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        • 군 우주기상 지원을 위한 기반 연구

          최호성,조경석,김연한,이재진,곽영실,황정아,최성환,조일현,박영득,오수연,조정원,이봉우,김봄시내 한국우주과학회 2009 한국우주과학회보 Vol.18 No.2

          인류의 활동 무대가 우주공간으로 확대됨으로써 우주기상에 의한 피해를 최소화 할 수 있는 조치가 요구됨에 따라 우주기상에 대한 감시 및 예․경보 업무가 필요해 졌다. 미국은 이미 우주기상 감시와 예보의 필요성을 인식하고 해양대기청(NOAA), 미 공군(USAF), 항공우주국(NASA), 내무부(DOI), 에너지부(DOE), 과학재단(NSF)이 연합하여 1996년 국가우주기상 프로그램(National Space Weather Program)을 수립․추진하고 있다. 특히 정부연구 기관인 NOAA 산하 우주기상예보센터(Space Weather Prediction Center; SWPC)와 미 공군 기상국(AFWA)은 우주기상 자료 생산, 수집, 자료 센터 운용, 연구 지원 및 예․경보 업무를 공동으로 수행하고 있으며 관련 자료 및 정보의 교환 등 매우 밀접하게 상호협력하고 있다. 최근 정부는 과학기술 7대 중점투자 분야별 중점육성후보기술로서 우주감시체계개발기술을 포함한 국가과학기술기본계획(577전략)을 수립․발표하였으며, 대한민국 공군은 향후 우주군 창설을 목표로 우주전력 기반체계구축을 계획하고 있다. 국방부는 2012년 전시작전통제권 환수에 대비한 독자적인 작전지휘능력 확보가 필요한 상황이며, 미래의 한국군 독자적 네트웍 중심 전장(NCW: Network Central Warfare) 체계 구축을 위해서는 미 공군의 “우주기상작전센터”와 같은 우주기상 예․경보 체계 구축이 요구된다. 이 연구에서는 군의 독자적 우주작전능력 확보를 위한 우주기상 예․경보 체계 구축 방향을 제시하고자 사전기반 연구를 수행하였다. 그 내용으로 우주기상에 대한 개요 및 우주기상의 변화에 따른 국내외 영향을 조사하고 국내외 우주기상 예․경보 시스템을 소개하고자 한다. 또한, 미 공군의 우주기상 활용 상태를 점검하여 한국 공군을 위한 우주기상 예․경보 체계 구축 및 인력과 기술 확보에 대한 방안을 제시하고자 한다.

        • NORAD TLE 및 정밀 궤도정보를 이용한 운용위성-우주파편 간의 충돌 불확실성 해소 방안

          최수진,정옥철,김해동,정대원,김학정 한국우주과학회 2009 한국우주과학회보 Vol.18 No.2

          인류가 위성을 발사하기 시작하면서 수많은 우주파편이 발생하게 되었고 이로 인하여 우주파편 환경은 날이 갈수록 심각해지고 있다. 우주공간을 비행하는 우주물체는 분쇄된 파편, 임무 관련 파편, rocket body 그리고 운용위성으로 구분된다. U.S. Space Surveillance Network에 따르면 10cm 이상 크기를 갖는 물체는 현재 13,000개가 넘는다고 알려지고 있고 질량만 해도 6,000톤이 넘는다. 이런 우주파편 환경으로 인하여 우주파편 간의 충돌, 우주파편과 운용위성 간의 충돌 또는 운용위성 간의 충돌에 대한 우려가 꾸준히 제기되어왔고, 불행하게도 2009년 2월 10일 Iridium 33과 Cosmos 2251 위성이 고도 790km 부근에서 충돌하여 1,300여개의 우주파편이 발생했다. 또한 2007년에 중국이 고도 860km 부근에서 750kg에 해당하는 자국의 위성(FY-1C)을 미사일로 격추시킴에 따라 2500여개의 우주파편이 발생하여 저궤도의 우주파편 환경을 더욱 심각하게 만들고 있다. 운용위성과 우주파편과의 충돌 가능성을 분석하기 위해서는 우주파편 및 위성의 궤도정보를 알아야 한다. 이를 위해서 NORAD(North American Aerospace Defense Command)에서 제공하는 TLE(Two Line Element)가 주로 이용된다. 하지만 관측 및 궤도 결정 특성상 수 km의 오차를 포함하므로 궤도정보의 공분산이 크다는 단점이 있으므로 충돌 분석을 수행하는데 있어 한계가 있다. 이 논문은 충돌분석 수행에 있어 TLE 정보만을 이용한 경우뿐만 아니라 정밀궤도와 TLE를 동시에 이용한 경우를 비교함으로써 충돌 불확실성의 해소방안을 제시할 계획이다.

