아리랑 위성들의 경향에 따른 및 3차원 충돌확률 분석

성재동(Jae-Dong Seong),김해동(Hae-Dong Kim),임성민(Seong-Min Lim) 한국항공우주학회 2013 韓國航空宇宙學會誌 Vol.41 No.2

우주파편과의 위험성을 판단하는데 가장 보편적으로 사용되는 것이 충돌확률이며, 현재 널리 사용되고 있는 방법은 최근접거리를 이용한 2차원 선형 충돌확률 계산방법이다. 본 논문에서는 우리나라가 운용하거나 운용을 계획 중인 아리랑 2호, 3호, 5호 위성에 접근하는 물체의 접근 특성을 분석하고, 2차원 선형 충돌확률보다 더 정밀한 3차원 비선형 충돌확률의 특성을 STK/Nonlinear Collision Probability Tool을 이용하여 분석하였다. 이를 통해 저궤도 위성인 아리랑 위성들에 대해 3차원 비선형 충돌확률의 효용성에 대해 고찰하였다. 분석결과 3차원 비선형 충돌확률은 350m/s 이하의 상대속도 영역에서 효용성이 있음을 확인하였으며, 우리나라 위성의 경우 낮은 상대속도를 가지고 접근하는 경우가 거의 없는 것으로 나타나 실질적으로 3차원 비선형 충돌확률에 대한 효용성이 낮은 것으로 나타났다. Collision probability is the most common method to measure the risk of space debris, it is widely used that two dimensional linear collision probability using the closest approach distance. This paper represents the characteristics of object that approach KOMPSAT 2, 3, 5 that have operated or will be operated by Korea. And more precise method than two dimensional linear collision probability, we analyzed the properties of three dimensional nonlinear collision probability using STK/Nonlinear Collision Probability Tool. Through this, efficiency of three dimensional nonlinear collision probability for KOMPSAT series satellites was investigated. The result represents that three dimensional nonlinear collision probability showed the precise outcome at a relative velocity of less than 350m/s. Also, KOMPSAT series satellites appeared to few low relative velocity approaches and showed low efficiency for the three dimensional nonlinear collision probability.

우주물체 궤도수명 분석

성재동(Jae-Dong Seong),김해동(Hae-Dong Kim) 한국항공우주연구원 2014 항공우주기술 Vol.13 No.1

본 논문에서는 JSpOC에서 제공하는 TLE 데이터를 이용하여 지구 저궤도 상에 존재하는 인공적인 우주물체의 궤도수명을 예측하였다. 이를 위해 1957년부터 현재까지 우주파편 개체수의 변화를 관찰하여 우주파편 생성의 요인과 현재 남아있는 물체들의 현황을 파악하였으며, 현재 지구 저궤도 상에 존재하는 총 11,792개의 물체에 대해 2050년까지 궤도전파를 수행하여 궤도수명을 분석하였다. 효율적인 계산을 위해 STK/Lifetime Tool을 사용하였으며, 재진입 시 지상에 낙하할 가능성이 있는 폐위성이나 로켓동체와 같이 질량 대비 단면적이 큰 물체에 대해 연간 재진입 빈도를 분석하였다. 분석 결과 2050년까지 매해 위성과 로켓동체는 약 9개가 재진입하며, 지상에 피해를 줄 수 있는 규모는 약 2-3개로 나타났고, 전체 분석 대상의 약 40%이상은 200년 이상의 궤도수명을 가지는 것으로 나타났다. In this paper, the lifetime of the artificial space objects in the LEO is analysed by using TLE data, which is provided by JSpOC. We observed the change of the number of space objects from 1957 and determined the reason of space debris generation. And then, we performed the analysis about present condition of space debris environment. The lifetime analysis includes a total of 11,792 artificial space objects and performed until the year 2050 by orbit propagation. We analyze the annual reentry frequency for the high RCS objects such as nonoperational satellites and rocket bodies, which have the possibility of earth ground impact through STK/Lifetime Tool for accurate and effective calculation. The results show that 9 payloads or rocket bodies will be decayed annually and 2 or 3 objects of total value have the possibility of ground impact. In addition, it is also shown that the 40% of a total analysed objects have the lifetime over 200years.

