KR102528036B1 - 전기 스러스터의 고장에 응답하여 혼합 연료 시스템을 위한 효율적인 위도 궤도 수정 설계 - Google Patents

전기 스러스터의 고장에 응답하여 혼합 연료 시스템을 위한 효율적인 위도 궤도 수정 설계 Download PDF

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Abstract

위성에서 위도 궤도 수정을 하기 위한 장치 및 방법. 위성은, 천정 측에 설치된 북쪽 전기 스러스터 및 남쪽 전기 스러스터, 동쪽 측에 설치된 동쪽 화학적 스러스터, 및 서쪽 측에 설치된 서쪽 화학적 스러스터를 포함한다. 궤도 컨트롤러는 전기 스러스터 중 하나의 고장을 검출한다. 그 고장에 응답하여, 궤도 컨트롤러는 궤도 교점에 근접한 나머지 전기 스러스터의 번을 제어한다. 궤도 컨트롤러는, 나머지 전기 스러스터의 번으로부터 90°± 5°에서 화학적 스러스터 중 하나의 번을 제어하고, 나머지 전기 스러스터의 번으로부터 270°± 5°에서 화학적 스러스터 중 다른 하나의 번을 제어한다.

Description

전기 스러스터의 고장에 응답하여 혼합 연료 시스템을 위한 효율적인 위도 궤도 수정 설계 {EFFICIENT STATIONKEEPING DESIGN FOR MIXED FUEL SYSTEMS IN RESPONSE TO A FAILURE OF AN ELECTRIC THRUSTER}
본 발명은 위성의 분야에 관한 것으로, 특히 위성에 대한 위도 궤도 수정(stationkeeping)에 관한 것이다.
정지 궤도 위성(geosynchronous satellite)은 지구 궤도를 돌고 지구의 회전 방향을 따르는 위성이다. 지구 주위의 정지 궤도 위성의 1회의 공전(revolution)은 지구가 그 축을 중심으로 한 번 회전하는데 걸리는 시간과 동일한 양의 시간인 약 24시간이 소요된다. 이러한 유형의 위성은, 지구 상의 특정 위치에서 보았을 때 정지하고 있는 것처럼 보이기 때문에 정지 궤도라고 간주되고, 일반적으로 통신 위성으로서 사용된다.
정지 궤도 위성은, 그것들이 서로 충돌하거나 서로의 통신과 간섭하지 않도록 지구의 적도 위의 궤도를 할당했다. 정지 궤도 위성은 지구의 중심으로부터 약 42,164km의 반경에서 궤도를 돈다. 이 반경에서의 위성은, 지구의 중력으로 인해 약 24시간(항성일)에 지구 주위를 한 바퀴 돌게 만든다. 위성에 대한 궤도는 태양과 달로부터의 중력, 지구의 비원형, 태양 복사 압력 등과 같은 섭동(perturbation, 교란)에 의해 영향을 받을 수 있다. 섭동을 무시하고 그 할당된 궤도에 위성을 유지하기 위해, 위성의 추진 시스템이 "위도 궤도 수정(stationkeeping)"이라고 언급되는 능동 기동(active maneuver)을 수행한다. 지구 상의 위치에서 관찰했을 때, 위성의 위치는 할당된 궤도 스테이션(assigned orbital station) 또는 소정의 치수(dimension)를 갖는 "박스(box)" 내에 유지된다. 위도 궤도 수정은 위성의 경도의 제어, 그 궤도의 이심률(eccentricity), 및 지구의 적도면(equatorial plane)으로부터의 그 궤도 평면(orbital plane)의 경사각을 포함한다.
위도 궤도 수정의 예가 2000년 1월 18일에 발행된 미국 특허 제6,015,116호에 개시되어 있다. '116에 개시된 추진 시스템(propulsion system)은, 위성의 이면(천정(zenith)) 측에 대각선으로 배치되어 있는 4개의 스러스터(thruster, 추력 발생 장치)를 사용한다. 한 쌍의 스러스터는 상기 위성의 질량의 중심을 통해 진행되는 추력 선(thrust line)을 갖고, 반면에 다른 쌍은 질량의 중심으로부터 운동 아암(momentum arm)에 의해 이격되어 스러스터의 힘(thruster force, 추진력)을 가진다. 위도 궤도 수정의 다른 예가 2011년 4월 5일에 발행된 미국 특허 제7,918,420호에 개시되어 있다. 양 특허 모두 본원에 완전히 포함된 것처럼 참조에 의해 통합되어 있다.
효과적이고 또 연료 효율이 좋은 새롭고 개선된 위도 궤도 수정 기동을 식별하는 것이 바람직하다.
여기에 개시된 실시예들은 전기 스러스터가 고장(fail)날 때 위성에 위도 궤도 수정 기동(stationkeeping maneuver)을 제공한다. 여기에서 논의된 바와 같은 위성은, 지구를 향하도록 구성된 천저 측(nadir side)과 이 천저 측 반대쪽의 천정 측(zenith side)을 갖는 위성 버스(satellite bus)를 포함하고 있다. 북쪽 전기 스러스터(north electric thruster)는 천정 측의 북쪽 지역을 향해 설치되고 위성의 질량의 중심을 통해 추력(thrust)을 생성하기 위해 아래쪽으로 배향(orient)된다. 남쪽 전기 스러스터(south electric thruster)는 천정 측의 남쪽 지역을 향해 설치되고 위성의 질량의 중심을 통해 추력을 생성하기 위해 위쪽으로 배향된다. 위성은 또한 화학적 스러스터를 포함하고 있다. 동쪽 화학적 스러스터(east chemical thruster)는 위성의 질량의 중심을 통해 추력을 생성하기 위해 위성 버스의 동쪽 측에 설치되고, 서쪽 화학적 스러스터(west chemical thruster)는 위성의 질량의 중심을 통해 추력을 생성하기 위해 위성 버스의 서쪽 측에 설치되어 있다.
위에서 논의된 스러스터는 위도 궤도 수정 기동을 위해 사용된다. 그렇지만, 전기 스러스터 중 하나가 고장나면, 그 전기 스러스터는 기동에 이용가능하지 않을 수 있다. 여기에 개시된 하나의 실시예는, 전기 스러스터의 고장(failure)에 응답하여 위성에 대한 위도 궤도 수정 기동을 제어할 수 있는 궤도 컨트롤러(orbit controller)를 포함한다. 고장 검출 시에, 궤도 컨트롤러는 궤도 교점(orbit node)(예를 들어, 상승(ascending) 또는 하강(descending))에서 나머지 전기 스러스터의 번(burn)을 제어한다. 궤도 컨트롤러는 또한 나머지 전기 스러스터의 번으로부터 90°± 5°에서 화학적 스러스터 중 하나의 번을 제어하고, 나머지 전기 스러스터의 번으로부터 270 ± 5°에서 화학적 스러스터 중 다른 하나의 번을 제어한다.
이것과 같은 고장 시나리오(failure scenario)에서는, 하나의 전기 스러스터만이 이용가능하다. 그 궤도 교점에서 나머지 전기 스러스터의 번은 위성의 반경 방향 속도 변화(radial velocity change)를 생성한다. 반경 방향 속도 변화는 나머지 전기 스러스터의 번으로 인한 위성의 궤도에 대한 델타-이심률(delta-eccentricity, Δe) 성분을 생성한다. 90°± 5°에서의 하나의 화학적 스러스터의 번은, 이 화학적 스러스터의 번으로 인한 Δe 성분을 생성하는 위성의 제1 접선 속도 변화(tangential velocity change)를 생성한다. 270°± 5°에서의 다른 화학적 스러스터의 번은, 다른 화학적 스러스터의 번으로 인한 Δe 성분을 생성하는 위성의 제2 접선 속도 변화를 생성한다. 화학적 스러스터의 번으로 인한 Δe 성분은, 나머지 전기 스러스터의 번으로 인한 Δe 성분을 보상한다.
예를 들어, 나머지 전기 스러스터의 번이 270°에 있거나 270°의 적경(right ascghension) 가까이에 있으면, 이 번은 실질적으로 지구 중심 좌표계(geocentric coordinate system)의 x축(Axis)을 따라 지시하는 Δe 성분을 생성한다. 0°에 있거나 0°의 적경 가까이 및 180°의 적경 가까이에 있는 화학적 스러스터의 번은 실질적으로 나머지 전기 스러스터에 의해 생성된 Δe 성분보다 반대 방향으로 x축을 따라 지시하는 Δe 성분을 생성할 수 있다. 화학적 스러스터의 기동은 단지 궤도 교점 중 하나에서 전기 스러스터의 번에 의해 생성된 잔류 이심률(residual eccentricity)을 보상한다. 따라서, 위성은 전기 스러스터 중 하나가 고장났다고 하더라도 제 위치에 유지될 수 있다.
일 실시예에서, 궤도 컨트롤러는 북쪽 전기 스러스터의 고장을 검출하고, 강교점(descending node, 하강점)에 근접한 남쪽 전기 스러스터의 번을 제어하며, 남쪽 전기 스러스터의 번으로부터 90°± 5°에서 동쪽 화학적 스러스터(east chemical thruster)의 역행 번(reprograde burn)을 제어하고, 남쪽 전기 스러스터의 번으로부터 270°± 5°에서 서쪽 화학적 스러스터(west chemical thruster)의 순행 번(prograde burn)을 제어하도록 구성되어 있다.
다른 실시예에서, 궤도 컨트롤러는 남쪽 전기 스러스터의 고장을 검출하고, 승교점(ascending node, 상승점)에 근접한 북쪽 전기 스러스터의 번을 제어하며, 북쪽 전기 스러스터의 번으로부터 90°± 5°에서 동쪽 화학적 스러스터의 역행 번을 제어하고, 북쪽 전기 스러스터의 번으로부터 270°± 5°에서 서쪽 화학적 스러스터의 순행 번을 제어하도록 구성되어 있다.
고장 시나리오 동안의 섭동을 더 보상하기 위해 다른 위도 궤도 수정 기동이 사용될 수 있다. 일 실시예에서, 궤도 컨트롤러는 전기 스러스터 중 하나의 고장을 검출하도록 구성되어 있다. 고장에 응답하여, 궤도 컨트롤러는 위성의 반경 속도 변화를 생성하는 궤도 교점에 근접한 나머지 전기 스러스터의 번을 제어하도록 구성되어 있다. 반경 방향 속도 변화는 나머지 전기 스러스터의 번으로 인한 위성의 궤도에 대한 Δe 성분을 생성한다. 궤도 컨트롤러는 위성의 궤도에 영향을 주는 섭동으로 인해 Δe 성분을 결정하도록 구성되어 있다. 궤도 컨트롤러는 위성의 제1 접선 속도 변화를 생성하는 위성의 궤도를 따라 제1 위치에서 동쪽 화학적 스러스터의 번을 제어하도록 구성되어 있다. 제1 접선 속도 변화는 동쪽 화학적 스러스터의 번으로 인한 Δe 성분을 생성한다. 궤도 컨트롤러는 위성의 제2 접선 속도 변화를 생성하는 위성의 궤도를 따라 제2 위치에서 서쪽 화학적 스러스터의 번을 제어하도록 구성되어 있다. 제2 접선 속도 변화는 서쪽 화학적 스러스터의 번으로 인한 Δe 성분을 생성한다. 궤도 컨트롤러는, 동쪽 화학적 스러스터의 번으로 인한 Δe 성분 및 서쪽 화학적 스러스터의 번으로 인한 Δe 성분이 나머지 전기 스러스터의 번으로 인한 Δe 성분 및 섭동으로 인한 Δe 성분을 보상하도록, 동쪽 화학적 스러스터의 번의 제1 위치 및 서쪽 화학적 스러스터의 번의 제2 위치를 선택하도록 구성되어 있다.
일 실시예에서, 궤도 컨트롤러는 연중 시각(time of year)에 기초하여 태양의 위치를 결정하고, 태양의 위치에 기초하여 섭동으로 인한 Δe 성분을 결정하도록 구성되어 있다.
논의된 특징, 기능 및 이점은 다양한 실시예에서 독립적으로 달성될 수 있거나 또는 다른 실시예에서 결합될 수 있고, 더 상세한 내용은 다음의 설명 및 도면을 참조하여 알 수 있다.
이제 본 발명의 일부 실시예가 단지 예로서만 첨부 도면을 참조하여 설명된다. 동일한 참조 번호는 모든 도면에서 동일한 요소 또는 동일한 유형의 요소를 나타낸다.
도 1은 예시적인 실시예에서의 위성을 나타낸다.
도 2는 예시적인 실시예에서의 위성 버스의 천정 측을 나타낸다.
도 3은 예시적인 실시예에서의 위성 버스의 측면도이다.
도 4는 예시적인 실시예에서의 위성의 궤도를 나타낸다.
도 5는 예시적인 실시예에서 스러스터 번에 기인한 속도 벡터를 나타낸다.
도 6은 위성의 궤도의 이심률을 나타낸다.
도 7은 태양 복사 압력에 의해 야기되는 이심률을 나타낸다.
