SIGMA2013 큐브위성 경연대회

2013. 9. 30.

목차

• 임무 소개

• 큐브위성 상세설계– 탑재체계– 전력계– 자세제어계– 통신계– 명령 및 데이터 처리계– 구조계

• 기대성과

임무 소개

임무 소개

Scientific cubesat with

Instruments for

Global

Magnetic field and

rAdiation

Mission

임무 소개

Goals

우주환경과 우주방사선의 이해

Scientific Goals• 우주환경과 우주방사선 연구

Technical Goals

• 지구자기장 연구

• 탑재체 우주시험

• 측정 장비용 전개장치 연구

• 탑재 컴퓨터 개발

임무요구사항

구분 요구사항 시뮬레이션 요구사항

임무수명 3 개월 3 개월

궤도 요소

고도 650 – 800 km 750 km

종류 태양동기궤도 태양동기궤도

Inclination 약 90˚ 98˚

자세안정화 회전안정화 방식 회전안정화 방식

무게 6 kg 이하 4 kg 이하

전력 3 W 이상 3 W 이상

통신 SPI, I2C, UART, Serial SPI, I2C, UART, Serial

탑재체 TEPC, RADFET, MagnetometerTEPC, RADFET, Magnetome-

ter

임무분석

1) 궤도 정보

• 궤도 : 750 km• 경사각 : 98 deg

- 1 일 지구공전 : 약 14 회 - 1 회전 : 약 99.9 분

2) 지상국 교신 시간

• 지상국 : 경희대학교• 최소앙각 : 10deg• 회전수 : 4 rpm

- 일 평균 교신횟수 : 3.85 - 회당 평균 교신시간 : 476.45 s ( 약 8 분 )

큐브위성 상세설계

시스템 개요

SIGMA

큐브위성 지상국

탑재체계 비행소프트웨어전력계 자세제어계구조계 명령 및

데이터처리계통신계

구조계

구조계

TEPC Assy

TEPC Board Assy

HVPS& In-ter-face

Board

DC-DCBoard

DP5G Board

TEPC Hous-

ing

TEPC Detector Assy

Detec-tor

Board

TEPC Preamp

Avionics Bus Assy

OBC EPS

BATT. He-lium 100

IIBSen-sor

Board

MAG Sen-sor

MAG De-

ployer

MAG Assy

UHF Antenna Assy

UHF Antenna

UHF Antenna Splitter

UHF Antenna Splitter

Sun Sensor AssySun Sensor Assy

Sun Sensor Housing

Phototransis-tor

Phototransis-tor

Sun Sensor Housing

Solar Array

So-lar Panel

Solar Panel Brack

et

Torque

Coil

Torque

Coil

S-Band An-tenna

S-Band Antenna Assy

S-Band An-tenna

S-Band An-tenna Bracket

S-Band An-tenna Splitter

+X

+Y

+Z

Assembly Part

Overview

Bus

구조계

Magnetometer 전개장치

Avionics Bus

• SIGMA 의 +Z 축 면에 배치• 두께 : 6 mm

• 무게 : < 350 g

• Torsion Spring 이용 (Beryllium Copper)

• 전개 후 위성체와 1 m 떨어진 지점에서 자기장 측정

• OBC/EPS/Battery/Transceiver/IIB/Sensor Board 로 구성

• 각각의 Board 는 PC104 커넥터를 통해 연결

• Avionics Bus 의 요구높이는 133 mm

Module Space (mm)

Bulk Head 20

MAG & Sensor Board 15

Instrument Interface Board 15

Helium 100 15

3U Battery 25

Electric Power Supply 15

On-Board Computer 15

Chassis End Plate Avionics side 13.027

Total 133.027

탑재체계

방사선 측정장치 : TEPC/RADFET 

Chamber base

Chamber cover

Detector sphere

Detector PCB

Preamp PCB

Connector PCBDetector holder(Kel-F)

Wire holder(Teflon, PTFE)

Vacuum portHV port

D-sub 9pin port

TEPC DC-DC board

TEPC DP5G board

TEPC Interface board RADFET

TEPC/RADFET 의 개념도

• 유인우주탐사 기반자료 활용 (TEPC- 조직등가비례계수기 )

• 독자적 우주 방사선 데이터 확보

자기장 측정장치

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 1 에 장착하여 우주에서 사용 중- 측정 요구범위 내에 정밀도 자료 획득 가능

• 지자기장 변화 데이터 획득 , 달 및 우주탐사 측정 연구에 활용

전력계

• 각 태양전지판은 TASC(Triangular Advanced Solar Cell) 로 구성 하여 직접 제작– LU: 24 개 , SU: 10 개

• 각 면에 부착되는 태양전지판 개수– +X : 4, -X : 4, +Y : 1, -Y : 1, -Z : 3

TASC (Ref. www.spectrolab.com) SU

LU

YZ

X

태양전지판

KHUSAT 태양전지판

CS-3URPS2-NB (EPS) CS-SBAT2-30 (Battery)

출 력 전 압 : 3.3V,

5V

용 량 :

30Whr

전력계

자세제어계

자세제어계

SIGMA 에 장착된 Sun sensor

Sun Sensor

Torque coil 이 장착된 SIGMA 예상도

Torque coil

자세 제어 운영 모드

Detumble mode 위성의 회전을 감속 시키는 단계

Spin up mode 위성을 z 축으로 4rpm 으로 회전 시키는 단계

Precession mode

위성의 회전축을 황도면에 수직인 자세로 제어하는 단계

자세제어 개요

통신계

Whip Antenna

통신계

UHF Transceiver

S-band Transmitter Divider(S-band)

Divider(UHF)

Uplink Downlink

Frequency 430 MHz(UHF) 2.2 GHz(S-band)

Data rate 9600 bps 1 Mbps

Antenna type Whip antenna Patch antenna

Patch Antenna

위성체 통신기기 구성

통신계

S-band Receiving Station

( Antenna & Receiver )

KHU

SIGMA

UHF antenna

Transceiver

TNC

Computer

Rotator

Rotator controller

command data

contact schedule

data

지상국 구성

명령 및 데이터처리계

- 하드웨어 구성

OBC(On Board Computer) : 위성의 각 서브 시스템으로부터 정보 수집 및 저장

IIB 를 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 Computer 와의 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

명령 및 데이터처리계

명령 및 데이터처리계 : 인터페이스

기대 성과

협력 체계

국제공동연구- 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

프로젝트 총괄 및 일정관리

자문

진호 ( 지도교수 )채규성 박사

김영진 연구원

국제협력

York Univ.Prof. Regina

협력개발

한국천문연구원청주대학교매니저

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 및시뮬레이션 분석

기대성과

• 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

Scientific cubesat with

Instruments for

Global

Magnetic field and

rAdiation

감사합니다