기획특집-자동화ㆍ정보화를 위한 정부정책 방향

성재동,Seong, Jae-Dong 한국전자정보통신산업진흥회 1991 電子振興 Vol.11 No.6

지구정지궤도위성 충돌확률 및 임무궤도 환경 분석

성재동(Jae-dong Seong),이대우(Dae-woo Lee),조겸래(Kyeum-rae Cho),김해동(Hae-dong Kim),김학정(Hak-jung Kim) 한국항공우주학회 2011 韓國航空宇宙學會誌 Vol.39 No.7

인류 최초의 인공위성 스푸트니크가 발사된 이후 50여년의 기간 동안 인류의 지속적인 우주개발로 인해 저궤도는 물론 지구 정지궤도까지 상당수의 우주파편들이 생겨나 임무를 수행하는 유인 우주활동이나 인공위성을 위협하고 있다. 우리나라에서도 지난 2010년 6월 성공적으로 발사되어 현재 임무를 수행하고 있는 천리안 위성 또한 우주파편으로부터 자유로울 수 없기 때문에 적절한 우주임무설계가 요구된다. 본 연구에서는 지구정지궤도 위성의 충돌확률 및 임무궤도 환경 분석의 선행연구로써 천리안 위성에 대해 분석한 내용을 기술하였다. NORAD TLE를 이용하여 분석한 결과 지난 1월 14일 천리안 위성과 RADUGA 1-7 위성의 충돌확률은 정지궤도위성의 위치추청오차가 10㎞라고 가정했을 때 2.8753E~07로 나타났으며, 지구정지궤도 우주환경 특성에 따라 임무 궤도에 머무르는 우주파편의 상당 부분이 유성이나 유성우로 분석되었다. The increasing number of orbital debris objects is a risk for satellite operations due to space activities over past 50 years since launched Sputnik. The GEO (Geostationary Earth Orbit), where COMS-1 is being operated since last June 2010, has more and more risks that collide with space debris or another satellites. In this paper, as a preliminary study about GEO satellite collision probability and operations environment, collision probability between COMS-1 and RADUGA 1-7 that is one of Russian military communication satellites is investigated and analyzed. Indeed, the space environment including space debris of COMS-1 is presented. As a result, it is noted that collision probability between two satellites using NORAD TLEs on 14th Jan. 2011 was 2.8753E-07 in case that position uncertainty was assumed 10㎞. Particularly, the largest proportion of space debris around COMS-1’s mission orbit is meteoroids.

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.

저궤도 위성의 폐기경로 생성 및 폐기기동 중 충돌위험 분석

성재동(Jae-dong Seong),민찬오(Chan-oh Min),정순우(Soon-woo Jeong),이대우(Dae-woo Lee),조겸래(Kyeum-rae Cho),김해동(Hae-dong Kim) 한국항공우주학회 2012 韓國航空宇宙學會誌 Vol.40 No.4

