경사궤도(Inclined GEO Synchronous Orbit)는 지구 동기 궤도(GSO)의 한 형태로 적도면에 대하여 경사각을 갖는 궤도이다. 경사궤도와 정지궤도는 위성 운영적인 측면에서 많은 차이점이 있 는데 특히 에너지 생산 관점에서 크게 다른 환경을 제공한다. 정지궤도의 경우 궤도 평면에 대한 태양의 고도는 계절에 따라 -23.5도에서 23.5도의 범위로 움직인다. 그러나 경사궤도에서는 최 대 이 범위에서 경사각이 더해진 범위, 즉 –(23.5+경사각) ~ (23.5+경사각)의 범위에서 태양의 고도가 변화한다. 이러한 이유로 경사궤도에서는 정지궤도와 같은 태양전지판 구성 및 위성 자세 로는 태양으로부터 충분한 에너지를 생산할 수 없다. 일반적으로 정지궤도 위성은 한쪽 면(위성의 Z평면)을 지구를 지향한 채 태양전지판이 경사면에 수직이 되도록 위성의 자세를 유지하고 태양 지향을 위해 태양전지판을 1축으로 회전하는 구성을 갖는다. 경사궤도에서 이와 같이 지구를 지향한 채로 1축으로 회전하는 태양전지판을 이용하여 태양으로부터 충분한 에너지를 생산 하기 위해서는 위성을 Z축을 기준으로 회전시키는 자세제어가 필요하다. 이 논문에서는 에너지 생산 관점에서 경사궤도가 가지는 특징을 설명한다. 계절에 따라 경사궤도면에 대한 태양 고도 의 변화를 기술하고 이로 인해 충분한 에너지의 생산을 위해서는 위성의 자세제어가 필요함을 기술한다. 위성이 궤도상 특정 위치에서 최대한의 태양에너지 생산을 위한 위성의 yaw 각도 및 태양전지판의 회전 각도를 도출하고 이때 생산 가능한 태양에너지 양을 계산한다.

Attitude of the Satellite on Inclined GEO Synchronous Orbit for Generating Maximum Solar Energy

Wonsub Choi

The Inclined GeoSynchronous Orbit (IGSO) is a type of GeoSynchronous Orbit (GSO) that is inclined at an angle to the equatorial plane. IGSO and Geostationary orbits have many differences in terms of satellite operation, and they provide significantly different environment, particularly from an energy generation perspective. The angle of the sun to the equatorial plane (called beta angle) varies seasonally between -23.5 and 23.5 degrees in case of geostationary orbit. However, In IGSO, the maximum range can be the range of inclination angle added to this range, i.e., the Sun’s altitude varies in the range of –(23.5+inclination angle) to (23.5+inclination angle). For this reason, the solar array configuration and the satellite attitude same as in a geostationary orbit cannot produce sufficient energy from the sun in IGSO. Typically, geostationary satellites are configured to keep one side (the satellite’s Z plane) pointed toward the Earth, with the solar arrays perpendicular to the orbital plane, and rotate the solar arrays around one axis to orient them toward the Sun. In order to produce sufficient energy from the Sun using solar panels that rotate on one axis while facing the Earth in IGSO, the attitude control to rotate the satellite around the Z axis is required. This attitude control is called yaw-steering control. This paper describes the characteristics of IGSO from the perspective of energy production. It describes the seasonal variation of the Sun’s angle to the orbital plane and the need for the attitude control of the satellite to produce sufficient energy. When the satellite is at a specific location in orbit, the satellite’s yaw angle and the solar panel ration angle are derived to produce maximum solar energy, and the amount of solar energy than can be produced at that time is calculated.

Keywords: IGSO, yaw steering control, satellite

Speaker 최원섭 한국항공우주연구원