저추력을 사용하는 저궤도 위성의 제한된 이심률 내에서 고도를 유지하기 위한 해석적 방법

국문 초록 (Abstract)

위성이 궤도를 운용함에 있어서 저궤도(Low-Earth Orbit)위성은 대기저항(Air Drag)의 영향으로 고도가 감소된다. 감소되는 고도를 유지하기 위해서 저추력기를 이용하여 이를 보정하고자 한다. 이때 위성 궤도의 접선방향(in-Track)으로 지속적으로 추력을 주게 되면 궤도의 이심률이 증가하게 되는데 위성의 궤도를 유지하기 위해서는 이를 보정해주어야 한다. 본 논문에서는 일정한 지역(남극지역)에서 매 궤도 당 짧은 시간 동안 추력을 주는 경우에 고도와 이심률을 유지하는 방법에 대해 연구하였다. 저궤도 위성에서는 대기저항 외에 J2섭동이 승교점(Ascending Node)과 근지점(Argument of Perigee)변화에 영향을 미친다. 위성 궤도에서 추력지점의 위치에 따라 이심률 증가량이 항상 양수가 아닌 사실과 J2섭동에 의해 근지점이 이동하는 점을 이용하여 고도와 이심률을 유지하고자 한다. J2섭동에 의해 근지점이 변화하기 때문에 위성 궤도에 대하여서는 추력을 주는 추력지점이 이동하게 된다. 위성 궤도에서 각각의 위치마다 이심률 변화량이 다르기 때문에 이동하는 추력지점을 이용하여 총 이심률의 변화가 상쇄되도록 하는 초기 추력지점의 시점을 찾는다. 고도를 유지하며 총 이심률 변화가 상쇄되는 기간은 J2섭동에 의해 근지점이 1회전하는 기간으로 한다. 접선방향의 추력과 위성에 작용하는 섭동으로 인해 변화한 위성의 궤도 요소는 가우스 식(Gaussian Variation of Parameters)을 이용하여 계산하였다. 600km 위성이 운용되는 동안 고도의 변화량은 -1km~+1km이고, 최대로 요구되는 제한 조건의 이심률인 0.002보다 작은 최대 0.000018이내로 변화하는 것을 확인하였다. 이를 통해 일정 범위의 제한 조건 내에서 고도와 이심률이 유지되는 것을 확인 할 수 있었다. 이러한 해석적 방법을 이용하여 위성의 임무 궤도 설계와 운용에 적용할 수 있을 것이다.