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[표지]

제출문

요약서(초록)

목차

제1장 과제 개요 27

제1절 연구개발 목표 및 내용 27

제2절 연구개발 필요성 28

1.2.1. 과학·기술적 측면의 필요성 28

1.2.2. 경제·산업적 측면의 필요성 30

1.2.3. 사회·문화적 측면의 필요성 32

제2장 연구내용 및 결과 33

제1절 큐브위성 제작 기술자문 분야 34

2.1.1. 큐브위성 시스템 개발 단계 및 스펙트리 34

2.1.2. 우주급 FPGA 기반 OBC 및 페이로드 프로세서 42

2.1.3. 큐브위성 비행소프트웨어 개발 방식 53

2.1.4. 큐브위성을 위한 규격 조정 71

2.1.5. 큐브위성 임무 성공 방안 및 개발 방안 제시 89

2.1.6. 큐브위성 고장모드영향분석(FMEA) 114

2.1.7. 위성등급별 전자부품 선정 체계 139

2.1.8. 항우연 제품보증팀이 제안하는 위성 등급별 업무 수행 구분 162

2.1.9. 위성시스템 신뢰성 연구 171

2.1.10. 초소형/큐브위성 부품/시스템 우주환경시험 193

제2절 위성 발사 및 운영을 위한 기술자문 분야 227

2.2.1. 발사 이후 위성 식별 227

2.2.2. 군집위성의 빛 공해 방지 대책 232

2.2.3. 군집위성의 자동화된 시운전 작업흐름(Planet) 251

2.2.4. 발사체 및 지상국 인터페이스 검토 270

2.2.5. 국내 큐브위성 지상국 전파환경 측정결과 및 경연대회 큐브위성 교신주파수 조정 274

2.2.6. 초소형/큐브위성 지상데이터 지상 처리 290

제3절 인공지능 기술을 적용한 데이터 활용 연구 301

2.3.1. 위성 영상 기반 인공지능 기술 활용 해양 부유물 탐지 301

2.3.2. 인공지능 기술 활용 불법 건축물 의심 지역 탐지 318

제3장 연구 성과 요약 330

제1절 기술적 성과 330

제2절 경제적 성과 333

제3절 기타 성과 333

제4장 후속 연구계획 334

제1절 향후 계획 334

제5장 기대효과 및 활용방안 337

제1절 기대효과 337

제2절 활용방안 338

제3절 결론 및 정책제언 339

제6장 참고문헌 345

[뒷표지] 351

표목차

표 1.2.1. 대표적인 큐브위성, 부품 및 발사용역 제공업체 31

표 2.1.1. 위성기술 자문분야 연구주제 총괄표 33

표 2.1.2. FSW 프레임워크 비교표 60

표 2.1.3. 시스템 엔지니어링에서 적용 및 가이드라인 항목 77

표 2.1.4. 전기/기계분야에서 적용 및 가이드라인 항목 78

표 2.1.5. SW 분야에서 적용 및 가이드라인 항목 79

표 2.1.6. 인증분야에서 테일러링 80

표 2.1.7. 시험분야에서 테일러링 81

표 2.1.8. 우주환경분야에서 테일러링 82

표 2.1.9. 전기/전자분야에서 테일러링 83

표 2.1.10. 태양전지분야에서 테일러링 84

표 2.1.11. 열제어분야에서 테일러링 84

표 2.1.12. 구조분야에서 테일러링 85

표 2.1.13. 통신분야에서 테일러링 86

표 2.1.14. 주파수분야에서 테일러링 87

표 2.1.15. 자세제어분야에서 테일러링 88

표 2.1.16. Functional Test Activities 112

표 2.1.17. FDIR fault detection methods 122

표 2.1.18. FDIR preventive actions 123

표 2.1.19. FDIR fault detection methods 124

표 2.1.20. FDIR corrective actions 125

표 2.1.21. Critical Item List(1) 137

표 2.1.22. Critical Item List(2) 138

표 2.1.23. 인공위성 임무 리스크 분류 139

표 2.1.24. 인공위성 임무 리스크 분류(NASA NPR-8705-5A) 140

표 2.1.25. 여러 가지 등급의 품질 사양을 갖는 부품들 146

표 2.1.26. JAN 계열 부품 분류 체계 예시 147

표 2.1.27. 수동소자의 Military Established Reliability(ER) 148

표 2.1.28. 우주비행용 EEE 부품 위험도 평가표 152

표 2.1.29. 위성개발 등급 구분(안) 162

