KR102420980B1 - 위성의 운용 방법 및 위성 시스템 - Google Patents

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이광병
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한화시스템 주식회사
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Abstract

본 발명의 실시예에 따른 위성의 운용 방법은 우주로 발사된 복수의 임무 위성 중 전력 공급이 필요한 대상 위성이 있는지 탐색하는 과정 및 대상 위성이 탐색된 경우, 우주로 발사된 처리 위성 및 지상에 설치된 지상 처리 장치 중 적어도 하나의 전력을 대상 위성으로 무선 전송하여 대상 위성에 전력을 공급하는 과정을 포함할 수 있다.
따라서 본 발명의 실시예들에 의하면, 지구 밖으로 발사된 임무 위성의 전력이 방전되거나 부족한 경우, 임무 위성으로 전력을 공급할 수 있다. 이에, 전력 방전 또는 부족에 의해 임무 위성이 임무를 수행하지 못하는 것을 방지할 수 있고, 임무 위성에 대한 임무 수행 시간을 연장시킬 수 있다.

Description

위성의 운용 방법 및 위성 시스템{Operating method for satellite and satellite system}
본 발명은 위성의 운영 방법 및 위성 시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 임무 위성의 임무 수행 가능 시간을 연장시킬 수 있는 위성의 운용 방법 및 위성 시스템에 관한 것이다.
지상을 감시 또는 정찰하거나 통신 서비스 제공 등의 임무 수행을 위해 지구 밖으로 정찰 위성을 발사한다. 발사된 위성은 궤도를 따라 이동하면서 임무를 수행한다.
한편, 일반적인 위성의 경우 그 내부에 탑재되는 배터리의 용량에 한계가 있어 임무 수행 시간에 한계를 가지게 된다. 그리고, 배터리가 방전된 상태에서 위성이 태양광을 받을 수 없는 식(eclipse) 기간인 경우, 더 이상 임무를 수행할 수 없고 배터리에 전력을 충전할 수도 없다. 이에 따라, 정찰 위성은 그 임무 능력이 상실된다.
특히, 위성이 소형인 경우 그 내부에 탑재되는 배터리의 용량도 작을 수 밖에 없어, 배터리의 방전 또는 전력량 부족으로 인한 문제 발생 가능성이 더욱 높다.
한국등록특허 10-1181419
본 발명은 임무 위성의 임무 수행 가능 시간을 연장시킬 수 있는 위성의 운용 방법 및 위성 시스템을 제공한다.
본 발명은 임무 위성에 전력을 충전할 수 있는 위성의 운용 방법 및 위성 시스템을 제공한다.
본 발명의 실시예에 따른 위성의 운용 방법은 우주로 발사된 복수의 임무 위성 중 전력 공급이 필요한 대상 위성이 있는지 탐색하는 과정; 및 대상 위성이 탐색된 경우, 우주로 발사된 처리 위성 및 지상에 설치된 지상 처리 장치 중 적어도 하나의 전력을 상기 대상 위성으로 무선 전송하여, 상기 대상 위성에 전력을 공급하는 과정; 을 포함할 수 있다.
상기 처리 위성 및 지상 처리 장치 중 적어도 하나에서 전력을 생산하는 과정을 포함하고, 상기 전력을 생산하는 과정은, 상기 처리 위성 및 지상 처리 장치 중 적어도 하나로 태양광을 수광하는 과정; 및 수광된 태양광을 전력으로 변환시키는 과정;을 포함할 수 있다.
상기 대상 위성에 전력을 공급하는 과정은, 상기 처리 위성 및 지상 처리 장치 중 적어도 하나에서 변환된 전력을 전자기파로 변환시키는 과정; 및 변환된 상기 전자기파를 상기 대상 위성으로 전송하는 과정; 을 포함할 수 있다.
상기 대상 위성에 전력을 공급하는 과정은, 전송된 전자기파를 상기 대상 위성에서 전력으로 변환시키는 과정; 및 변환된 전력을 상기 대상 위성에 설치된 배터리 및 전력을 사용하여 동작하는 전력 사용 장치 중 적어도 하나로 공급하는 과정;을 포함할 수 있다.
상기 처리 위성은 상기 임무 위성을 유지 보수할 수 있는 위성을 포함하고, 복수의 상기 임무 위성 중, 유지 보수가 필요한 대상 위성이 있는지 탐색하는 과정; 유지 보수가 필요한 대상 위성이 탐색된 경우, 상기 처리 위성을 상기 대상 위성으로 이동시키는 과정; 및 상기 처리 위성을 이용하여 상기 대상 위성을 유지 보수하는 과정;을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 위성 시스템은 지구 밖으로 발사될 수 있고, 미리 설정된 임무를 수행할 수 있는 복수의 임무 위성; 및 복수의 임무 위성 중 전력 공급이 필요한 임무 위성을 향해 무선으로 전력을 전송할 수 있는 전력 공급 장치;를 포함하고, 상기 전력 공급 장치는, 지구 밖으로 발사될 수 있는 처리 위성 및 지상에 설치된 지상 처리 장치 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
상기 처리 위성은, 태양광을 수광할 수 있는 패널; 상기 패널로 수광된 태양광을 이용하여 전력을 생산할 수 있는 발전부; 및 상기 발전부에서 생산된 전력을 전자기파로 변환하여 임무 위성으로 전송할 수 있는 전력 전송부;를 포함하며, 상기 임무 위성은, 전력이 충전될 수 있는 배터리; 및 상기 전력 전송부로부터 전송된 전자기파를 전달 받아 전력으로 변환시킬 수 있고, 변환된 전력을 상기 배터리로 공급할 수 있는 변환부;를 포함할 수 있다.
상기 지상 처리 장치는, 태양광을 수광할 수 있는 패널; 상기 패널로 수광된 태양광을 이용하여 전력을 생산할 수 있는 발전부; 및 상기 발전부에서 생산된 전력을 전자기파로 변환하여 임무 위성으로 전송할 수 있는 전력 전송부;를 포함하며, 상기 임무 위성은, 전력이 충전될 수 있는 배터리; 및 상기 전력 전송부로부터 전송된 전자기파를 전달 받아 전력으로 변환시킬 수 있고, 변환된 전력을 상기 배터리로 공급할 수 있는 변환부;를 포함할 수 있다.
상기 처리 위성은, 본체; 추진력을 제공하도록 상기 본체에 설치된 추진부; 상기 본체의 지향 방향을 조절하도록 상기 본체에 설치된 자세 제어부; 상기 임무 위성의 유지 보수를 위해 상기 본체에 탑재되는 유지 보수용 수단;을 포함하고, 상기 처리 위성의 패널, 발전부 및 전력 전송부는 상기 본체에 설치되며, 상기 유지 보수용 수단은, 상기 임무 위성에 탑재된 배터리와 교체될 수 있는 교체용 배터리; 및 연료가 저장되어 있는 충전용 탱크 및 상기 임무 위성의 연료탱크로 연료를 공급할 수 있도록 상기 충전용 탱크와 상기 연료탱크를 연결할 수 있는 배관을 구비하는 연료 충전기;중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예들에 의하면, 지구 밖으로 발사된 임무 위성의 전력이 방전되거나 부족한 경우, 임무 위성으로 전력을 공급할 수 있다. 따라서, 전력 방전 또는 부족에 의해 임무 위성이 임무를 수행하지 못하는 것을 방지할 수 있고, 임무 위성에 대한 임무 수행 시간을 연장시킬 수 있다.
또한, 임무 위성의 전력 공급 외에, 임무 위성을 유지 보수 또는 수리할 수 있고, 이에 따라 임무 위성에 대한 임무 수행 시간을 연장시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 위성의 운용 방법을 설명하기 위하여, 지구 밖에서 궤도를 따라 이동하고 있는 복수의 임무 위성들과 처리 위성을 개념적으로 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 위성의 운용 방법을 설명하기 위하여 임무 위성 및 처리 위성의 구성과 지상국을 개념적으로 도시한 블록도이다.
도 3은 본 발명의 제1실시예에 따른 위성의 운용 방법을 설명하기 위해, 처리 위성이 임무 위성으로 전력을 전송하고 있는 상태를 개념적으로 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 제2실시예에 따른 위성의 운용 방법을 설명하기 위하여 임무 위성 및 처리 위성의 구성과 지상국을 개념적으로 도시한 블록도이다.
도 5는 본 발명의 제2실시예에 따른 위성의 운용 방법을 설명하기 위해, 처리 위성이 임무 위성으로 전력을 전송하고 있는 상태를 개념적으로 도시한 도면이다.
도 6은 본 발명의 제3실시예에 따른 위성의 운용 방법을 설명하기 위해, 지상에 설치된 지상 처리 장치를 이용하여 임무 위성으로 전력을 전송하고 있는 상태를 개념적으로 도시한 도면이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 위성의 운용 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 더욱 상세히 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 본 발명의 실시예를 설명하기 위하여 도면은 과장될 수 있고, 도면상의 동일한 부호는 동일한 구성요소를 지칭한다.