도 8은 예시적인 실시예에서 승교점 및 강교점에 근접한 번 지속 시간(burn durations)의 차이를 나타낸다.
도 9는 예시적인 실시예에서 승교점에 근접한 번의 오프셋(offset) 및 강교점에 근접한 번의 오프셋을 나타낸다.
도 10은 예시적인 실시예에서 위도 궤도 수정 기동에 의해 생성된 타겟 Δe를 나타낸다.
도 11은 예시적인 실시예에서 승교점 및/또는 강교점에 근접한 화학적 스러스터의 번을 나타낸다.
도 12는 예시적인 실시예에서 위성의 궤도를 따른 위치에서 화학적 스러스터의 번을 나타낸다.
도 13 및 도 14는 예시적인 실시예에서 위성에 대한 위도 궤도 수정 기동을 제어하기 위한 방법을 나타내는 플로우차트이다.
도 15는 예시적인 실시예에서 고장 시나리오 동안의 위도 궤도 수정 기동을 제어하기 위한 방법을 나타내는 플로우차트이다.
도 16은 예시적인 실시예에서 강교점에서 남쪽 전기 스러스터의 번을 나타낸다.
도 17은 예시적인 실시예에서 나머지 전기 스러스터의 번으로부터 90° 및 270°에서의 기동을 나타낸다.
도 18은 예시적인 실시예에서 고장 시나리오 동안의 위도 궤도 수정 기동을 제어하기 위한 방법을 나타내는 플로우차트이다.
도 19는 예시적인 실시예에서 동쪽 화학적 스러스터의 역행 번 및 서쪽 화학적 스러스터의 순행 번을 나타낸다.
도 20은 예시적인 실시예에서 3가지 기동에 대한 타겟 Δe를 나타낸다.
도 21은 예시적인 실시예에서 동쪽 화학적 스러스터의 역행 번 및 서쪽 화학적 스러스터의 순행 번을 나타낸다.
도면 및 다음의 설명은 특정의 예시적인 실시예들을 예시한다. 당업자라면, 본 명세서에서 명시적으로 기술되거나 도시되지 않았지만, 본 명세서에 설명된 원리를 구체화하고 이 설명을 따르는 특허청구범위의 고려되는 범위 내에 포함되는 여러 가지 구성을 고안할 수 있다는 것을 이해할 것이다. 더욱이, 본 명세서에 기재된 임의의 예는 본 발명의 원리를 이해하는데 도움을 주기 위한 것으로서 제한이 없는 것으로 이해되어야 한다. 결과적으로, 본 발명은 아래에 설명되는 특정 실시예 또는 예에 한정되지 않지만, 특허청구범위 및 그 등가물에 의해 한정된다.
도 1은 예시적인 실시예에서 위성(100)을 나타낸다. 위성(100)은 위성 버스(satellite bus; 102)로서 언급되는 위성의 페이로드(payload)를 운반하는 본체(main body)를 포함하고 있다. 지구에서 볼 때, 위성 버스(102)는 천저 측(nadir side; 104)(또는 전면 측) 및 대향하는 천정 측(zenith side; 105)(또는 이면 측)을 포함하고 있다. 위성 버스(102)를 설명할 때, 용어 "측(side)" 또는 "면(face)"은 상호 교환적으로 사용될 수 있다. 위성(100)은 또한 위성 버스(102)에 부착되어 있는 태양의 날개(solar wings; 108∼109)를 포함하고 있고, 위성(100)의 다른 구성 요소에 전력을 공급하기 위해 태양으로부터 전기를 유도하는데 사용될 수 있다. 위성(100)은 또한 통신을 위해 사용될 수 있는 하나 이상의 안테나(112)를 포함하고 있다. 도 1에 나타낸 위성(100)의 구조는 일례이고 필요에 따라 다르게 할 수 있다.
위성(100)은 예를 들어 정지 위성 궤도로 지구 주위를 돌도록 구성되어 있다. 그 할당된 궤도에 위성(100)을 유지하기 위해, 궤도 컨트롤러(orbit controller; 120)가 위성(100)에 결합되어 있다. 궤도 컨트롤러(120)는 위성(100)에 대한 위도 궤도 수정 기동을 제어하는 (하드웨어, 소프트웨어 또는 하드웨어와 소프트웨어의 조합을 포함하는) 장치, 구성 요소 또는 모듈을 구비한다. 궤도 컨트롤러(120)는 지구 상에 위치될 수 있으며, 무선 신호를 통해 위성(100)과 통신할 수 있다. 궤도 컨트롤러(120)는 그 대신에 위성(100) 상에 위치될 수도 있다. 궤도 컨트롤러(120)는 또한 지구 상에 위치된 궤도 컨트롤러(120)의 일부, 및 위성(100) 상에 국부적으로 위치된 일부분과 더불어 모듈화될 수도 있다.
위성(100)은 위도 궤도 수정 기동에 사용되는 추진 시스템(propulsion system)을 포함하고 있다. 도 2는 예시적인 실시예에서 위성 버스(102)의 천정 측(105)을 나타낸다. 위성 버스(102)의 상부 측은 ("N"으로 표시된) 북쪽 측(north side)으로서 언급되고, 위성 버스(102)의 바닥 측은 ("S"로 표시된) 남쪽 측(south side)으로서 언급된다. 도 2의 위성 버스(102)의 좌측은 ("W"로 표시된) 서쪽 측(west side)으로서 언급되고, 도 2의 위성 버스(102)의 우측은 ("E"로 표시된) 동쪽 측(east side)으로서 언급된다. 위성 버스(102)의 천정 측(105)은 추진 시스템의 일부인 한 쌍의 전기 스러스터(electric thruster; 210∼211)를 포함하고 있다. 전기 스러스터는 이온을 가속하여 전기 추력(electric thrust)을 생성하는 스러스터의 한 유형이다. 전형적인 전기 스러스터에서는, 추진체(propellant; 예를 들어 크세논(xenon))이 이온화 챔버로 주입되고, 전자 충돌에 의해 이온화된다. 이온은 그 후 전자기장에 의해 가속되고, 추력을 생성하는 배기가스(exhaust)로서 스러스터로부터 방출된다. 전기 스러스터의 일례는, 미국 콜로라도 오로라의 L-3 커뮤니케이션즈에 의해 제조된 크세논 이온 추진 시스템(Xenon Ion Propulsion System, XIPSⓒ)이다.
전기 스러스터(210)는 천정 측(105)의 북쪽 지역을 향해 설치되어 있고, 북쪽 전기 스러스터(north electric thruster)로서 언급된다. 전기 스러스터(211)는 천정 측(105)의 남쪽 지역을 향해 설치되어 있고, 남쪽 전기 스러스터(south electric thruster)로서 언급된다. 이 실시예에서, 북쪽 전기 스러스터(210)와 남쪽 전기 스러스터(211)는 위성 버스(102)의 북남 축(north-south axis; 230)을 따라 천정 측(105)에 중심을 두고 있다. 다른 실시예에서, 북쪽 전기 스러스터(210)와 남쪽 전기 스러스터(211)는 중심을 벗어날 수 있다.
도 3은 예시적인 실시예에서의 위성 버스(102)의 측면도이다. 북쪽 전기 스러스터(210)는 위성(100)의 질량(mass; 302)의 중심을 통해 추력을 생성하기 위해 아래쪽으로 배향되거나 또는 기울어져 있다. 라인(310)은 질량(302)의 중심을 통과하는 북쪽 전기 스러스터(210)의 추력 라인(thrust line)을 나타낸다. 북쪽 전기 스러스터(210)의 배향은 추력 라인(310)과 위성 버스(102)의 북남 축(230) 사이에 캔트 각도(cant angle; θN)를 형성한다. 캔트 각도(θN)는 35°± 25°일 수 있다. 북쪽 전기 스러스터(210)는 원하는 각도로 고정될 수 있거나, 궤도 컨트롤러(120)가 원하는대로 북쪽 전기 스러스터(210)의 캔트 각도(θN)를 조절할 수 있도록 짐벌(gimbal)될 수 있다. 북쪽 전기 스러스터(210)의 배향으로 인해, 남쪽 방향(south direction, 도 3에서 아래쪽)으로 그리고 지구를 향해 반경 방향으로 추력을 발생시킬 수 있다.
남쪽 전기 스러스터(211)는 위성(100)의 질량(302)의 중심을 통해 추력을 생성하기 위해 위쪽으로 배향되거나 또는 기울어져 있다. 라인(311)은 질량(302)의 중심을 통과하는 남쪽 전기 스러스터(211)의 추력 라인을 나타낸다. 남쪽 전기 스러스터(211)의 배향은 추력 라인(311)과 위성 버스(102)의 북남 축(230) 사이의 캔트 각도(θS)를 형성한다. 캔트 각도(θS)는 35°± 25°일 수 있다. 남쪽 전기 스러스터(211)는 원하는 각도로 고정될 수 있거나, 궤도 컨트롤러(120)가 원하는대로 남쪽 전기 스러스터(211)의 캔트 각도(θS)를 조절할 수 있도록 짐벌될 수 있다. 남쪽 전기 스러스터(211)의 배향으로 인해, 북쪽 방향(north direction, 도 3에서 위쪽)으로 그리고 지구를 향해 반경 방향으로 추력을 발생시킬 수 있다.
도 2 및 도 3에 나타낸 바와 같은 전기 스러스터(210∼211)의 수 또는 위치는 예시적인 구성을 제공한다. 여기에서 논의된 위도 궤도 수정 기동은, 전기 스러스터가 면외 속도 변화(out-of-plane velocity change)(또는 정상 속도 변화)와 반경 방향 속도 변화(radial velocity change)를 생성하는 모든 구성에 적용된다.
도 2에서, 화학적 스러스터(220)는 위성 버스(102)의 서쪽 측에 설치되고, 화학적 스러스터(221)는 위성 버스(102)의 동쪽 측에 설치된다. 화학적 스러스터는, 추력을 생성하기 위해 액체 추진제(liquid propellant)를 태우는 트러스터의 한 가지 유형이다. 화학적 스러스터의 한 가지 유형은 연소 챔버 내에서 액체 연료 및 액체 산화제를 태우는 이원 추진제(bipropellant, 또는 biprop) 트러스터로서 언급된다. 화학적 스러스터(220)는 위성(100)(도 3 참조)의 질량(302)의 중심을 통해 추력을 생성하기 위해 위성 버스(102)의 서쪽 측에 중심을 둘 수 있다. 마찬가지로, 화학적 스러스터(221)는 위성(100)의 질량(302)의 중심을 통해 추력을 생성하기 위해 위성 버스(102)의 동쪽 측에 중심을 둘 수 있다.
일 실시예에서, 화학적 스러스터(224)는 위성 버스(102)의 북쪽 측에 설치될 수 있고, 화학적 스러스터(225)는 위성 버스(102)의 남쪽 측에 설치될 수 있다. 북쪽 및 남쪽 화학적 스러스터(224∼225)는 선택 가능하다. 북쪽 및 남쪽 화학적 스러스터(224∼225)가 설치되어 있는 경우, 그들의 위치는 위성 버스(102)의 북쪽 및 남쪽 측에 부착되어 있는 안테나, 태양 전지 패널(solar panel) 및 다른 페이로드에 따라 달라질 수 있다.
위성(100)의 추진 시스템은 도 2 및 도 3에는 도시되지 않은 다른 스러스터를 포함할 수 있다. 예를 들어, 북쪽 전기 스러스터(210)가 고장날 경우에는 리던던트 전기 스러스터(redundant electric thruster)가 천정 측(105)의 북쪽 지역에 설치될 수 있다. 마찬가지로, 남쪽 전기 스러스터(211)가 고장날 경우에는, 리던던트 전기 스러스터가 천정 측(105)의 남쪽 지역에 설치될 수 있다. 또한, 추가적인 화학적 스러스터가 천정 측(105) 및 남쪽, 북쪽, 동쪽, 서쪽 측의 임의의 조합에 설치될 수도 있다. 스러스터와 추진체가 고가이기 때문에, 위도 궤도 수정 기동에 사용되는 스러스터의 수를 줄이고, 위도 궤도 수정 중에 수행되는 기동의 횟수를 줄이는 것이 바람직할 수 있다.
도 4는 예시적인 실시예에서의 위성(100)의 궤도를 나타낸다. 점선 타원은 지구(404)의 적도를 통과하는 평면인 지구(404)의 적도면(402)을 나타낸다. 점선 화살표는 적도면이 태양의 중심을 통과하는 춘분점(First Point of Aries; 406)을 나타낸다. 실선 타원은, 지구(404)의 궤도를 도는 위성(100)의 궤도 평면(orbital plane; 408)을 나타낸다.
