의 첫 번째 교신을 통해 획득한 관측자료로 확인할 수 있었고, 이후 제공된 발사체 분리벡터와 외부로부터 받은 TLE 정보를 통해 상호 비교작업을 수행하였다. 또한, 위성의 GPS 수신기 자료를 이용하여 정밀한 궤도데이터를 확보할 수 있었다. 이후에는 발사체 투입궤도로부터 임무궤도로 진입시키기 위한 궤도조정을 수행하였고, 영상 검보정을 위해 필요한 특정 목표물 영상 획득을 위해 위성의 지상궤적을 맞추기 위한 고도조정을 실시하여 초기운영을 지원하였다. This paper represents the flight dynamics operations for launch and early operations phase (LEOP) of KOMPSAT-5, which includes initial orbit acquisition, orbit data analysis using various data sources, orbit maneuver for mission orbit, and ground track shift maneuver for CAL/VAL activities. Initial orbit information was checked using the measurement from the first contact between ground station and satellite, which was based on the predicted insertion orbit by launch vehicle. Additionally, the other data sources from the estimated separation vector by launcher and external TLE were used to confirm the orbital information. The observation from onboard GPS receiver ensures the accuracy of precise orbit data. The orbit maneuver were successfully carried out for mission orbit acquisition. And, the altitude controls were also supported to adjust ground track for imaging the specific target object on ground.

다목적실용위성 3호 발사 후 초기 궤도 운영결과 분석

정옥철(Ok-Chul Jung),임현정(Hyeonjeong Yim),정대원(Dae-Won Chung),김은규(Eun-Kyou Kim),김학정(Hak-Jung Kim) 한국항공우주학회 2013 韓國航空宇宙學會誌 Vol.41 No.4

본 논문에서는 다목적실용위성 3호의 초기 궤도운영 결과를 기술하였다. 다목적실용위성 3호는 2012년 5월 18일 발사된 이후 지상국 추적데이터 및 GPS 수신기 데이터를 이용한 궤도결정을 통해 위성의 초기 궤도정보를 획득하였다. 또한, 발사체 투입 궤도로부터 임무궤도로의 변경을 위한 궤도조정을 성공적으로 완료하였다. 그리고 GPS 수신기 원시데이터 및 IGS 데이터를 이용한 정밀궤도결정을 통해 궤도 정밀도를 확인하였다. 다목적 실용위성 3호는 현재 임무궤도에서 정상 운영 중에 있으며, 한국항공우주연구원 지상 관제국에서는 위성 임무 수행에 필요한 궤도 데이터를 매일 생성하여 배포하고 있다. 초기 운영 기간 동안 수행된 궤도운영 결과는 향후 다른 위성의 초기운영의 참고자료로 활용할 예정이다. This paper describes the orbital dynamics operation results for the launch and early operations phase (LEOP) of KOMPSAT-3, which was successfully launched on May 18, 2012. At the initial phase, operational orbit determination was carried out using ground tracking data and GPS navigation solution. And, both in-plane and out-of plane maneuvers were executed in order to change the orbit from the injection orbit to the mission orbit. In addition, the accuracy of precise orbit determination was indirectly evaluated by overlapping method using GPS raw data of KOMPSAT-3 and international GNSS service data from worldwide-distributed ground stations. Currently, KOMPSAT-3 is operated in pre-defined mission orbit, and its various kinds of orbit data are generated and distributed to support the normal mission operations.

