2013 큐브위성 경연대회 SIGMA 2013. 9. 30.

목차 임무 소개 큐브위성 상세설계 탑재체계 전력계 자세제어계 통신계 명령 및 데이터 처리계 구조계 기대성과

임무 소개

Instruments for Global Magnetic field and Scientific cubesat with 임무 소개 Mission Scientific cubesat with Instruments for Global Magnetic field and rAdiation

Goals Scientific Goals Technical Goals 임무 소개 우주환경과 우주방사선의 이해 우주환경과 우주방사선 연구 지구자기장 연구 Technical Goals 탑재체 우주시험 측정 장비용 전개장치 연구 탑재 컴퓨터 개발

TEPC, RADFET, Magnetometer 임무요구사항 구분 요구사항 시뮬레이션 요구사항 임무수명 3개월 3 개월 궤도 요소 고도 650 – 800 km 750 km 종류 태양동기궤도 Inclination 약 90˚ 98˚ 자세안정화 회전안정화 방식 무게 6 kg 이하 4 kg 이하 전력 3 W 이상 통신 SPI, I2C, UART, Serial 탑재체 TEPC, RADFET, Magnetometer

임무분석 1) 궤도 정보 궤도 : 750 km 경사각 : 98 deg - 1일 지구공전: 약 14회 - 1회전: 약 99.9분 2) 지상국 교신 시간 지상국 : 경희대학교 최소앙각 : 10deg 회전수 : 4 rpm - 일 평균 교신횟수: 3.85 - 회당 평균 교신시간 : 476.45 s (약 8분)

큐브위성 상세설계

시스템 개요 SIGMA 큐브위성 지상국 탑재체계 비행 소프트웨어 전력계 자세제어계 구조계 명령 및 데이터처리계 통신계

구조계

S-Band Antenna Bracket S-Band Antenna Splitter 구조계 TEPC Assy TEPC Board Assy HVPS & Interface Board DC-DC Board DP5G Board TEPC Housing TEPC Detector Assy Detector TEPC Preamp Avionics Bus Assy OBC EPS BATT. Helium 100 IIB Sensor Board MAG Sensor MAG Deployer MAG Assy UHF Antenna Assy UHF Antenna UHF Antenna Splitter Sun Sensor Assy Sun Sensor Housing Phototransistor Solar Array Solar Panel Solar Panel Bracket Torque Coil S-Band Antenna S-Band Antenna Assy S-Band Antenna Bracket S-Band Antenna Splitter +X +Y +Z Assembly Part Overview Bus

구조계 Magnetometer 전개장치 Avionics Bus SIGMA의 +Z축 면에 배치 두께: 6 mm Torsion Spring이용(Beryllium Copper) 전개 후 위성체와 1 m 떨어진 지점에서 자기장 측정 Avionics Bus Module Space (mm) Bulk Head 20 MAG & Sensor Board 15 Instrument Interface Board Helium 100 3U Battery 25 Electric Power Supply On-Board Computer Chassis End Plate Avionics side 13.027 Total 133.027 OBC/EPS/Battery/Transceiver/IIB/ Sensor Board로 구성 각각의 Board는 PC104 커넥터를 통해 연결 Avionics Bus의 요구높이는 133 mm

탑재체계

방사선 측정장치 : TEPC/RADFET 유인우주탐사 기반자료 활용 (TEPC-조직등가비례계수기)   유인우주탐사 기반자료 활용 (TEPC-조직등가비례계수기) 독자적 우주 방사선 데이터 확보 Chamber base Chamber cover Detector sphere Detector PCB Preamp PCB Connector PCB Detector holder (Kel-F) Wire holder (Teflon, PTFE) Vacuum port HV port D-sub 9pin port TEPC DC-DC board TEPC DP5G board TEPC Interface board RADFET TEPC/RADFET의 개념도

자기장 측정장치 지자기장 변화 데이터 획득, 달 및 우주탐사 측정 연구에 활용 Magneto Resistive 센서를 이용 Image credit: Honeywell Search coil 자기장 측정기 Image credit: NASA Image credit: UCB Fluxgate 자기장 측정기 MR 센서 소형 자기장 측정기 제작 가능 개발 기간 감소 CINEMA 1에 장착하여 우주에서 사용 중 측정 요구범위 내에 정밀도 자료 획득 가능

전력계

전력계 태양전지판 SU LU Y Z X 각 태양전지판은 TASC(Triangular Advanced Solar Cell)로 구성 하여 직접 제작 LU: 24개, SU: 10개 각 면에 부착되는 태양전지판 개수 +X : 4, -X : 4, +Y : 1, -Y : 1, -Z : 3 KHUSAT 태양전지판 TASC (Ref. www.spectrolab.com) CS-3URPS2-NB (EPS) CS-SBAT2-30 (Battery) 출력전압 : 3.3V, 5V 용량 : 30Whr

