Plan-S가 디지털 엔지니어링을 사용하여 새로운 우주 경제를 성장시키는 방법

우리는 오늘날의 가장 중요한 과제들을 어떻게 해결할 수 있을까요? 이 질문에 대한 답은 지상 기반 솔루션을 중심으로 다루어지는 경우가 많지만, 일부 혁신가들은 결과를 얻기 위해 우주로 눈을 돌렸습니다.

이러한 회사 중 하나인 Plan-S는 위성군 관측을 설계, 구축, 운영하여 지구상의 과제를 해결하는 데 중점을 두고 있습니다. 이 회사의 사명은 지속 가능한 우주 기술을 통해 지구상의 삶을 개선하는 것입니다.

Plan-S의 시스템 엔지니어인 Umut Kızılyamaç는 “Plan-S는 더 빠르고 더 쉽게 이용 가능하며 더 영향력 높은 우주 기술을 개발하기 위해 설립되었다”라고 말합니다. "우리는 위성 사물 인터넷(IoT)과 지구 관측 분야에서 민첩하고 상업적으로 주도적인 솔루션에 대한 필요성을 인지했으며, 우리 회사는 바로 그런 솔루션을 제공하도록 설립된 것입니다."

Plan-S는 우주 기술이 제공하는 이점에 대해 세 가지 유형으로 분류할 수 있다고 밝혔습니다.

1. 환경적 이점. Plan-S의 Observa Earth 관측 위성은 삼림, 수생 생물군계, 농경지 등의 환경을 모니터링하는 데 사용할 수 있으므로 광범위한 응용 분야에 활용할 수 있습니다. Kızılyamaç는 이렇게 말합니다. "예를 들어 우리는 다중 스펙트럼 영상을 통해 초목 상태를 분석함으로써 작물 손실을 방지하고 불법 삼림 벌채를 감지하며 가뭄이 발생하기 쉬운 지역을 모니터링하여 더욱 지속 가능한 토지 및 자원 관리를 지원합니다."
2. 경제적 이점. Plan-S의 Connecta IoT 네트워크는 원격 지역이나 인프라가 부족한 지역의 산업체들이 비용 효율적인 위성 연결을 실현할 수 있도록 지원합니다. 또한 이 작업은 스마트 계량 연결을 통해 효율적인 전력 분배를 촉진하여 에너지 제공업체가 운영 비용을 절감하고 대규모 인프라 투자를 최소화하면서 서비스를 확장할 수 있도록 합니다.
3. 사회적 편익. Plan-S의 위성 기반 IoT 및 위성 직접 통신 기술은 지상 통신망이 마비되는 자연재해 발생 시 통신 경로를 유지하는 데 유용합니다. Kızılyamaç는 이러한 상황에서 응급 구조원들이 Plan-S의 기술을 사용하여 “가장 중요한 순간에 지역사회가 연결 상태를 유지하도록 보장함으로써 생명을 구하고 빠르게 복구할 수 있다”고 말합니다.

새로운 우주 경제로 향한 길의 장벽 극복

위성 기술을 통해 지구상의 삶을 개선한다는 사명에 따라 Plan-S는 새로운 우주 경제(NSE)로 나아갈 것입니다. 그에 따라 우주 산업의 상업화가 심화되고 민간 기업이 우주 탐사 발전에 기여할 것으로 예상됩니다. Plan-S는 이 작업을 통해 우주 탐사 진입 장벽을 낮추는 동시에 지구의 디지털 혁신을 가속화함으로써 NSE에 큰 영향을 미치기를 바랍니다.

이러한 목표를 실현하려면 성능 최적화와 임무 요구 사항(예: 위성군 관측 범위 및 재방문 주기) 충족의 균형을 맞추면서 비용과 개발 기간을 최소화하는 최고 수준의 기술과 제품이 필요합니다.