다목적실용위성 3호 초기 비행역학 궤도운영

정옥철,임현정,정대원,김은규,김학정,신정훈 한국항공우주학회 2012 한국항공우주학회 학술발표회 논문집 Vol.2012 No.11

본 논문에서는 다목적실용위성 3호의 초기 궤도운영 결과를 기술하였다. 다목적실용위성 3호는 2012년 5월 18일 발사된 이후 지상국 추적데이터 및 GPS 수신기 데이터를 이용한 궤도결정을 통해 위성의 초기 궤도정보를 획득하였다. 또한, 발사체 투입 궤도로부터 임무궤도로의 변경을 위한 궤도조정을 성공적으로 완료하였다. 그리고 GPS 수신기 원시 데이터 및 IGS 데이터를 이용한 정밀궤도결정을 통해 궤도결정 정밀도를 확인하였다. 다목적실용위성 3호는 현재 임무궤도에서 정상 운영 중에 있으며, 한국항공우주연구원 지상 관제국에서는 임무 수행에 필요한 궤도 데이터를 매일 생성하여 배포하고 있다. 끝으로, 초기 궤도운영 기간 동안 수행된 결과를 토대로 향후 정상운영 기간 동안 필요한 업무 절차 및 시스템 보완을 수행할 예정이다. This paper describes the flight dynamics operation result for launch and early operations phase (LEOP) of KOMPSAT-3, which was successfully launched on May, 18 2012. At the initial phase, operational orbit determination was carried out using ground tracking data and GPS navigation solution. And, both in-plane and out-of plane maneuvers were executed in order to change the orbit from the injection orbit to the mission orbit. In addition, the accuracy of precise orbit determination was evaluated by overlapping method using GPS raw data of KOMPSAT-3 and international GNSS service data from worldwide-distributed ground stations. Currently, KOMPSAT-3 is operated in pre-defined mission orbit, and its various kinds of orbit data are produced and generated to support the normal mission operations. In the near future, operational procedure and the related system are going to updated based on the results from KOMPSAT-3 LEOP.

다목적실용위성 5호 궤도정밀도 분석

정옥철(Okchul Jung),정대원(Deawon Chung),김은규(Eunkyou Kim),윤재철(Jaecheol Yoon),황유라(Yoola Hwang) 한국항공우주연구원 2014 항공우주기술 Vol.13 No.2

본 논문에서는 2013년 8월 22일 발사되어 정상 운영되고 있는 다목적실용위성 5호의 궤도정밀도를 기술하였다. 다목적실용위성 5호의 궤도결정을 위해 사용 가능한 다양한 GPS 자료에 대한 분석을 수행하였고, 궤도자료의 종류 및 처리방식에 따른 궤도정밀도를 비교하였다. 이중 주파수 GPS 수신기에서 제공되는 L1, L2 주파수에 대한 의사시선거리와 반송파 위상, GPS 위성의 정밀궤도력과 IGS 지상국 데이터를 이용하여 궤도결정을 수행한 결과 약 12.8cm(1)의 위치정밀도를 확인하였다. 또한, 단일 주파수 GPS 수신기 데이터를 이용할 경우의 정밀도는 약 2m로 확인되었고, 10미터 수준의 정밀도를 갖는 GPS 항행해만을 이용할 경우, 지상 궤도결정 결과는 5m 수준임을 알 수 있었다. This paper describes the orbit accuracy of KOMPSAT-5, which has been in normal operations since the launch on Aug. 22, 2013. The analysis on the various GPS related data and the different methodologies for orbit estimation are carried out and compared with each other. The accuracy of precise orbit is confirmed to be 12.8cm(1) on average using data from the in-flight dual frequency GPS receiver, GPS precise ephemeris, and IGS stations. In addition, the orbit estimation using single frequency GPS receiver provides the orbit solution around 2m level. And, the accuracy of orbit processing is 5m using on-board navigation solution, which has about 10m accuracy.