지구(404)가 완전한 구(sphere)이고 태양 전지 시스템의 다른 바디(body)로부터 분리된 경우, 위성의 궤도는 방향이 (변화하지 않고) 고정된 평면에서 일정한 크기 및 형상의 타원으로 될 것이다. 그러나, 궤도의 형상이 변화하고 궤도 평면(408)의 배향(402)이 적도면(402)으로부터 달라지도록 하는 다른 힘(force)이 위성(100)의 궤도를 교란(perturb)시킨다. 예를 들어, 태양과 달, 지구(404)의 비구형 형상, 태양 복사 압력 등의 중력이 위성(100)의 궤도에 영향을 미칠 수 있다. 섭동(perturbation)은 위성(100)의 궤도 평면(408)이 경사각(inclination, 경사도)으로서 언급되는 적도면(402)에 관하여 기울어지도록 할 수 있다. 경사각은 위성의 궤도 평면과 적도면 사이의 각도를 설명하는 궤도 요소이다. 궤도 평면(408)이 적도면(402)에 관하여 기울어질 때, 궤도 평면(408)과 적도면(402) 사이의 관계는 그 궤도 교점(orbital node)에 의해 설명될 수 있다. 승교점(ascending node)은 궤도 평면(408)이 남쪽으로부터 북쪽으로 가는 적도면(402)과 교차하는 경우이다. 도 4에서, 승교점(412)은 춘분점으로부터 약 90°이다. 강교점(ascending node)은 궤도 평면(408)이 북쪽으로부터 남쪽으로 가는 적도면(402)과 교차하는 경우이다. 도 4에서, 강교점(414)은 춘분점으로부터 약 270°, 또는 승교점(412)으로부터 180°이다.
섭동은 또한, 위성(100)의 궤도가 원형보다 타원형으로 되도록 할 수 있는데, 이는 이심률(eccentricity)로서 언급되고 있다. 이심률은 원으로부터 궤도의 편차(deviation)를 나타내는 궤도 요소이다. 0의 이심률 값은 원형 궤도를 나타내고, 0과 1 사이의 값은 타원 궤도를 묘사한다. 궤도의 이심률은, 근지점(perigee)을 가리키고 궤도의 스칼라 이심률(scalar eccentricity)과 동일한 크기(크기는 0과 1 사이이며, 단위가 없음)를 갖는 벡터인 이심률 벡터에 의해 특징지워질 수 있다. 궤도가 0보다 큰 이심률을 갖는 경우, 궤도의 형상은 원형보다는 지구 둘레의 타원형으로 된다. 타원 궤도에 있어서는, 타원의 중심을 통해 그려질 수 있는 가장 긴 선 및 가장 짧은 선은 각각 장축(majer axis) 및 단축(minor axis)이라고 한다. 반 장축(semi-majer axis)은 장축의 절반이고, 위성으로부터 지구까지의 평균 거리를 나타낸다. 근지점은 지구에 가장 가까운 궤도에서의 점이며, 근지점의 반대되는 것은 지구로부터 가장 먼 궤도에서의 점인 원지점(apogee)이다. 타원 궤도로부터 하강할 때, 이심률 벡터는 근지점을 가리키고, 타원(0 <e <1)의 이심률(e)과 동일한 크기를 갖는다.
아래의 실시예는 위성의 궤도의 경사각 및 이심률을 보상하는 위도 궤도 수정 기동을 설명한다. 위도 궤도 수정 기동은 지구(404) 궤도를 도는 위성(100)의 하나 이상의 스러스터(thruster)의 번을 포함한다. 스러스터의 번은 위성(100)의 속도의 변화(ΔV)를 산출 또는 생성한다. 도 5는 예시적인 실시예에서 스러스터 번에 기인한 속도 벡터를 나타낸다. 스러스터 번은 법선 방향(normal direction), 접선 방향(tangential direction) 및/또는 반경 방향(radial direction)으로 ΔV를 생성할 수 있다. 법선 방향은 위성(100)의 궤도 평면 밖으로의 방향이고, 접선 방향은 그 궤도를 따르는 위성(100)의 여행 방향이며, 반경 방향은 지구(404)를 향하는 방향이다. 전기 스러스터(210∼211)는 도 5에서는 보이지 않지만, 북쪽 전기 스러스터(210)의 번은 그 캔트 각도(도 3 참조)로 인해 반경 방향(ΔVradial) 및 법선 방향(ΔVnormal)에서 ΔV를 생성할 것이다. 남쪽 전기 스러스터(211)의 번은 그 캔트 각도(도 3 참조)로 인해 반경 방향 및 법선 방향에서 ΔV를 생성할 것이다. 서쪽 화학적 스러스터(220) 또는 동쪽 화학적 스러스터(221)의 번은 접선 방향(ΔVtan)에서 ΔV를 생성할 것이다.
법선 방향에서의 ΔV는 궤도 평면(408)(도 4 참조)의 경사각을 보상하기 위해 사용될 수 있다. 궤도 교점에서의 기동 또는 궤도 교점에 근접한 기동은 경사각에 대해 가장 효과적인 보상을 제공한다. 예를 들어, 승교점(412)에 근접한 북쪽 전기 스러스터(210)의 번이 법선 방향에서의 ΔV를 생성하고, 강교점(414)에 근접한 남쪽 전기 스러스터(211)의 번이 또한 법선 방향에서의 ΔV를 생성한다. 총 ΔVnormal은 궤도 평면(408)의 경사각을 보상한다. 이러한 번의 각각은 또한 반경 방향으로 ΔV를 생성한다. 번의 지속 시간이 동일한 경우, 승교점(412) 및 강교점(414)에서 생성된 ΔVradial은 순수한 ΔVradial이 없도록 서로 상쇄된다.
전기 스러스터(210∼211)는 이러한 방식으로 경사각을 보상하기 위해 효과적으로 사용되지만, 전통적으로 위성의 궤도의 이심률을 보상하기 위해 사용되지 않는다. 여기에서 설명되는 실시예들은 경사에 더하여 이심률을 보상하기 위해 전기 스러스터(210∼211)를 사용한다.
도 6은 위성(100)에 대한 궤도의 이심률을 나타낸다. 도 6에서의 위성(100)의 궤도는 일례로서 지구 중심 좌표계(geocentric coordinate system)에 나타낸다. x축(또는 K1 축)은 춘분점과 대응하고, y축(또는 H1 축)은 x축으로부터 90°로서 나타낸다. 지구 중심 좌표계에 대한 z축은, 도 6에서의 페이지 안과 밖인 지구(404)의 극(pole)을 따라 북남(north-south)으로 될 것이다. 궤도의 이심률은 이심률 벡터에 의해 표현될 수 있다. 이심률 벡터(
Figure 112016045639053-pat00001
)는 x축을 따라 x성분(ex) 및 y축을 따라 y성분(ey)을 포함하고 있다. 이심률 벡터는 근지점(604)을 가리키고 크기(MAG)를 가진다.
도 6에 나타낸 이심률은 태양 복사 압력 및/또는 다른 섭동에 의해 야기될 수 있다. 도 7은 태양 복사 압력에 의해 야기되는 이심률을 나타낸다. 지구 중심 모델에서, 태양(702)의 위치는 연중 시각(time of year)에 의존한다. 예를 들어, 춘분(vernal equinox)에, 태양(702)은 0°인 춘분점에 있을 것이다. 1년 동안, 태양(702)은 하루에 약 1° 지구(404) 궤도를 돈다(360°÷ 365일 ≒ 1°/일). 태양(702)은 도 7에서 대략 300°에 도시되어 있다. 태양(702)으로부터의 태양 복사 압력은 그것이 돌고 있는 위성(100)에 밀어붙인다. 이 압력이 태양(702)으로부터 떨어지는 방향으로 ΔV를 산출할 것이다. 도 7은 네 개의 다른 궤도 위치에서 생성된 ΔV를 도시하지만 압력이 전체 궤도를 따라 위성(100)에 영향을 미칠 수 있다고 생각되고 있다.
위성(100)의 속도의 변화(ΔV)는 ΔV에 직교하는 이심률의 변화(Δe)를 생성한다. 도 7에 나타낸 바와 같이, 각 ΔV는 ΔV 뒤의 90°를 가리키는 대응하는 Δe 성분에 기인한다. Δe 성분은 태양 복사 압력에 의해 야기되는 궤도에 대해 이심률 벡터를 생성하기 위하여 가산된다. 도 7에서 볼 수 있는 바와 같이, 태양 복사 압력에 의해 야기되는 이심률은 태양(702)의 앞의 90°를 가리킨다. 따라서, 위성의 궤도에 대한 근지점은 태양(702)을 90°만큼 앞설 것이다. 태양(702)이 (3월 21일 주위의) 0도에 있다면, 태양 복사 압력에 의해 야기되는 이심률은 90°를 가리킬 것이다. 태양(702)이 90°에 있다면, 태양 복사 압력에 의한 이심률은 180°를 가리킬 것이다. 태양(702)이 (9월 21일 주위의) 180°에 있다면, 태양 복사 압력에 의해 야기되는 이심률은 270°를 가리킬 것이다. 태양이 270°에 있다면, 태양 복사 압력에 의해 야기되는 이심률은 0°를 가리킬 것이다.
여기에 설명된 위도 궤도 수정 기동은, 태양 복사 압력 및 다른 섭동에 의해 야기되는 이심률을 보상할 수 있다. 위도 궤도 수정 기동은 태양 복사 압력 및 다른 섭동에 의해 야기되는 이심률과 반대되는 방향으로 타겟(target) Δe를 생성한다. 타겟 Δe를 생성하기 위해, 승교점(412)에 근접한 번의 지속 시간(duration)은 강교점(414)에 근접한 번의 지속 시간과 다르다. 도 8은 예시적인 실시예에서 승교점(412) 및 강교점(414)에 근접한 번 지속 시간의 차이를 나타낸다. 이 실시예에서, 북쪽 전기 스러스터(210)의 번 지속 시간(802)은 승교점(412)에 근접하게 도시되어 있고, 남쪽 전기 스러스터(211)의 번 지속 시간(804)은 강교점(414)에 근접하게 도시되어 있다. 스러스터(210∼211)의 총 또는 결합된 번 시간(total or combined burn time)은 궤도 평면(408)의 경사각을 보상하기 위해 적어도 부분적으로 결정된다. 번 지속 시간(802, 804)의 차이는 x축을 따라 Δe 성분을 생성한다. 예를 들어, 총 번 시간이 6시간인 경우, 번 지속 시간(802)은 4시간에 배분될 수 있는 반면에, 번 지속 시간(804)은 2시간에 배분될 수 있다. 북쪽 전기 스러스터(210)의 번은 남쪽 전기 스러스터(211)의 번에 의해 산출된 ΔVradial보다 큰 ΔVradial을 산출한다. 두 기동에 의해 생성된 순 ΔVradial은 실질적으로 y축을 따르고 x축을 따라 Δe 성분을 야기한다. 반경 방향 속도는 번이 같은 지속 시간의 것이라면 상쇄될 것이다. 북쪽 전기 스러스터(210)와 남쪽 전기 스러스터(211)의 번 지속 시간 사이에 차이가 있는 경우, 궤도 교점에서의 ΔVradial은 상쇄되지 않고 순 ΔVradial이 남게 된다. 도 8에 나타낸 예에서는, 번 지속 시간이 승교점(412)에서 더 길기 때문에, 승교점(412)에서의 ΔVradial의 크기가 강교점(414)에서의 ΔVradial의 크기보다 크다. 두 궤도 교점에서의 번 지속 시간의 차이는 음(negative)의 x축을 따라 Δe 성분을 야기한다.
상기 기동에 기초하여 타겟 Δe를 더 생성하기 위해, 승교점(412) 및 강교점(414)에 근접한 번은 그들 각각의 궤도 교점에 관한 시간이 시프트(shift)될 수 있다. 도 9는 예시적인 실시예에서 승교점(412)에 근접한 번의 오프셋(offset)과 강교점(414)에 근접한 번의 오프셋을 나타낸다. 이 실시예에서, 북쪽 전기 스러스터(210)의 번(902)은 승교점(412)에 근접하게 도시되어 있고, 남쪽 전기 스러스터(211)의 번(904)은 강교점(414)에 근접하게 도시되어 있다. 번(902)의 중심은 오프셋(912)에 의해 승교점(412)으로부터 시프트되어 있다. 번(902)의 중심은 승교점(412) 뒤에 있는 것으로 도시되어 있지만, 다른 예에서는 승교점(412) 앞에 있을 수도 있다. 번(904)의 중심은 오프셋(914)에 의해 강교점(414)으로부터 시프트되어 있다. 번(904)의 중심은 강교점(414) 앞에 있는 것으로 도시되어 있지만, 다른 예에서는 강교점(414) 뒤에 있을 수도 있다. 오프셋(912, 914)은 시간, 도(degree) 등의 시스트에 의해 정의될 수 있다.
번(902 및 904)의 오프셋의 차이는 실질적으로 y축을 따라 Δe 성분을 생성한다. 북쪽 전기 스러스터(210)의 번(902)은 ΔVradial을 산출하고, 남쪽 전기 스러스터(211)의 번(904)은 ΔVradial을 산출한다. 순 ΔVradial은 y축을 따라 Δe 성분을 야기하는 두 기동에 의해 생성된다. 번이 궤도 교점(412, 414)에 중심을 둔 경우에는 반경 방향 속도가 상쇄될 것이다. 북쪽 전기 스러스터(210)와 남쪽 전기 스러스터(211)의 오프셋 사이에 변동(variation)이 있는 경우에는, 궤도 교점에서의 ΔVradial은 상쇄되지 않고 순 ΔVradial이 남게 된다.