본 발명은 임무 위성의 수명을 연장시킬 수 있는 위성 시스템 및 운용 방법에 관한 것이다. 보다 구체적으로는, 발사된 임무 위성의 전력이 방전되거나 부족한 경우, 임무 수행이 가능하도록 전력을 공급할 수 있는 위성 시스템 및 운용 방법에 관한 것이다. 보다 더 구체적으로는, 임무 위성의 전력이 방전되거나 부족한 경우, 전력 공급 장치를 이용하여 임무 위성으로 전력을 무선으로 전송함으로써, 임무 위성의 임무 수행 시간을 연장시킬 수 있는 위성 시스템 및 운용 방법에 관한 것이다.
여기서, 임무 위성은 예컨대 소형 또는 초소형 위성일 수 있고, 정찰 위성일 수 있다. 물론 임무 위성은 소형 또는 초소형의 위성이 아닌 중형 또는 대형의 위성일 수 있다. 그리고 전력 공급 장치는, 지구 밖으로 발사된 처리 위성 및 지상에 설치된 지상 처리 장치 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 위성의 운용 방법을 설명하기 위하여, 지구 밖에서 궤도를 따라 이동하고 있는 복수의 임무 위성들과 처리 위성을 개념적으로 도시한 도면이다. 도 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 위성의 운용 방법을 설명하기 위하여 임무 위성 및 처리 위성의 구성과 지상국을 개념적으로 도시한 블록도이다. 도 3은 본 발명의 제1실시예에 따른 위성의 운용 방법을 설명하기 위해, 처리 위성이 임무 위성으로 전력을 전송하고 있는 상태를 개념적으로 도시한 도면이다.
위성 시스템은 부여된 임무를 수행하는 복수의 임무 위성(1000) 및 전력이 방전되거나 부족한 임무 위성(1000)으로 전력을 전송하는 전력 공급 장치를 포함할 수 있다. 여기서, 전력 공급 장치는 임무 위성(1000)으로 전력을 전송할 수 있는 위성 즉, 처리 위성(2000)일 수 있다.
또한, 위성 시스템은 지상국(10)을 포함하는 개념일 수 있다. 즉, 위성 시스템은 임무 위성(1000), 처리 위성(2000) 및 지상국(10)을 포함하는 것을 의미할 수 있다. 그리고, 상술한 바와 같이 임무 위성(1000), 처리 위성(2000)을 포함하거나, 임무 위성(1000), 처리 위성(2000) 및 지상국(10)을 포함하는 위성 시스템은, 다른 말로 복합 위성 시스템, 복합 위성체, 위성 장치 및 위성 설비 중 어느 하나로 명명될 수 있다.
임무 위성(1000)은 지구(E)를 관측하기 위한 위성일 수 있다. 보다 구체적으로 설명하면, 임무 위성(1000)은 지구(E) 밖으로 즉, 우주로 발사되어 지구(E)에 대한 영상을 회득하거나 통신 서비스 등을 제공하는 위성일 수 있다. 즉, 임무 위성(1000)은 미리 설정된 궤도(O: O1, O2)에 의해 지구 둘레를 따라 이동하면서, 목표하는 지역의 영상을 획득하거나 통신 서비스 등을 제공하는 위성일 수 있다. 이때, 관측 목표 지역은 군사적으로 감시가 필요한 지역 즉, 적군의 국토일 수 있으며, 이에 임무 위성(1000)은 '감시 정찰 위성'으로 불리우는 위성일 수 있다.
임무 위성(1000)은 복수개로 마련되어 발사될 수 있고, 복수의 임무 위성(1000)이 일 궤도를 따라 이동할 수 있다. 즉, 도 1에 도시된 바와 같이 복수의 임무 위성(1000)이 동일한 궤도를 따라 이동할 수 있다.
또한, 지구(E) 또는 지상으로부터의 고도가 다른 복수의 궤도(O)가 마련될 수 있고, 각 궤도에 복수의 임무 위성(1000)들이 진입하여 이동할 수도 있다. 예를 들어 설명하면, 도 1과 같이 고도가 다른 제1궤도(O1)와 제2궤도(O2)가 마련될 수 있고, 제1 및 제2궤도(O1, O2) 각각으로 복수의 임무 위성(1000)들이 진입하여 이동할 수 있다.
복수의 임무 위성(1000)들이 설정된 궤도로 진입하면, 임무 위성(1000)들 각각은 궤도(O)를 따라 이동하면서 임무를 수행한다. 예를 들어 임무 위성(1000)은 우주 밖에서 지구(E)에 대한 영상을 획득하거나 통신 서비스 등을 제공하는 임무를 가질 수 있다. 이때, 임무 위성의 위치에 따라서 영상이 획득되는 지역 또는 통신 지역이 변경될 수 있다. 그리고 복수의 임무 위성(1000)들로부터 획득된 영상 또는 정보는 지상국(10)으로 송신된다. 그리고 지상국(10)으로 전달된 영상 또는 정보는 상기 영상이 획득된 지역을 관측 또는 감시하는데 사용된다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 임무 위성(1000)은, 본체(1100), 외부로 신호를 송신하거나 외부의 신호를 수신할 수 있도록 본체(1100)의 외부에 설치된 안테나(1200), 태양광을 수신할 수 있도록 본체(1100)의 외부에 장착된 패널(1300), 패널(1300)로 수신된 태양광을 이용하여 전력 또는 전기 에너지를 생산할 수 있도록 패널(1300)에 연결되게 설치된 발전부(1400), 전력을 필요로 하는 각종 장치 또는 기기로 전력을 공급하는 배터리(1500), 처리 위성(2000)으로부터 전송된 전자기파(A)를 전력 또는 전기 에너지로 변환하는 변환부(1600)를 포함할 수 있다.
그리고, 도 2를 참조하면, 임무 위성(1000)은 임무 수행을 위해 본체(1100)에 탑재되는 임무 수행부(1700), 지향 방향을 조정 또는 제어하는 자세 제어부(1800), 추진력을 제공하는 추진부(1900), 연료를 필요로 하는 구성 예를 들어 추진부(1900)로 연료를 제공하는 연료탱크(1910)를 포함할 수 있다.
또한, 도시되지는 않았지만 임무 위성(1000)은 임무 수행부(1800)에서 처리된 데이터를 저장하는 메모리, 각종 전자기기 및 이외에 다른 부품들을 더 포함할 수 있다.
본체(1100)는 임무 위성(1000)의 뼈대를 이루는 구성으로서, 금속 또는 복합재료로 마련될 수 있다. 예를 들어, 본체(1100)는 금속 또는 복합재료로 이루어진 프레임(frame) 및 패널(panel) 중 적어도 하나로 마련될 수 있다.
패널(1300)은 태양광을 받아 발전부(1400)로 전달하는 수단으로서, 태양전지패널 또는 태양전지판일 수 있다.
발전부(1400)는 패널(1300)로 수신 또는 수광된 태양광을 이용하여 전력 또는 전기 에너지를 생산하는 장치일 수 있다. 즉, 발전부(1400)는 태양광을 받으면 광전효과에 의해 전기를 생산하는 것일 수 있다. 이러한 발전부(1400)는 광전지를 포함할 수 있고, 금속과 반도체의 접촉면 또는 반도체의 pn접합에 빛을 조사(照射)하면 광전효과에 의해 광기전력이 일어나는 장치일 수 있다.
발전부(1400)에서 생산된 전력은 전력이 필요한 각종 장치 또는 부품과 배터리(1500)로 공급될 수 있다.
이하에서는 설명의 편의를 위하여 전력을 필요로 하는 또는 전력을 사용하여 동작하는 장치 또는 부품을 간략히 '전력 사용 장치'로 명명한다. 이를 반영하여 다시 설명하면, 발전부(1400)는 전력 사용 장치로 전력을 직접 공급하거나, 배터리(1500)로 전력을 공급할 수 있다. 이때 배터리(1500)로 전력이 공급되는 경우 배터리(1500)에 전력이 충전될 수 있고, 이후 배터리(1500)는 충전되어 있는 전력을 전력 사용 장치로 공급할 수 있다.
여기서 전력 사용 장치는 예를 들어, 임무 수행부(1700), 자세 제어부(1800), 추진부(1900) 및 이외 각종 전자기기 중 적어도 하나일 수 있다. 물론, 전력 사용 장치는 상술한 예에 한정되지 않으며, 임무 위성에 탑재되는 구성 중 전력을 필요로하는 다양한 장치 또는 부품이 적용될 수 있다.
상기에서는 패널(1300)과 발전부(1400)를 별도의 구성으로 설명하였으나, 상기 패널(1300)과 발전부(1400)는 일체형으로 마련될 수 있다.