        • 우주선진국들의 우주과학 연구 현황과 한국의 전략

          최기혁 한국우주과학회 2010 한국우주과학회보 Vol.19 No.1

          미국, 유럽, 일본 등 우주개발 선진국들의 우주를 이용한 우주과학연구 현황을 파악하여 세계적인 우주과학 연구 현황과 추세를 파악하고, 이를 통해 우주를 이용한 한국의 우주과학 연구 전략을 도출한다. NASA, ESA, JAXA 등 우주선진국 우주기관들의 세계적인 우주과학연구 추세, 전략, 우주과학연구의 최전선 (Front Edge)이 무엇인지를 파악하고, 국내의 우주개발 예산, 산업과 안보에 필요한 전략기술, 우주과학계의 희망 등을 종합하여 우주를 이용한 최적의 우주과학 연구 분야를 도출한다.

        • 극소형 MEMS 우주망원경 탑재체 개발 및 탑재

          이직,김지은,나고운,남신우,남지우,박일흥,서정은,이혜영,전진아,정수민,정애라,박재형,이창환,박용선,유형준,김민수,김용권,유병욱,이경건,진주영,G., Garipov,B., Khrenov,P., Klimov 한국우주과학회 2009 한국우주과학회보 Vol.18 No.2

          초소형전기기계시스템(MEMS:Micro-Electro-Mechanical Systems) 기술로 제작된 마이크로미러 어레이를 장착한 MEMS 우주망원경은 특유의 광시야각 감시, 목표 확인, 확대 및 고속 추적 기능을 가지며 고층대기에서의 초대형 방전현상과 같이 넓은 영역에서 드물게 임의로 일어나는 섬광현상을 관측하기에 최적이다. 러시아 과학위성 Tatiana-2의 주 탑재체로 선정된 극소형 MEMS 우주망원경 MTEL(MEMS Telescope for Extreme Lightning)은 광시야각 감시와 목표 확인을 위한 트리거망원경, 목표 확대와 고속추적을 위한 확대망원경 및 섬광현상의 분광측정을 위한 분광계로 구성되어 있다. 1년간의 개발 및 성능 검증 후 MTEL은 위성탑재를 위한 모든 우주인증 시험을 성공적으로 마쳤다. 현재 MTEL은 Tatiana-2 위성에 탑재되어 있으며, 9월 18일에 우주로 발사되어 1-3년간 800km 궤도를 비행하며 지구 대기에서 발생하는 섬광현상을 관측할 예정이다. 이 발표에서는 MTEL 탑재체의 설계, 제작, 성능 측정 및 calibration 결과를 보고하고, 위성탑재를 위한 진동 및 충격, 열, 진공 및 전자기파 적합성 등의 우주인증 시험 결과 또한 보고한다. 또한 발사 후 과학위성 및 MTEL의 이 발표 때까지의 우주에서의 상황을 보고한다.

        • MIRIS 적외선 우주관측 카메라 Passive cooling test

          박영식,정웅섭,문봉곤,차상목,이창희,이대희,박성준,남욱원,박장현,육인수,가능현,이미현,목민정,이덕행,이승우,한원용 한국우주과학회 2009 한국우주과학회보 Vol.18 No.2

          과학기술위성 3호의 주탑재체인 MIRIS (Multi-purpose InfraRed Imaging System)는 우주관측카메라, 지구관측카메라로 구성되어 있으며, 우주관측카메라는 구경 80mm(f/2)의 광시야 굴절식 광학계로 구성되어 있다. 지상과 우주에서 사용하는 적외선 망원경의 경우 열잡음을 줄이기 위해 광학계과 검출기를 냉각하게 되는데, MIRIS의 경우 공간과 무게를 줄이기 위해 복사 냉각을 위한 passive cooling 방법으로 설계를 하였다. 우주관측 카메라의 광학계를 200K 이하로 냉각하기 위하여, 관측시야 밖에서 입사하는 불필요한 photon 들을 반사시키기 위한 winston cone baffle, 위성체로부터 유입되는 열을 차단하기 위한 30층의 MLI(Multi Layer Insulation), 광학계와 구조물의 지지를 열전달율이 낮은 GFRP(Glass Fiber Reinforced Polymer)로 설계하여 제작하였다. 우주관측 카메라를 열진공 챔버 내부에 설치하고 우주공간과 비슷한 환경을 조성하여 광학계가 200K 이하로 냉각되는 것을 확인 하였으며 그 실험 결과에 대해 논의 하고자 한다.