자세제어계

자세제어계 자세제어 개요 Sun Sensor Torque coil Torque coil이 장착된 SIGMA 예상도 자세 제어 운영 모드 Detumble mode 위성의 회전을 감속 시키는 단계 Spin up mode 위성을 z축으로 4rpm으로 회전 시키는 단계 Precession mode 위성의 회전축을 황도면에 수직인 자세로 제어하는 단계 Sun Sensor Torque coil SIGMA에 장착된 Sun sensor Torque coil이 장착된 SIGMA 예상도

통신계

통신계 위성체 통신기기 구성 Uplink Downlink Frequency 430 MHz(UHF) 2.2 GHz(S-band) Data rate 9600 bps 1 Mbps Antenna type Whip antenna Patch antenna UHF Transceiver Divider(UHF) Whip Antenna Patch Antenna S-band Transmitter Divider(S-band) 제목바꾸기 – instrument 추가할 파라메터 있는지 확인

S-band Receiving Station 통신계 지상국 구성 S-band Receiving Station ( Antenna & Receiver ) KHU SIGMA UHF antenna Transceiver TNC Computer Rotator Rotator controller command data contact schedule 제목바꾸기 – 추가할 파라메터 있는지 확인

명령 및 데이터처리계

명령 및 데이터처리계 명령 및 데이터처리계 하드웨어 구성 OBC(On Board Computer) : 위성의 각 서브 시스템으로부터 정보 수집 및 저장 IIB를 통해 위성의 각 서브시스템 제어 지상국으로부터 받은 명령 처리 및 태스크 일정 관리 위성의 자세 제어를 위한 알고리즘 처리 IIB(Instrument Interface board) : On Board Computer와의 I2C 및 SPI 통신 탑재체 등 각 기기와의 인터페이스 및 동작 전압 제공 각 서브시스템의 정상 동작 확인을 위한 모니터링 분류 주요기능 설명 명령 및 데이터 처리 데이터 저장 Sensor, 탑재체 데이터 수집 및 저장 데이터 통신 데이터 전송 및 명령 수신 명령 수행 지상국으로부터 전송 받은 명령 수행 OBC 프로세서 보드(좌)와 마더보드(우) KHUSAT IIB

명령 및 데이터처리계 : 인터페이스

기대 성과

협력 체계 주관기관 연구협력개발 경희대학교 국제공동연구 연구지원 산업체 - 위성제작 기술 자문 탑재체 공동개발 - 자세제어 공동연구 신뢰성 확보 및 학술교류 YORK University 연구협력개발 탑재체 공동개발 한국천문연구원 청주대학교 연구지원 - 궤도시뮬레이션 협력 경연대회 조언 연세대학교 경희대학교 - 학과 간 공동연구 - 핵심모듈 국산화 연구 산업체 기술 자문 및 지원 쎄트렉 주관기관 - 위성제작 기술 자문 - 위성체 성능 및 환경시험 지원 위성 및 지상국 운영 기술 지원 한국항공우주연구원

팀 구성 팀 대표 자문 국제협력 협력개발 매니저 탑재체계 통신계 전력계 자세제어계 비행소프트웨어 탑재 컴퓨터계 구조계 프로젝트 총괄 및 일정관리 자문 진호(지도교수) 채규성 박사 김영진 연구원 국제협력 York Univ. Prof. Regina 협력개발 한국천문연구원 청주대학교 매니저 예산 및 일정관리, 문서관리 탑재체계 TEPC / RADFET 및 자기장 측정기 협력 개발 통신계 통신 / 지상국 운용, 하네스 설계 전력계 전력계 개발 및 태양전지판 제작 자세제어계 자세제어 시스템 설계 및 제작 비행소프트웨어 비행소프트웨어 개발 탑재 컴퓨터계 탑재 컴퓨터 활용 및 FPGA 활용 연구 구조계 구조 설계 및 시뮬레이션 분석

Instruments for 기대성과 Scientific cubesat with Global Magnetic field and rAdiation 출연 연구기관 및 학과 간 공동연구를 통해 학생들의 연구역량 강화 우주환경 및 우주방사선에 대한 이해 도모 방사선 피폭에서 우주인을 보호하기 위한 방사선 차폐 기술 개발 달 탐사용 큐브위성 기반기술 확보 우주공간 자기장 측정을 위한 자기장 검출기 기반기술 확보 큐브위성의 핵심 모듈 국산화를 통한 국내 우주기술 인력 저변확대

감사합니다