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과학기술위성 2호 태양전지 배열기의 전력 성능 분석 및 시험 검증 연구
박제홍(Jehong Park),장영근(Young Keun Chang) 한국항공우주학회 2010 韓國航空宇宙學會誌 Vol.38 No.5
대한항공 기술연구원은 한국과학기술원 인공위성연구센터의 과학기술위성 2호 태양전지 배열기 비행모델을 순수 국내기술로 개발하고, 그 성능을 발사환경시험, 궤도환경시험 그리고 모사 태양광 조사 시험을 통해 검증하였다. 개발된 태양전지 배열기가 탑재된 과학기술위성 2호는 국내 최초의 소형위성 발사체인 KSLV-I에 탑재되어 2010년 5월 나로우주센터에서 발사될 예정이며, 발사 후 위성 운용 데이터를 통해 저궤도에서의 개발된 국산 태양전지 배열기의 우주 인증을 수행할 예정이다. 본 연구에서는 과학기술위성 2호 태양전지 배열기의 전력 성능에 영향을 미치는 요소들을 태양전지 등가모델에 적용하여 태양전지 배열기의 전력 특성을 나타내는 전류-전압곡선을 도출하고, 이를 모사 태양광 조사를 통한 성능 시험 결과와 비교함으로써 태양전지 등가 모델 및 전력 성능 시뮬레이션의 적합성을 검증하였다. 본 논문의 태양전지 배열기 등가 모델 및 전력 성능 시뮬레이션은 과학기술위성 2호의 관제 운용에 있어, 전 임무기간 동안 생성 전력용량에 따른 최적의 부하운용에 사용될 수 있을 것으로 예상된다. The KOREAN AIR - R&D Center has developed a solar array for STSAT-2 Flight Model, SaTReC-KAIST, using a fully localized technology and has verified the performance through a launch vibration test, orbit environment test and electrical performance test. The solar array will be launched at NARO Space Center by KSLV-I which is the first Korean launch vehicle, in May 2010. In this paper, a current-voltage curve that shows the power characteristics of solar arrays was derived by applying elements that affects the power performance of STSAT-2's solar arrays to the solar cell equivalent models. The result was compared to LAPSS test results, and accuracy of the solar cell equivalent model and the power performance simulation has been analyzed.
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GaInP/GaAs/Ge 3중 접합 태양전지 배열기의 정지궤도에서 전력 성능 평가
구자춘(Ja-Chun Koo),박희성(Hee-Sung Park),이나영(Na-Young Lee),천이진(Yee-Jin Cheon),차한주(Han-Ju Cha),문건우(Gun-Woo Moon),나성웅(Sung-Woong Ra) 한국항공우주학회 2014 韓國航空宇宙學會誌 Vol.42 No.12
정지궤도위성은 다수의 탑재체를 하나의 위성체 플랫폼에 탑재하고 2010년 6월 26일에 발사되었다. 태양기간 동안 인공위성에서 요구되는 전력은 태양전지 배열기 윙에서 생성된다. 태양전지는 Spectrolab사의 적층법을 사용한 RWE Space사의 Gaget 2로 명명되는 GaInP/GaAs/Ge 3중 접합 셀이다. 본 논문은 정지궤도 비행 데이터에 대한 경향을 분석한 결과를 바탕으로 설계수명 말기에서 태양전지 배열기의 전력 성능을 평가하였다. 설계수명 말기에서 예측한 태양전지 배열기의 전력 성능은 태양전지 배열기 제작사가 제공한 전력 성능과 비교하였다. 경향분석 결과를 통해 태양전지 셀은 현저한 성능감소 없이 정상적으로 동작되고 있다. The satellite on geostationary orbit accommodates multiple payloads into a single spacecraft platform and launched in June 26, 2010. The electrical power required to the satellite during sunlight is generated by a solar array wing. The solar cells are the GaInP/GaAs/Ge Triple Junction cells named Gaget2 cells from RWE Space, which were based on a Spectrolab epitaxy. This paper evaluates solar array power performance at end of design life based on the trend analysis results for the flight data on geostationary orbit. The estimated solar array power performance at end of design life compares with the power performance provided by solar array manufacturer. The solar cells show nominal behavior without significant degradation through the trend analysis results.
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전계발광현상을 이용한 우주용 다접합 태양전지의 건전성 평가기법
박제홍(Jehong Park),장영근(Young-Keun Chang) 한국항공우주학회 2009 韓國航空宇宙學會誌 Vol.37 No.10
우주비행체의 주 전력원인 태양전지 시스템은 태양광을 직접 바라본 상태에서 운용되어, 우주의 가혹한 열적/기계적 환경에 직접 노출되므로, 제작/시험 중 발생될 수 있는 미세한 균열, 정전기 및 열 충격 등이 궤도 운용 중 태양전지 시스템의 기능상실로 이어질 가능성을 갖는다. 또한 태양전지 시스템의 전력생성 기본 유닛인 태양전지에 발생된 미세한 균열 또는 열 충격에 따른 태양전지의 내부 파손의 발견을 위해서는 고가의 장비와 복잡한 시험절차, 그리고 많은 시간을 필요로 하게 된다. 따라서 태양전지 시스템 기능의 건전성을 쉽고, 빠르게 확인하기 위해, 정성적인 태양전지 기능 건전성 평가 방법이 요구된다. 본 논문에서는 요즘 우주비행체에서 가장 많이 사용되는 갈륨-비소 계열의 다접합 태양전지가 갖는 전계발광현상을 이용해 복잡한 반도체 구조를 가지는 태양전지의 기능 건전성을 보다 간단하고 저비용으로 그리고 빠르게 평가하는 방법에 대한 이론적, 기술적 근거를 설명하였다. 또한 이를 실제의 우주용 태양전지 시스템에 적용하기 위한 기술적 사항들과 적용 제한 조건들에 대하여 기술하였다. The solar cell system operates by facing the sun-light. Minor cracks, static discharge, and thermal shock that can happen during production/testing phase can lead to degradation in performance during operation, since solar cells are exposed to extreme thermal/mechanical environment in space. In order to detect small cracks and internal damages in the solar cells due to thermal shocks, which are the core units of a solar cell system, expensive equipment, complicated test process, and much time are required. Therefore, a qualitative method for easily and quickly testing the ‘health’ of solar cell functionality is required. This dissertation describes a theoretical and technical grounds for quickly and easily evaluating the health of solar cells using electroluminescence effect of Gallium-Arsenide solar cells that are most widely used by spacecrafts in recent years. Also described in the dissertation is the technical issues and constraining factors for applying the proposed method to actual space-rated solar cell systems.