표 2.1.30. 위성등급별 제품보증 관리 분야 업무 정책 164

표 2.1.31. 위성등급별 품질보증 분야 업무 정책 165

표 2.1.32. 위성등급별 소프트웨어 품질 보증 분야 업무 정책 166

표 2.1.33. 위성등급별 신뢰성 및 안전성 분야 업무 정책 167

표 2.1.34. 위성등급별 전기전자부품 관리 분야 업무 정책 168

표 2.1.35. 위성등급별 기계부품, 재료 및 공정 관리 분야 업무 정책 169

표 2.1.36. 위성등급별 오염 관리 분야 업무 정책 170

표 2.1.37. 와이블 분포에 대한 척도모수와 형상모수 예측값 178

표 2.1.38. 발사 시기에 따른 분류초소형/소형위성 Weibull 모수들 180

표 2.1.39. 발사 시기에 따른 초소형/소형위성 분류 180

표 2.1.40. 임무 유형에 따른 초소형/소형위성 분류 182

표 2.1.41. 위성 임무에 따른 초소형/소형위성 Weibull 모수들 182

표 2.1.42. 개발자에 따른 초소형/소형위성 분류 184

표 2.1.43. 개발자에 따른 초소형/소형위성 Weibull 모수들 184

표 2.1.44. 수명 설계에 따른 초소형/소형위성 분류 185

표 2.1.45. 설계수명에 따른 초소형/소형위성 Weibull 모수들 186

표 2.1.46. 궤도 경사각에 따른 초소형/소형위성 분류 187

표 2.1.47. 궤도 경사각에 따른 초소형/소형위성 Weibull 모수들 188

표 2.1.48. 위성 실패에 대한 서브시스템별 기여도 190

표 2.1.49. 12U 나노위성 정현파 진동시험 규격 194

표 2.1.50. 12U 나노위성 랜덤 진동시험 규격 195

표 2.1.51. 12U 나노위성 준정적하중시험 규격 198

표 2.1.52. 12U 나노위성 충격시험 규격 198

표 2.1.53. 초소형위성 시스템 열진공시험 요구조건 205

표 2.1.54. 한국산업기술시험원 소형 열진공챔버 열진공챔버 제원 210

표 2.1.55. MIL-STD-461F:2007 전도성 방출 시험항목 211

표 2.1.56. ECSS-E-ST-20-07C:2012 전도성 방출 시험항목 212

표 2.1.57. MIL-STD-461F:2007 복사성 방출 시험항목 213

표 2.1.58. ECSS-E-ST-20-07C:2012 복사성 방출 시험항목 214

표 2.1.59. 열진공챔버 제원(안) 218

표 2.1.60. 열진공챔버 열제어 성능(안) 220

표 2.2.1. 주요 대상물의 겉보기 등급 243

표 2.2.2. Phase Function 248

표 2.2.3. 위성간 밝기 등급 비교 249

표 2.2.4. Dove 위성의 발사 연혁 254

표 2.2.5. CubeSat Ground Stations Measured 274

표 2.2.6. Measurement Places and Conditions 275

표 2.2.7. Amateur Frequency Allocations 276

표 2.2.8. RF Environment Measurement Bandwidth 276

표 2.2.9. Number of Measurement Times 277

표 2.2.10. CEOS 참여기관과 위성 298

표 2.2.11. CEOS 표면온도 제품 사양군 요구조건 예 299

표 2.3.1. GOCI Band Specification 303

표 2.3.2. Sentinel-2 공간해상도 별 밴드 별 파장 정보 304

표 2.3.3. 활용 영상 스펙 320

표 3.1.1. 수행된 자문 이력 총괄표 330

표 3.1.2. 학술적 계량 실적 331

표 5.3.1. 기획분야 연구주제 목록 339

표 5.3.2. 위성기술 자문분야 연구주제 목록 341

표 5.3.3. 위성탑재체 데이터 활용 분야 연구주제 목록 342

그림목차

그림 2.1.1. 통상적인 인공위성의 개발단계 및 과정 35

그림 2.1.2. 일반적인 인공위성의 개발일정 38

그림 2.1.3. 일반적인 시스템 스펙트리(예) 39

그림 2.1.4. 본체(버스) 스펙트리(예) 40

그림 2.1.5. 위성의 조립시험 스펙트리 적용(예) 41

그림 2.1.6. FPGA의 기본 아키텍처 43

그림 2.1.7. 우주 등급 FPGA 기반 컴퓨팅 시스템들 44

그림 2.1.8. FSDK Tooling and development flow 63