타겟 Δe를 생성하기 위해, 궤도 컨트롤러(120)는 x축을 따라(또는 실질적으로 x축을 따라) Δe 성분을 생성하기 위해 궤도 교점 사이에서 번 지속 시간을 변화시킬 수 있다. 또한, 궤도 컨트롤러(120)는 y축을 따라(또는 실질적으로 y축을 따라) Δe 성분을 생성하기 위해 궤도 교점에 근접한 번의 오프셋을 변화시킬 수 있다. 이러한 두 변동의 조합은, 태양 복사 압력 및 다른 섭동에 의해 생성된 이심률을 보상할 수 있는 타겟 Δe(Δetarget = Δex + Δey)를 차례차례 생성하는 순 ΔVradial을 생성할 수 있다. 도 10은 예시적인 실시예에서 위도 궤도 수정 기동에 의해 생성되는 타겟 Δe를 나타낸다. 도 10에 대해, 번 지속 시간의 차이가 Δex 성분을 생성하고 번의 오프셋의 차이는 Δey 성분을 생성하는 것으로 가정한다. Δex 및 Δey 성분은 타겟 Δe를 생성하기 위해 가산된다. 궤도 컨트롤러는, 타겟 Δe가 도 7에 나타낸 바와 같이 태양 복사 압력 및 다른 섭동에 의해 생성되는 이심률 벡터의 방향과 반대되는 방향으로 가리키도록, 기동을 조정할 수 있다. 따라서, 위도 궤도 수정 기동은 태양(702)에 의해 생성되는 이심률을 보상할 수 있다.
전기 스러스터(210∼211)에 의해 수행되는 기동이 타겟 Δe를 생성하기 위해 ΔVradial을 충분히 제공하지 못하는 경우, 궤도 컨트롤러(120)는 또한 타겟 Δe를 생성하는데 도움을 주기 위해 서쪽 화학적 스러스터(220) 및/또는 동쪽 화학적 스러스터(221)를 점화(fire)할 수 있다. 화학적 스러스터(220∼221)의 번은 궤도 교점에서 수행되거나 또는 궤도 교점 근처에서 수행될 수 있거나, 또는 타겟 Δe의 원하는 방향에 기초하여 위성(100)의 궤도를 따라 다른 위치에서 수행될 수도 있다. 전기 스러스터(210∼211)의 번에 의해 생성된 Δe 성분에 가산하기 위해, 궤도 컨트롤러(120)는 위성(100)의 ΔVtan을 생성하는 위성(100)의 궤도를 따라 한 위치에서 동쪽 화학적 스러스터(221)의 번을 제어할 수 있다. ΔVtan은 동쪽 화학적 스러스터(221)의 번으로 인한 Δe 성분을 생성한다. 궤도 컨트롤러(120)는 또한 위성(100)의 다른 ΔVtan을 생성하는 위성(100)의 궤도를 따라 한 위치에서 서쪽 화학적 스러스터(220)의 번을 제어할 수 있다. ΔVtan은 서쪽 화학적 스러스터(220)의 번으로 인한 Δe 성분을 생성한다. 궤도 컨트롤러(120)는, 이들 번으로부터의 Δe 성분이 타겟 Δe를 생성하기 위해 전기 스러스터(210∼211)의 번으로부터의 Δe 성분에 가산되도록, 화학적 스러스터(220∼221)의 번의 위치를 선택한다.
도 11은 예시적인 실시예에서 승교점(412) 및/또는 강교점(414)에 근접한 화학적 스러스터의 번을 나타낸다. 동쪽 화학적 스러스터(221)의 번은 접선 방향으로 ΔV를 생성할 것이다. 이 ΔV는 위성(100)의 궤도 운동(orbital motion)에 대항하여 역행 번(retrograde burn)으로서 언급된다. 승교점(412)에 근접한 ΔVtan은, 실질적으로 y축을 따라 Δe 성분을 산출하는 x축을 따르고 있다. 이 Δey 성분은, 타겟 Δe를 생성하기 위해 전기 스러스터(210∼211)의 번으로 인한 Δe 성분에 가산된다. 서쪽 화학적 스러스터(220)의 번은 접선 방향으로 ΔV를 생성할 것이다. 이 ΔV는 위성(100)의 궤도 운동을 가지고 있어 순행 번(prograde burn)으로서 언급된다. 강교점(414)에 근접한 ΔVtan은 실질적으로 y축을 따라 Δe 성분을 생성하는 x축을 따르고 있다. 이 Δey 성분은, 타겟 Δe를 생성하기 위해 전기 스러스터(210∼211)의 번으로 인한 Δe 성분 및 동쪽 화학적 스러스터(221)의 번으로 인한 Δey 성분에 가산된다. 도 11에 나타낸 기동은 화학적 스러스터(220∼221) 중 하나 이상의 번이 전기 스러스터(210∼211)의 번에 의해 생성된 Δe 성분에 어떻게 가산될 수 있는가를 나타내는 일례일 뿐이다.
도 12는 예시적인 실시예에서 위성(100)의 궤도를 따라 다수의 위치에서 화학적 스러스터의 번을 나타낸다. 서쪽 화학적 스러스터(220) 및/또는 동쪽 화학적 스러스터(221)의 번은 가상적으로 궤도를 따라 임의의 위치에서 행해질 수 있다. 동쪽 화학적 스러스터(221)의 번은 Δex 성분 및 Δey 성분을 산출하는 어떤 위치(1202)에서 ΔVtan을 생성할 것이다. Δex 및 Δey 성분은 타겟 Δe를 생성하기 위해 전기 스러스터(210∼211)의 번으로 인한 Δe 성분에 가산될 수 있다. 마찬가지로, 서쪽 화학적 스러스터(220)의 번은 Δex 성분 및 Δey 성분을 산출하는 위치(1204)에서 ΔVtan을 생성한다. Δex 및 Δey 성분은, 타겟 Δe를 생성하기 위해 전기 스러스터(210∼211)의 번으로 인한 Δe 성분 및 동쪽 화학적 스러스터(221)의 번으로 인한 Δex 및 Δey 성분에 가산될 수 있다. 위치(1202, 1204)는 전형적으로는 180° 떨어져 있지만, 위치는 원하는 Δe 성분에 따라 180°떨어져 있는 것으로부터 변화할 수 있다. 도 12에 나타낸 기동은 화학적 스러스터(220∼221) 중 하나 이상의 번이 전기 스러스터(210∼211)의 번에 의해 생성된 Δe 성분에 어떻게 가산될 수 있는가를 나타내는 일례일 뿐이다.
궤도 컨트롤러(120)는 타겟 Δe를 생성하기 위해 위에서 설명한 기동의 임의의 조합을 구현할 수 있다. 궤도 컨트롤러(120)에 의해 구현되는 위도 궤도 수정을 위한 예시적인 프로세스가 도 13 및 도 14에 도시되어 있다. 도 13 및 도 14는 예시적인 실시예에서 위성(100)에 대한 위도 궤도 수정 기동을 제어하기 위한 방법(1300)을 설명하는 플로우차트이다. 방법(1300)의 단계들은 도 1∼도 3의 위성(100)에 대하여 설명될 것이고, 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 여기에 기재된 방법은 도시되지 않은 다른 위성 또는 시스템에 대해서도 수행될 수 있다는 것을 이해할 것이다. 여기에 기재된 방법의 단계들은, 모두 포함하는 것은 아니며, 도시되지 않은 다른 단계들을 포함할 수도 있다. 여기에 나타낸 플로우차트의 단계들은 다른 순서로 수행될 수도 있다.
위도 궤도 수정 기동을 개시하면, 궤도 컨트롤러(120)는 위성(100)의 궤도 평면(408)의 경사각을 결정 또는 식별할 수 있다(단계 1302). 궤도 컨트롤러(120)는 또한 태양 복사 압력과 같은 섭동(perturbation)에 의해 생성되는 이심률을 결정, 식별 또는 추정할 수 있다(단계 1304). 위에서 설명한 바와 같이, 태양 복사 압력으로부터의 이심률 벡터는 태양의 위치에 기초하여 방향을 바꾼다. 따라서, 궤도 컨트롤러(120)는 연중 시각에 기초하여 태양 복사 압력에 의해 생성되는 이심률 벡터의 방향 및 크기를 추정할 수 있다.
궤도 컨트롤러(120)는, 그 다음에 궤도 평면(408)의 경사각 및/또는 태양 복사 압력과 같은 교란에 의해 생성되는 이심률을 보상하기 위해 위도 궤도 수정 기동을 위한 파라미터(parameter)를 결정한다(단계 1306). 파라미터를 결정하는 단계에서, 궤도 컨트롤러(120)는 조합해서 북쪽 전기 스러스터(210) 및 남쪽 전기 스러스터(211)에 대한 총 번 시간을 결정한다(단계 1308). 북쪽 전기 스러스터(210) 및 남쪽 전기 스러스터(211)에 대한 총 번 시간은 궤도 평면(408)의 경사각을 보상하도록 계산된다. 궤도 컨트롤러(120)는 그 다음에 승교점(412) 및 강교점(414)에 근접한 다른 번 지속 시간으로 총 번 시간을 분할한다. 번이 궤도 교점"에 근접(proximate to)"한 경우, 번은 궤도 교점 근처 또는 궤도 교점에 가깝다. 궤도 컨트롤러(120)는 강교점(414)에 근접한 남쪽 전기 스러스터(211)의 번의 지속 시간과 다른 승교점(412)에 근접한 북쪽 전기 스러스터(210)의 번의 지속 시간을 선택한다(단계 1310). 승교점 및 강교점에 근접한 번 지속 시간의 차이는 실질적으로 x축을 따라 Δe 성분을 산출한다(도 8 참조).
궤도 컨트롤러(120)는 또한 번이 궤도 교점에 대하여 수행되는 때를 결정한다. 궤도 컨트롤러(120)는 강교점(414)에 관한 남쪽 전기 스러스터(211)의 번의 오프셋과 다른 승교점(412)에 관한 북쪽 전기 스러스터(210)의 번의 오프셋을 선택한다(단계 1312). 오프셋은 궤도 교점으로부터의 번의 중심의 시프트를 나타낸다. 전통적인 위도 궤도 수정 기동에 있어서, 번은 승교점 및 강교점에 관하여 중심을 두고 있었다. 이 실시예에서, 북쪽 전기 스러스터(210) 및 남쪽 전기 스러스터(211)의 번의 중심은 시간, 도 등에서 궤도 교점의 중심에서 벗어나 시프트될 수 있다. 번 중 하나에 대한 최소 오프셋은 제로이고, 최대 오프셋은 번의 지속 시간과 원하는 경사각 보정의 양에 의해 제한된다. 승교점 및 강교점에 근접한 번 오프셋의 차이는 실질적으로 y축을 따라 Δe 성분을 생성한다(도 9 참조).
궤도 컨트롤러(120)는, 그 다음에 승교점(412)에 근접한 북쪽 전기 스러스터(210)의 번을 제어하고(단계 1314), 강교점(414)에 근접한 남쪽 전기 스러스터(211)의 번을 제어한다(단계 1316). 전기 스러스터(210∼211)의 번은 매일(또는 1년 이상의 기간에 걸쳐 거의 매일) 수행될 수 있다.
전기 스러스터의 번이 Δe 성분을 충분히 제공하지 못하는 경우, 궤도 컨트롤러(120)는 도 14에 나타내 바와 같이 서쪽 화학적 스러스터(220) 및/또는 동쪽 화학적 스러스터(221)의 번을 제어할 수 있다. 궤도 컨트롤러(120)는 위성(100)의 ΔVtan을 생성하는 위성(100)의 궤도를 따라 한 위치에서 동쪽 화학적 스러스터(221)의 번을 제어할 수 있다(단계 1318). ΔVtan은 동쪽 화학적 스러스터(221)의 번으로 인한 Δe 성분을 생성한다. 궤도 컨트롤러(120)는 부가해서 또는 그 대신에 위성(100)의 ΔVtan을 생성하는 위성(100)의 궤도를 따라 한 위치에서 서쪽 화학적 스러스터(220)의 번을 제어할 수 있다(단계 1320). ΔVtan은 서쪽 화학적 스러스터(220)의 번으로 인한 Δe 성분을 생성한다. 궤도 컨트롤러(120)는, 그들의 Δe 성분이 전기 스러스터(210∼211)의 번으로 인한 Δe 성분에 가산되도록, 동쪽 화학적 스러스터(221)의 번의 위치 및/또는 서쪽 화학적 스러스터(220)의 번의 위치를 선택한다. 이러한 Δe 성분의 가산은 섭동으로 인한 이심률을 보상한다.