임무 수행부(1700)는 임무 수행을 위한 장치를 포함할 있다. 예를 들어 관측 또는 정찰을 위한 영상 획득 임무가 있는 위성인 경우, 임무 수행부(1700)는 영상 획득을 위한 장치를 포함할 수 있다. 예를 들어, 임무 수행부(1700)는 전자파를 방사하고, 되돌아오는 전자파를 수신하여 영상을 구현하는 레이다(radar)를 포함하는 수단일 수 있다. 보다 구체적으로 임무 수행부(1700)는 합성개구레이다(Synthesized Aperture Radar)를 포함할 수 있다.
상기에서는 영상을 획득하는 임무 수행부(1700)가 레이다를 포함하는 구성인 것으로 설명하였다. 하지만, 이에 한정되지 않고, 영상을 획득하는 임무 수행부(1700)는 광학 카메라를 포함하는 수단일 수도 있다.
또한, 임무 위성(1000)에 부여된 임무는 영상 획득에 한정되지 않고, 다양하게 변경될 수 있다. 그리고 부여된 임무에 따라 임무 수행부(1700)의 구성이 변경될 수 있다.
배터리(1500)는 전력을 충전하고 있다가, 전력을 필요로 하는 장치 즉, 전력 사용 장치에 전력을 제공하는 수단이다. 예를 들어 배터리(1500)는 전력을 사용하는 장치인 임무 수행부(1700)를 구성하는 레이다, 자세 제어부(1800)를 구성하는 센서 및 구동기, 추진부(1900), 이외 전자기기 중 적어도 하나에 전력을 제공할 수 있다. 이와 같은 배터리(1500)는 낮 기간 동안 패널(1300)에서 생성된 전력을 전달받아 충전하고, 식(eclipse) 기간 동안에는 전력 사용 장치로 충전된 전력을 공급한다.
보다 구체적으로 설명하면, 임무 위성(1000)의 패널(1300)이 태양광을 받을 수 있는 낮 기간 상태인 경우 패널(1300) 및 발전부(1400)에 의해 생성된 전력을 전력 사용 장치로 직접 공급할 수 있다. 그런데 임무 위성(1000)이 태양광을 받을 수 없는 식(eclipse) 기간 또는 구간에 있는 경우에는 전력을 생산할 수 없다. 이에, 임무 위성(1000)이 식(eclipse) 기간에 있는 경우에 배터리(1500)는 충전되어 있던 전력을 전력 사용 장치로 공급한다.
여기서, 낮 기간이란, 궤도(O)를 따라 이동 중인 임무 위성(1000)이 태양광을 수광할 수 있는 위치에 있는 기간을 말한다. 그리고 식(eclipse) 기간이란, 임무 위성이 태양광을 수광할 수 없는 위치에 있는 기간을 말한다.
변환부(1600)는 처리 위성(2000)으로부터 전달된 전자기파(A)를 전력 또는 전기 에너지로 변환하는 장치이다. 즉, 변환부(1600)는 고주파 또는 초고주파와 같은 전자기파(A)를 전력 또는 전기 에너지로 변환시킨다. 이러한, 변환부(1600)는 전력 사용 장치 및 배터리(1500)와 연결되게 본체(1100)에 장착될 수 있다. 그리고 변환부(1600)는 변환된 전력을 전력 사용 장치 및 배터리(1500) 중 적어도 하나로 공급한다. 이때, 전력이 배터리(1500)로 공급되는 경우, 배터리(1500)에 전력이 충전될 수 있다.
자세 제어부(1800)는 임무 위성(1000)이 궤도(O) 상에서 목적하는 방향으로 지향할 수 있도록 하는 수단이다. 즉, 자세 제어부(1800)는 패널(1300)이 태양광을 받을 수 있도록 임무 위성(1000)의 지향 방향을 조정하거나, 영상 획득 위치를 수정하기 위해 임무 위성(1000)의 지향 방향을 조정하는 수단일 수 있다. 이러한 자세 제어부(1800)는 예를 들어 임무 위성(1000)의 자세를 제어 또는 변경하는 구동기 및 임무 위성(1000)의 현재 자세 또는 위치를 센싱하는 센서를 포함할 수 있다. 구동기는 예를 들어 반작용 휠(Reaction Wheel), 마그네틱 토커(Magnetic Torquer), 제어 모멘트 자이로(Control Moment Gyroscope) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 그리고 센서는 자이로스코프(Gyroscope), 태양센서(Sun sensor), 별센서(Star tracker), 지자기센서(Magnetometer) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
추진부(1900)는 임무 위성(1000)이 우주 공간에서 궤도(O)에 진입할 수 있게 하거나, 다른 궤도(O)로 이동하거나, 자세 조정이 가능하도록 하거나, 속도를 변경할 수 있도록 추진력을 제공하는 수단이다. 이러한 추진부(1900)는 연료 및 전력 중 적어도 하나에 의해 동작될 수 있다.
연료탱크(1910)는 연료를 저장하여 필요한 구성 예를 들어 추진부(1900)에 연료를 공급하는 수단이다. 이때 연료는 예를 들어 하이드라진을 포함하는 재료일 수 있다. 물론 연료는 상술한 예에 한정되지 않고 다양한 재료의 연료들이 사용될 수 있다.
한편, 배터리(1500)의 전력이 방전되어 있거나 소량 잔류하고 있는 상태에서, 임무 위성(1000)이 태양광을 수광할 수 없는 위치 또는 식 기간에 있는 상태일 수 있다. 이러한 경우 전력 사용 장치로 전력이 공급될 수 없다. 예컨대 자세 제어부(1800) 및 임무 수행부(1700) 등으로 전력이 공급되지 못할 수 있다. 이에 따라 자세 제어부(1800)가 동작할 수 없어, 영상 획득 위치를 변경하거나 다시 태양을 향할 수 있도록 자세 조정이 불가능하게 된다. 또한, 임무 수행부(1700) 자체가 동작되지 않아 임무를 수행하지 못할 수 있다. 이외에도 임무 위성(1000)의 구성 중 전력을 필요로 하는 구성 예를 들어 추진부(1900) 및 전자기기 등에 전력을 공급하지 못하는 문제가 발생될 수 있다.
이와 같은 이유들로 인해 임무 위성(1000)은 추진력을 상실하거나, 임무를 수행하지 못하는 상태가 될 수 있다. 그리고 이 임무 위성(1000)은 임무를 수행하지 못하는 상태로 궤도(O)를 따라 이동하다가 수년에 걸쳐 지구로 서서히 낙하될 수 있다.
이에, 임무 위성(1000) 배터리(1500)의 전력이 방전되거나 전력 잔량이 부족한 상태에서, 상기 임무 위성(1000)의 패널(1300)이 태양광을 받을 수 없는 상태인 경우, 상기 임무 위성(1000)의 외부로부터 전력을 공급 받을 필요가 있다.
따라서, 실시예에서는 임무 위성(1000)으로 전력을 전송 또는 전달할 수 있는 처리 위성(2000)을 마련한다. 즉, 태양광을 이용하여 전력을 생산하고, 생산된 전력을 임무 위성(1000)의 전력 사용 장치 및 배터리(1500) 중 적어도 하나로 전송 또는 공급할 수 있는 처리 위성(2000)을 마련하였다. 그리고 이 처리 위성(2000)을 우주로 발사한다. 처리 위성(2000)은 하나 또는 복수개로 발사될 수 있다. 그리고 복수의 처리 위성(2000) 각각은 서로 다른 궤도(O1, O2)를 따라 이동할 수 있고, 궤도 상에서 일 위치에 정지해 있을 수도 있다. 물론, 처리 위성(2000)은 궤도를 변경하도록 이동할 수도 있다.
이하, 도 2 및 도 3을 참조하여 처리 위성(2000)에 대해 설명한다.
처리 위성(2000)은 그 이동 또는 동작을 위한 구성들이 상술한 임무 위성(1000)과 유사하나, 임무 수행부를 구비하지 않으며 상기 임무 위성(1000)으로 전력을 전송할 수 있는 구성이 추가되는 것이 상이하다.
보다 구체적으로 설명하면, 처리 위성(2000)은 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 본체(2100), 외부로 신호를 송신하거나 외부의 신호를 수신할 수 있도록 본체(2100)의 외부에 설치된 안테나(2200), 태양광을 수광할 수 있도록 본체(2100)의 외부에 장착된 패널(2300), 패널(2300)로 수신된 태양광을 이용하여 전력 또는 전기 에너지를 생산할 수 있도록 패널(2300)에 연결되게 설치된 발전부(2400), 처리 위성(200)의 구성 중 전력을 필요로 하는 각종 장치 또는 부품(이하, 전력 사용 장치)로 전력을 공급하는 배터리(2500), 발전부(2400)에서 생산된 전력을 전자기파(A)로 변환하고 이를 임무 위성(1000)의 변환부(1600)로 전송 또는 전달하는 전력 전송부(2600)를 포함할 수 있다.
