KR101516804B1 - 위성운용 시뮬레이션 장치 - Google Patents

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KR101516804B1 KR1020130150553A KR20130150553A KR101516804B1 KR 101516804 B1 KR101516804 B1 KR 101516804B1 KR 1020130150553 A KR1020130150553 A KR 1020130150553A KR 20130150553 A KR20130150553 A KR 20130150553A KR 101516804 B1 KR101516804 B1 KR 101516804B1
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구철회
이원범
이훈희
최수진
권재욱
류동영
주광혁
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한국항공우주연구원
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    • G—PHYSICS
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    • G09B—EDUCATIONAL OR DEMONSTRATION APPLIANCES; APPLIANCES FOR TEACHING, OR COMMUNICATING WITH, THE BLIND, DEAF OR MUTE; MODELS; PLANETARIA; GLOBES; MAPS; DIAGRAMS
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Abstract

본 발명은 실제 위성의 액추에이터나 추력기 등과 같은 구동기를 모사한 모사구동장치, 실제의 카메라나 실제의 고도계를 장착한 모사인공위성 및 상기 모사구동장치가 가상의 행성 주변을 궤도이동하도록 도와주는 이동보조장치를 이용하여 인공위성의 개발에 따른 비용과 시간을 최소한으로 할 수 있는 위성운용 시뮬레이션 장치를 개시(introduce)한다. 상기 위성운용 시뮬레이션 장치는, 모사인공위성, 이동보조장치, 모사구동장치 및 모사위성제어장치를 구비한다. 상기 모사인공위성은 실제의 인공위성을 모사한 것이다. 상기 이동보조장치는 원형의 궤도를 가이드하는 이동가이드수단이 구비된다. 상기 모사구동장치는 실제 위성을 구동하는 액추에이터나 추력기와 같은 위성구동장치를 모사한 것으로, 동작제어신호에 따라 상기 이동가이드수단을 따라 이동하고 상기 모사인공위성의 자세나 고도를 6 자유도로 조절한다. 상기 모사위성제어장치는 상기 모사인공위성과 통신 및 데이터를 송수신하며, 상기 모사구동장치의 동작을 제어하는 상기 동작제어신호를 생성한다.

