완료된 과제

1. 개요

정지궤도 복합위성 2A호에 탑재되어 2018년 12월 5일에 발사된 우주기상 탑재체는 고에너지 입자검출기, 위성 대전 감시기 및 자력계로 구성되어 정지궤도에서 각종 우주기상과 관련된 관 측을 현재 수행하여 실생활에 영향을 미치는 우주 기상의 실시간 감시 및 조기 탐지 그리고 위성체의 안정적인 운영을 위한 정보 등을 제공함과 더불어 다양한 학술연구 등에 활용되고 있다.

<정지궤도 복합위성 2A에 장착된 우주기상 탑재체>

CINEMA의 외부는 외부 몸체 역할을 하는 2장의 Aluminum Sheet Metal과 Aluminum Block으로 이루어진 Chassis에 자세 제어를 위한 2개의 Torque Coil과 지상에 데이터를 보내기 위한 2개의 S-Band Patch Antenna, 위성에 전력을 공급하기 위해 TASC (Triangular Advanced Solar Cell)을 이용한 10개의 Solar Array가 장착되었다.

2. 시스템 구성

우주기상 탑재체는 입자검출기, 자력계 및 위성 대전감시기의 탑재체와 위성과 탑재체 사이의 Interface를 제공하는 IDPU로 구성된다. IDPU는 입자검출기의 신호 처리를 담당하는 PDB와 각 탑재체에 CMD/TLM 및 Data 송·수신을 담당하는 DCB 그리고 전원을 공급하는 PSB로 구성 된다.

<우주기상 탑재체의 시스템 Block Diagram>

<우주기상 탑재체의 구성>

CINEMA의 외부는 외부 몸체 역할을 하는 2장의 Aluminum Sheet Metal과 Aluminum Block으로 이루어진 Chassis에 자세 제어를 위한 2개의 Torque Coil과 지상에 데이터를 보내기 위한 2개의 S-Band Patch Antenna, 위성에 전력을 공급하기 위해 TASC (Triangular Advanced Solar Cell)을 이용한 10개의 Solar Array가 장착되었다.

3. 주요 구성품

- 입자검출기(PD) 입자 검출기(Particle Detector; PD)는 아래와 같이 두 개의 Solid State Telescope를 서로 맞대어 서로 반대 방향을 향하도록 설계되었으며, 이러한 입자검출기 3대가 서로 다른 6개 방향에 대해 20° × 20°의 FOV를 각각 가지고 지구로 유입되는 양성자 및 전자 플럭스를 측정한다.

<입자검출기>

각각의 입자검출기 내부에는 Heritage Mission인 MAVEN에 사용된 반도체 다이오드 센서를 요구 조건에 부합하도록 보완하여 적용하였고, 구조적으로 전자와 이온의 동시 관측이 가능하도록 설계되었다. 즉, 두께가 675 ㎛인 단일 Si-Detector를 이용하여 O와 F Detector를 구성하였고 또한 동일한 Detector 3개를 병렬적으로 연결하여 적층 효과를 나타내도록 U와 T Detector를 각각 구성하였다. O Detector의 입사면에는 0.24 T의 Sm-Co Magnet이 위치하여 350 keV 이하의 electron의 입사를 차단하지만 proton은 통과된다. 반면에 F Detector의 입사면 외부에는 6.5 ㎛ 두께의 Aluminum Foil이 위치하여 Electron은 통과시키지만 350 keV이하의 Proton은 차단한다.

<입자검출기 내부 구조>

- 자력계(SOSMAG) 자력계(Service Oriented Space Magnetometer; SOSMAG)는 아래 그림과 같이 위성 외부의 설치된 Boom과 이에 장착되는 2개의 Fluxgate Magnetometer 그리고 위성체에 장착된 2개의 AMR(Anisotropic Magneto-Resistance) Sensor 및 신호 및 명령 처리를 위한 DPU로 구성되어, 지구자기장의 변화량을 관측한다. 이와 같이 총 4개의 센서와 약 1 m 길이의 전개형 Boom의 구성은, 위성체에 포함된 다양한 장치로부터 발생되는 자기장을 소프트웨어로 효과적으로 처리하여 비교적 정확한 지자기장의 측정을 가능하게 한다.

<자력계의 구성>

- 위성 대전 감시기(CM) 위성 대전 감시기(Charging Monitor; CM)대전 입자에 의해 누적된 전하의 방전으로 발생한 전류의 감시를 위한 장치로 두께 1 mm, 지름 65 mm의 Detecting Plate와 Cover Plate 그리고 Electronics로 구성되어 있으며, 0～100 pA의 Ion Current에 대하여 2.5～5 V의 전압과 –100～0 pA의 Electron Current에 대하여 0～2.5 V의 전압을 각각 출력하도록 설계/ 제작되었다. 이러한 CM의 구성은 정지궤도 복합위성 2A호의 안정적인 운영을 위해 활용되고 있다.

<위성 대전 감시기>

- IDPU IDPU(Instruments Data Processing Unit)는 위성체 내부에 위치하여 KSEM의 각 탑재체와 위성 본체와의 Interface와 전원 공급등의 역할을 수행한다. IDPU는 입자검출기의 신호 처리를 담당하는 3장의 PDB(Particle Detector Board)와 각종 CMD와 TLM 및 DATA를 담당하는 2장의 DCB(Data Control Board) 그리고 전원을 인가하고 제어하는 PSB-CV/SW(Power Supply Board-Converter/Switch)로 구성된다.

<IDPU>

4. 주요 사양

우주기상 탑재체를 구성하는 입자검출기, 자력계 및 위성 대전 감시기의 주요 사양은 아래와 같다.

입자검출기 주요 사양

자력계의 주요 사양

위성 대전 감시기의 주요 사양