        • 달 탐사선의 항행해 결정을 위한 심우주 예비 항법 소프트웨어의 개발

          김재혁,송영주,박상영 한국우주과학회 2010 한국우주과학회보 Vol.19 No.1

          이 연구는 심우주 추적망(Deep Space Network) 측정 시스템의 구현을 위한 한국형 심우주 항법 예비 소프트웨어(Korean Deep Space Orbit Determination Program version 1; K-DSODP ver.1)의 개발을 목표로 한다. 연구의 주 내용은 심우주 항법을 위한 기초 기술 연구로 지구로부터 달까지 진행하는 탐사선의 궤적 추정에 대한 것이며, 연구의 시작에 앞서 사용될 관측 데이터를 얻기 위해 한국형 심우주 항법 관측데이터 생성 소프트웨어(Korean Deep Space Observation Data Generation Program version 1; K-DSODGP ver.1)를 개발하여 사용하였다. 임의의 잡음이 추가된 가상의 관측 데이터를 생성한 후, 이 관측 데이터를 실제 궤도로 상정하여 기하학적인 관측 모델을 수립하였고, 일정한 시간 간격동안 모은 임의의 관측 데이터를 가지고 궤도 결정을 수행하여 추정된 궤도를 전파하였다. 궤도 결정 알고리즘을 구성하기 위해 기본적인 좌표계, 탐사선에 미치는 지구의 중력에 대한 동역학 모델, 천체력과 탐사선의 동역학 모델로 구성된 관측 모델들을 유도하였으며, 탐사선의 위치와 속도를 추정하는 과정에서 가중치 최소 자승법을 적용하여 추정 궤도와 실제 궤도의 최소화를 유도하였다. 이러한 일련의 과정을 통해 요구한 시각의 탐사선의 위치와 속도를 결정하는 궤도결정 시스템을 구현하였고, 궤도 결정 시스템의 성능을 평가하기 위해 전파된 궤도와 실제 궤도의 차이를 분석하였다. 결과적으로 300초마다 관측데이터를 받을 경우, 2일 이상의 궤도결정 시간간격을 상정했을 때 평균 오차는 각각 약 0.26km RMS(range), 6.84km/s RMS(range-rate) 이내의 결과를 얻었고, 600초마다 관측데이터를 받을 경우, 평균 오차는 각각 약 0.30km RMS (range), 6.35km/s RMS(range-rate) 이내의 안정적인 결과를 얻었다. 이 연구의 결과를 통하여 추후 심화된 심우주 항법 소프트웨어 개발을 위한 기반이 마련될 것이다.

        • 2013년 태양활동 극대기에 대비한 기상청의 우주기상 업무

          서애숙 한국우주과학회 2011 한국우주과학회보 Vol.20 No.1

          국가기상위성센터는 2013년 태양활동 극대기를 대비하고 천리안위성의 안정적인 운영을 위하여 우주기상업무를 추진하고 있다. 2009년에 수행된 우주기상업무 기본계획 수립을 위한 기획연구를 시작으로, 2010년에는 국내 GNSS 자료를 준실시간으로 수집하여 총전자밀도(TEC)를 산출하는 시스템을 개발하였으며, 외국 우주기상 자료를 수집하여 태양 영상을 비롯한 우주환경인자를 실시간으로 제공하기 위한 우주기상 테스트베드를 시험운영하고 있다. 또한 대국민 우주기상 서비스를 위한 우주기상 예측모델 개발을 5개년에 걸쳐 단계적으로 진행하고 있다. 미국의 NOAA-SWPC, NASA-GSFC와 같은 우주기상 선진기관들과의 2013년 태양활동 극대기에 대비한 우주기상 감시, 예측모델 및 예보서비스에 대한 활발한 교류·협력을 통해 기상청의 우주기상 예보 역량을 늘려나갈 계획이다.