위에서 설명한 바와 같은 번의 조합은 섭동을 보상하기 위해 타겟 Δe를 생성할 수 있다. 예를 들어, 태양에 의해 야기되는 이심률에 대응하기 위해, 위에서 설명한 위도 궤도 수정 기동은 태양의 뒤에서 약 90°를 가리키는 타겟 Δe를 생성할 수 있다. 타겟 Δe는 태양에 의한 이심률 벡터 코스(cause)보다 반대 방향을 가리킨다. 태양의 위치가 한 해 동안 변함에 따라, 궤도 컨트롤러(120)는 타겟 Δe가 태양의 뒤에서 약 90°를 가리키는 것을 계속하도록 위도 궤도 수정 기동을 조정할 수 있다.
전기 스러스터(210∼211) 중 하나가 작동 불가능하게 된 경우가 있을 수 있다. 도 2에서 볼 수 있는 바와 같이, 위성(100)은 리던던트 북쪽 및 남쪽 전기 스러스터를 가지지 않을 수도 있다. 따라서, 스러스터 중 하나의 고장은 위에서 설명한 바와 같이 승교점(412) 및 강교점(414)의 양쪽에서 번을 허용하지 않을 것이다. 리던던트 스러스터가 구현되면, 북쪽 전기 스러스터의 모두 또는 남쪽 전기 스러스터 모두가 고장날 경우가 있을 수 있다. 고장이 발생하면, 도 15에서 나타낸 바와 같이, 궤도 컨트롤러(120)는 고장 시나리오에 대해 다른 위도 궤도 수정 기동으로 천이(transition)할 수 있다.
도 15는 예시적인 실시예에서 고장 시나리오 동안의 위도 궤도 수정 기동을 제어하기 위한 방법(1500)을 설명하는 플로우차트이다. 궤도 컨트롤러(120)는 북쪽 전기 스러스터(210) 또는 남쪽 전기 스러스터(211) 중 하나가 고장나는지를 검출한다(단계 1502). 전기 스러스터의 고장은 기동에 대해 임의의 추력 또는 충분한 추력을 제공하는 것이 불가능한 스러스터를 만들 수 있다. 궤도 컨트롤러(120)는 또한 궤도 평면의 경사각을 보상하기 위해 총 번 시간과 같은, 궤도 평면(408)의 경사각을 보상하기 위해 고장 시나리오 기동을 위한 파라미터를 결정한다. 하나의 전기 스러스터만이 동작가능하기 때문에, 총 번 시간은 동작가능한 나머지 전기 스러스터에 인가된다. 그 관련된 궤도 교점(즉, 승교점 또는 강교점)에서 나머지 전기 스러스터의 번은 일반적으로 경사각을 보상하기에 충분하다. 나머지 전기 스러스터의 번이 충분하지 않은 경우에는, 경사각의 제어는 그 관련된 궤도 교점(즉, 승교점 또는 강교점)에서 북쪽 또는 남쪽 화학적 스러스터(224∼225)의 어느 하나에 의해 증가될 수 있다. 궤도 컨트롤러(120)는 그 관련된 궤도 교점에 근접한 나머지 전기 스러스터의 번을 제어한다(단계 1504). 하나의 예에 대해 북쪽 전기 스러스터(210)가 고장났다고 가정한다. 궤도 컨트롤러(120)는, 그 다음에 강교점(414)에 근접한 남쪽 전기 스러스터(211)의 번을 제어한다. 도 16은 예시적인 실시예에서 강교점(414)에서 남쪽 전기 스러스터(211)의 번을 나타낸다. 이 실시예에서는, 남쪽 전기 스러스터(211)의 번(1604)이 강교점(414)에 나타내어져 있다. 스러스터(211)의 총 번 시간은 궤도 평면(408)의 경사각을 보상하기 위해 적어도 부분적으로 결정된다. 예를 들어, 경사각을 보상하기 위한 총 번 시간이 6시간인 경우, 강교점(414)에서 남쪽 전기 스러스터(211)의 번(1602)의 시간은 약 6시간으로 될 수 있다. 번(1602)은 강교점(414)에서 중심을 두고 있는 것으로 나타내어져 있다. 나머지 전기 스러스터의 번은 경사각 제어를 위해 필요에 따라 매일 또는 거의 매일 발생할 수 있다.
하나의 궤도 교점만에서 전기 스러스터의 번이 있기 때문에, 나머지 전기 스러스터의 번으로 인해 위성(100)의 궤도에 대해 Δe 성분(ΔeELEC)를 생성하는 잔류 ΔVradial이 있다. Δe 성분은, 강교점(414)이 약 270°에 있다고 가정하는 도 16에서 x축을 따르는 것으로서 나타내어져 있다. 하나의 궤도 교점만에서의 번에 의해 생성되는 Δe 성분을 보상하기 위해, 궤도 컨트롤러(120)는 ±5°의 편차(deviation)를 가지고 나머지 전기 스러스터의 번으로부터 90°에서 화학적 스러스터(220∼221) 중 하나의 번을 제어하고(단계 1506), ±5°의 편차를 가지고 나머지 전기 스러스터의 번으로부터 270°에서 다른 화학적 스러스터(220∼221)의 번을 제어한다(단계 1508). 예를 들어, 나머지 전기 스러스터의 번이 270°의 적경(right ascension)에 있거나 270°의 적경 근방에 있으면, 화학적 스러스터(220∼221) 중 하나의 번은 0°의 적경에 있을 수 있고, 화학적 스러스터(220∼221)의 다른 번은 180°의 적경에 있을 수 있다. 적경은 춘분(vernal equinox)으로부터 천구의 적도(celestial equator)를 따라 동쪽으로 측정된 각도 거리(angular distance)이다. 태양은 춘분에 0°의 적경에 있고, 하지(summer solstice)에 90°의 적경에 있으며, 추분(autumnal (fall) equinox)에 180°의 적경에 있고, 동지(winter solstice)에 270°의 적경에 있다. 화학적 스러스터(220∼221)의 번의 각도 거리는 궤도 역학의 허용 공차(acceptable tolerance) 내에서 변동할 수 있는 근사치(approximation)이다. 예를 들어, 0°의 적경은 0°± 1°, 0°± 2° 등과 같은 0°± 공차 또는 편차를 의미할 수 있다. 마찬가지로, 180°의 적경은 180°± 1°, 180°± 2° 등과 같은 180°± 공차 또는 편차를 의미할 수 있다. 화학적 스러스터(220∼221)의 번은, 나머지 전기 스러스터(210∼211)에서 번에 의해 야기되는 Δe를 보상하기 위해 필요에 따라 며칠마다 발생할 수 있다.
도 17은 예시적인 실시예에서 나머지 전기 스러스터의 번으로부터 90° 및 270°에서의 기동을 나타낸다. 도 16에서 나타낸 바와 같이, 강교점(414)에 근접한 남쪽 전기 스러스터(211)의 번(1604)은 x축을 따라 Δe 성분을 생성한다(ΔeELEC로서 나타냄). 궤도 컨트롤러(120)는, 도 17에서 0°의 적경에 있거나 그 근방에 있는 남쪽 전기 스러스터(211)의 번으로부터 동쪽 화학적 스러스터(221)의 역행 번(retrograde burn; 1702)을 약 90° 제어한다. 역행 번(1702)은 위성(100)의 운동과 별 관계가 없는(tangential to) 속도 변화(ΔVtan)를 위성(100)의 운동과 반대 방향으로 생성한다. ΔVtan은 x축을 따라 Δe 성분을 생성한다(ΔeCHEM-1으로서 나타냄). 궤도 컨트롤러(120)는 또한 180°의 적경에 있거나 그 근방에 있는 남쪽 전기 스러스터(211)의 번으로부터 서쪽 화학적 스러스터(220)의 순행 번(prograde burn; 1704)을 약 270° 제어한다. 순행 번(1704)은 위성(100)의 운동과 별 관계가 없는 다른 속도 변화(ΔVtan)를 위성(100)의 운동과 같은 방향으로 생성한다. ΔVtan은 x축을 따라 Δe 성분을 생성한다(ΔeCHEM-2로서 나타냄). 동쪽 화학적 스러스터(221)의 역행 번(1702) 및 서쪽 화학적 스러스터(220)의 순행 번(1704)에 의해 생성된 Δe 성분의 조합은, 남쪽 전기 스러스터(211)의 번(1604)에 의해 생성된 Δe 성분을 보상하도록 작용한다.
도 17에서 나타낸 바와 같이 0°의 적경 및 180°의 적경에서의 번은 y축을 따르고 있는 ΔVtan을 제공하기 위한 것이다. 화학적 스러스터(220∼221)가 경사져 비스듬하게 되어 있어 ΔVtan을 정확히 y축에 평행하게 제공하지 않는 경우가 있을 수 있다. 이러한 경우에, 번은 화학적 스러스터(220∼221)의 캔트 각도(cant angle)를 보상하기 위해 0°의 적경 및 180°의 적경에서 떨어져 이동될 수 있다. 예를 들어, 동쪽 화학적 스러스터(221)가 1°만큼 경사져 있으면, 동쪽 화학적 스러스터(221)의 번은 스러스터의 캔트 각도를 보상하고 y축에 평행한 ΔVtan을 생성하기 위해 1°의 적경으로 이동될 수 있다(즉, 편차는 0°의 적경으로부터 1°이다). 마찬가지로, 서쪽 화학적 스러스터(220)가 2°만큼 경사져 있으면, 서쪽 화학적 스러스터(220)의 번은 스러스터의 캔트 각도를 보상하고 y축에 평행한 ΔVtan을 생성하기 위해 182°의 적경으로 이동될 수 있다(즉, 편차는 180°의 적경으로부터 2°이다). 0°의 적경과 180°의 적경으로부터의 편차는 화학적 스러스터의 캔트 각도에 기초를 두고 있다.
나머지 전기 스러스터의 번으로부터 90° 및 270°에서의 기동은, 나머지 전기 스러스터의 번에 의해 생성된 Δe 성분을 보상할 수 있다. 다른 실시예에서, 화학적 스러스터(220∼221)의 번은 또한 태양 복사 압력과 같은 섭동에 의해 생성된 Δe 성분을 보상하기 위해 사용될 수 있다. 도 18은 예시적인 실시예에서 고장 시나리오 동안의 위도 궤도 수정 기동을 제어하기 위한 방법(1800)을 설명하는 플로우차트이다. 전과 같이, 궤도 컨트롤러(120)는 북쪽 전기 스러스터(210) 또는 남쪽 전기 스러스터(211) 중 하나가 고장나는지를 검출한다(단계 1802). 궤도 컨트롤러(120)는, 그 다음에 궤도 평면(408)의 경사각 및/또는 섭동에 의해 야기되는 이심률을 보상하기 위해 고장 시나리오 기동을 위한 파라미터를 결정한다. 파라미터를 결정하는 단계에서, 궤도 컨트롤러(120)는 궤도 평면의 경사각을 보상하기 위해 총 번 시간을 결정할 수 있다. 하나의 전기 스러스터만이 동작가능하기 때문에, 총 번 시간은 동작가능한 나머지 전기 스러스터에 인가된다. 그 관련된 궤도 교점(즉, 승교점 또는 강교점)에서 나머지 전기 스러스터의 번은 일반적으로 경사각을 보상하기에 충분하다. 나머지 전기 스러스터의 번이 충분하지 않은 경우에는, 경사각의 제어는 그 관련된 궤도 교점(즉, 승교점 또는 강교점)에서 북쪽 또는 남쪽 화학적 스러스터(224∼225)의 어느 하나에 의해 증가될 수 있다. 궤도 컨트롤러(120)는 그 관련된 궤도 교점에서 나머지 전기 스러스터의 번을 제어한다(단계 1804). 하나의 예에 대해 북쪽 전기 스러스터(210)가 고장났다고 가정한다. 궤도 컨트롤러(120)는, 그 다음에 강교점(414)에서 남쪽 전기 스러스터(211)의 번을 제어할 것이다(도 16 참조). 나머지 전기 스러스터의 번은 경사각 제어를 위해 필요에 따라 매일 또는 거의 매일 발생할 수 있다.
궤도 컨트롤러(120)는 또한 태양 복사 압력과 같은 위성(100)의 궤도에 영향을 미치는 섭동으로 인한 Δe 성분을 결정, 식별 또는 추정할 수 있다(단계 1805). 위에서 설명한 바와 같이, 태양 복사 압력으로부터의 이심률 벡터는 태양의 위치에 기초하여 방향을 바꾼다. 따라서, 궤도 컨트롤러(120)는 연중 시각에 기초하여 태양 복사 압력에 의해 생성되는 이심률 벡터의 방향 및 크기를 추정할 수 있다. 궤도 컨트롤러(120)는 위성(100)의 ΔVtan을 생성하는 위성(100)의 궤도를 따라 한 위치에서 동쪽 화학적 스러스터(221)의 번을 제어한다(단계 1806). ΔVtan은 동쪽 화학적 스러스터(221)의 번으로 인한 Δe 성분을 생성한다. 궤도 컨트롤러(120)는 또한 위성(100)의 ΔVtan을 생성하는 위성(100)의 궤도를 따라 한 위치에서 서쪽 화학적 스러스터(220)의 번을 제어한다. ΔVtan은 서쪽 화학적 스러스터(220)의 번으로 인한 Δe 성분을 생성한다. 궤도 컨트롤러(120)는, 그들의 Δe 성분이 나머지 전기 스러스터의 번으로 인한 Δe 성분 및 섭동에 의한 Δe 성분을 보상하도록, 동쪽 화학적 스러스터(221) 및 서쪽 화학적 스러스터(220)의 번의 위치를 선택한다(단계 1810).
