인공위성의 전원체계와 구조체계 그리고 통신 추적사령체계

인공위성의 전원체계

현재 일반적인 위성 발전 및 전력 시스템은 태양광을 받아 광기 전 효과를 통해 전기 에너지로 변환하는 태양 전지를 사용합니다. 태양전지의 기전력은 수광면적에 비례하는데, 태양광이 수광면에 직각으로 입사되면 지구 주위를 도는 궤도를 따라 제곱미터당 약 100W가 됩니다. 궤도에 있는 위성은 태양으로부터 빛을 받을 뿐만 아니라 고에너지 방사선도 수신하므로 태양전지의 수광 표면이 손상될 수 있습니다. 보호를 위해 셀 표면을 석영 유리로 덮어야 하므로 태양전지의 무게는 평방미터당 약 3kg입니다.

 

연료전지는 아폴로 우주선에서 활발히 활동했으며 우주왕복선 등 유인 우주선의 동력원으로 사용됐습니다. 수소와 산소의 화학반응을 통해 전기를 생산하는 방식은 효율이 높고 발전 제어가 용이하다는 장점이 있지만, 반응물을 탱크에 저장하고 궤도로 운반하기 때문에 수명이 제한된다. 반응물의 양.. 또한, 방사성 동위원소가 붕괴할 때 방출되는 방사선을 용기의 내벽이 받으면 가열되기 때문에 이 열을 벽효과를 통해 전기에너지로 변환시키는 방법이 유성탐사선과 같은. 사용되는 방사성 동위원소는 주로 플루토늄-238이다. 열전대 세트의 기전력은 0.4W 정도로 낮기 때문에 세트를 만들려면 수백 개의 열전대를 모아야 합니다. 이 방식은 열이 발생하기 때문에 방열판이 필요하며 위성 장비를 방사선이나 열로부터 보호하기 위해 위성 장비에서 멀리 설치해야 합니다.
특히, 높은 전력이 요구되는 경우에는 특별한 경우이기는 하지만 소형 발전용 원자로를 위성에 설치할 수도 있습니다. 크기와 무게를 고려하여 고속 중성자로가 일반적으로 사용됩니다. 일반적으로 수은은 론에서 발생하는 열을 흡수하여 오심을 알칼리 금속으로 냉각시켜 보일러를 가열하는 작동유체로 사용되며, 수은을 증기로 변환시켜 터빈을 돌리고 교류발전기를 구동시키는 방식입니다.

 

이 외에도 태양로를 이용하는 발전이 제안되고 있는데 태양열을 모아 보일러를 가동하는 방식입니다. 하지만 현재는 태양 전지를 주로 사용하고 있습니다.

그늘에 들어가는 약 40분 동안은 2차 전지의 방전기간이 되도록 충방전의 사이클을 설정하며 주기 100분인 인공위성에서는 일조시간이 약 60분이라서 이 사이에 2차 전지에 태양전지 기전력에 의하여 충전하게 됩니다.

충방전사이클이 7,000~1만 회 이상 가능해야만 과충전을 방지할 수 있으며 제어장치가 부속됩니다. 또한 위성 탑재 규격의 2차 전지는 니켈과 카드뮨의 전지입니다.

인공위성의 전원체계와 구조체계

인공위성의 구조체계

위성은 발사 로켓의 머리 부분에 장착된 노즈콘(짧은 노즈콘)이라는 원통형 구성 요소에 수용되어야 하기 때문에 위성의 외부 모양은 대부분 다구형 또는 원통형입니다. 태양전지를 본체에 장착하지 않고 평면 패널 위에 올려놓으면 패널이 접혀서 탄도 원뿔 내부에 보관됐다가 풀려나 전개됩니다.
위성은 가벼움이 절대적인 요구 사항이기 때문에 장비를 지지하는 구조물은 가능한 가장 가벼운 재료로 만들어집니다. 하지만 발사 시 가속도와 충격, 진동을 견딜 수 있고 자세와 탄도를 제어하는데 적합한 구조를 갖는 것도 중요하다. 대부분의 기기는 전자기장으로 제한된 내부 용적에 저장되기 때문에 기기 간 전기적 간섭 가능성이 높으므로 대책도 중요합니다.
일부 인공위성은 일정 시간 동안 궤도에서 작동한 후 복구를 위해 땅에 떨어져야 합니다. 예로는 유인 위성과 군사 정찰 위성이 있습니다. 이 경우 궤도를 감속하거나 이탈하기 위한 수단이 필요하거나, 대기 진입 시 발생하는 공기역학적 가열을 견딜 수 있는 구조가 필요하다. 또한 낙하산이나 레트로제트 로켓 등을 조립해 지상 착지 시 충격으로 인한 손상을 방지했다. 재활용은 위성 본체 전체를 대상으로 하는 것이 아니라, 대개 일부를 미리 우주 캡슐로 만든 후 하강하여 회수하는 방식입니다. 일부 군사 정찰 위성은 여러 개의 캡슐로 발사되며 주기적으로 한 번에 하나씩 복구됩니다. 해상에서 구조를 하게 된다면 구조선이 도착할 때까지 떠 있을 수 있는 에어백이나 전파를 통해 위치를 알려주는 송신기 등을 준비해야 합니다.

 

인공위성의 통신 추적사령체계

인공위성의 통신 추적사령체계에서 가장 중요한 것은 통신 즉 원격측정입니다. 이것은 지상 기지는 이 데이터에 의하여 위성의 운영과 관리에 필요한 여러 가지 처지를 판단하며 위성에 대하여 전파로 지시를 보내게 됩니다. 위성 내의 여러 가지 상태나 장치 관리에 필요한 데이터를 계측하며 지상의 기지로 이 데이터를 통보하는 시스템입니다. 또한 위쪽의 위성에는 이 사령을 받아서 장치를 제어하도록 되어 있으며 이 외에도 인공위성의 위치를 바로 지상에 전달하기 위해서 지상의 레이다가 추적하는 신호를 개발하는 기능도 포함되어 있습니다.