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염승용(Seung-Yong Yeom),김홍래(Hong-Rae Kim),장영근(Young-Keun Chang) 한국항공우주학회 2015 韓國航空宇宙學會誌 Vol.43 No.10
최적 배치 설계는 다양한 산업분야에서 활용되고 있다. 우주분야인 위성 플랫폼에서도 제한된 공간 내에서 기계적, 열적, 전기적 인터페이스를 고려한 구성품 배치가 가능하도록 최적 배치 설계가 요구된다. 최적 배치 설계를 통해 합리적인 수준에서 최소화된 위성 플랫폼의 관성모멘트는 위성의 효율적인 자세제어 및 신속한 기동을 가능하게 하며, 위성의 임무성능을 향상시키는데 도움을 준다. 이를 위해 본 논문에서는 육면체 구조의 위성 플랫폼을 기반으로 내부 구성품들이 서로 간섭이 없는 상태에서 위성의 관성모멘트와 구성품 간 발열로 인한 영향을 최소로 하는 3D 최적 배치 설계를 제안한다. 본 연구에서는 3D 최적 배치 설계를 위해 새로운 유전 알고리즘을 제안한다. The optimal layout design is used in the development of various areas of industry. In the field of space systems, components must be placed properly in the limited space of spacecraft by considering mechanical, thermal and electrical interfaces. When applying optimal layout design, a proper, even ideal placement of components is possible in the limited space of a satellite platform. Through the optimal placement design, the minimized moment of inertia enhances efficient attitude control, rapid maneuver and mission performance of the satellite. This paper proposes 3D optimal layout design that minimizes the spacecraft’s moment of inertia and effect of thermal dissipation between inner components as well as interference between inner components based on a cubic-structure satellite platform. This study proposes the new genetic algorithm for 3D optimal layout design of the satellite platform.
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퍼지 로직 기반의 위성용 MPPT 개발 및 EBA를 통한 성능검증
염승용(Seung-Yong Yeom),박기연(Ki-Yun Park),김홍래(Hong-Rae Kim),장영근(Young-Keun Chang) 한국항공우주학회 2014 韓國航空宇宙學會誌 Vol.42 No.9
저궤도 위성이 제한된 전력 내에서 임무를 성공적으로 수행하기 위해서는 효율적인 전력생산이 중요하다. 이를 위해 저궤도 소형위성의 전력계에서는 주로 MPPT (Maximum Power Point Tracking) 방식을 사용하여 태양전지에서 생산되는 전력을 조절한다. 본 연구에서는 소형 큐브위성(KAUSAT-5)에 적용될 퍼지 로직 기반의 MPPT 알고리즘을 제안하며, 제안된 방법의 유용성을 확인하기 위해 MATLAB/Simulink와 STK (Systems Tool Kit)를 연동하여 시뮬레이션을 수행하였다. Simulink와 STK를 이용하여 위성 궤도와 자세에 따른 태양 광량과 운용모드에 따라 변하는 부하용량에 대해 KAUSAT-5의 두 가지 지향모드에서 EBA(Energy Balance Analysis)를 수행하였고, 이를 통해 제안된 퍼지 로직 기반의 MPPT 알고리즘의 성능을 확인하였다. 제안된 퍼지 로직 기반의 MPPT는 가장 일반적인 방법의 하나인 P&O (Perturbation & Observation)와 성능을 비교하여 유용성을 확인하였다. The satellite should generate electric power efficiently to perform the mission successfully within limited power. For this reason, the electrical power system of LEO satellites usually regulates the power which is generated from the solar cells using MPPT (Maximum Power Point Tracking) method. This paper proposes advanced MPPT algorithm based on the fuzzy logic applied to small CubeSat satellite. The simulation has been performed to confirm the validity of the proposed method by interlocking between MATLAB/Simulink and STK (Systems Tool Kit). The EBA(Energy Balance Analysis) has also been performed at two different pointing modes of KAUSAT-5 for solar irradiation according to the satellite orbit and attitude, and load capacity varied with operation modes by Simulink and STK. The performance of fuzzy logic-based MPPT algorithm was verified through the EBA. The validity of the proposed MPPT algorithm based on the fuzzy logic was also confirmed by comparing with P&O (Perturbation & Observation) algorithm that is general in the MPPT.
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ISS에서 발사되는 큐브위성의 임무수명 및 충돌회피 분석
염승용(Seung-Yong Yeom),김홍래(Hongrae Kim),장영근(Young-Keun Chang) 한국항공우주학회 2015 韓國航空宇宙學會誌 Vol.43 No.5
큐브위성은 2003년 처음 발사된 이후로 지금까지 230기 이상이 발사되었다. 작은 크기와 가벼운 무게로 인해 발사비용이 저렴한 큐브위성은 일반적인 발사체의 남는 공간을 이용하여 발사되고 있다. 그러나 이러한 발사 방법은 주 탑재위성의 준비일정에 따라 발사 일정이 유동적인 단점이 있다. 이에 새로운 대안으로 정기적이고 발사횟수가 많은 국제우주정거장 물자수송 발사체를 이용하여 큐브위성을 ISS로 운송한 뒤에 로봇팔을 이용하여 발사하는 방법이 제안되고 있다. 본 논문에서는 국제우주정거장에서 분리되는 방향과 각도에 따라 생성되는 큐브위성의 궤도를 분석하였다. 또한 분석되는 궤도에 따른 임무수명과 ISS와의 충돌 가능성을 분석하여 충돌 위험을 최소화하고 위성수명을 최대로 하는 최적의 로봇팔 각도를 계산하였다. Since the first Cubesat was launched in 2003, there have been more than 230 Cubesats launched so far. Due to their small size and lightweight, Cubesats were launched by utilizing the empty space of regular launch vehicle. However, this launch method has a weakness that has been easily affecting by the schedule of major payloads. As a new solution to this problem, it has been proposed that a robot arm installed on ISS would be used to launch Cubesats. The orbits of Cubesat deployed from the ISS in various angles and directions are analyzed in this paper. We also analyze the possibility of collision between the Cubesat and ISS within the operational orbit of the CubeSat and eventually calculate the optimal angle of a robot arm, which maximizes the lifetime of Cubesat and minimizes the risk of collision between the Cubesat and ISS.
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