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구자춘,장성수,나성웅 한국항공우주학회 2012 한국항공우주학회 학술발표회 논문집 Vol.2012 No.11
위성 전력시스템의 태양전지배열기 및 배터리 사이징은 임무기간 동안 전력 성능 요구사항에 맞도록 설계되어야 한다. 본 논문은 정지궤도위성의 천이궤도 및 궤도상에서 에너지 밸런스 해석을 통해 태양전지배열기 및 배터리 예비 사이징을 분석한 것이다. 천이궤도에서 에너지 밸런스 해석은 아리안 5 및 프로톤 발사체에 대한 위성 운영을 고려하여 전력 원의 적절성을 입증한다. 궤도상에서 에너지 밸런스 해석은 하나의 태양전지 셀 스트링 및 배터리 셀 모듈 실패를 고려한 최악조건에서 최대 식기간 동안 한 궤도 에너지 밸런스를 입증한다. The solar array and battery sizing have to design to meet power performance requirements during mission life. This paper decribes preliminary sizing of the solar array and battery through energy balance analysis during transfer orbit and on station of geostationary earth orbiting satellite. The energy balance analysis during transfer orbit demonstrates the adequacy of the power capability considering satellite operation for the Ariane 5 and Proton launch vehicle. The energy balance analysis on station demonstrates one orbit energy balance in maximum eclipse period considering worst case with a failure of the solar cell string and battery cell module.
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슈퍼 커패시터를 활용한 인공위성의 하이브리드 전력시스템 연구
장성수,이나영,최재동,이상률 한국항공우주학회 2015 한국항공우주학회 학술발표회 논문집 Vol.2015 No.11
최근 개발된 저궤도 영상레이더위성의 전력시스템은 위성의 에너지 저장을 위해 리튬이온 배터리를 사용한다. 소형 경량의 리튬이온 배터리는 전력시스템의 효율적인 설계에 도움이 되지만, 태양전지 배열기의 용량을 크게 감소시키지는 못한다. 그리고 리튬이온 배터리는 고출력 영상레이더의 운용을 위하여 짧은 시간 동안 높은 전류를 주기적으로 공급해야 한다. 이러한 고출력 펄스 부하의 운용특성을 고려한 전력계의 성능을 개선하기 위하여, 슈퍼 커패시터의 활용을 검토하였다. 높은 전력밀도 특성을 나타내는 슈퍼 커패시터는 짧은 시간동안 고출력을 발생할 수 있다. 리튬이온 배터리와 슈퍼 커패시터를 사용한 하이브리드 전력시스템은 영상레이더의 운용을 위한 배터리와 태양전지 배열기의 소형 경량화로 전력시스템의 성능을 크게 개선할 수 있다. To design EPS(Electrical Power System) sizing for satellite with SAR(Synthetic Aperture Radar) payload in LEO, LiIon battery has been used. It can help to save the EPS sizing due to high efficiency and light weight and small volume. But it can not contribute to reduce SA(Solar Array) power significantly. Also, it can"t afford to be avoid the high pulse discharge current during high pulse power operation of SAR. In order to improve this problem, supercapacitor is considered to be used LiIon battery parallel to meet power balance during high pulse power operation. With high power density, it can provide high pulse power in a short time. The EPS sizing of hybrid system consist of LiIon battery and supercapacitor can be smaller and lighter sizing. Especially, it can be predicted that the EPS performance will be better more and more, due to a little bit pulse discharge and small capacity of battery and small SA area due to battery charging power smaller and smaller for high pulse power operation of SAR.
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인공위성 종합설계 소프트웨어 전력해석 솔버의 기능 및 검증
구자춘,장진백 한국항공우주학회 2014 한국항공우주학회 학술발표회 논문집 Vol.2014 No.4
인공위성의 주요한 해석을 통합적이고 유기적으로 수행할 수 있는 인공위성 종합설계 소프트웨어가 개발하고 있으며 저궤도 및 정지궤도 위성에 대한 전력해석 솔버를 포함하고 있다. 본 논문은 위성의 설계 초기 단계에서 임무 말기에서의 태양전지 배열기 및 배터리의 용량을 결정하고 에너지 밸런스를 충족하는지를 확인하기 위한 전력해석 솔버 개발에 대해 기술하였다. 개발된 전력해석 솔버는 기존 저궤도 설계에서 수행된 해석 결과 및 정지궤도 위성의 비행 데이터와 비교 분석을 통해 검증하였다. The KARI Satellite Design System is under developed for the concatenated engineering analyses of satellite design and the LEO and GEO power analysis solver is a part of KSDS. This paper describes the power analysis solver development which is used to size the solar array power and the battery capacity at EOL and to confirm satisfaction of the energy balance during initial satellite design phase. The power analysis solver verified through comparison with analysis results of pre-developed LEO and with flight data of GEO program.
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