그리고, 처리 위성(2000)은 지향 방향을 조정 또는 제어하는 자세 제어부(2700), 추진력을 제공하는 추진부(2800), 연료를 필요로 하는 구성 예를 들어 추진부(2800)로 연료를 제공하는 연료탱크(2810)를 포함할 수 있다.
여기서 처리 위성(2000)의 본체(2100), 안테나(2200), 패널(2300), 발전부(2400), 배터리(2500), 자세 제어부(2700), 추진부(2800) 및 연료탱크(2810)는 상술한 임무 위성(1000)과 그 기능 및 구성이 유사므로, 이들에 대한 자세한 설명은 생략한다.
또한, 임무 위성(1000)과 처리 위성(2000)의 구별을 위하여, 상술한 바와 같은 임무 위성(1000)의 구성들을 제1본체(1100), 제1안테나(1200), 제1패널(1300), 제1발전부(1400), 제1배터리(1500), 제1자세 제어부(1800), 제1추진부(1900) 및 제1연료탱크(1910)로 명명한다. 또한, 처리 위성(2000)의 구성들을 제2본체(2100), 제2안테나(2200), 제2패널(2300), 제2발전부(2400), 제2배터리(2500), 제2자세 제어부(2700), 제2추진부(2800) 및 제2연료탱크(2810)로 명명한다.
처리 위성(2000)은 태양광을 이용하여 전력을 생산하는 것을 주 목적으로 하는 위성일 수 있다. 이를 위해 처리 위성(2000)은 임무 위성(1000)에 비해 전력 생산량이 크도록 마련될 수 있다. 즉, 처리 위성(2000)은 그 제2패널(2300)이 임무 위성(1000)의 제1패널(1300) 비해 큰 면적을 가지도록 마련될 수 있다. 다른 예로, 처리 위성(2000)의 제2패널(2300)의 개수는 임무 위성(1000)의 제1패널(1300)의 개수에 비해 많도록 마련될 수 있다. 이러한 처리 위성(2000)은 '발전 위성'으로 명명될 수 있다.
그리고, 처리 위성(2000)의 제2연료탱크(2810) 및 제2배터리(2500)는 임무 위성(1000)의 제1연료탱크(1910) 및 제1배터리(1500)에 비해 큰 용량을 가지도록 마련될 수 있다. 또한, 처리 위성(2000)의 제2추진부(2800)는 임무 위성(1000)의 제1추진부(1900)에 비해 큰 추진력을 발생시키도록 마련될 수 있다. 그리고, 처리 위성(2000)의 제2본체(2100)는 임무 위성(1000)의 제1본체(1100)에 비해 큰 사이즈로 마련되는 것이 바람직하며, 처리 위성(2000)의 제2안테나(2200), 제2패널(2300) 및 제2자세 제어부(1800) 중 적어도 하나는 임무 위성(1000)의 제1안테나(1200), 제1패널(1300) 및 제1자세 제어부(1800)에 비해 큰 사이즈로 마련되는 것이 바람직하다.
전력 전송부(2600)는 발전부(2400)에서 생산된 전력을 전자기파(A)로 변환한다. 예를 들어 전력 전송부(2600)는 마이크로파 영역의 전자기파(A)인 초고주파로 변환할 수 있다. 그리고 전력 전송부(2600)는 변환된 전자기파(A)를 전력 충전이 필요한 임무 위성(1000)으로 전송한다. 이때, 예를 들어 전력 전송부(2600)는 변환된 전자기파(A)를 임무 위성(1000)의 변환부(1600)로 전송할 수 있다. 즉, 전력 전송부(2600)의 전자기파(A)는 예를 들어 제2안테나(2200)에 의해 임무 위성(1000)의 제1안테나(1200)로 전달되어 변환부(1600)로 입력될 수 있다. 그리고, 임무 위성(1000)의 변환부(1600)에서는 수신된 전자기파(A)를 전력 또는 전기 에너지로 변환하고, 상기 변환부(1600)는 전력을 전력 사용 장치 및 제1배터리(1500) 중 적어도 어느 하나로 공급한다.
이처럼, 처리 위성(2000)의 전력 전송부(2600)에서 전력을 전자기파(A)로 변환 또는 전환하고 이를 대상 위성(1000)의 변환부(1600)로 전송 또는 공급한다. 그리고 변환부(1600)는 전송된 전자기파(A)를 전력으로 다시 변환 또는 전환시켜 전력 사용 장치 및 제1배터리(1500) 중 적어도 하나에 공급한다. 따라서 처리 위성(2000)이 대상 위성(1000)으로 전자기파(A)를 전송하는 것은 '전력 전송' 또는 '무선 전력 전송'을 의미하는 것으로 설명될 수 있다.
이와 같이, 실시예에서는 지구(E) 밖으로 발사된 임무 위성(1000)의 전력이 방전되거나 부족한 경우, 지구(E) 밖으로 발사된 처리 위성(2000)을 이용하여 임무 위성(1000)의 변환부(1600)로 전자기파(A)를 전송한다. 그리고 임무 위성(1000)의 변환부(1600)는 수신된 전자기파(A)를 전력으로 변환한 후, 변환된 전력을 전력 사용 장치로 직접 공급하거나 제1배터리(1500)에 공급한다. 이에 따라, 임무 위성(1000)이 태양을 지향할 수 없는 상태에서, 제1배터리(1500)의 전력이 방전되거나 부족한 경우라도, 전력 사용 장치를 동작시킬 수 있다. 따라서, 임무 위성(1000)의 임무 수행 가능 시간이 연장될 수 있다.
특히, 소형 또는 초소형의 임무 위성(1000)의 경우 우주로 발사된 후 제1배터리(1500) 방전 또는 소진 시간이 짧을 수 있다. 그러나, 실시예의 경우에는 처리 위성(2000)을 이용하여 임무 위성(1000)에 전력을 공급할 수 있다. 이에, 소형 또는 초소형의 임무 위성(1000)의 임무 수행 시간을 연장시킬 수 있다.
도 4는 본 발명의 제2실시예에 따른 위성의 운용 방법을 설명하기 위하여 임무 위성 및 처리 위성의 구성과 지상국을 개념적으로 도시한 블록도이다. 도 5는 본 발명의 제2실시예에 따른 위성의 운용 방법을 설명하기 위해, 처리 위성이 임무 위성으로 전력을 전송하고 있는 상태를 개념적으로 도시한 도면이다.
제1실시예에서는 전력 공급 장치인 처리 위성(2000)이 발전 위성으로 마련되는 것을 설명하였다. 즉, 제1실시예에 따른 처리 위성(2000)은 전력 생산이 주요 임무인 위성이며, 태양광을 이용하여 생산하는 전력 생산량이 임무 위성(1000)에 비해 큰 위성으로 마련되는 것을 설명하였다.
하지만 임무 위성(1000)에 전력을 전송하는 처리 위성은 상술한 예에 한정되지 않고, 임무 위성(1000)에 대한 유지 보수 또는 수리를 할 수 있는 위성으로 마련될 수 있다.
이하, 도 4 및 도 5를 이용하여 제2실시예에 따른 처리 위성(3000)에 대해 설명한다.
소형 또는 초소형 임무 위성(1000)은 경량이며 저비용으로 제조되어야 한다. 이에, 임무 위성(1000)은 제1배터리(1500) 외에도 다른 구성들의 용량을 작게 할 수 밖에 없다.
예를 들어, 소형 또는 초소형의 임무 위성(1000)의 제1본체(1100)에는 용량이 작은 제1연료탱크(1910)가 탑재될 수 있다. 다른 예로, 데이터를 저장하는 메모리의 경우, 비용 절감을 위해 사용시간이 대형 위성에 탑재되는 메모리에 비해 상대적으로 짧은 메모리가 탑재될 수 있다. 여기서 메모리는 예를 들어 플래시 메모리일 수 있다.
또한 예를 들어, 임무 위성(1000)의 제1배터리(1500)가 오작동되거나 손상되어 교체가 필요할 수 있다.
다른 예로, 연료의 잔류량 부족 또는 연료 소진으로 인해 제1추진부(1900)로 연료가 공급되지 못할 수 있다. 이러한 경우 제1추진부(1900)가 동작할 수 없어, 이동 속도를 증가시키거나, 전후진 방향을 변경하거나, 다른 궤도로 이동하는 등의 동작을 할 수 없을 수 있다. 그리고 이러한 이유로 임무 수행을 수행하지 못할 수 있다.
또 다른 예로, 탑재되어 있는 부품들의 사용시간이 정해진 기준시간에 도달하여 더 이상 사용하지 못하는 상태가 될 수 있다. 예컨대 탑재되어 있는 메모리의 사용시간이 정해진 기준시간에 도달하여 더 이상 데이터를 저장하지 못할 수 있다.다른 예로, 통신을 위해 탑재되는 부품인 진공관 형태의 진행파 관(TWT; Travelling-Wave Tube)의 경우, 그 사용시간이 길어질 수록 열화된다. 그리고, 사용시간이 소정시간 즉, 기준시간에 도달하면 열화에 의한 손상에 의해 더 이상 사용할 수 없는 상태가 될 수 있다. 또 다른 예로, 수신기를 구성하는 부품 중 하나인 무선 주파수 증폭기(Radio Frequency Amplifier; RF AMP)의 경우에도 소정시간 즉, 기준시간 이상으로 사용하면 오작동이 발생될 수 있다.