현재 지구 주변의 궤도에는 폐기된 위성을 비롯한 많은 우주파편이 존재하고 있으며, 임무를 수행중인 인공위성이나 유인 우주활동을 위협하고 있다. 2013년 7월까지 임무를 수행할 예정인 아리랑 2호 위성 또한 우주파편에 대한 고려가 필요하다. 본 논문에서는 앞으로의 원활한 우주활동을 위해 제정된 25년 규정 중 저궤도의 경우 임무종료 후 25년 이내에 지구대기로 하강하여 소각되어야 하는 요구조건을 소개하고, 이를 준수하기 위해 연료소모를 최소화하는 폐기경로 설계에 대한 내용을 기술하고 있다. 그리고 생성한 폐기경로에 접근하는 물체로 인한 위험성을 분석하게 위해서 몬테칼로 시뮬레이션을 이용한 방법을 제안하였다. 분석 결과 가장 위험성이 높은 경로의 충돌확률은 6.0741E-07으로 나타났으며 접근한 상대 물체의 크기를 알 수 없으므로 보다 정밀한 분석이 필요함을 알 수 있었다. Now there are a lot of expired satellites or space debris around the earth orbit and they threaten the operating satellites and manned space missions. KOMPSAT-2 that scheduled to operate the mission by July, 2013 also has to consider the space debris. This paper introduces the ‘25 years rules’ that must be re-entered within 25 years after the space mission for LEO satellites and describes the removal trajectory design that satisfies the ‘25 years rules’ and minimizes fuel consumption. And this paper suggests monte-carlo simulation for risk analysis that causes the approaching object to the removal trajectory. The result shows that the collision probability of worst case presents 6.0741E-07 and it need to more analysis about precise satellite safety during removal maneuver because there is no information about the object size that approaching to the satellites.

한국 연근해 수온의 시공간적 장기변동 특성

성기탁,황재동,한인성,고우진,서영상,이재영,Seong, Ki-Tack,Hwang, Jae-Dong,Han, In-Seong,Go, Woo-Jin,Suh, Young-Sang,Lee, Jae-Young 해양환경안전학회 2010 해양환경안전학회지 Vol.16 No.4

국립수산과학원에서 지난 41년간(1968-2008년) 정선해양관측점에서 관측한 수층별 수온자료를 분석한 결과, 우리나라 동해, 서해 및 남해 해역의 표층수온은 상승하는 것으로 나타났다. 그러나 100m 수층의 경우 남해해역은 상승하지만 동해해역은 오히려 하강하는 것으로 나타났다. 남해 해역은 쿠로시오난류의 지류인 쓰시마난류의 강화로 인해 전 수층이 영향을 받으며, 따라서 전 수층에서 수온이 상승하는 경향을 만드는 원인이라 생각된다. 동해해역 100m 수층에서 수온하강의 경향은 주로 연안역의 하강 정도가 근해역의 상승정도보다 크게 나타나기 때문에 동해해역을 평균하면, 동해해역 전체적으로는 수온이 하강하는 것으로 나타났다. 동해해역 100m 수층에서 수온변동을 일으키는 요인으로 바람, 해류 등이 있으며, 본 연구에서 이 중 기상요소인 풍속의 변동과 수온변동에 대해서 분석하였다. 계절별로는 남해를 제외하고 동계의 상승률이 하계의 상승률보다 약 2배 이상 높게 나타나 장기적인 수온상승은 주로 동계의 수온 상승에 기인함을 알 수 있다. 남해의 경우 하계의 수온 상승률이 동계의 상승률보다 높게 나타나는데, 이는 쓰시마 난류의 세력 강화 및 중국대륙에서 유출되는 양자강수의 영향이라 생각된다. 우리나라 연안의 6개 관측점에서 관측한 기온과 풍속 자료 분석결과 점차적으로 기온이 상승하고 풍속이 약해지는 따뜻한 겨울이 되는 경향이 나타났다. 풍속의 약화는 해양에서 표면혼합층의 수심이 얕아지게 하는 원인이 되며, 표면혼합층의 두께가 얕아지게 되면 표층과 저층의 혼합 깊이가 얕아지게 되어 표층의 따뜻한 물이 저층으로 전달되는 양과 저층의 차가운 물이 표층으로 전달되는 양이 작아지게 된다. 따라서 표층의 수온은 점차 상승하게 되며, 예전 표면혼합층과 저층의 경계층 수온은 점차 낮아지게 된다. The result of analysis of the observed temperature data by the Serial Oceanography Investigation of National Fisheries Research and Development Institute (NFRDI) during last 41 years from 1969 to 2008 showed that sea surface temperatures in the East, West and South Sea of Korea were clearly increased. In case of 100m depth, temperature was increased in the South Sea of Korea, but it was decreased in the East Sea. Especially, the temperature around the coastal area in the East Sea was significantly decreased by the spatial distribution of long-term change of temperature on 100m depth. It should lead to the decreasing trend in the long-term change of temperature on 100 m depth in the entire East Sea. The increasing trend was clearly larger in wintertime than in summertime by a factor of about 2 It means that the long-term increasing trend of sea surface temperature in the Korean Waters is usually caused by the distinctive increasing trend in wintertime. As the results of the analysis of air temperature and wind speed on the 6stations around the coastal area in the Korean Waters, air temperature was found to be continuously increased, but wind speed to be gradually decreased in winter. The weakness of vertical mixing by decreasing of wind speed caused to make the surface mixed layer shallow. it could be considered that the increasing trend of surface temperature was caused by weak mixing between surface and intermediate layers.

