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우주용 영상센서 출력특성 교정용 흑체 설계의 해석적 유효성 검토
김혜인,최필경,조문신,오현웅 항공우주시스템공학회 2020 항공우주시스템공학회지 Vol.14 No.3
For calibration of the non-uniformity characteristics of the space-borne infrared (IR) sensor, a black body system shall provide estimated representative surface temperature at various reference temperatures by using the limited number of temperature sensors. The black body system proposed in this study has an I/F flange integrated on the rear side of the black body for installation of the heat pipe to transfer the residual heat after the black body heat-up. This design allows for obtaining a circular symmetric thermal contour of black body with low surface temperature gradient, leading to much easier representative temperature estimation. Additionally, this provides mechanically stable thermal I/F under launch and on-orbit environmental loads, as well as allowing a fail safe design by using the two heat pipes. Also, a highly accurate temperature estimation is possible even if the temperature sensors are attached on the surface on the rear side of the black body. The effectiveness of the thermal design of the proposed black body has been verified through the on-orbit thermal analysis. Based on the results, the representative surface temperature was estimated according to the number and position of the temperature sensors. 우주용 적외선 센서의 탑재 교정용 흑체 시스템은 궤도상에서 센서 출력특성 교정을 위해 다양한 기준온도에서 한정된 개수의 온도센서로부터 고정밀의 대표표면온도 추정이 가능해야 한다. 본 논문에서 제안된 흑체 시스템은 흑체 가열 후 잔열 수송을 위한 히트파이프를 흑체 후면 중앙의 일체형 플랜지에 결합하는 방식을 적용하였다. 따라서 흑체 표면온도구배 최소화와 함께 원형 대칭 형태의 온도구배를 얻을 수 있어 표면온도 추정이 용이하면서도 발사 및 궤도환경에서 하중이 가해지더라도 안정적인 히트파이프 접속부를 갖도록 하며, 복수의 히트파이프 적용에 따른 Fail Safe 설계가 가능하도록 한다. 또한 온도센서 부착작업이 용이하도록 센서를 흑체 외부 표면에 적용하더라도 높은 정확도로 표면온도 추정이 가능하다. 본 논문에서 제안된 흑체 시스템의 설계 유효성 입증을 위해 궤도 열해석을 수행하였으며, 해석결과를 기반으로 온도센서 개수 및 위치에 따른 대표표면온도 추정을 실시하였다.
적외선 센서 교정용 위성 탑재 흑체 시스템의 궤도 환경 열성능 평가 시험
최필경,김혜인,오현웅,유병철,이경묵,홍진석 항공우주시스템공학회 2022 항공우주시스템공학회지 Vol.16 No.6
EO/IR 위성에 탑재된 적외선 센서(IR Sensor)는 궤도환경에서 임무기간 동안 복사 에너지에 대한 센서 출력의 변화가 발생한다. 고품질 영상을 획득하기 위해 출력을 교정할 수 있는 주기적인 교정이 필요하며, 센서의 주기적이고 정밀한 교정을 위해 탑재체 내부에 흑체 시스템이 적용하였다. 우주 환경에서 사용되는 모든 시스템은 궤도환경에서의 목표 성능을 검증하기 위해 지상에서의 성능시험이 요구되고 있다. 흑체 시스템은 운용환경에서 목표 온도 범위에서 대표추정온도 오차와 흑체 표면온도균일도 성능의 시험적 검증이 요구되고 있다. 본 연구에서는, 궤도환경으로 우주배경복사 냉각이 모사된 열진공 시험을 통해 제안된 흑체 시스템의 대표추정온도 오차 교정 및 성능 검증을 진행하였다.
마이크로 터보 엔진 배기 플룸에서의 적외선 신호 측정 및 검증
구본찬(Bonchan Gu),백승욱(Seung Wook Baek),제갈현욱(Hyunwook Jegal),최성만(Seongman Choi),김원철(Won Cheol Kim) 한국항공우주학회 2016 韓國航空宇宙學會誌 Vol.44 No.12
적외선 신호에 대한 측정 시스템은 저피탐 기술 개발 및 전자기 방사의 분광 분석에 기여한다. SR (Spectroradiometer)의 적용은 배기 플룸에서 방사되는 열원만으로 복사량이 측정 가능하다. 마이크로 터보 엔진을 이용한 측정 시스템의 구축은 항공기 플룸을 모사하는데 목적을 두었다. 엔진은 성능 시험을 위해 테이블에 계측 장비와 함께 설치되었다. 배기플룸 축과 수직을 이루도록 분광복사기를 위치하여 적외선 신호를 측정하였다. 원 데이터에 대한 보정을 위하여 흑체를 사용하여 참조 데이터를 획득하였고 플룸 신호와 비교하기 위해서 배경에 대한 신호도 측정하였다. 보정된 spectral radiance는 데이터 처리를 통해 계산되었고 밴드별로 분석되었다. 본 측정 시스템으로 종합적인 분석 연구가 가능하게 되었다. Development of an accurate infrared signature (IR) measurement system is expected to contribute in the development of low observable technology and the spectroscopic analysis of electromagnetic radiation. Application of a spectroradiometer (SR) allows for the measurement of detailed infrared signature from the exhaust plume due to its own heat source. Establishment of a measurement system using a micro-turbo engine is intended to simulate the modelling of the aircraft plume. The engine was installed on a test stand to measure the engine performance. The IR signature was measured by placing the SR perpendicular to the axis line of the exhaust plume. Reference data from the blackbody were also measured to calibrate the raw data, and the infrared signature of the background was also measured for comparison with that of the plume. The calibrated spectral radiance was obtained through the data reduction process and the results were analyzed in specific bands. The experiments revealed that the measurement system established here showed sufficient performance for further comprehensive analysis.
김도은 ( Do-eun Kim ),박하늘 ( Ha-neul Park ),한상욱 ( Sang-wook Han ) 전북대학교 과학교육연구소 2017 과학과 과학교육 논문지 Vol.42 No.2
2017년 8월 전주는 30도를 웃도는 무더운 날씨가 계속되었다. 전주에서 태양 빛띠(solar spectrum)을 측정하여 플랑크 흑체복사 법칙 그리고 대기 밖에서 측정된 태양의 빛띠와 비교하였다. 전주에서 측정된 태양의 빛띠로부터 태양의 온도는 약 5800 K라는 것을 확인할 수 있었으며, 전주를 덮고 있는 대기 중에는 수분뿐만 아니라 많은 미세먼지로 인하여 태양 빛이 많이 흡수 및 산란된다는 것을 알 수 있었다. 또한 하루 중 오전 11시부터 오후 2시 사이에 태양 빛의 세기가 가장 강하며, 500 nm보다 긴 파장의 빛이 오후에 더 많이 지표에 도달한다는 것을 밝혔다. 이 결과는 오후의 온도가 오전보다 높은 것이 태양에 의하여 가열된 지표의 영향뿐만 아니라 오후에 더 많이 들어오는 긴파장 빛도 영향을 미친다는 것을 의미하는 것이다. It was a very hot summer in August 2017 over 30oC. Solar spectra were measured and compared with Planck’s law for Blackbody radiation and a solar spectrum taken at top of the atmosphere. Measured solar spectra confirmed that the Sun temperature is approximately 5800 K and that the Sun light is absorbed and scattered by moisture and also particulate matter in air. The strongest intensity of Sun was observed from 11 AM to 2PM. More Sun lights with wavelengths above 500 nm come to the Earth surface around 2PM then 9AM. This results in increase of temperature on the Earth surface during afternoon, although higher temperature at afternoon than in the morning is mainly influenced by heating of Sun during the morning.