그림 2.1.9. ECSS standard의 구조 73

그림 2.1.10. 임무에 대한 여러 가지 접근 방식 97

그림 2.1.11. Amber 6U Cubesat Configuration 106

그림 2.1.12. Krytem-M3 108

그림 2.1.13. FDIR 계층 구조 116

그림 2.1.14. 자율 시스템의 OBSW 아키텍처 117

그림 2.1.15. FAIR 개발 흐름도 117

그림 2.1.16. AcubeSat 아키텍처 119

그림 2.1.17. FMEA process 120

그림 2.1.18. Watchdog architecture 126

그림 2.1.19. watchdog 내부 설계 128

그림 2.1.20. Functional architecture for CAN bus monitoring(1) 130

그림 2.1.21. Functional architecture for CAN bus monitoring(2) 131

그림 2.1.22. Functional architecture for CAN bus monitoring(3) 131

그림 2.1.23. FDIR functional flow 134

그림 2.1.24. Generic FDIR architecture for Safe Mode 136

그림 2.1.25. Safe mode FDIR ground intervention procedure 136

그림 2.1.26. High-level block diagram of the demonstration system 138

그림 2.1.27. 전자 부품의 등급 145

그림 2.1.28. 표준/비표준 전자 부품 적용 과정 149

그림 2.1.29. EEE 부품의 시험 절차 150

그림 2.1.30. 위성등급별 업무수행 구분 기준 163

그림 2.1.31. 위성등급별 적용 범위 164

그림 2.1.32. 형상모수(β)가 확률밀도함수에 미치는 영향 172

그림 2.1.33. 척도모수(η)가 확률밀도함수에 미치는 영향 172

그림 2.1.34. 형상모수(β)가 고장률 함수에 미치는 영향 173

그림 2.1.35. 실용급 위성의 신뢰도 추정 모델 174

그림 3.1.36. 실용급 대형/중형/소형위성의 신뢰도 추정 모델 175

그림 2.1.37. 큐브위성 신뢰도 추정 모델 176

그림 2.1.38. 실용급 위성과 큐브위성간의 신뢰도 비교 177

그림 2.1.39. 1990-2020년 사이에 발사된 초소형/소형위성의 모집단 전체 신뢰도 178

그림 2.1.40. 발사 기간별 신뢰도 180

그림 2.1.41. 임무 유형에 따른 초소형/소형위성의 신뢰도 182

그림 2.1.42. 개발자에 따른 초소형/소형위성의 신뢰도 184

그림 2.1.43. 임무 수명에 따른 초소형/소형위성의 신뢰도 186

그림 2.1.44. 궤도 경사각에 따른 초소형/소형위성의 신뢰도 187

그림 2.1.45. 시기별 위성 실패에 대한 서브시스템별 기여도(Unknown 제외) 191

그림 2.1.46. Minimum Random Vibration Spectrum, Unit Acceptance Tests 196

그림 2.1.47. 6U 큐브위성 랜덤 진동시험 형상 197

그림 2.1.48. 6U 큐브위성 랜덤 진동시험 결과 197

그림 2.1.49. Shock spectrum equipment qualification 199

그림 2.1.50. 8톤급 LDS V964 진동시험기 200

그림 2.1.51. (좌)16톤 (우)8톤 진동시험기 201

그림 2.1.52. 충격시험기 201

그림 2.1.53. 발사환경시험용 3축 치구 202

그림 2.1.54. 큐브위성 부품 레벨 열진공시험 형상 203

그림 2.1.55. 큐브위성 부품 레벨 열진공시험 결과 204

그림 2.1.56. 12U나노위성 열진공시험 규격 204

그림 2.1.57. 초소형위성 시스템 열진공시험 profile 205

그림 2.1.58. 초소형위성 시스템 열진공시험 형상 206

그림 2.1.59. 초소형위성 시스템 열진공시험 결과 206

그림 2.1.60. 초소형위성 시스템 열진공시험 치구 207

그림 2.1.61. 6U 위성시스템 총조립 및 환경시험 순서도 207

그림 2.1.62. 항우연 소형열진공 챔버(TVC 07, TVC 10) 209

그림 2.1.63. 한국산업기술시험원 소형 열진공챔버 209