그리고, 상술한 메모리, 진행파 관(TWT), 무선 주파수 증폭기(RF APM) 외에, 임무 위성(1000)에 탑재되는 다른 부품들도 소정시간이 경과하면 사용에 문제가 발생될 수 있다.
또한, 임무 수행을 위해, 임무 수행부(1700) 및 전자기기 등에 소프트웨어 업데이트가 필요한 상황이 발생될 수 있다. 그리고, 임무 위성(1000)의 일부 구성에 파손되거나 고장이 발생될 수 있다.
이와 같은 이유들로 인해 임무 위성(1000)은 추진력을 상실하거나, 임무를 수행하지 못하는 상태가 될 수 있다. 그리고 이 임무 위성(1000)은 임무를 수행하지 못하는 상태로 궤도(O)를 따라 이동하다가 수년에 걸쳐 지구로 서서히 낙하될 수 있다.
이에, 상술한 바와 같은 문제 발생시에, 우주에서 이를 해결하는 방법이 필요하다. 즉, 제1배터리(1500) 및 제1배터리(1500)외에 다른 부품 예컨대 메모리를 교체하거나, 제1연료탱크(1910)로 연료를 충전하거나, 소프트웨어 업데이트를 실시하거나, 파손 또는 고장이 발생된 부위에 대한 수리가 필요하다.
따라서, 임무 위성(1000)에 문제가 발생된 경우, 우주에서 임무 위성(1000)에 대한 유지 보수 또는 수리를 할 수 있는 처리 위성(3000)을 마련한다. 즉, 임무 위성(1000)의 제1배터리(1500) 및 제1배터리(1500) 외에 다른 부품 예컨대 메모리를 교체하거나, 제1연료탱크(1910)로 연료를 충전하거나, 파손 또는 고장이 발생된 부위를 수리할 수 있는 기능을 가지는 처리 위성(3000)을 마련하였다. 그리고 이 처리 위성(3000)을 우주로 발사하여, 문제가 발생된 임무 위성(1000)에 대해 유지 보수를 실시한다. 발사된 처리 위성(3000)은 설정된 궤도(O)를 따라 이동하다가, 유지 보수가 필요한 임무 위성(1000)이 발생되면, 해당 임무 위성(1000)으로 이동하여 유지 보수를 실시한다. 이때, 복수의 처리 위성(3000)이 발사될 수 있고, 복수의 처리 위성(3000)은 서로 다른 궤도(O1, O2)를 따라 이동할 수 있다. 물론, 처리 위성(3000)은 궤도를 변경하도록 이동할 수도 있다.
또한, 임무 위성(1000)은 처리 위성(3000)에 의해 유지 보수가 가능하도록 마련될 수 있다. 예를 들어, 임무 위성(1000)의 제1배터리(1500) 및 메모리는 교체가 가능하도록 체결 및 분리가 가능하게 마련된다. 또한, 메모리 외에 기준시간이 경과하면 교체가 필요한 다른 부품들 예컨대 진행파 관(TWT) 및 무선 주파수 증폭기(RF AMP) 등이 체결 및 분리가 가능하게 마련될 수 있다.
다른 예로, 임무 위성(1000)의 제1연료탱크(1910)는 내부로 연료가 공급될 수 있는 구조로 마련된다. 예를 들어 제1연료탱크(1910)에는 연료의 통과가 가능한 유입구가 마련될 수 있고, 유입구에는 배관이 연결될 수 있다. 또 다른 예로, 임무 위성(1000)에 탑재되는 임무 수행부(1700) 및 전자지기는 소프트웨어 업데이트를 위한 단자가 연결될 수 있는 포트(port)를 구비하도록 마련될 수 있다.
제2실시예에 따른 처리 위성(3000)은 앞에서 설명한 제1실시예에 따른 처리 위성(2000)에 비해 임무 위성(1000)을 유지 보수할 수 있는 구성을 더 포함하는 것 외에, 다른 구성들은 동일하다.
즉, 제2실시예에 따른 처리 위성(3000)은 도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이, 본체(3100), 외부로 신호를 송신하거나 외부의 신호를 수신할 수 있도록 본체(3100)의 외부에 설치된 안테나(3200), 태양광을 수신할 수 있도록 본체(3100)의 외부에 장착된 패널(3300), 패널(3300)로 수신된 태양광을 이용하여 전력 또는 전기 에너지를 생산할 수 있도록 패널(3300)에 연결되게 설치된 발전부(3400), 전력을 필요로 하는 각종 장치로 전력을 공급하는 배터리(3500), 발전부(3400)에서 생산된 전력을 전자기파(A)로 변환하고 이를 임무 위성(1000)의 변환부(1600)로 전송하는 전력 전송부(3600)를 포함할 수 있다.
그리고, 처리 위성(3000)은 지향 방향을 조정 또는 제어하는 자세 제어부(3700), 추진력을 제공하는 추진부(3800), 연료를 필요로 하는 구성 예를 들어 추진부(3800)로 연료를 제공하는 연료탱크(3810)를 포함할 수 있다.
여기서 처리 위성(3000)의 본체(3100), 안테나(3200), 패널(3300), 발전부(3400), 배터리(3500), 자세 제어부(3700), 추진부(3800) 및 연료탱크(3810)는 상술한 임무 위성(1000) 또는 제1실시예에 따른 처리 위성(2000)과 그 기능 및 구성이 유사므로, 이들에 대한 자세한 설명은 생략한다.
또한, 제1실시예에 따른 처리 위성(2000)과 제2실시예에 따른 처리 위성(3000)의 구별을 위하여, 제2실시예에 따른 처리 위성(3000)의 구성들을 제3본체(3100), 제3안테나(3200), 제3패널(3300), 제3발전부(3400), 제3배터리(3500), 제3자세 제어부(3700), 제3추진부(3800) 및 제3연료탱크(3810)로 명명한다.
여기서, 처리 위성(3000)의 제3연료탱크(3810) 및 제3배터리(3500)는 임무 위성(1000)의 제1연료탱크(1910) 및 제1배터리(1500)에 비해 큰 용량을 가지도록 마련될 수 있다. 또한, 처리 위성(3000)의 제3추진부(3800)는 임무 위성(1000)의 제1추진부(1900)에 비해 큰 추진력을 발생시키도록 마련될 수 있다. 그리고, 처리 위성(3000)의 제3본체(3100)는 임무 위성(1000)의 제1본체(1100)에 비해 큰 사이즈로 마련되는 것이 바람직하며, 처리 위성(3000)의 제3안테나(3200), 제3패널(3300) 및 제3자세 제어부(3700) 중 적어도 하나는 임무 위성(1000)의 제1안테나(1200), 제1패널(1300) 및 제1자세 제어부(3700)에 비해 큰 사이즈로 마련되는 것이 바람직하다.
처리 위성(3000)은 임무 위성(1000)을 유지 보수하기 위한 수단을 포함한다. 즉, 도 4 및 도 5를 참조하면 처리 위성(3000)은 제3본체(3100)에 탑재되며 유지 보수를 위해 사용되는 유지 보수용 수단(3910), 처리가 필요한 임무 위성(1000)과 연결 또는 도킹할 수 있도록 제3본체(3100)에 장착된 결합부(3920), 선단에 유지 보수용 수단(3910)이 파지(把持)되거나 지지될 수 있고 선단이 제3본체(3100)와 멀어지거나 가까워지게 동작될 수 있도록 상기 제3본체(3100)에 장착된 처리 구동부(3930), 지상국(10)으로부터 처리가 필요한 임무 위성(1000)에 대한 위치 및 처리의 종류에 대한 신호를 전달받는 처리 신호 송수신부(3950) 및 처리 신호 송수신부(3950)로 입력된 처리 명령 신호에 따라서 제3자세 제어부(3700), 제3추진부(3800), 결합부(3920) 및 처리 구동부(3930) 중 적어도 하나의 동작을 제어하는 처리 제어부(3940)를 포함할 수 있다.
유지 보수용 수단(3910)은, 임무를 수행할 수 있도록 하는 수단이다. 예를 들어, 유지 보수용 수단(3910)은 임무 위성(1000)에 탑재된 구성과 교체되거나, 충전되기 위한 수단일 수 있다. 즉, 유지 보수용 수단(3910)은 임무 위성(1000)에 탑재된 제1배터리(1500) 및 메모리와 교체될 수 있는 교체용 배터리(3911) 및 교체용 메모리(3913)일 수 있다.