        • 삼축 MI 자력계 설치 및 운용

          최규철,이재진,황정아,조경석,박영득,이대영 한국우주과학회 2010 한국우주과학회보 Vol.19 No.1

          한국천문연구원 우주과학연구본부 태양우주환경연구그룹은 일본 Tierra Tecnica사의 RFP-523C Overhauser Proton 자력계와 MISYS-09 삼축 MI 자력계를 2009년 11월에 보현산천문대 태양망원경동에 구축하였다. 한국천문연구원은 이미 2007년 11월에 RFP-523C Fluxgate 자력계를 보현산천문대 태양망원경동에 구축하여 K 지수 산출 등의 우주환경예·경보 연구에 활용하고 있다. Fluxgate 자력계는 지자기 3축 성분의 변화량을 측정하는 장비이고 이번에 설치한 Overhauser Proton 자력계는 지자기의 총자기장을 측정하는 장비이다. 삼축 MI 자력계는 지자기장의 wave를 측정하는 장비이다. 기존에 설치한 Fluxgate 자력계와 새로 설치한 Proton 자력계, 삼축 MI 자력계를 연계하여 운용할 경우 우주환경에 의한 지자기장 변화량의 측정 정밀도가 향상되고 지자기장을 효율적으로 관측할 수 있다. 보현산천문대에 구축한 각각의 자력계가 측정한 지자기 자료들은 S-FTP와 Socket 통신을 이용하여 대전에 있는 한국천문연구원 태양우주환경연구그룹의 데이터 서버로 실시간으로 전송되어 저장되고 있다. 데이터 서버로 전송된 지자기 측정 자료들은 한국천문연구원 우주환경감시실에서 모니터링하고 있다.

        • 달궤도선 임무 해석을 위한 궤도전파기 개발 및 궤도선의 수명 분석

          송영주,박상영,최규홍,김해동,심은섭 한국우주과학회 2009 한국우주과학회보 Vol.18 No.2

          미래 한국의 달궤도선 임무에 대비하여 달 근접 궤도 전파기인(orbit propagator) YSPLOP ver. 1(Yonsei Lunar Precise Orbit Propagator version 1)을 개발 하였다. 개발된 궤도 전파기의 성능은 상용 소프트웨어인 STK Astrogator를 이용하여 검증되었다. 개발된 궤도 전파기를 이용, 달 궤도선의 운용에 있어서 다양한 섭동력들이 궤도선의 수명(orbital decay)에 미치는 영향을 분석하였다. YSPLOP ver. 1은 정밀한 달 중심 탐사선의 위치 산출을 위하여 M-EME2000 (Moon-Centered, Earth Mean Equator and Equinox of J2000) 좌표계, M-MME2000 (Moon-Centered, Moon Mean Equator and IAU vector of epoch J2000) 좌표계 그리고 M-MEPMD (Moon-Centered, Moon Mean Equator and Prime Meridian) 좌표계를 이용하여 탐사선의 상태(state) 정보를 산출한다. 또한 태양, 지구, 달, 화성, 목성의 중력에 의한 섭동력 및 태양풍에 의한 영향을 포함 할 수 있도록 설계되었으며, 달 근접 궤도선의 궤도 운동에 가장 큰 영향을 미칠 수 있는 섭동력인 달의 비대칭 중력장에 의한 영향 또한 고려하도록 하였다. 달의 비대칭 중력장 모델(Lunipotential model)은 LP165p 모델이 사용되었으며 행성의 정밀한 위치 산출을 위하여 JPL의 DE405 천체력이 사용되었다. 개발된 궤도 전파기를 이용, 달고도 100 km, 궤도 경사각 90º인 달 중심의 극궤도를 약 30일 동안 전파한 결과, YSPLOP ver. 1의 성능은 STK Astrogator와 비교하여 보았을 때 약 수 m의 오차를 보이는 것으로 확인되었다. 달의 극궤도 탐사선의 궤도 수명을 분석한 결과, 최소한 달의 비대칭 중력장이 70 by 70 이상으로 고려되어야 함을 확인하였으며 이때 달 궤도선의 수명은 약 160일으로 나타났다. 아울러 달 근접 환경에서의 지구 중력에 의한 섭동력은 달 궤도선의 운동에 있어서 무시 할 수 없는 정도의 많은 영향을 끼치고 있음을 확인하였다. 이 연구를 통하여 개발된 궤도 전파기는 미래 한국의 달 궤도선 및 착륙선의 임무 설계시 사용 될 수 있다. 또한 이 연구에서 제시된 달 근접 환경에서의 다양한 섭동력들이 달 궤도선의 운동에 미치는 영향에 대한 해석 결과는 추후 달 근접 임무 설계시 고려되어야 하는 섭동력들의 기본 사양을 제공할 것이다.

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