한반도 지역의 효율적인 관측을 위한 최적의 위성군 설계

Abstract

최근 들어 소형의 저궤도 위성들을 이용해서 특정 지역을 관측하기 위한 위성군의 궤도를 설계하는 것의 중요성이 점점 부각되고 있다. 일반적으로 많이 사용하는 Walker 위성군 설계 방법은 전 지구영역 관측에는 적당하지만 부분적인 지역 관측에는 효율성이 떨어진다. 이 논문에서는 한반도를 효율적으로 관측하기 위한 최적의 위성군 궤도 설계 방법을 연구하였다. 이를 위해 원궤도 중 지표면 반복궤도를 이용하여 위성군을 이루고 있는 위성들의 궤도요소를 직접 조절하는 방법을 사용하였다. 관측 목표 지역에 대해 최소한의 위성을 이용하여 관측 공백시간을 최소화하고 관측시간은 최대화하는 궤도요소를 산출하여 위성군 궤도를 설계하였다. 위성군 설계 결과, 저궤도 위성을 이용하였을 경우, 관측 가능한 최소 고도각을 12도로 가정하였을 때 한반도 지역의 관측을 효율적(관측 공백시간은 1시간 이내로 하면서 최대의 관측시간을 보장)으로 하려면 최소한 4대의 위성이 필요하다는 결과를 얻었다. 그리고 이 연구에서 제시된 방법이 Walker 방법보다 더 효율적이라는 것을 확인하였다. 이 연구를 통해서 개발된 알고리즘은 향후 우리나라가 실제로 위성군을 운영하고자 할 때 사전 임무 설계를 위하여 사용될 수 있다. Designing satellite constellations providing partial coverage of certain regions becomes more important as small low-altitude satellites receives an increasing attention due to its cost-effectiveness analysis. Generally, Walker's method is a standard constellation method for global coverage but not effective for partial coverage. The purpose of this study is to design optimal constellation of satellites for effective observation in Korean peninsula regions. In this study, a new constellation design method is presented for partial coverage, using direct control of satellites' orbital elements. And also, a ground repeating circular orbit is considered for each satellite's orbit with the Earth oblateness effect. As the results, at least four satellites are required to observe the Korean peninsula regions effectively when minimum elevation angle is assumed as 12 degrees. The results from new method are better than those from the best Walker method. The proposed algorithm will be useful to design satellite constellation missions of Korea in future.