또한, 유지 보수용 수단(3910)은 교체용 배터리(3911) 및 교체용 메모리(3913) 외에 임무 위성(1000)의 부품과 교체될 수 있는 다른 교체용 부품을 더 포함할 수 있다. 즉, 유지 보수용 수단(3910)은 사용 가능한 시간이 짧은 또는 고장이 빈번히 발생하는 부품과 교체될 수 있는 교체용 부품을 포함할 수 있다. 예를 들어, 유지 보수용 수단(3910)은 임무 위성(1000)의 진행파 관(TWT) 및 무선 주파수 증폭기(RF APM)와 교체될 수 있는 교체용 진행파 관(TWT), 교체용 무선 주파수 증폭기(RF APM)을 포함할 수 있다.
다른 예로, 유지 보수용 수단(3910)은, 임무 위성(1000)의 제1연료탱크(1910)로 연료를 충전할 수 있는 연료 충전기(3912)일 수 있다. 이러한 연료 충전기(3912)는 연료가 저장되어 있는 충전용 탱크 및 충전용 탱크와 임무 위성(1000)의 제1연료탱크(1910)에 마련된 유입구와 연결될 수 있는 배관을 포함하는 수단일 수 있다.
또 다른 예로, 유지 보수용 수단(3910)은, 임무 위성(1000)에 탑재된 임무 수행부(1700) 및 전자기기 중 적어도 하나의 소프트 웨어를 업데이트 시키기 위한 단말기(3914)를 포함하는 수단일 수 있다. 단말기(3914)에는 임무 위성(1000)의 임무 수행부(1700) 및 전자기기 등에 마련된 포트와 연결되는 연결라인이 마련될 수 있다. 여기서 연결라인은 소정의 길이를 가지도록 마련된 것일 수 있고, 끝단에는 단자가 마련되어 있을 수 있다.
그리고, 유지 보수용 수단(3910)은, 임무 위성(1000)의 구성 중 파손 부위 또는 고장 난 구성을 수리할 수 있는 수리기(3915)를 포함할 수 있다. 여기서, 수리기(3915)는 산업용 드라이버, 렌치, 납땜 기구, 드릴, 펜치, 나사, 볼트, 너트 등의 공구 및 보강재 등을 포함할 수 있다.
결합부(3920)는 처리 위성(3000)을 임무 위성(1000)과 연결 즉, 도킹(docking)시키는 수단이다. 이러한 결합부(3920)는 일단이 제3본체(3100)에 연결되고, 타단이 제3본체(3100)와 멀어지거나 가까워지도록 동작 가능한 수단일 수 있다. 다른 말로 설명하면 결합부(3920)는 타단이 제3본체(3100)와 멀어지거나 가까워지게 수평이동 또는 전후진 동작이 가능한 수단일 수 있다.
이러한 결합부(3920)는 수평 이동 또는 전후진 동작이 가능한 구동체 및 구동체의 선단에 장착된 체결부재를 포함할 수 있다. 이와 같은 결합부(3920)는 예를 들어 로봇 암(arm)을 포함하는 구성일 수 있다.
물론, 결합부(3920)는 상술한 예에 한정되지 않으며 다양한 수단이 적용될 수 있다. 예를 들어, 결합부(3920)는 임무 위성을 포획할 수 있는 그물을 포함하는 수단일 수 있다.
처리 구동부(3930)는 유지 보수용 수단(3910)을 이용하여 유지 보수를 실시하는 수단이다. 이러한 처리 구동부(3930)는 일단이 제3본체(3100)에 연결되고, 타단이 제3본체(3100)와 멀어지거나 가까워지도록 동작 가능한 수단일 수 있다. 다른 말로 설명하면 결합부(3920)는 타단이 제3본체(3100)와 멀어지거나 가까워지게 수평이동 또는 전후진 동작이 가능한 수단일 수 있다. 그리고 처리 구동부(3930)의 타단에는 유지 보수용 수단(3910)을 파지하거나 지지할 수 있는 지지부재가 장착될 수 있다. 이러한 처리 구동부(3930)는 예를 들어 관절 운동이 가능한 로봇 암(robot arm)을 포함하는 수단일 수 있다.
처리 위성(3000)의 처리 구동부(3930) 및 유지 보수용 수단(3910)을 이용하여 임무 위성(1000)을 유지 보수하는 동작을 예를 들어 설명하면 아래와 같다.
임무 위성(1000)의 제1배터리(1500)의 교체가 필요한 경우, 먼저 처리 구동부(3930)를 임무 위성(1000)으로 이동시켜 제1배터리(1500)를 분리하고 이를 반출한다. 반출된 제1배터리(1500)는 예를 들어 처리 위성(3000)의 제3본체(3100) 내부로 장입시킬 수 있다. 다음으로, 처리 구동부(3930)를 이용하여 처리 위성(3000)의 제3본체(3100) 내부에 탑재되어 있는 교체용 배터리(3911)를 파지한다. 그리고 처리 구동부(3930)를 임무 위성(1000)으로 이동시킨다. 즉, 처리 구동부(3930)의 선단이 제1본체(1100) 내부에서 제1배터리(1500)가 설치되어 있던 위치에 도달하도록 이동시킨다. 그리고 처리 구동부(3930)를 이용하여 제1배터리(1500)가 분리된 위치에 교체용 배터리(3911)를 장착한다. 교체용 배터리(3911) 장착이 완료되면 처리 구동부(3930)는 임무 위성(1000) 밖으로 반출된다.
임무 위성(1000)의 다른 부품들 예컨대 메모리 교체가 필요한 경우에도 상술한 제1배터리(1500) 교체와 동일한 방법으로 교체될 수 있다.
다른 예로, 임무 위성(1000)의 제1연료탱크(1910)에 연료의 충전이 필요한 경우, 먼저 처리 구동부(3930)를 이용하여 연료 충전기(3912)의 배관을 임무 위성으로 이동 또는 연장시킨다. 그리고, 처리 구동부(3930)를 이용하여 배관을 임무 위성의 제1연료탱크(1910)에 마련된 유입구에 연결한다. 이에, 처리 위성의 충전용 탱크에 저장되어 있는 연료가 임무 위성의 제1연료탱크(1910)로 공급된다.
또 다른 예로, 임무 위성(1000)의 임무 수행부(1700)에 있어서 소프트웨어 업데이트가 필요한 경우, 먼저 처리 구동부(3930)를 이용하여 단말기(3914)에 연결되어 있는 연결선을 임무 위성쪽으로 연장시킨다. 그리고, 처리 구동부(3930)를 이용하여 연결선을 업데이트가 필요한 임무 수행부(1700)에 마련된 포트에 연결한다. 이에, 처리 위성(3000)의 단말기(3914)를 통해 임무 수행부의 소프트웨어가 업데이트 된다.
또 다른 예로, 임무 위성(1000)의 일부 구성이 파손되거나, 수리가 필요한 상황이 발생될 수 있다. 이러한 경우 처리 구동부(3930)를 이용하여 제3본체(3100) 내부에 탑재된 수리기(3915)를 파지한다. 이때, 수리기(3915)에 포함된 다양한 공구들 중, 수리에 필요한 공구를 파지한다. 그리고 처리 구동부(3930)를 이용하여 공구를 수리가 필요한 곳으로 이동시켜 수리를 실시한다.
처리 신호 송수신부(3950)는 지상국(10)으로부터 처리 명령 신호를 수신하거나, 처리가 종료된 후에 처리 결과 신호를 지상국(10)으로 송신하는 수단일 수 있다. 이때, 처리 신호 송수신부(3950)는 제3안테나(3200)를 이용하여 지상국(10)과 송수신할 수 있다. 즉, 지상국(10)으로부터 발신된 처리 명령 신호는 제3안테나(3200)를 통해 처리 신호 송수신부(3950)로 입력되며, 처리 결과 신호는 처리 신호 송수신부(3950)를 통해 제3안테나(3200)로 전달된 후 지상국(10)으로 송신된다.
처리 명령 신호는, 복수의 임무 위성(1000) 중 처리가 필요한 임무 위성(1000)에 대한 위치 신호 및 처리의 종류에 대한 신호를 포함할 수 있다. 그리고 처리의 종류에 대한 신호는 예를 들어, 배터리 교체 명령 신호, 배터리 외에 다른 부품들에 대한 교체 명령 신호, 연료 충전 명령 신호, 소프트웨어 업데이트 명령 신호 및 수리 명령 신호 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 여기서 배터리 외에 다른 부품들에 대한 교체 명령 신호는 예를 들어, 메모리, 진행파 관(TWT) 및 무선 주파수 증폭기(RF APM) 등과 같은 부품들의 교체 명령 신호일 수 있다.