지구정지궤도의 사적 거래의 국제법상 지위에 관한 연구

신홍균 ( Hong Kyun Shin ) 한국항공우주정책.법학회(구 한국항공우주법학회) 2014 한국항공우주정책·법학회지 Vol.29 No.2

지구정지궤도는 위성통신과 방송을 위한 필수요소로서 ITU 체제가 그 관리의 중심이다. ITU체제는 지구정지궤도를 이용하고자 하는 주관청의 사전신청 및 조정 의무를 규정하고 있으며, ITU 사무국과 RRB는 등록원부 등재 및 삭제를 통해서 정지궤도 이용권을 관리하고 있다. 등록원부에 등재된 위성망 정보는 관련 주관청과의 조정의 결과에 따라서 그 지위가 달라진다. ITU 무선규칙은 위성망 정보를 등재한 주관청이 실제로 위성을 운용하는가의 여부에 따라서 등재정보가 삭제 또는 변경되도록 하여 지구정지궤도가 필요한 주관청이 실질적으로 사용할 기회를 보장하고 있다. 그러나 위성망을 신청하는 주관청 국가의 국적과 지구정지궤도에서 실제로 운용되는 인공위성의 국적이 같아야 한다는 규정이 없으며, 또한 위성망을 신청한 주관청 국가와 인공위성간의 연결관계에 관한 규정도 없고, 주관청과 위성망 소유 기업간의 연결 관계에 관한 규정도 없다. 이러한 상황에서 지구정지 궤도를 둘러싼 분쟁은 사실상 주관청만이 아니라 기업이 등장하는 조정을 통해서 해결되고 있다. 그 결과는 위성 궤도를 거래하는 사실상의 이차 시장의 등장이다. 이차 시장의 존재는 기존의 ITU 무선규칙 및 사무국과 RRB의 역할에 따른 제도적 틀의 한계를 입증한다. 예컨대 RRB는 제13.6조를 적용하지 않기로 결정하고, 당사자간의 조정을 촉구하는 것으로 자신의 업무를 한정한 바 있고, 주관청간의 위성망 거래가 합법임을 사실상 인정하고 있다. ITU의 무선규칙상또한 RRB의 방침상 인공위성과 궤도의 그러한 거래는 위법이 아니다. 무궁화위성 3호의 국적이 대한민국이더라도 홍콩 소재 기업이 다른 주관청과 합의하여 그 주관청 명의의 위성망 신청하에 무궁화 위성 3호를 사용하고있다의 증거로 사용할 수 있다. 무궁화 위성 3호의 매각이 국내법 위반이어서 매각계약 자체가 무효라 하더라도 마찬가지이다. 이제 동경 116도의 Ka 밴드 이용권은 ITU가 주관하는 분양시장이 아니라ITU가 등기소 역할만을 하는 장외시장에 나온 매물이다. The rights and obligations of the Member States of ITU in the domain of international frequency management of the spectrum/orbit resource are incorporated in the Constitution and Convention of the ITU and in the Radio Regulations that complement them. These instruments contain the main principles and lay down the specific regulations governing the major elements such as rights and obligations of member administrations in obtaining access to the spectrum/orbit resource, as well as international recognition of these rights by recording frequency assignments and, as appropriate, any associated orbits, including the geostationary-satellite orbits used or intended to be used in the Master International Frequency Register (MIFR) Coordination is a further step in the process leading up to notification of the frequency assignments for recording in the MIFR. This procedure is a formal regulatory obligation both for an administration seeking to assign a frequency in its network and for an administration whose existing or planned services may be affected by that assignment. Regulatory problem lies in allowing administrations to fulfill their “bringing into use” duty for preserving his filing simply putting any satellites, whatever nationlity or technical specification may be, into filed orbit. This sort of regulatory lack may result in the emergence of the secondary market for satellite orbit. Within satellite orbit secondary market, the object of transaction may be the satellite itself, or the regulatory rights in rem, or the orbit registered in the MIFR. Recent case of selling the Koreasat belongs to the typical example of orbit transaction between private companies, the legality of which remains doubtedly controversial from the perspective of international space law as well as international transaction law. It must be noted, however, that the fact is the Koreasat 3 and its filed orbit is for sale.

정지궤도위성의 완전 전기추진시스템 적용방안 연구

최재동,박봉규 항공우주시스템공학회 2022 항공우주시스템공학회지 Vol.16 No.5

정지궤도위성의 추진시스템은 전이궤도에서 궤도상승, 정상 운영모드에서 남/북방향, 동/서방향 궤도위치유지 및 모멘텀 덤핑을 위해 일반적으로 사용된다. 최근 정지궤도위성에 완전 전기추진시스템을 적용할 경우 화학추진시스템 보다 탑재체의 탑재용량이 약 40% 증가 할 수 있어 정지궤도 위성에 전기추진시스템의 활용이 점차 증가 되고 있다. 그러나 이러한 장점에도 불구하고 전기추진시스템의 사용이 모든 정지궤도위성에 적용하기에는 여러 제약 조건이 있어 위성 임무에 따라 이에 적합한 추진시스템을 적용하여 왔다. 본 연구에서는 완전 전기추진시스템 적용한 국내 정지궤도위성 개발 시 고려되어야 할 정지궤도위성의 운영제약조건 분석, 전기추력기에 의한 오염영향, 방사선 노출에 따른 부품배치 고려 및 제어메카니즘 설계, 전기추력기용 고전압 제어유닛의 부동접지 설계방안들이 분석되었다.