달탐사 비행역학시스템 해외 개발사례 연구

성재동(Jae-Dong Seong),김해동(Hae-Dong Kim),조동현(Dong-Hyun Cho),송영주(Young-Joo Song) 한국항공우주학회 2016 한국항공우주학회 학술발표회 논문집 Vol.2016 No.4

저궤도 위성의 폐기기동 계획 연구

성재동(Jae-Dong Seong),김해동(Hae-Dong Kim),최하연(Ha-Yeon Choi) 한국항공우주학회 2016 韓國航空宇宙學會誌 Vol.44 No.4

본 논문에서는 저궤도 위성의 한 예제로써 우주파편 완화 가이드라인을 준수하는 아리랑 2호 위성의 폐기기동에 대한 분석을 수행하였다. 분석은 상용소프트웨어인 STKⓇ와 ESA의 우주파편 분석 툴 DRAMA를 사용하였으며, 가이드라인 규정 중 ‘25년 규정’을 만족하는 적정 폐기고도를 산출하였고, 아리랑 2호 위성의 비제어 재진입을 가정하여 내부부품의 생존률 및 지상피해면적을 분석하였다. 마지막으로 비제어 재진입 시 내부부품의 생존을 가정했을 때 다양한 초기궤도 오차를 수렴할 수 있는 적정 재진입 초기궤도를 분석하였다. 분석결과 아리랑 2호 위성은 ‘25년 규정’ 만족을 위해 최소 43km에서 최대 105km의 고도하강이 필요하며, 비제어 재진입 시 질량이 큰 물체나 내열성이 강한 부품이 생존하여 4.3141㎡의 피해 면적을 야기하였다. 마지막으로 재진입 초기궤도의 승교점경도를 129도로 설정했을 때 일정수준의 오차를 포함하더라도 가이드라인 기준을 만족하는 인명 피해확률을 보여주었다. In this paper, a disposal maneuver which complies the space debris mitigation guideline was analysed for KOMPSAT-2 as an example of LEO satellite. Definition of disposal altitude which comply the 25 year rule, re-entry survivability analysis of KOMPSAT-2 parts inside and casualty area analysis were performed using STK and ESAs DRAMA. Finally, assuming that there were several survival objects during uncontrolled re-entry stage, the re-entry initial orbit elements which show the low casualty probability were found even if there were various uncertainties about the initial orbit. As a result, KOMPSAT-2 should be descended its altitude at least 43km or up to 105km to comply 25 year rule and there were heavy or heat resistant survival objects which generated 4.3141㎡ casualty area. And if RAAN of re-entry initial orbit was 129 degree, total casualty probability was lower than standard value of space debris mitigation guideline even if there were uncertainties about the initial orbit.

시험용 달궤도선의 운용 및 성능 검증용 비행역학시스템 개념설계

조동현(Dong-Hyun Cho),성재동(Jae-Dong Seong),김해동(Hae-Dong Kim),송영주(Young-Joo Song),배종희(Jonghee Bae),김영록(Young-Rok Kim),김방엽(Bang-Yeop Kim) 한국항공우주학회 2016 한국항공우주학회 학술발표회 논문집 Vol.2016 No.11