위에서 설명한 바와 같은 화학적 스러스터(220∼221)의 번은 이심률 변화를 보상하기 위해 사용된다. 하나의 전기 스러스터만이 이용가능한 경우에는, 이 전기 스러스터의 번으로부터 잔류 Δe 성분이 있을 수 있다. 화학적 스러스터(220∼221)의 번은 잔류 Δe 성분을 보상하기 위해 사용될 수 있다. 화학적 스러스터의 번은 또한 섭동에 의해 생성되는 Δe 성분을 보상하기 위해 사용될 수도 있다. 따라서, 궤도 컨트롤러(120)는 화학적 스러스터(220∼221)가 단일의 전기 스러스터로부터의 잔류 Δe 성분 및/또는 교란로부터의 Δe 성분을 보상할 수 있는 Δe 성분(크기 및 방향)을 생성하기 위해 점화되는 곳을 선택할 수 있다.
다음의 것은 원치 않는 Δe 성분을 보상하기 위해 화학적 스러스터(220∼221)의 다른 번을 설명한다. 도 19는 예시적인 실시예에서 동쪽 화학적 스러스터(221)의 역행 번 및 서쪽 화학적 스러스터(220)의 순행 번을 나타낸다. 다시, 남쪽 전기 스러스터(211)의 번은 x축을 따라 Δe 성분을 생성한다(ΔeELEC로서 도 19에 나타냄). 동쪽 화학적 스러스터(221)의 역행 번(1902)은, 0°의 적경으로부터 +30°만큼 오프셋(offset)된 것(30°의 적경)으로서 나타내어져 있다. 역행 번(1902)은 위성(100)의 운동과 별 관계가 없는 속도 변화(ΔVtan)를 위성(100)의 운동과 반대 방향으로 생성한다. ΔVtan은 y축을 따라 정렬되어 있지 않기 때문에, ΔVtan은 x성분(Δex) 및 y성분(Δey)을 갖는 Δe 성분을 생성한다(ΔeCHEM-1으로서 나타냄). 서쪽 화학적 스러스터(220)의 순행 번(1904)은, 180°의 적경으로부터 +30°만큼 오프셋된 것(210°의 적경)으로서 나타내어져 있다. 순행 번(1904)은 위성(100)의 운동과 별 관계가 없는 다른 속도 변화(ΔVtan)를 위성(100)의 운동 방향으로 생성한다. ΔVtan은 y축을 따라 정렬되어 있지 않기 때문에, ΔVtan은 x성분 및 y성분을 갖는 Δe 성분을 생성한다(ΔeCHEM-2로서 나타냄). 동쪽 화학적 스러스터(221)의 역행 번(1902)에 의해 생성된 Δe 성분, 서쪽 화학적 스러스터(220)의 순행 번(1904)에 의해 생성된 Δe 성분, 및 남쪽 전기 스러스터(211)의 번(1604)에 의해 생성된 Δe 성분(도 16 참조)은 세 가지 기동에 대한 총 또는 타겟 Δe를 생성하기 위해 가산된다. 이 경우, 섭동으로부터의 Δe 성분은 원치 않는 성분이다.
도 20은 예시적인 실시예에서 세 가지 기동에 대한 타겟 Δe를 나타낸다. ΔeCHEM-1, ΔeCHEM-2 및 ΔeELEC가 가산될 때, 섭동을 보상하기 위해 사용될 수 있는 타겟 Δe가 생성된다. 예를 들어, 태양에 의해 야기되는 이심률에 대응하기 위해, 기동은 태양의 뒤에서 약 90°를 가리키는 타겟 Δe를 생성할 수 있다. 타겟 Δe는 태양에 의한 이심률 벡터 코스(cause)보다 반대 방향을 가리킨다. 태양의 위치가 한 해 동안 변함에 따라, 궤도 컨트롤러(120)는 타겟 Δe가 태양의 뒤에서 약 90°를 가리키는 것을 계속하도록 위도 기동을 조정할 수 있다.
상기 개념을 고려하는 또 다른 방법은, 섭동으로부터의 Δe 성분과 남쪽 전기 스러스터(211)의 번으로부터의 Δe 성분 모두가 원치 않는 성분이라는 것이다. 따라서, 화학적 스러스터(220∼221)의 번은, 이들 번의 결과가 되는 Δe 성분이 전기 스러스터 및 섭동으로부터 Δe 성분에 대응할 수 있도록, 배치될 수 있다.
도 21은 예시적인 실시예에서 동쪽 화학적 스러스터(221)의 역행 번 및 서쪽 화학적 스러스터(220)의 순행 번을 나타낸다. 이 예에서, 남쪽 전기 스러스터(211)의 번은 x축을 따라 Δe 성분을 생성한다(ΔeELEC로서 도 21에 나타냄). 동쪽 화학적 스러스터(221)의 역행 번(2102)은, 0°의 적경으로부터 -20°만큼 오프셋(offset)된 것(340°의 적경)으로서 나타내어져 있다. 역행 번은 위성(100)의 운동과 별 관계가 없는 속도 변화(ΔVtan)를 위성(100)의 운동과 반대 방향으로 생성한다. ΔVtan은 x성분 및 y성분을 갖는 Δe 성분을 생성한다(ΔeCHEM-1으로서 나타냄). 서쪽 화학적 스러스터(220)의 순행 번(2104)은, 180°의 적경으로부터 -20°만큼 오프셋된 것(160°의 적경)으로서 나타내어져 있다. 순행 번(2104)은 위성(100)의 운동과 별 관계가 없는 다른 속도 변화(ΔVtan)를 위성(100)의 운동 방향으로 생성한다. ΔVtan은 x성분 및 y성분을 갖는 Δe 성분을 생성한다(ΔeCHEM-2로서 나타냄). 동쪽 화학적 스러스터(221)의 역행 번(2102)에 의해 생성된 Δe 성분, 서쪽 화학적 스러스터(220)의 순행 번(2104)에 의해 생성된 Δe 성분, 및 남쪽 전기 스러스터(211)의 번(1604)에 의해 생성된 Δe 성분(도 16 참조)은 세 가지 기동에 대한 총 또는 타겟 Δe를 생성하기 위해 가산된다. 이 경우, 섭동으로부터의 Δe 성분은 원치 않는 성분이다. 남쪽 전기 스러스터(211)의 번 및 화학적 스러스터(220∼221)의 번은 섭동으로부터의 Δe 성분에 대응할 수 있다.
도 19∼도 21에서 볼 수 있는 바와 같이, 화학적 스러스터(220∼221)의 번은 전기 스러스터(210∼211) 중 하나가 고장나더라도 타겟 Δe를 생성하기 위해 위성(100)의 궤도를 따라 다른 점에서 수행될 수 있다. 결과적으로, 궤도 컨트롤러(120)는 교란에 의해 야기되는 이심률을 보상할 수 있고, 그 상자 안에 위성(100)을 유지할 수 있다. 따라서, 위성(100)은 전기 스러스터가 고장나더라도 동작에 머물 수 있다.
도면에 도시되거나 여기에 설명된 각종의 요소 중 임의의 것이 하드웨어, 소프트웨어, 펌웨어, 또는 이들의 일부 조합으로서 구현될 수 있다. 예를 들어, 요소는 전용의 하드웨어로서 구현될 수 있다. 전용의 하드웨어 요소는 "프로세서(processor)", "컨트롤러(controller)" 또는 일부 유사한 용어로서 언급될 수 있다. 프로세서에 의해 제공되는 경우, 기능들은 단일의 전용 프로세서에 의해, 단일의 공유 프로세서에 의해, 또는 그 일부가 공유될 수 있는 복수의 개별 프로세서에 의해 제공될 수 있다. 게다가, 용어 "프로세서" 또는 "컨트롤러"의 명확한 사용은 소프트웨어를 실행할 수 있는 하드웨어를 배타적으로 언급하는 것으로 해석되어서는 안되며, 암시적으로 제한없이 디지털 신호 프로세서(digital signal processor, DSP) 하드웨어, 네트워크 프로세서(network processor), 응용 주문형 집적 회로(application-specific integrated circuit, ASIC) 또는 다른 회로, 필드 프로그래머블 게이트 어레이(field programmable gate array, FPGA), 소프트웨어를 저장하기 위한 판독 전용 메모리(read only memory, ROM), 랜덤 액세스 메모리(random access memory, RAM), 비휘발성 저장 장치(non-volatile storage), 로직, 또는 일부 다른 물리적 하드웨어 구성 요소 또는 모듈을 포함할 수 있다.
또한, 요소는 그 요소의 기능을 수행하기 위한 프로세서 또는 컴퓨터에 의해 실행 가능한 명령어(instruction)로서 구현될 수 있다. 명령어의 일부 예는, 소프트웨어, 프로그램 코드 및 펌웨어이다. 명령어는 프로세서에 의해 실행될 때 요소의 기능을 수행하기 위한 프로세서를 지시하도록 동작 가능하다. 명령어는 프로세서에 의해 판독 가능한 저장 장치에 저장될 수 있다. 저장 장치의 일부 예는, 디지털 또는 고체 상태의 메모리, 자기 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 저장 매체, 하드 드라이브 또는 광학적으로 판독가능한 디지털 데이터 저장 매체이다.
더욱이, 본 발명은 다음의 절(clause)에 따른 실시예들을 구비한다:
절 1. 위성에 대한 위도 궤도 수정 기동을 제어하도록 구성된 궤도 컨트롤러를 구비하는 장치로서, 상기 위성이,
지구를 향하도록 구성된 천저 측(nadir side)과 이 천저 측 반대쪽의 천정 측(zenith side)을 갖는 위성 버스;
천정 측의 북쪽 지역을 향해 설치되고 위성의 질량의 중심을 통해 추력(thrust)을 생성하기 위해 아래쪽으로 배향(orient)된 북쪽 전기 스러스터;
천정 측의 남쪽 지역을 향해 설치되고 위성의 질량의 중심을 통해 추력을 생성하기 위해 위쪽으로 배향된 남쪽 전기 스러스터;
위성의 질량의 중심을 통해 추력을 생성하기 위해 위성 버스의 동쪽 측에 설치된 동쪽 화학적 스러스터; 및
위성의 질량의 중심을 통해 추력을 생성하기 위해 위성 버스의 서쪽 측에 설치된 서쪽 화학적 스러스터를 구비하며,
궤도 컨트롤러가, 전기 스러스터 중 하나의 고장을 검출하고, 그 고장에 응답하여:
궤도 교점에 근접한 나머지 전기 스러스터의 번을 제어하고;
나머지 전기 스러스터의 번으로부터 90°± 5°에서 화학적 스러스터 중 하나의 번을 제어하며;
나머지 전기 스러스터의 번으로부터 270°± 5°에서 화학적 스러스터 중 다른 하나의 번을 제어하도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 장치.
절 2. 절 1에 있어서,
나머지 전기 스러스터의 번은 위성의 반경 방향 속도 변화(radial velocity change)를 생성하되, 반경 방향 속도 변화는 나머지 전기 스러스터의 번으로 인한 위성의 궤도에 대한 델타-이심률(delta-eccentricity, Δe) 성분을 생성하고;
90°± 5°에서의 하나의 화학적 스러스터의 번은, 이 화학적 스러스터의 번으로 인한 Δe 성분을 생성하는 위성의 제1 접선 속도 변화(tangential velocity change)를 생성하며;
270°± 5°에서의 다른 화학적 스러스터의 번은, 다른 화학적 스러스터의 번으로 인한 Δe 성분을 생성하는 위성의 제2 접선 속도 변화를 생성하되,
화학적 스러스터의 번으로 인한 델타-이심률 성분은, 나머지 전기 스러스터의 번으로 인한 델타-이심률 성분을 보상하는 것을 특징으로 하는 장치.
절 3. 절 1에 있어서,
궤도 컨트롤러는, 북쪽 전기 스러스터의 고장을 검출하고, 강교점에 근접한 남쪽 전기 스러스터의 번을 제어하도록 구성되어 있고;
궤도 컨트롤러는, 남쪽 전기 스러스터의 번으로부터 90°± 5°에서 동쪽 화학적 스러스터의 역행 번을 제어하고, 남쪽 전기 스러스터로부터 270°± 5°에서 서쪽 화학적 스러스터의 순행 번을 제어하도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 장치.
절 4. 절 1에 있어서,
궤도 컨트롤러는, 남쪽 전기 스러스터의 고장을 검출하고, 승교점에 근접한 북쪽 전기 스러스터의 번을 제어하도록 구성되어 있고;
궤도 컨트롤러는, 북쪽 전기 스러스터의 번으로부터 90°± 5°에서 동쪽 화학적 스러스터의 역행 번을 제어하고, 북쪽 전기 스러스터로부터 270°± 5°에서 서쪽 화학적 스러스터의 순행 번을 제어하도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 장치.