지자기 활동에 따른 저궤도 위성의 궤도변화 분석

정옥철,임현정,정대원,김은규,김학정 한국항공우주학회 2013 한국항공우주학회 학술발표회 논문집 Vol.2013 No.11

위성의 궤도는 우주환경에 따라 변하는데, 특히 저궤도위성의 경우에는 대기항력에 따른 고도감소가 불가피하다. 대기항력에 영향을 끼치는 주요요소는 대기밀도인데, 대기밀도는 태양활동에 따라 달라진다. 태양활동은 11년 주기를 갖는데, 2013년은 태양활동 극대기로 예측되고 있으며, 최근 들어 태양의 코로나 분출에 의한 지자기 폭풍이 빈번하게 발생하고 있다. 지자기 폭풍은 지구 주변의 대기밀도를 증가시키게 되고, 궁극적으로 저궤도위성의 고도를 감소시키는 요인으로 작용한다. 본 논문에서는 2013년 3월 발생한 지자기 폭풍에 따른 아리랑 위성 2호 및 3호의 궤도변화를 분석하였다. 이를 위해, 우주환경을 예보하는 미국 우주기상예보센터의 자료를 기반으로 태양활동 및 지자기활동을 나타내는 인자를 살펴보았다. 위성의 궤도변화는 궤도결정을 통해 확인될 수 있는데, 하루 단위의 GPS 수신기 데이터를 이용하여 Operational Orbit Determination을 통해 얻은 고도 감소 정도와 Precise Orbit Determination을 통해 확인 가능한 Radial, In-track, Cross-track 방향의 궤도변화를 확인하였다. 분석 결과, 태양플럭스와 지자기 활동이 높았던 2013년 3월 17일에 고도 변화가 상대적으로 크게 나타났고, 정밀궤도결정 결과를 통해 위성 진행방향의 오차 성분이 가장 두드러짐을 확인할 수 있었다. The satellite orbit is continuously changing due to space environment. Especially for low earth orbit, atmospheric drag plays an important role in the orbit altitude decay. Recently, solar activities are expected to be high, and relevant events are occurring frequently. In this paper, analysis on the impact of geomagnetic storm on LEO satellite orbit is presented. For this, real flight data of KOMPSAT-2 and KOMPSAT-3 are analyzed through orbit determination results. In detail, altitude decay and orbital variation for each direction are checked using operational and precise orbit determination, respectively. And, the data from Space Weather Prediction Center is used to check the geomagnetic activities. The result shows that orbital decay variation is directly connected to the solar flux and geomagnetic activities.

저궤도 위성과 지상국간 접속 환경을 활용한 임무수행능력 지상 검증 시험

이상록(Sang-Rok Lee),구인회(In-Hoi Koo),임성빈(Seong-Bin Lim) 한국항공우주연구원 2014 항공우주기술 Vol.13 No.2

저궤도위성은 발사 이후 초기 운영[1] 및 검보정 단계를 거쳐 정상 운영 단계로 진입한다. 정상 운영 단계에서는 이상 현상에 대한 대응조치[2], 궤도조정 작업 이외의 대부분 기간 동안 지상국으로부터 임무 명령을 수신하고 영상 촬영 및 전송 임무를 수행하게 된다. 저궤도위성과 지상국 시스템이 모두 관여된 임무수행능력은 저궤도위성 프로그램 성공 판단의 핵심 지표이고, 저궤도위성 프로그램 추진 목적과 일치하는 항목이기 때문에 지상 시험 단계에서 철저한 검증을 통해 신뢰성을 확보해야 한다. 지상 시험단계에서 지상국과 위성의 역할을 검증함으로써 임무수행능력에 대한 신뢰성을 확보하기 위해서는 저궤도위성의 실제 운용 상황과 유사한 시나리오를 작성하고 이를 바탕으로 명령을 생성하여 위성에 전달하며, 영상과 건강상태 텔레메트리(Telemetry) 데이터를 수신하는 등의 임무수행 전체 주기에 대한 검증이 필요하다. 이 논문은 저궤도위성과 지상국간 접속 환경을 활용해 수행된 임무수행능력 지상 검증 시험 설계 및 수행 결과에 대해 다룬다. 시험 설계시 고려되어야 할 항목과 이를 바탕으로 설계된 시험에 대해 상세히 서술하고 결과에 대해 정리하였다. After launch of Low Earth Orbit(LEO) satellite, Initial Activation Checkout(IAC) and Calibration and Validation(Cal & Val) procedure are performed prior to enter normal operation phase. During normal operation phase, most of the time is allocated for mission operation except following up measures to anomaly and orbit maintenance. Since mission operation capability is key indicator for success of LEO satellite program and consistent with promotion purpose of LEO satellite program, reliability should be ensured by conducting through test. In order to ensure reliability by examining the role of LEO satellite and ground station during ground test phase, realistic test scenario that is similar to actual operation conditions should be created, and test that aims to verify full mission cycle should be performed by transmitting created command and receiving image and telemetry data. This paper describes the test design and result. Consideration items for test design are described in detail and result of designed test items are summarized.