그림 2.1.64. 나라스페이스 EMI Test Plan 211

그림 2.1.65. CE101 시험장비 설치 212

그림 2.1.66. CE102 시험장비 설치 213

그림 2.1.67. 복사성 방출 시험장비 설치 214

그림 2.1.68. RE101 시험장비 설치 - 자기장 215

그림 2.1.69. 한국항공우주연구원 전자파환경챔버 및 장비 216

그림 2.1.70. 한국산업기술시험원 전자파환경챔버 및 장비 216

그림 2.1.71. 소형열진공챔버 구성(안) 218

그림 2.1.72. 소형열진공챔버 쉬라우드 구성(안) 219

그림 2.1.73. 소형열진공챔버 열제어(안) 219

그림 2.1.74. 열진공시험 - 시스템레벨 vs 부품 레벨 220

그림 2.1.75. 12U 나노위성 열진공시험 구성 221

그림 2.1.76. 12U 광학테이블 진동레벨 요구조건 222

그림 2.1.77. 광학테이블 진동 차단 개념(안) 222

그림 2.1.78. 진동 차단을 위한 진공 벨로우즈(안) 223

그림 2.1.79. 진동 차단을 위한 vacuum seal 223

그림 2.1.80. 12U 나노위성 조립 환경 224

그림 2.1.81. 청정 텐트 예시 224

그림 2.1.82. 열진공챔버 전체 시스템 225

그림 2.1.83. 열진공챔버 시스템 세부 구성 225

그림 2.1.84. 성능검증시험결과 - 진공도 226

그림 2.1.85. 성능검증시험결과 - 열제어 226

그림 2.2.1. 군집위성 발사 후 위성 인식 성공률 229

그림 2.2.2. South Atlantic Anomaly(SAA)의 위치 231

그림 2.2.3. Starlink에 의한 빛 공해 233

그림 2.2.4. 빛 공해가 일어나는 원리 234

그림 2.2.5. Starlink 위성의 주요 부품 235

그림 2.2.6. Starlink 위성 별센서(좌)와 모멘텀 휠(우) 235

그림 2.2.7. Starlink 위성 이온 추력기 236

그림 2.2.8. 이온 추력기의 위치 236

그림 2.2.9. Starlink 위성 60기와 이온추력기 위치 237

그림 2.2.10. 흰색에서 검은색으로 칠해진 Phase Array Antenna(4개) 238

그림 2.2.11. Sun Visor가 장착된 Starlink 239

그림 2.2.12. 정상 임무 중 위성의 자세(Shark-Fin) 240

그림 2.2.13. 궤도 조정시 위성의 자세(Open Book) 241

그림 2.2.14. Open Book 형태에서 태양 빛이 반사되는 모습 242

그림 2.2.15. 태양전지판을 태양각과 수평되게 한 모습(Knife-Edge) 242

그림 2.2.16. Phase Angle 245

그림 2.2.17. 초기 설계 Starlink 위성과 VisorSat의 겉보기 등급 비교 247

그림 2.2.18. Phase Angle과 1000km 등급 관계 248

그림 2.2.19. OneWeb의 형상 250

그림 2.2.20. Build 14 Dove(B14) 큐브위성 252

그림 2.2.21. The Dove System Architecture 253

그림 2.2.22. Dove Launch History 255

그림 2.2.23. High-level overview 257

그림 2.2.24. Bus Commissioning Procedure 257

그림 2.2.25. SuperDove Commissioning 도전 261

그림 2.2.26. Automation Agents(6가지) 263

그림 2.2.27. Automated Workflow 264

그림 2.2.28. 큐브위성 지상국 시스템 270

그림 2.2.29. 큐브위성 지상국 시스템 블록선도 271

그림 2.2.30. 조선대 UHF Noise and Communication Frequency 278

그림 2.2.31. 조선대 S-band Noise and Communication Frequency 279

그림 2.2.32. KAIST VHF Noise and Communication Frequency 280

그림 3.2.33. KAIST UHF Noise and Communication Frequency 280

그림 3.2.34. KAIST S-band Noise and Communication Frequency 281