Description

위성운용 시뮬레이션 장치 {Simulation device for satellite operation}
본 발명은 위성운용 시뮬레이션 장치에 관한 것으로, 특히 실제의 인공위성, 위성구동장치 및 위성제어장치의 특성을 모사한 모사인공위성, 모사구동장치 및 모사위성제어장치를 원형의 궤도를 가이드 하는 이동보조수단에 적용하여 인공위성 운용의 사전시험을 수행할 수 있는 위성운용 시뮬레이션 장치를 제공하는 것에 있다.
지구의 둘레를 공전하는 인공적인 물체를 의미하는 위성 또는 인공위성은, 비행하는 궤도의 고도에 따라 정지궤도위성(geostationary satellite)과 저궤도위성(low earth orbit satellite)으로 나눈다. 정지궤도위성을 중심으로 정지궤도위성보다 낮은 궤도로 지구주위를 비행하는 인공위성과 높은 궤도로 지구주위를 비행하는 인공위성이 있다.
위성은 임무에 따라서 설정된 궤도를 비행하며, 궤도는 타원형 또는 원형 궤도를 유지한다. 정지궤도위성은 적도 상공 약 36,000km의 정지궤도를 비행하는 위성이고, 우주 탐사 위성과 같이 정지궤도위성 보다 높은 궤도를 비행하는 것도 있다. 위성은 사용 목적에 따라 통신위성, 방송위성, 기상위성, 과학위성, 심우주 탐사위성, 지구관측위성, 기술개발위성, 군사위성 등으로 분류된다.
정지궤도위성은 지구의 자전주기와 같아서 지표면에서 보면 위성이 상공의 한 지점에 정지해 있는 것처럼 보이는 위성이다. 만유인력의 법칙과 구심력을 사용하면 정지궤도위성이 지구로부터 얼마의 높이로 비행하고 있는지 알 수 있다.
이러한 인공위성의 운행이나 인공위성과 통신 및 데이터를 송수신하면서 상기 인공위성의 운행을 제어하는 소프트웨어를 개발하는 일은 단순한 상황에 대한 인식만으로는 부족한데, 시행착오에 소요되는 비용은 상당하다고 할 수 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는, 실제 위성의 액추에이터나 추력기 등과 같은 구동기를 모사한 모사구동장치, 실제의 카메라나 실제의 고도계를 장착한 모사인공위성 및 상기 모사구동장치가 가상의 행성 주변을 궤도이동 하도록 도와주는 이동보조장치를 이용하여 인공위성의 개발에 따른 비용과 시간을 최소한으로 할 수 있는 위성운용 시뮬레이션 장치를 제공하는 것에 있다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 위성운용 시뮬레이션 장치는, 모사인공위성, 이동보조장치, 모사구동장치 및 모사위성제어장치를 구비한다. 상기 모사인공위성은 실제의 인공위성을 모사한 것이다. 상기 이동보조장치는 원형 또는 타원의 궤도를 가이드하는 이동가이드수단이 구비된다. 상기 모사구동장치는 실제 위성을 구동하는 액추에이터나 추력기와 같은 위성구동장치를 모사한 것으로, 동작제어신호에 따라 상기 이동가이드수단을 따라 이동하고 상기 모사인공위성의 자세나 고도를 6 자유도로 조절한다. 상기 모사위성제어장치는 상기 모사인공위성과 통신 및 데이터를 송수신하며, 상기 모사구동장치의 동작을 제어하는 상기 동작제어신호를 생성한다.
본 발명에 따른 위성운용 시뮬레이션 장치는 실제로 인공위성을 우주에 쏘아 올린 후 수행해야 한 작업을 지상에서 모의실험을 통해 검증할 수 있는데, 단순히 소프트웨어나 수식으로만 확인하는 것이 아니라, 실제로 운용되는 상태를 눈으로 확인할 수 있어, 모의실험이 실제와 보다 더 가깝게 진행될 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 위성운용 시뮬레이션 장치의 개념도이다.
도 2는 도 1에 도시된 개념도의 평면도를 나타낸다.
도 3은 도 1에 도시된 개념도의 배면도를 나타낸다.
도 4는 모사위성제어장치와 모사인공위성 사이의 정보 송수신 경로를 나타낸다.
본 발명과 본 발명의 동작상의 이점 및 본 발명의 실시에 의하여 달성되는 목적을 충분히 이해하기 위해서는 본 발명의 예시적인 실시 예를 설명하는 첨부 도면 및 첨부 도면에 기재된 내용을 참조하여야만 한다.
이하 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 설명함으로써, 본 발명을 상세히 설명한다. 각 도면에 제시된 동일한 참조부호는 동일한 부재를 나타낸다.
도 1은 본 발명에 따른 위성운용 시뮬레이션 장치의 개념도이다.
도 2는 도 1에 도시된 개념도의 평면도를 나타낸다.
도 3은 도 1에 도시된 개념도의 배면도를 나타낸다.
도 4는 모사위성제어장치와 모사인공위성 사이의 정보 송수신 경로를 나타낸다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 위성운용 시뮬레이션 장치(100)는, 크게 모사위성제어장치(110)와 모사구동장치(130), 모사인공위성(140), 이동보조장치(150) 및 모형행성(160)을 포함하는 시뮬레이션 부(120)를 구비한다.
모사인공위성(140)은 실제의 인공위성을 모사한 것이다. 도 4를 참조하면, 모사인공위성(140)에는, 카메라(141), 고도계(142) 및 특정 목적에 필요한 센서 중 적어도 하나가 구비되어 있다. 도면 및 설명에는 자세하게 기재하지 않았지만, 시뮬레이션이 필요한 장비들은 모사인공위성(140)에 부착 또는 내장시켜 사용할 수 있으나, 여기서는 설명의 간단화를 위해 생략하였다.
이동보조장치(150)는 원형의 궤도를 가이드하는 이동가이드수단 즉 적어도 한 줄의 레일을 구비한다. 레일은 베이스(170)에 설치되며, 베이스(170)는 지지부재(180)에 의해 지면으로부터 일정한 높이를 가지는 공간에 지지된다. 도면에는 기차에 사용되는 레일형태가 도시되어 있지만, 자기부상을 위한 레일을 적용하는 것도 가능할 것이다.
모사구동장치(130)는 실제 위성을 구동하는 액추에이터나 추력기와 같은 위성구동장치를 모사한 것으로, 동작제어신호에 따라 이동가이드수단(150)을 따라 이동하고 모사인공위성(140)의 자세나 고도를 6 자유도로 조절하며, 모사구동바디(131) 및 로봇암(132)으로 이루어진다. 모사구동바디(131)는 동작제어신호를 바이패스(by-pass) 하거나 동작제어신호에 대응되는 제어신호를 생성한다. 로봇암(132)은 일 단이 모사구동바디(131)에 연결되며 다른 일 단이 모사인공위성(140)을 지지하며, 6 자유도로 조절이 가능하다.
여기서 로봇암(132)은, 일 단이 모사구동바디(131)에 연결되며 길이의 조절이 가능한 제1 암바디(133), 일단이 모사인공위성(140)을 지지하는 제2 암바디(135) 및 제1 암바디(133)의 다른 일 단과 제2 암바디(135)의 다른 일 단을 연결하며, 모사구동바디(131)로부터 바이패스 된 동작제어신호 또는 제어신호에 응답하여 제2 암바디(135)를 일정한 각도로 회전하는 기어장치(134)를 포함한다.
여기서 6 자유도(Degrees Of Freedom)란 로보틱스나 가상 현실 시스템에서 사용되는 모든 동작 요소 인 X(수평), Y(수직), Z(깊이), 피치(pitch), 요(yaw), 롤(roll)을 의미하며, 본 발명에서는 제1 암바디(133)의 움직임 및 기어장치(134)의 조정에 따른 제2 암바디(135)의 움직임으로 구현된다.
모사위성제어장치(110)는 모사인공위성(140)과 통신 및 데이터를 송수신하며, 모사구동장치(130)의 동작을 제어하는 동작제어신호를 생성한다. 도 3을 참조하면, 모사인공위성(140)과 모사위성제어장치(110) 사이에서 송수신 되는 데이터는, 카메라(141)에서 생성한 모형행성(160)의 표면정보와 및 고도계(142)로 생성한 모형행성(160)과 모사인공위성(140) 간의 거리에 대한 거리정보 중 적어도 하나를 포함한다.
또한 동작제어신호에는, 모사인공위성(140)의 자세의 변경을 요구하는 자세변환지시정보, 모사인공위성(140)의 궤도의 수정을 요구하는 궤도천이지시정보 및 카메라(141)의 각도의 변화, 해상도의 변화 및 줌의 변화 중 적어도 하나를 요구하는 카메라제어지시정보 중 적어도 하나를 포함한다.
모형행성(160)은 이동보조장치(150)의 비어 있는 중앙부에 위치하며, 일정한 길이가 있는 지지부재(180)에 의해 지면으로부터 일정한 거리 떨어져 있다.
이상에서는 본 발명에 대한 기술사상을 첨부 도면과 함께 서술하였지만 이는 본 발명의 바람직한 실시 예를 예시적으로 설명한 것이지 본 발명을 한정하는 것은 아니다. 또한 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 이라면 누구나 본 발명의 기술적 사상의 범주를 이탈하지 않는 범위 내에서 다양한 변형 및 모방 가능함은 명백한 사실이다.
110: 모사위성제어장치
120: 시뮬레이션 부
130: 모사구동장치
131: 모사구동바디
132: 로봇암
140: 모사인공위성
141: 카메라
142: 고도계
150: 이동보조장치
160:모형행성
170: 베이스
180: 지지부재

