정지궤도 환경에서 인공위성 표면 충전 연구

국문 초록 (Abstract)

위성 등 우주선과 우주 플라즈마와의 상호작용에 의하여 우주선에 전하가 축적되는 현상을 우주선 충전이라 한다. 이러한 전하 축적이 과도하게 일어나면 우주선 표면에서 정전기 방전이 발생하고, 이는 위성손상 및 오작동을 야기하는 것으로 알려져 있다. 이러한 우주선 충전 현상은 지자기 폭풍 상황에서 특히 심해지기 때문에 우주기상 변화에 강건한 위성의 설계를 위해서는 반드시 고려되어야 한다. 본 논문에서는 최악의 정지궤도 플라즈마 환경에서 우주선 충전 현상을 상용 소프트웨어를 사용하여 관찰하였다. 시뮬레이션은 야간과 주간에 대해서 진행되었으며, 위성 표면의 전위와 전위차를 계산하고 이를 이용하여 정전기방전이 일어날 수 있는 부분을 확인하였다. 위성의 표면 전위 분포는 표면의 재질에 따라 변화하였으며, 정전기 방전이 일어나는 지역 또한 주간과 야간에 달라질 수 있다는 사실도 확인하였다. 본 연구는 우주선충전으로 인한 위성의 정전기 방전 문제를 식별하고 이로 인한 위성 전기적인 손상을 분석 및 평가하는데 유용한 자료가 될 것으로 기대된다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

Spacecraft charging indicates the phenomenon in which a spacecraft such as a satellite is being charged due to the interaction between the satellite and the space plasma environment. When the charging exceeds a critical value, electrostatic discharge (ESD) happens, which will cause damage to the satellite and/or malfunction of satellite components. In particular, such charging becomes severe during geomagnetic storms; thus, the spacecraft charging analysis is one of the key factors in designing a reliable satellite even in the worst space weather conditions. This paper investigates space spacecraft charging of a typical GEO satellite in the worst condition by employing commercial software. The simulations are performed for both night-time and daytime scenarios. We compute the surface potential and its difference to identify the regions where ESD could occur. The surface potential varies locally depending on the surface material and the presence of the sun. This implies that the ESD position could differ in daytime and night-time. This study is expected to provide valuable insights into satellite ESD issues during the design phase.