2008년 08월 18일
인공위성의 위치감각/균형감각
광활한 우주.... 그 무한한 공간 안에서는 지구에서 사용하던 위, 아래, 왼쪽, 오른쪽의 개념이 유명무실해진다.
무중력의 공간은 큰 수고를 들이지 않고도 원하는 어느 방향이라도 이동하고 회전할 수 있게 해주기 때문이다.
그런데 신기하게도 지구 궤도를 돌고 있는 인공위성은 잘도 지구의 원하는 지역을 정확하게 촬영해 주기도 한다.
그리고 지상과 통신을 할 수 있는 범위에 들어오면 자동으로 통신 기능을 활성화 시켜 그동안 쌓아둔 데이터를 전송한다.
과연 인공위성들은 자신이 지금 지구의 어느 위치에 있고 어떤 자세인지 어떻게 아는 것일까?
그리고 원하는 방향을 어떻게 지향하는 것일까?
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인공위성에게 자세 결정과 제어는 아주아주 중요한 문제이다.
특히 정찰 위성의 경우에는 원하는 지역을 촬영하기 위해 거의 Pin Point로 자세 지향을 하는데
700km의 고도에서 단 1도만 지향각이 어긋나더라도 지상에서는 약 12km의 오차가 발생한다.
뿐만 아니라 지구 궤도에서의 자신의 위치를 정확하게 알 수 없다면 하루에 단 몇 십분에 불과한 지상국 접촉 시간이 더욱 짧아질 것이다.
때문에 거의 모든 인공위성에는 ADCS(Attitude Determination and Control Subsystem) - 자세제어계를 두어
가능한 한 정밀하게 현재의 위치와 자세를 결정하고 필요한 만큼 제어한다.
자세제어계에는 자세 결정과 제어를 위한 센서와 액츄에이터가 포한된다.
자세 결정용 센서로는태양센서, 자기센서, 지구센서, 별센서 등이 있다.
<태양센서> <자기센서>
<지구센서> <별센서>
태양센서는 인공위성에 비치는 태양빛의 각도를 분석하여 인공위성의 자세를 파악하고
자기센서는 미리 알고 있는 지구자기장 데이터와 실제로 측정된 지구자기장 데이터를 비교하여 위치를 결정한다.
지구센서는 지구의 적외선 복사 에너지를 감지하여 적외선 복사 띠의 방향과 크기를 이용하여 위치를 결정한다.
별센서는 가장 정확하게 자세를 결정할 수 있는 센서로서 미리 저장해 놓은 별 자리 지도와
직접 측정한 별자리를 비교하여 인공위성의 자세와 위치를 결정한다.
자세 제어용 액츄에이터로는 자기토커, 반작용 휠, 모멘텀 휠, 마이크로 추력기가 있다.
<코일형 자기토커> <막대형 자기토커>
<모멘텀 휠> <Hall Thruster>
<이온 추력기>
자기 토커는 구리 전선을 빼곡히 감아둔 코일 또는 막대와 같은 형상이며 이 코일에 전류를 흘려 발생하는 자기장과
지구 자기장의 상호작용을 이용하여 자세를 제어한다.
반작용 휠과 모멘텀 휠은 쉽게 말하면 원반을 모터를 이용해 빠른 속도로 회전시켜 구동력을 발생하는 장치이다.
자전거를 타고 이동할 때에는 잘 넘어지지 않지만 가만히 서있을 때에는 넘어지는 현상을 알고 있을 것이다.
이것은 자이로스코픽 강성이라는 특성에 의한 것인데 회전하는 물체에는 자신의 운동 상태를 유지하려는 힘이 작용한다.
따라서 자전거 바퀴가 회전하고 있으면 넘어지려고 바퀴가 기울어도 반대 방향으로 힘이 작용하게 된다.
반작용 휠과 모멘텀 휠은 이 힘을 이용하여 인공위성의 자세를 제어한다.
마이크로 추력기는 미세한 추력을 가지는 소형 추력기로서 연료가 분사되는 반작용으로 자세를 제어한다.
하이드라진 추력기와 이온 추력기, 펄스 플라즈마 추력기, 홀 추력기 (Hall Thruster)등이 있다.
# by | 2008/08/18 23:26 | 우주 저 너머로 | 트랙백 | 덧글(2)
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오! 여러가지 센서와 추력기가 있군요. 특히 자력으로 움직이는것은 무중력(무중량)상태라서 가능한거군요. 이온추력기도 그런거 같고.
신기한게 많네요.
잘보았습니다.
정전추력기라고 하는것과 이온추력기와의 차이는 뭔가요?
전기 추력 방식을 electrostatic, electrothermal, electromagnetic으로 나눌 때 정전추력기라고 하며
추진제의 분사 형태에서 추진제를 이온화 시키는 추력기를 이온추력기라고 합니다.
본문에서 언급한 이온추력기는 사실 두 방식의 특징을 모두 가진 electrostatic ion thruster를 말한겁니다.
용어를 쉽게 가져가려고 저렇게 표현이 되어버렸는데요 ^^;;
따라서 말씀하신 두 추력기 방식이 서로 배타적인 차이를 가지지는 않습니다.
사실 위에서 언급한 hall thruster도 엄밀히는 이온추력기의 일종입니다;;
관심가져주셔서 감사합니다~~ ^^~