그리고 처리 결과 신호는, 임무 위성(1000)에 대한 유지 보수 처리가 종료되면 발생되는 신호이다. 이러한 처리 결과 신호는 배터리 교체 종료 신호, 배터리 외에 다른 부품들에 대한 교체 종료 신호, 연료 충전 종료 신호, 소프트웨어 업데이트 종료 신호 및 수리 종료 신호 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
처리 제어부(3940)는 처리 신호 송수신부(3950)로 입력된 처리 명령 신호에 따라, 제3자세 제어부(3700), 제3추진부(3800), 결합부(3920) 및 처리 구동부(3930) 중 적어도 하나의 동작을 제어한다. 즉, 처리 신호 송수신부(3950)로 유지 보수가 필요한 임무 위성 즉, 대상 위성의 위치에 대한 신호가 입력되면, 처리 제어부(3940)는 처리 위성(3000)이 대상 위성과 근접하게 위치될 수 있도록 상기 처리 위성(3000)의 동작을 제어한다. 이때, 처리 제어부(3940)는 예를 들어 제3추진부(3800) 및 제3자세 제어부(3700) 중 적어도 하나의 동작을 제어하여, 이때, 처리 제어부(3940)는 처리 위성(3000)이 대상 위성을 향해 이동하는 속도를 증가시키거나, 처리 위성(3000)이 대상 위성을 향하는 자세를 변경하도록, 처리 위성(3000)의 제3추진부(3800) 및 제3자세 제어부(3700) 중 적어도 하나의 동작을 제어할 수 있다.
처리 위성(3000)이 유지 보수가 필요한 임무 위성(1000) 즉, 대상 위성과 근접하게 이동하면, 처리 제어부(3940)는 지상국(10)으로부터 입력된 처리의 종류에 따라, 처리 구동부(3930)를 동작시킨다. 즉, 처리의 종류에 따라 처리 구동부(3930)가 유지 보수용 수단(3910) 중 어느 하나를 사용할 수 있도록 즉, 입력된 처리 종류 신호에 따라 유지 보수용 수단 중 하나를 사용하여 유지 보수 작업을 실시할 수 있도록 처리 구동부(3930)를 동작시킨다.
제2실시예에 따른 처리 위성(3000)의 전력 전송부(3600)는 상술한 제1실시예에 따른 처리 위성(200)의 전력 전송부(2600)와 그 기능 또는 동작이 유사 또는 동일하다. 즉, 처리 위성(3000)의 발전부(3400)에서 생산된 전력을 전자기파(A)로 변환한다. 더 구체적으로 전력 전송부(3600)는 마이크로파 영역의 전자기파인 초고주파로 변환한다. 그리고 전력 전송부(3600)는 변환된 전자기파(A)를 전력 충전이 필요한 임무 위성(1000)으로 전송한다. 이때, 전력 전송부(3600)는 변환된 전자기파(A)를 임무 위성(1000)의 변환부(1600)로 전송한다. 즉, 전력 전송부(3600)의 전자기파(A)는 예를 들어 제3안테나(3200)에 의해 임무 위성(1000)의 제1안테나(1200)로 전달되어 변환부(1600)로 입력될 수 있다. 그리고, 임무 위성(1000)의 변환부(1600)에서는 수신된 전자기파(A)를 전력 또는 전기 에너지로 변환하고, 상기 변환부(1600)는 전력을 전력 사용 장치 및 제1배터리(1500) 중 적어도 하나로 공급한다. 이때, 제1배터리(1500)는 전달되는 전력을 받아 충전하고 있다가 필요시에 전력 전송 장치로 전력을 공급한다.
이처럼, 제2실시예에 따른 처리 위성(3000)은 임무 위성(1000)에 문제가 발생된 경우, 상기 임무 위성(1000)을 유지 보수할 수 있다. 또한, 임무 위성(1000)의 전력이 방전되거나 부족한 경우, 처리 위성(3000)을 이용하여 임무 위성(1000)의 전력 사용 장치 및 제1배터리(1500) 중 적어도 하나에 전력을 공급할 수 있다. 이에, 우주에서 임무 위성(1000)에 유지 보수가 필요하거나, 전력이 부족한 문제가 발생되더라도, 처리 위성(3000)을 이용하여 임무 위성(1000)을 유지 보수하거나, 전력을 공급할 수 있어, 임무 위성(1000)에 대한 임무 수행 시간을 연장시킬 수 있다.
특히, 소형 또는 초소형의 임무 위성(1000)의 경우 우주로 발사된 후, 유지 보수가 필요하거나, 전력 공급이 필요한 상황이 대형 위성에 비해 많이 또는 빈번히 발생될 수 있다. 그러나, 실시예의 경우에는 처리 위성(3000)을 이용하여 임무 위성을 유지 보수하거나, 전력을 공급할 수 있다. 이에, 소형 또는 초소형의 임무 위성의 임무 수행 시간을 연장시킬 수 있다.
도 6은 본 발명의 제3실시예에 따른 위성의 운용 방법을 설명하기 위해, 지상에 설치된 지상 처리 장치를 이용하여 임무 위성으로 전력을 전송하고 있는 상태를 개념적으로 도시한 도면이다.
상술한 제1 및 제2실시예에서는 전력 공급 장치가 우주로 발사된 처리 위성(2000, 3000)인 것을 설명하였다. 즉, 제1 및 제2실시예에서는 우주로 발사된 처리 위성(2000, 3000)으로부터 임무 위성(1000)으로 전자기파(A)를 전송하여 전력을 공급하는 것을 설명하였다.
하지만, 이에 한정되지 않고 지상에서 임무 위성(1000)으로 전자기파(A)를 전송하여 전력을 공급할 수도 있다. 즉, 전력 공급 장치는 지상에 설치되어 임무 위성(1000)으로 전력을 전송할 수 있는 지상 처리 장치(4000)일 있다.
지상 처리 장치(4000)는 예를 들어, 전력을 생산하는 전력 생산부(4100) 및 전력 생산부(4100)에서 생산된 전력을 전자기파(A)로 변환하고, 변환된 전자기파(A)를 지구(E) 밖의 임무 위성(1000)으로 전송하는 전력 전송부(4200)를 포함할 수 있다.
전력 생산부(4100)는 예를 들어 태양광을 이용하여 전력을 생산하는 장치일 수 있다. 이러한 전력 생산부(4100)는 태양광을 수광하는 패널 및 패널로 수광된 태양광을 이용하여 전력을 생산하는 발전부를 포함할 수 있다.
상기에서는 전력 공급 장치가 처리 위성(2000, 3000) 또는 지상 처리 장치(4000)인 것을 설명하였다. 하지만, 이에 한정되지 않고, 전력 공급 장치가 처리 위성(2000, 3000) 및 지상 처리 장치(4000)를 모두 포함할 수 있다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 위성의 운용 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
이하, 도 1 내지 도 3, 도 7을 참조하여 본 발명의 실시예들에 따른 위성의 운용 방법에 대해 설명한다. 이때 임무 위성으로 전력을 공급하는 전력 공급 장치로서, 제1실시예에 따른 처리 위성을 예를 들어 설명한다. 그리고 앞에서 설명한 내용과 중복되는 내용은 생략하거나 간략히 설명한다.
먼저, 지상국(10)에서 복수의 임무 위성(1000)들 중 전력 공급이 필요한 임무 위성(1000) 즉, 대상 위성이 있는지 탐색 또는 파악한다(S100). 이를 위해, 복수의 임무 위성(1000)들의 제1배터리(1500)의 상태를 파악한다. 이때 복수의 임무 위성(1000)들 중, 태양광을 수광할 수 없는 상태이면서, 현재 제1배터리(1500)의 전력이 방전되어 임무를 수행할 수 없는 상태이거나, 임무를 완료하기에 제1배터리(1500)의 전력이 부족하다고 판단되는 임무 위성(1000)을 대상 위성으로 선정한다.
이때, 전력 공급이 필요한 임무 위성 즉, 대상 위성이 있는 경우(예), 지상국(10)에서는 전력 공급 명령에 대한 처리 명령 신호를 처리 위성(2000)으로 전송 또는 송신한다(S210). 이때, 예를 들어 전력 공급이 필요하다고 판단된 임무 위성(1000)의 위치에 대한 데이터를 포함하는 신호(이하, 위치 신호)를 처리 명령 신호로 전송할 수 있다(S210).
임무 위성(1000)들이 임무를 수행하고 있는 중에, 한편에서는 처리 위성(2000)은 전력을 생산할 수 있다. 즉, 처리 위성(2000)의 제2발전부(2400)는 제2패널(1300)로 수광된 태양광을 이용하여 전력을 생산한다. 그리고 전력 전송부(2600)는 생산된 전력을 전자기파(A) 보다 구체적으로는 초고주파로 변환한다.
지상국(10)으로부터 처리 위성(2000)으로 대상 위성에 대한 전력 공급 명령 신호가 입력되면, 처리 위성(2000)은 대상 위성으로 전자기파(A)를 전송 또는 송신한다.