절 5. 절 1에 있어서,
북쪽 전기 스러스터는 위성의 북남 축에 35°± 25°인 제1 각도로 배향되고;
남쪽 전기 스러스터는, 위성의 북남 축에 35°± 25°인 제2 각도로 배향되어 있는 것을 특징으로 하는 장치.
절 6. 절 5에 있어서,
북쪽 전기 스러스터가 짐벌되고;
남쪽 전기 스러스터가 짐벌되며;
궤도 컨트롤러가 북쪽 전기 스러스터의 제1 각도를 조정하고, 남쪽 전기 스러스터의 제2 각도를 조정하도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 장치.
절 7. 절 5에 있어서,
북쪽 전기 스러스터는 제1 각도로 고정되어 있고;
남쪽 전기 스러스터는 제2 각도로 고정되어 있는 것을 특징으로 하는 장치.
절 8. 위성에 대한 위도 궤도 수정 기동을 제어하기 위한 방법으로서, 상기 위성이, 천저 측과 천정 측을 갖는 위성 버스, 천정 측의 북쪽 지역을 향해 설치되고 위성의 질량의 중심을 통해 추력을 생성하기 위해 아래쪽으로 배향된 북쪽 전기 스러스터, 천정 측의 남쪽 지역을 향해 설치되고 위성의 질량의 중심을 통해 추력을 생성하기 위해 위쪽으로 배향된 남쪽 전기 스러스터, 위성의 질량의 중심을 통해 추력을 생성하기 위해 위성 버스의 동쪽 측에 설치된 동쪽 화학적 스러스터, 및 위성의 질량의 중심을 통해 추력을 생성하기 위해 위성 버스의 서쪽 측에 설치된 서쪽 화학적 스러스터를 구비하며,
상기 방법이,
전기 스러스터 중 하나의 고장을 검출하는 단계; 및
그 고장에 응답하여,
궤도 교점에 근접한 나머지 전기 스러스터의 번을 제어하는 단계;
나머지 전기 스러스터의 번으로부터 90°± 5°에서 화학적 스러스터 중 하나의 번을 제어하는 단계; 및
나머지 전기 스러스터의 번으로부터 270°± 5°에서 화학적 스러스터 중 다른 하나의 번을 제어하는 단계를 구비하는 것을 특징으로 하는 방법.
절 9. 절 8에 있어서,
나머지 전기 스러스터의 번은 위성의 반경 방향 속도 변화(radial velocity change)를 생성하되, 반경 방향 속도 변화는 나머지 전기 스러스터의 번으로 인한 위성의 궤도에 대한 델타-이심률(delta-eccentricity) 성분을 생성하고;
90°± 5°에서의 하나의 화학적 스러스터의 번은, 이 화학적 스러스터의 번으로 인한 Δe 성분을 생성하는 위성의 제1 접선 속도 변화(tangential velocity change)를 생성하며;
270°± 5°에서의 다른 화학적 스러스터의 번은, 다른 화학적 스러스터의 번으로 인한 Δe 성분을 생성하는 위성의 제2 접선 속도 변화를 생성하되,
화학적 스러스터의 번으로 인한 델타-이심률 성분은, 나머지 전기 스러스터의 번으로 인한 델타-이심률 성분을 보상하는 것을 특징으로 하는 방법.
절 10. 절 8에 있어서, 번을 제어하는 단계는,
북쪽 전기 스러스터의 고장을 검출하는 단계;
강교점에 근접한 남쪽 전기 스러스터의 번을 제어하는 단계;
남쪽 전기 스러스터의 번으로부터 90°± 5°에서 동쪽 화학적 스러스터의 역행 번을 제어하는 단계; 및
남쪽 전기 스러스터의 번으로부터 270°± 5°에서 서쪽 화학적 스러스터의 순행 번을 제어하는 단계를 구비하는 것을 특징으로 하는 방법.
절 11. 절 8에 있어서, 번을 제어하는 단계는,
남쪽 전기 스러스터의 고장을 검출하는 단계;
승교점에 근접한 북쪽 전기 스러스터의 번을 제어하는 단계;
북쪽 전기 스러스터의 번으로부터 90°± 5°에서 동쪽 화학적 스러스터의 역행 번을 제어하는 단계; 및
북쪽 전기 스러스터의 번으로부터 270°± 5°에서 서쪽 화학적 스러스터의 순행 번을 제어하는 단계를 구비하는 것을 특징으로 하는 방법.
절 12. 위성에 대한 위도 궤도 수정 기동을 제어하도록 구성된 궤도 컨트롤러를 구비하는 장치로서, 상기 위성이,
지구를 향하도록 구성된 천저 측과 이 천저 측 반대쪽의 천정 측을 갖는 위성 버스;
천정 측의 북쪽 지역을 향해 설치되고 위성의 질량의 중심을 통해 추력을 생성하기 위해 아래쪽으로 배향된 북쪽 전기 스러스터;
천정 측의 남쪽 지역을 향해 설치되고 위성의 질량의 중심을 통해 추력을 생성하기 위해 위쪽으로 배향된 남쪽 전기 스러스터;
위성의 질량의 중심을 통해 추력을 생성하기 위해 위성 버스의 동쪽 측에 설치된 동쪽 화학적 스러스터; 및
위성의 질량의 중심을 통해 추력을 생성하기 위해 위성 버스의 서쪽 측에 설치된 서쪽 화학적 스러스터를 구비하며,
궤도 컨트롤러가, 전기 스러스터 중 하나의 고장을 검출하고, 그 고장에 응답하여:
위성의 반경 속도 변화를 생성하는 궤도 교점에 근접한 나머지 전기 스러스터의 번을 제어하되, 반경 방향 속도 변화는 나머지 전기 스러스터의 번으로 인해 위성의 궤도에 대한 델타-이심률 성분을 생성하고;
위성의 궤도에 영향을 주는 섭동으로 인해 델타-이심률 성분을 결정하며;
위성의 제1 접선 속도 변화를 생성하는 위성의 궤도를 따라 제1 위치에서 동쪽 화학적 스러스터의 번을 제어하되, 제1 접선 속도 변화는 동쪽 화학적 스러스터의 번으로 인한 델타-이심률 성분을 생성하고;
위성의 제2 접선 속도 변화를 생성하는 위성의 궤도를 따라 제2 위치에서 서쪽 화학적 스러스터의 번을 제어하되, 제2 접선 속도 변화는 서쪽 화학적 스러스터의 번으로 인한 델타-이심률 성분을 생성하며;
궤도 컨트롤러는, 동쪽 화학적 스러스터의 번으로 인한 델타-이심률 성분 및 서쪽 화학적 스러스터의 번으로 인한 델타-이심률 성분이 나머지 전기 스러스터의 번으로 인한 델타-이심률 성분 및 섭동으로 인한 델타-이심률 성분을 보상하도록, 동쪽 화학적 스러스터의 번의 제1 위치 및 서쪽 화학적 스러스터의 번의 제2 위치를 선택하도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 장치.
절 13. 절 12에 있어서,
궤도 컨트롤러는 연중 시각(time of year)에 기초하여 태양의 위치를 결정하고, 태양의 위치에 기초하여 섭동으로 인한 델타-이심률 성분을 결정하도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 장치.
절 14. 절 12항에 있어서,
북쪽 전기 스러스터는 위성의 북남 축에 35°± 25°인 제1 각도로 배향되어 있고;
남쪽 전기 스러스터는, 위성의 북남 축에 35°± 25°인 제2 각도로 배향되어 있는 것을 특징으로 하는 장치.
절 15. 절 14에 있어서,
북쪽 전기 스러스터가 짐벌되고;
남쪽 전기 스러스터가 짐벌되며;
궤도 컨트롤러가 북쪽 전기 스러스터의 제1 각도를 조정하고, 남쪽 전기 스러스터의 제2 각도를 조정하도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 장치.
절 16. 절 14에 있어서,
북쪽 전기 스러스터는 제1 각도로 고정되어 있고;
남쪽 전기 스러스터는 제2 각도로 고정되어 있는 것을 특징으로 하는 장치.
절 17. 위성에 대한 위도 궤도 수정 기동을 제어하기 위한 방법으로서, 상기 위성이, 천저 측과 천정 측을 갖는 위성 버스, 천정 측의 북쪽 지역을 향해 설치되고 위성의 질량의 중심을 통해 추력을 생성하기 위해 아래쪽으로 배향된 북쪽 전기 스러스터, 천정 측의 남쪽 지역을 향해 설치되고 위성의 질량의 중심을 통해 추력을 생성하기 위해 위쪽으로 배향된 남쪽 전기 스러스터, 위성의 질량의 중심을 통해 추력을 생성하기 위해 위성 버스의 동쪽 측에 설치된 동쪽 화학적 스러스터, 및 위성의 질량의 중심을 통해 추력을 생성하기 위해 위성 버스의 서쪽 측에 설치된 서쪽 화학적 스러스터를 구비하며,
상기 방법이,
전기 스러스터 중 하나의 고장을 검출하는 단계; 및
그 고장에 응답하여,
위성의 반경 속도 변화를 생성하는 궤도 교점에 근접한 나머지 전기 스러스터의 번을 제어하되, 반경 방향 속도 변화는 나머지 전기 스러스터의 번으로 인해 위성의 궤도에 대한 델타-이심률 성분을 생성하는 단계;
위성의 궤도에 영향을 주는 섭동으로 인해 델타-이심률 성분을 결정하는 단계;
위성의 제1 접선 속도 변화를 생성하는 위성의 궤도를 따라 제1 위치에서 동쪽 화학적 스러스터의 번을 제어하되, 제1 접선 속도 변화는 동쪽 화학적 스러스터의 번으로 인한 델타-이심률 성분을 생성하는 단계;
위성의 제2 접선 속도 변화를 생성하는 위성의 궤도를 따라 제2 위치에서 서쪽 화학적 스러스터의 번을 제어하되, 제2 접선 속도 변화는 서쪽 화학적 스러스터의 번으로 인한 델타-이심률 성분을 생성하는 단계를 구비하되;
동쪽 화학적 스러스터의 번의 제1 위치 및 서쪽 화학적 스러스터의 번의 제2 위치가, 동쪽 화학적 스러스터의 번으로 인한 델타-이심률 성분 및 서쪽 화학적 스러스터의 번으로 인한 델타-이심률 성분이 나머지 전기 스러스터의 번으로 인한 델타-이심률 성분 및 섭동으로 인한 델타-이심률 성분을 보상하도록, 선택되어 있는 것을 특징으로 하는 방법.
절 18. 절 17에 있어서,
궤도 컨트롤러는 연중 시각(time of year)에 기초하여 태양의 위치를 결정하는 단계; 및
태양의 위치에 기초하여 섭동으로 인한 델타-이심률 성분을 결정하는 단계를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 방법.
특정 실시예들이 여기에서 설명되었지만, 본 발명의 범위는 이들 특정 실시예에 한정되지 않는다. 오히려, 본 발명의 범위는 다음의 청구항 및 그 균등물에 의해 정의된다.

