초소형위성 HAUSAT-2 모멘텀 휠 Start-up 방안 연구

Abstract

본 논문은 피치 바이어스 모멘텀 방식을 사용하는 HAUSAT-2 위성의 모멘텀 휠 초기구동(Start-up)을 위한 방안을 연구 분석하고 초소형위성 HAUSAT-2에 적합한 새로운 초기구동 방법을 제안하였다. HAUSAT-2는 25kg급의 나노 위성으로 모멘텀 휠과 마그네틱 토커를 사용하여 3축 제어를 수행한다. 자세제어를 위해 모멘텀 휠은 공칭 속도로 회전하거나 회전속도가 변하게 된다. 모멘텀 휠을 장착한 위성에서 휠의 초기구동방법은 휠을 발사 전에 미리 일정한 속도로 회전하게 하거나, 궤도상에서 추력기와 같은 구동기로 자세를 안정화 시킨 이후에 휠을 공칭속도에 도달하게 하는 방법이 있다. 하지만 HAUSAT-2와 같은 초소형위성의 경우 전력제한으로 발사 전 휠을 구동하기 힘들며, 궤도상에서 자세 안정화 이후 휠을 구동하기 위해서는 자기토커만으로 자세를 안정화 해야 하는데 이 경우 시간이 오래 걸리는 단점이 있다. 따라서 본 논문에서는 좀더 빠르고 효율적으로 휠의 초기구동과 자세안정화를 하기 위해서 모멘텀 휠 구동 방안을 제안하였다. 이 방법은 위성이 발사체에서 분리된 후 초기 각속도 제어를 할 때 일정한 속도 증가율로 모멘텀 휠의 속도를 올려주어 공칭 속도에 도달하게 하며, 이 후 자세 안정화를 수행하게 된다. 이 방식을 사용하면 약 4 궤도 이내에 휠 초기구동과 자세 안정화를 성공적으로 이룰 수 있음을 확인 할 수 있었다. This paper addresses a newly proposed start-up method of the HAUSAT-2 momentum wheel. The HAUSAT-2 is a 25kg class nanosatellite which is stabilized to earth pointing by 3-axis active control method. A momentum wheel performs two functions. It provides a pitch-axis momentum bias while measuring satellite pitch and roll attitude. Pitch control is accomplished in the conventional way by driving a momentum wheel in response to pitch attitude errors. Precession control and nutation damping are provided by driving the pitch axis magnetic torquer. A momentum wheel is nominally spinning at a particular rate and changes speed. This simulation study investigates the feasibility and performance of a proposed strategy for starting-up the wheel. A proposed strategy to start-up the wheel shows that a pitch momentum wheel can be successfully started-up to its nominal speed from rest and be stabilized to nadir pointing.