통신위성의 자세안정방식

1. 개요

2. 자세 제어 시스템에 적용되는 안정화 방식

3. 능동제어방식

  3.1 회전(Spin) 안정화 방식

  3.2. 3축 제어방식

4. 위성자세 안정 방식 비교

 

 

1. 개요

  - 위성은 위성이 원하는 최종 궤도까지 도달하기 위해서 궤도제어 시스템에 의하여 조종을 받게 되고, 원하는 궤도에 오르게 되면 자세제어 시스템에 의해 최종적으로 요구되는 자세를 취하게 된다

  - 자세 및 궤도제어 시스템의 목적은 위성체의 자세 및 궤도에 영향을 미치는 교란 요소에 대해 임무 수행 중 원하는 방향으로 위성체를 지향, 안정화시키는 것

  - 자세 및 궤도에 영향을 주는 외부 교란 요소는 위성고도에 따른 중력의 차이와 자기장의 상호 작용, 고도에 비레하는 태양 복사압 등이 있다

  - 위성에서는 자세를 안정하게 유지하기 위한 여러가지 자세 안정 방식이 있음

 

2. 자세 제어 시스템에 적용되는 안정화 방식

  - 인공위성 자세제어는 크게 능동제어(Active Control), 수동제어(Passive Control) 두 가지 방법으로 나눈다

  - 수동 제어는 초창기의 소형위성들이 단순한 회전을 이용하거나 지구 중력과 같은 자연적인 힘의 균형을 이용하여 안정된 상태를 유지했던 방법

  - 수동 제어는 지구 중력경사 안정화 방식(한쪽 끝에 무거운 추가 달린 막대를 이용), 지구 자기장 방식(전자석 이용)이 있음

  - 능동 제어는 위성에 동력기구를 장착하여 자세를 제어하는 방법

  - 능동 제어 방식에는 위성체 몸통을 팽이처럼 회전시켜 안정화 시키는 회전 안정화 방식과 몸통을 회전시키지 않고 몸통의 3축 균형을 조절하여 자세 안정화를 시키는 3축 자세 안정화 방식이 있다. 

  - 현재는 인공위성의 동력학에 대한 이해와 제어이론이 발달함에 따라 위성을 원하는 방향으로 조종하고 외란을 흡수하여 정확하고 안정된 자세를 이루는 능동제어가 발달

http://www.think-tank.co.kr/109

 

3. 능동제어방식

  3.1 회전(Spin) 안정화 방식

     - 위성체의 동체 축을 일정한 속도로 회전시킴으로 자세안정화를 유지하는 것을 의미

     - 자이로 효과 이용(고속으로 회전하는 회전체가 그 회전축을 일정하게 유지하려는 성질), 팽이의 자세가 안정될 때의 원리 이용

     - 위성체 몸통전체를 일정한 각속도로 회전시키는 단순회전방식과 위성체 몸통을 두개의 부분으로 나누어서 두 개중 한 개의 몸통만 회전시켜 자세 안정화 시키는 이중회전방식이 있다.

http://stbiho.daegu.ac.kr/~reforest/s4-2.htm

  3.2. 3축 제어방식

     - 몸통의 X-Y-Z축의 균형을 조절하여 자세를 조절하는 방식

     - 위성체 시스템의 총모멘텀량을 zero로 유지시키면서 반작용 휠이나 추력기를 이용하여 3축을 제어하는 Zero Momentum 방식과 회전 안정화 방식과 원리상으로 동일하지만 몸통 회전방식이 아닌 위성체 내부에 장착된 휠을 일정한 회전속도로 회전시켜 위성체 시스템의 총 모멘텀량을 일정하게 유지하며 3축을 제어하는 Momentrum Bias 방식이 있다

     - 이 자세 제어 방식을 사용하면 필요한 자세 정확도를 유지하는 기구는 복잡해지지만, 태양 전지 패널을 넓게 펴서 패널 전면이 항상 태양을 향하게 할 수 있기 때문에, 회전 제어법을 사용한 위성에 비해 전력을 효율적으로 얻을 수 있다

http://www.conceptualdynamics.com/files/rbmo/rbmo_rp.htm

http://stbiho.daegu.ac.kr/~reforest/s4-2.htm

4. 위성자세 안정 방식 비교 

종류	Spin 방식		3축 방식
	단일	Dual	Bias Momenting	Zero Momenting
형상
특징	- 소형/원룸형 - 무지향성 안테나 필요	- 중형/원룸형 - 빔을 항상 지구로 향하게 할 수 있다	- 중대형/임의형상 - 대전력 얻기 쉽다 - 자세 안정도 우수 - 몸통 회전방식이 아닌 위성체 내부에 장착된 휠을 일정한 회전속도로 회전	- 중대형/임의형상 - 대전력 얻기 쉽다 - 자세 안정도 우수 - 3축 방향 소형 원통 휠 부착