Claims (18)

  1. 위성에 대한 위도 궤도 수정 기동을 제어하도록 구성된 궤도 컨트롤러를 구비하는 장치로서, 상기 위성이,
    지구를 향하도록 구성된 천저 측(nadir side)과 이 천저 측 반대쪽의 천정 측(zenith side)을 갖는 위성 버스;
    천정 측의 북쪽 지역을 향해 설치되고 위성의 질량의 중심을 통해 추력(thrust)을 생성하기 위해 아래쪽으로 배향(orient)된 북쪽 전기 스러스터;
    천정 측의 남쪽 지역을 향해 설치되고 위성의 질량의 중심을 통해 추력을 생성하기 위해 위쪽으로 배향된 남쪽 전기 스러스터;
    위성의 질량의 중심을 통해 추력을 생성하기 위해 위성 버스의 동쪽 측에 설치된 동쪽 화학적 스러스터; 및
    위성의 질량의 중심을 통해 추력을 생성하기 위해 위성 버스의 서쪽 측에 설치된 서쪽 화학적 스러스터를 구비하며,
    궤도 컨트롤러가, 전기 스러스터 중 하나의 고장을 검출하고, 그 고장에 응답하여:
    위성의 궤도의 궤도 평면의 경사각을 보상하도록 총 번 시간을 결정하고;
    총 번 시간의 지속 시간에 대해 승교점 또는 강교점 중 하나에 근접한 나머지 전기 스러스터의 번을 제어하고;
    나머지 전기 스러스터의 번으로부터 90°± 5°에서 화학적 스러스터 중 하나의 번을 제어하며;
    나머지 전기 스러스터의 번으로부터 270°± 5°에서 화학적 스러스터 중 다른 하나의 번을 제어하도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    나머지 전기 스러스터의 번은 위성의 반경 방향 속도 변화(radial velocity change)를 생성하되, 반경 방향 속도 변화는 나머지 전기 스러스터의 번으로 인한 위성의 궤도에 대한 델타-이심률(delta-eccentricity) 성분을 생성하고;
    90°± 5°에서의 하나의 화학적 스러스터의 번은, 이 화학적 스러스터의 번으로 인한 Δe 성분을 생성하는 위성의 제1 접선 속도 변화(tangential velocity change)를 생성하며;
    270°± 5°에서의 다른 화학적 스러스터의 번은, 다른 화학적 스러스터의 번으로 인한 Δe 성분을 생성하는 위성의 제2 접선 속도 변화를 생성하되,
    화학적 스러스터의 번으로 인한 델타-이심률 성분은, 나머지 전기 스러스터의 번으로 인한 델타-이심률 성분을 보상하는 것을 특징으로 하는 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    궤도 컨트롤러는, 북쪽 전기 스러스터의 고장을 검출하고, 강교점에 근접한 남쪽 전기 스러스터의 번을 제어하도록 구성되어 있고;
    궤도 컨트롤러는, 남쪽 전기 스러스터의 번으로부터 90°± 5°에서 동쪽 화학적 스러스터의 역행 번을 제어하고, 남쪽 전기 스러스터로부터 270°± 5°에서 서쪽 화학적 스러스터의 순행 번을 제어하도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    궤도 컨트롤러는, 남쪽 전기 스러스터의 고장을 검출하고, 승교점에 근접한 북쪽 전기 스러스터의 번을 제어하도록 구성되어 있고;
    궤도 컨트롤러는, 북쪽 전기 스러스터의 번으로부터 90°± 5°에서 동쪽 화학적 스러스터의 역행 번을 제어하고, 북쪽 전기 스러스터로부터 270°± 5°에서 서쪽 화학적 스러스터의 순행 번을 제어하도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    북쪽 전기 스러스터는 위성의 북남 축에 35°± 25°인 제1 각도로 배향되어 있고;
    남쪽 전기 스러스터는, 위성의 북남 축에 35°± 25°인 제2 각도로 배향되어 있는 것을 특징으로 하는 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    북쪽 전기 스러스터가 짐벌되고;
    남쪽 전기 스러스터가 짐벌되며;
    궤도 컨트롤러가 북쪽 전기 스러스터의 제1 각도를 조정하고, 남쪽 전기 스러스터의 제2 각도를 조정하도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 장치.
  7. 제5항에 있어서,
    북쪽 전기 스러스터는 제1 각도로 고정되어 있고;
    남쪽 전기 스러스터는 제2 각도로 고정되어 있는 것을 특징으로 하는 장치.
  8. 위성에 대한 위도 궤도 수정 기동을 제어하기 위한 방법으로서, 상기 위성이, 천저 측과 천정 측을 갖는 위성 버스, 천정 측의 북쪽 지역을 향해 설치되고 위성의 질량의 중심을 통해 추력을 생성하기 위해 아래쪽으로 배향된 북쪽 전기 스러스터, 천정 측의 남쪽 지역을 향해 설치되고 위성의 질량의 중심을 통해 추력을 생성하기 위해 위쪽으로 배향된 남쪽 전기 스러스터, 위성의 질량의 중심을 통해 추력을 생성하기 위해 위성 버스의 동쪽 측에 설치된 동쪽 화학적 스러스터, 및 위성의 질량의 중심을 통해 추력을 생성하기 위해 위성 버스의 서쪽 측에 설치된 서쪽 화학적 스러스터를 구비하며,
    상기 방법이,
    전기 스러스터 중 하나의 고장을 검출하는 단계; 및
    그 고장에 응답하여,
    위성의 궤도의 궤도 평면의 경사각을 보상하도록 총 번 시간을 결정하는 단계;
    총 번 시간의 지속 시간에 대해 승교점 또는 강교점 중 하나에 근접한 나머지 전기 스러스터의 번을 제어하는 단계;
    나머지 전기 스러스터의 번으로부터 90°± 5°에서 화학적 스러스터 중 하나의 번을 제어하는 단계; 및
    나머지 전기 스러스터의 번으로부터 270°± 5°에서 화학적 스러스터 중 다른 하나의 번을 제어하는 단계를 구비하는 것을 특징으로 하는 방법.
  9. 제8항에 있어서,
    나머지 전기 스러스터의 번은 위성의 반경 방향 속도 변화(radial velocity change)를 생성하되, 반경 방향 속도 변화는 나머지 전기 스러스터의 번으로 인한 위성의 궤도에 대한 델타-이심률(delta-eccentricity) 성분을 생성하고;
    90°± 5°에서의 하나의 화학적 스러스터의 번은, 이 화학적 스러스터의 번으로 인한 Δe 성분을 생성하는 위성의 제1 접선 속도 변화(tangential velocity change)를 생성하며;
    270°± 5°에서의 다른 화학적 스러스터의 번은, 다른 화학적 스러스터의 번으로 인한 Δe 성분을 생성하는 위성의 제2 접선 속도 변화를 생성하되,
    화학적 스러스터의 번으로 인한 델타-이심률 성분은, 나머지 전기 스러스터의 번으로 인한 델타-이심률 성분을 보상하는 것을 특징으로 하는 방법.
  10. 제8항에 있어서, 번을 제어하는 단계는,
    북쪽 전기 스러스터의 고장을 검출하는 단계;
    강교점에 근접한 남쪽 전기 스러스터의 번을 제어하는 단계;
    남쪽 전기 스러스터의 번으로부터 90°± 5°에서 동쪽 화학적 스러스터의 역행 번을 제어하는 단계; 및
    남쪽 전기 스러스터의 번으로부터 270°± 5°에서 서쪽 화학적 스러스터의 순행 번을 제어하는 단계를 구비하는 것을 특징으로 하는 방법.
  11. 제8항에 있어서, 번을 제어하는 단계는,
    남쪽 전기 스러스터의 고장을 검출하는 단계;
    승교점에 근접한 북쪽 전기 스러스터의 번을 제어하는 단계;
    북쪽 전기 스러스터의 번으로부터 90°± 5°에서 동쪽 화학적 스러스터의 역행 번을 제어하는 단계; 및
    북쪽 전기 스러스터의 번으로부터 270°± 5°에서 서쪽 화학적 스러스터의 순행 번을 제어하는 단계를 구비하는 것을 특징으로 하는 방법.
  12. 위성에 대한 위도 궤도 수정 기동을 제어하도록 구성된 궤도 컨트롤러를 구비하는 장치로서, 상기 위성이,
    지구를 향하도록 구성된 천저 측과 이 천저 측 반대쪽의 천정 측을 갖는 위성 버스;
    천정 측의 북쪽 지역을 향해 설치되고 위성의 질량의 중심을 통해 추력을 생성하기 위해 아래쪽으로 배향된 북쪽 전기 스러스터;
    천정 측의 남쪽 지역을 향해 설치되고 위성의 질량의 중심을 통해 추력을 생성하기 위해 위쪽으로 배향된 남쪽 전기 스러스터;
    위성의 질량의 중심을 통해 추력을 생성하기 위해 위성 버스의 동쪽 측에 설치된 동쪽 화학적 스러스터; 및
    위성의 질량의 중심을 통해 추력을 생성하기 위해 위성 버스의 서쪽 측에 설치된 서쪽 화학적 스러스터를 구비하며,
    궤도 컨트롤러가, 전기 스러스터 중 하나의 고장을 검출하고, 그 고장에 응답하여:
    위성의 궤도의 궤도 평면의 경사각을 보상하도록 총 번 시간을 결정하고;
    총 번 시간의 지속 시간에 대해 승교점 또는 강교점 중 하나에 근접한 나머지 전기 스러스터의 번을 제어하되, 나머지 전기 스러스터의 번은 위성의 반경 방향 속도 변화를 생성하고, 반경 방향 속도 변화는 나머지 전기 스러스터의 번으로 인해 위성의 궤도에 대한 델타-이심률 성분을 생성하고;
    위성의 궤도에 영향을 주는 섭동으로 인해 델타-이심률 성분을 결정하며;
    위성의 제1 접선 속도 변화를 생성하는 위성의 궤도를 따라 제1 위치에서 동쪽 화학적 스러스터의 번을 제어하되, 제1 접선 속도 변화는 동쪽 화학적 스러스터의 번으로 인한 델타-이심률 성분을 생성하고;
    위성의 제2 접선 속도 변화를 생성하는 위성의 궤도를 따라 제2 위치에서 서쪽 화학적 스러스터의 번을 제어하되, 제2 접선 속도 변화는 서쪽 화학적 스러스터의 번으로 인한 델타-이심률 성분을 생성하며;
    궤도 컨트롤러는, 동쪽 화학적 스러스터의 번으로 인한 델타-이심률 성분 및 서쪽 화학적 스러스터의 번으로 인한 델타-이심률 성분이 나머지 전기 스러스터의 번으로 인한 델타-이심률 성분 및 섭동으로 인한 델타-이심률 성분을 보상하도록, 동쪽 화학적 스러스터의 번의 제1 위치 및 서쪽 화학적 스러스터의 번의 제2 위치를 선택하도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 장치.
  13. 제12항에 있어서,
    궤도 컨트롤러는 연중 시각(time of year)에 기초하여 태양의 위치를 결정하고, 태양의 위치에 기초하여 섭동으로 인한 델타-이심률 성분을 결정하도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 장치.
  14. 제12항에 있어서,
    북쪽 전기 스러스터는 위성의 북남 축에 35°± 25°인 제1 각도로 배향되어 있고;
    남쪽 전기 스러스터는, 위성의 북남 축에 35°± 25°인 제2 각도로 배향되어 있는 것을 특징으로 하는 장치.
  15. 제14항에 있어서,
    북쪽 전기 스러스터가 짐벌되고;
    남쪽 전기 스러스터가 짐벌되며;
    궤도 컨트롤러가 북쪽 전기 스러스터의 제1 각도를 조정하고, 남쪽 전기 스러스터의 제2 각도를 조정하도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 장치.
  16. 제14항에 있어서,
    북쪽 전기 스러스터는 제1 각도로 고정되어 있고;
    남쪽 전기 스러스터는 제2 각도로 고정되어 있는 것을 특징으로 하는 장치.
  17. 위성에 대한 위도 궤도 수정 기동을 제어하기 위한 방법으로서, 상기 위성이, 천저 측과 천정 측을 갖는 위성 버스, 천정 측의 북쪽 지역을 향해 설치되고 위성의 질량의 중심을 통해 추력을 생성하기 위해 아래쪽으로 배향된 북쪽 전기 스러스터, 천정 측의 남쪽 지역을 향해 설치되고 위성의 질량의 중심을 통해 추력을 생성하기 위해 위쪽으로 배향된 남쪽 전기 스러스터, 위성의 질량의 중심을 통해 추력을 생성하기 위해 위성 버스의 동쪽 측에 설치된 동쪽 화학적 스러스터, 및 위성의 질량의 중심을 통해 추력을 생성하기 위해 위성 버스의 서쪽 측에 설치된 서쪽 화학적 스러스터를 구비하며,
    상기 방법이,
    전기 스러스터 중 하나의 고장을 검출하는 단계; 및
    그 고장에 응답하여,
    위성의 궤도의 궤도 평면의 경사각을 보상하도록 총 번 시간을 결정하는 단계;
    총 번 시간의 지속 시간에 대해 승교점 또는 강교점 중 하나에 근접한 나머지 전기 스러스터의 번을 제어하되, 나머지 전기 스러스터의 번은 위성의 반경 방향 속도 변화를 생성하고, 반경 방향 속도 변화는 나머지 전기 스러스터의 번으로 인해 위성의 궤도에 대한 델타-이심률 성분을 생성하는 단계;
    위성의 궤도에 영향을 주는 섭동으로 인해 델타-이심률 성분을 결정하는 단계;
    위성의 제1 접선 속도 변화를 생성하는 위성의 궤도를 따라 제1 위치에서 동쪽 화학적 스러스터의 번을 제어하되, 제1 접선 속도 변화는 동쪽 화학적 스러스터의 번으로 인한 델타-이심률 성분을 생성하는 단계;
    위성의 제2 접선 속도 변화를 생성하는 위성의 궤도를 따라 제2 위치에서 서쪽 화학적 스러스터의 번을 제어하되, 제2 접선 속도 변화는 서쪽 화학적 스러스터의 번으로 인한 델타-이심률 성분을 생성하는 단계를 구비하되;
    동쪽 화학적 스러스터의 번의 제1 위치 및 서쪽 화학적 스러스터의 번의 제2 위치가, 동쪽 화학적 스러스터의 번으로 인한 델타-이심률 성분 및 서쪽 화학적 스러스터의 번으로 인한 델타-이심률 성분이 나머지 전기 스러스터의 번으로 인한 델타-이심률 성분 및 섭동으로 인한 델타-이심률 성분을 보상하도록, 선택되어 있는 것을 특징으로 하는 방법.
  18. 제17항에 있어서,
    궤도 컨트롤러는 연중 시각(time of year)에 기초하여 태양의 위치를 결정하는 단계; 및
    태양의 위치에 기초하여 섭동으로 인한 델타-이심률 성분을 결정하는 단계를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 방법.
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