그리고 처리 위성(2000)으로부터 발진된 전자기파(A)는 대상 위성의 변환부(1600)로 입력된다. 대상 위성의 변환부(1600)는 입력된 전자기파(A)를 전력으로 변환하고, 이를 전력 사용 장치 또는 제1배터리(1500) 중 적어도 하나로 공급한다(S310). 보다 구체적으로 변환부(1600)는 변환된 전력을 임무 위성(1000)을 구성하는 전력 사용 장치에 직접 공급한다. 이에 전력 사용 장치는 변환부(1600)로부터 공급된 전력을 이용하여 동작될 수 있다. 다른 예로, 변환부(1600)는 전력을 전력 사용 장치로 직접 공급하지 않고 제1배터리(1500)로 공급할 수도 있다. 이에 제1배터리(1500)에 전력이 일시 충전될 수 있고, 이후 제1배터리(1500)는 충전되어 있는 전력을 전력 사용 장치로 공급할 수 있다.
상기에서는 제1실시예에 따른 처리 위성을 이용하여 임무 위성의 제1배터리의 전력을 공급하는 것을 설명하였다. 하지만, 도 4 및 도 5에 도시된 제2실시예에 따른 처리 위성을 이용하여 전력을 공급할 수도 있으며, 그 공급 방법은 동일하다.
또한, 이에 한정되지 않고, 지상에 설치된 지상 처리 장치(4000)를 이용하여 임무 위성(1000)에 전력을 공급할 수도 있다(도 4의 S220, S320). 이를 위해, 지상국(10)에서는 전력 공급 명령에 대한 처리 명령 신호를 지상에 설치된 지상 처리 장치(4000)로 전송 또는 송신한다(S220). 그리고 지상 처리 장치(4000)는 대상 위성으로 전자기파(A)를 전송 또는 송신한다. 이 전자기파(A)는 대상 위성의 변환부(1600)로 입력되며, 변환부(1600)는 입력된 전자기파(A)를 전력으로 변환하고, 이를 전력 사용 장치 및 제1배터리(1500) 중 적어도 하나로 공급한다.
이처럼, 실시예들에서는 지구(E) 밖으로 발사된 임무 위성(1000)의 전력이 방전되거나 부족한 경우, 우주 밖으로 발사된 처리 위성(2000) 또는 지상에 설치된 지상 처리 장치(4000)를 이용하여 임무 위성(1000)으로 전자기파(A)를 전송하여 전력을 공급할 수 있다.
따라서 전력 방전 또는 부족에 의해 임무 위성(1000)이 임무를 수행하지 못하는 것을 방지할 수 있고, 임무 위성(1000)에 대한 임무 수행 시간을 연장시킬 수 있다. 특히, 소형 또는 초소형의 임무 위성(1000)의 경우 우주로 발사된 후 배터리(1500) 방전 또는 소진 시간이 짧을 수 있다. 그러나, 실시예의 경우에는 처리 위성(2000)을 이용하여 임무 위성(1000)의 전력을 공급할 수 있다. 이에, 소형 또는 초소형의 임무 위성(1000)의 임무 수행 시간을 연장시킬 수 있다.
그리고 제2실시예에 따른 처리 위성(3000)에 의하면, 임무 위성(1000)으로의 전력 충전뿐만 아니라, 임무 위성(1000)에 대해 유지 보수, 수리 등을 실시할 수 있다. 이에, 우주에서 임무 위성(1000)에 문제가 발생되더라도 처리 위성(2000)으로 유지 보수할 수 있어, 임무 위성(1000)에 대한 임무 수행 시간을 연장시킬 수 있다. 특히, 소형 또는 초소형의 임무 위성(1000)의 경우 우주로 발사된 후 문제 발생 가능성 또는 횟수가 대형 위성에 비해 많을 수 있다. 그러나, 제2실시예의 경우에는 처리 위성(3000)을 이용하여 임무 위성을 유지 보수할 수 있다. 이에, 소형 또는 초소형의 임무 위성의 임무 수행 시간을 연장시킬 수 있다.
1000: 임무 위성 2000, 3000: 처리 위성
4000: 지상 처리 장치

Claims (9)

  1. 태양광을 수광할 수 있는 패널 및 상기 패널로 수신된 태양광을 이용하여 전력 또는 전기 에너지를 생산할 수 있도록 상기 패널에 연결되게 설치된 발전부를 구비하는 복수의 임무 위성을 우주로 발사하는 과정;
    태양광을 수광할 수 있고 상기 임무 위성의 패널에 비해 큰 면적으로 마련되거나, 상기 임무 위성에 구비된 패널의 개수에 비해 많은 개수로 마련된 패널을 구비하여, 상기 임무 위성에 비해 전력 생산이 크도록 마련된 처리 위성을 우주로 발사하는 과정;
    우주로 발사된 상기 처리 위성에서 전력을 생산하는 과정;
    우주로 발사된 복수의 임무 위성 중 전력 공급이 필요한 대상 위성이 있는지 탐색하는 과정; 및
    대상 위성이 탐색된 경우, 우주로 발사된 상기 처리 위성의 전력을 상기 대상 위성으로 무선 전송하여, 상기 대상 위성에 전력을 공급하는 과정;
    을 포함하고,
    우주로 발사된 상기 처리 위성에서 전력을 생산하는 과정은, 상기 처리 위성에 구비된 발전부를 이용하여 상기 처리 위성의 패널로 수광된 태양광을 전력으로 변환시키는 과정을 포함하고,
    상기 대상 위성에 전력을 공급하는 과정은,
    상기 처리 위성에서 변환된 전력을 전자기파로 변환시키는 과정; 및
    변환된 상기 전자기파를 상기 대상 위성으로 전송하는 과정; 을 포함하는 위성의 운용 방법.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 대상 위성에 전력을 공급하는 과정은,
    전송된 전자기파를 상기 대상 위성에서 전력으로 변환시키는 과정; 및
    변환된 전력을 상기 대상 위성에 설치된 배터리 및 전력을 사용하여 동작하는 전력 사용 장치 중 적어도 하나로 공급하는 과정;을 포함하는 위성의 운용 방법.
  5. 청구항 1 또는 청구항 4에 있어서,
    상기 처리 위성은 상기 임무 위성을 유지 보수할 수 있는 위성을 포함하고,
    복수의 상기 임무 위성 중, 유지 보수가 필요한 대상 위성이 있는지 탐색하는 과정;
    유지 보수가 필요한 대상 위성이 탐색된 경우, 상기 처리 위성을 상기 대상 위성으로 이동시키는 과정; 및
    상기 처리 위성을 이용하여 상기 대상 위성을 유지 보수하는 과정;을 더 포함하는 위성의 운용 방법.
  6. 지구 밖으로 발사될 수 있고, 미리 설정된 임무를 수행할 수 있는 복수의 임무 위성; 및
    복수의 임무 위성 중 전력 공급이 필요한 임무 위성을 향해 무선으로 전력을 전송할 수 있는 전력 공급 장치;를 포함하고,
    상기 전력 공급 장치는, 지구 밖으로 발사될 수 있는 처리 위성을 포함하며,
    상기 처리 위성은 상기 임무 위성에 비해 전력 생산이 크도록 마련되고,
    상기 처리 위성은,
    태양광을 수광할 수 있는 패널;
    상기 패널로 수광된 태양광을 이용하여 전력을 생산할 수 있는 발전부; 및
    상기 발전부에서 생산된 전력을 전자기파로 변환하여 임무 위성으로 전송할 수 있는 전력 전송부;를 포함하며,
    상기 임무 위성은,
    태양광을 수광할 수 있는 패널;
    전력이 충전될 수 있는 배터리; 및
    상기 전력 전송부로부터 전송된 전자기파를 전달 받아 전력으로 변환시킬 수 있고, 변환된 전력을 상기 배터리로 공급할 수 있는 변환부;를 포함하고,
    상기 처리 위성의 패널은 상기 임무 위성의 패널에 비해 큰 면적을 가지도록 마련되거나, 상기 처리 위성의 패널의 개수가 상기 임무 위성의 패널의 개수에 비해 많도록 마련된 위성 시스템.
  7. 삭제
  8. 삭제
  9. 청구항 6에 있어서,
    상기 처리 위성은,
    본체;
    추진력을 제공하도록 상기 본체에 설치된 추진부;
    상기 본체의 지향 방향을 조절하도록 상기 본체에 설치된 자세 제어부;
    상기 임무 위성의 유지 보수를 위해 상기 본체에 탑재되는 유지 보수용 수단;을 포함하고,
    상기 처리 위성의 패널, 발전부 및 전력 전송부는 상기 본체에 설치되며,
    상기 유지 보수용 수단은,
    상기 임무 위성에 탑재된 배터리와 교체될 수 있는 교체용 배터리; 및
    연료가 저장되어 있는 충전용 탱크 및 상기 임무 위성의 연료탱크로 연료를 공급할 수 있도록 상기 충전용 탱크와 상기 연료탱크를 연결할 수 있는 배관을 구비하는 연료 충전기;중 적어도 하나를 포함하는 위성 시스템.
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