그림 2.2.35. 서울대 VHF Noise and Communication Frequency 282

그림 3.2.36. 서울대 UHF Noise and Communication Frequency 283

그림 3.2.37. 서울대 S-band Noise and Communication Frequency 283

그림 2.2.38. 연세대 UHF Noise and Communication Frequency 284

그림 2.2.39. 연세대 S-band Noise and Communication Frequency 285

그림 2.2.40. VHF Noise Level Comparison 286

그림 2.2.41. UHF Noise Level Comparison 287

그림 2.2.42. S-band Noise Level Comparison 288

그림 2.2.43. ARD 개념 291

그림 2.2.44. 전형적인 위성영상 및 공간분할 개요 292

그림 2.2.45. LANSAT 위성의 미국지역 ARD Grid 293

그림 2.2.46. ARD에서 제공되는 위성영상 및 픽셀 정보(구름 노란색 표시) 294

그림 2.2.47. ARD 국제 현황 및 항우연의 활동희망 분야 및 역할 296

그림 2.2.48. CEOS 로고 296

그림 2.3.1. 연구 대상, 모자반 301

그림 2.3.2. 모자반 발생 map [2] 및 관심 영역 302

그림 2.3.3. Sentinel-2 데이터 타일 맵 304

그림 2.3.4. Sentinel-2 타일별 분석 영역 305

그림 2.3.5. 탐지 네트워크 모식도 및 AFAI 수식 305

그림 2.3.6. 멕시코 연안 모자반 탐지 결과 307

그림 2.3.7. 제주도 연안 모자반 탐지 결과 307

그림 2.3.8. 모자반 양에 따른 AFAI 값 차이 308

그림 2.3.9. AFAI와 floating material 반사도 차이 309

그림 2.3.10. GOCI밴드별로 보이는 파장의 반사도 차이(구름) 310

그림 2.3.11. 객체별 GOCI AFAI 인덱스 차이 310

그림 2.3.12. Scientific Index 기반 classification(algae, turbid water, cloud) map 311

그림 2.3.13. 부유물 탐지 네트워크 312

그림 2.3.14. 본 연구에서 수행한 모자반 탐지 과정 312

그림 2.3.15. 탐지 결과(예 1) (a) : Modeling map(GT), (b) AFAI map (c) Detection map 314

그림 2.3.16. 탐지 결과(예 2) 좌 : Modeling map(GT), 우 : Detection map 315

그림 2.3.17. 제주 지역 모자반 유입 관련 기사(2021. 2. 4) 316

그림 2.3.18. 제주 지역 모자반 탐지 결과, 동일 일자의 2시간 간격 결과(2021.2.4.) 317

그림 2.3.19. 불법건축물 탐지에 인공지능 기술을 활용한 예 319

그림 2.3.20. 불법 건축물 탐지 모델 개발 연구 범위 320

그림 2.3.21. 후처리 및 SHP 파일 변환 프로세스 321

그림 3.3.22. 공공데이터 활용 건축물 shape file 생성 321

그림 2.3.23. 데이터형 변환 및 분할 과정 322

그림 2.3.24. 색상 보정 전후 비교 323

그림 2.3.25. FCN과 Xception 모델의 성능 평가 결과 323

그림 2.3.26. FCN 기반 연도별 건축물 탐지 성능 평가 결과 324

그림 2.3.27. 다른 시기의 두 위성영상에서의 건축물 분할 결과 비교 325

그림 2.3.28. 위치 보정 작업 과정 325

그림 2.3.29. 불법건축물 탐지 범위 326

그림 2.3.30. 위치보정 알고리즘 326

그림 2.3.31. 위치보정 알고리즘 최종 결과 327

그림 2.3.32. 불법건축물 판단 알고리즘 327

그림 2.3.33. 건축물 변화탐지 시각화 328

그림 2.3.34. 건축물 변화 탐지 시각화 예시 328

그림 2.3.35. 건축물 변화 탐지 시각화 확대 329

그림 2.3.36. 탐지 알고리즘 & 빅데이터 위성 영상 시스템 연동 329

그림 4.1.1. 최초 10종에서 6종(구조체 포함)의 부품으로 수정됨 336

그림 5.3.1. Dove 위성 관측폭과 지자체간 거리 344