Claims (9)

  1. 실제의 인공위성을 모사한 것으로 카메라 및 고도계 중 적어도 하나를 구비하는 모사인공위성;
    원형 또는 타원의 궤도를 가이드하는 이동가이드수단이 구비된 이동보조장치;
    실제 위성을 구동하는 액추에이터나 추력기와 같은 위성구동장치를 모사한 것으로, 동작제어신호에 따라 상기 이동가이드수단을 따라 이동하고 상기 모사인공위성의 자세나 고도를 6 자유도로 조절하는 모사구동장치; 및
    상기 모사인공위성과 통신 및 데이터를 송수신하며, 상기 모사구동장치의 동작을 제어하는 상기 동작제어신호를 생성하는 모사위성제어장치;를 포함하며,
    상기 동작제어신호에는,
    상기 모사인공위성의 자세의 변경을 요구하는 자세변환지시정보;
    상기 모사인공위성의 궤도의 수정을 요구하는 궤도천이지시정보; 및
    상기 카메라의 각도의 변화, 해상도의 변화 및 줌의 변화 중 적어도 하나를 요구하는 카메라제어지시정보; 중
    적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 위성운용 시뮬레이션 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 이동보조장치의 비어있는 중앙부에는 모형행성이 더 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 위성운용 시뮬레이션 장치.
  3. 제2항에 있어서, 상기 이동가이드수단은,
    적어도 한 줄의 가이드 레일인 것을 특징으로 하는 위성운용 시뮬레이션 장치.
  4. 제3항에 있어서, 상기 모사구동장치는,
    상기 동작제어신호를 바이패스 하거나 상기 동작제어신호에 대응되는 제어신호를 생성하는 모사구동바디; 및
    일 단이 상기 모사구동바디에 연결되며 다른 일 단이 상기 모사인공위성을 지지하며, 6 자유도로 조절 가능한 로봇암;을
    포함하는 것을 특징으로 하는 위성운용 시뮬레이션 장치.
  5. 제4항에 있어서, 상기 로봇암은,
    일 단이 상기 모사구동바디에 연결되며 길이의 조절이 가능한 제1 암바디;
    일단이 상기 모사인공위성을 지지하는 제2 암바디; 및
    상기 제1 암바디의 다른 일 단과 상기 제2 암바디의 다른 일 단을 연결하며, 상기 모사구동바디로부터 바이패스 된 상기 동작제어신호 또는 상기 제어신호에 응답하여 상기 제2 암바디를 일정한 각도로 회전하는 기어장치;를 포함하며,
    상기 6 자유도는 상기 제1 암바디의 움직임 및 상기 기어장치의 조정에 따른 상기 제2 암바디의 움직임으로 구현되는 것을 특징으로 하는 위성운용 시뮬레이션 장치.
  6. 삭제
  7. 제5항에 있어서, 상기 모사인공위성과 상기 모사위성제어장치 사이에서 송수신 되는 데이터는,
    상기 카메라에서 생성한 상기 모형행성의 표면정보와 및 상기 고도계로 생성한 상기 모형행성과 상기 모사인공위성 간의 거리에 대한 거리정보 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 위성운용 시뮬레이션 장치.
  8. 삭제
  9. 제7항에 있어서, 상기 이동보조장치 및 상기 모형행성은,
    일정한 길이가 있는 지지부재에 의해 지면으로부터 일정한 거리 떨어져 있는 것을 특징으로 하는 위성운용 시뮬레이션 장치.
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