Kızılyamaç는 "또한 연결성이나 지구 관측을 위한 각 임무 유형에는 연결 예산, 지상 관측 폭, 전력 제한, 규제 경계와 같은 고유한 제약이 따른다"라고 말합니다. "또 다른 주요 과제는 안테나 적용 범위나 열 균형을 손상하지 않으면서 다양한 궤도면과 베타 각도에 걸쳐 충분한 전력 생산을 보장하는 등 하위 시스템 간의 상호작용을 관리하는 것입니다."

이러한 난관을 극복하는 동시에 NSE를 위한 기반을 마련하기 위해 Plan-S는 Synopsys와 합병된 Ansys의 시뮬레이션 솔루션, 특히 Ansys STK(Systems Tool Kit) 디지털 미션 엔지니어링 소프트웨어를 사용합니다. Kızılyamaç는 이렇게 말합니다. "STK 소프트웨어는 통합 환경에서 광범위한 설계 변수를 시뮬레이션하고 평가할 수 있도록 지원하여 이러한 과제를 극복하는 데 중요한 역할을 합니다."

STK 소프트웨어는 Plan-S 팀이 초기 설계 프로세스부터 운영에 이르기까지 설계를 최적화하고 다양한 프로세스를 개선하는 데 활용합니다.

디지털 엔지니어링이 Plan-S가 궤도 내 혁신을 달성하는 동시에 현실 세계에 영향을 미치도록 지원하는 방법

Kızılyamaç는 이렇게 말합니다. "Plan-S의 디지털 엔지니어링 전략은 여러 엔지니어링 영역에서 시뮬레이션 툴을 활용하여 위성 및 군집 설계를 최적화하는 데 중점을 둡니다." 이러한 전략의 일환으로 Plan-S는 전체 설계는 물론 안테나, 수신기, 태양 전지판, 추진 시스템과 같은 특정 위성 하위 시스템에 대해서도 철저한 열, 구조, 모달 및 복사 분석을 수행합니다. Kızılyamaç는 "이를 통해 하나의 하위 시스템에서 단일 변경이 전체 시스템에 어떻게 영향을 미치는지 쉽게 분석할 수 있다"고 말합니다. 예를 들어 STK 소프트웨어를 사용하면 하나의 플랫폼 내에서 특정 기동 중에 발생하는 전력 생산과 그에 따라 하위 시스템에 미치는 영향을 모두 연구할 수 있습니다.

이러한 시뮬레이션 분석을 결합하여 Plan-S 팀은 하위 시스템 상호작용을 최적화하는 동시에 임무 요구 사항을 검증할 수 있습니다. 결과적으로 Plan-S는 잠재적인 문제를 신속하게 식별하고 해결할 수 있을 뿐만 아니라 "궤도에 있는 위성의 신뢰성과 성능을 보장할 수 있다"라고 Kızılyamaç는 말합니다. "STK 소프트웨어는 Plan-S의 여러 임무 단계에서 매우 귀중한 도구였습니다."

또 다른 예로 임무 계획 및 분석을 살펴보겠습니다. Plan-S는 발사 전에 STK 소프트웨어를 사용하여 가상 위성의 설계 매개변수를 시뮬레이션합니다. 이러한 방식으로 팀은 위성 초기 패스를 계획하고 지상국 패스를 분석하며 적절한 범위를 확인하고 전력 생산을 시뮬레이션하여 운영 한계를 정의하고 전력 가용성을 관리하며 지구에서 궤도 내 운영으로의 원활한 전환을 보장할 수 있습니다. 이를 통해 Plan-S는 임무 목표를 충족하는 잠재적 위성 구성을 결정한 다음, 서로 대립되는 요소 사이의 균형 분석을 통해 최종 설계 및 가능한 발사 일정을 선택할 수 있습니다.

특정 사용 사례로 지구 관측 및 영상 위성의 임무 계획을 살펴볼 수 있습니다. 여기서 Plan-S는 STK 소프트웨어를 사용하여 "이미지 캡처를 위한 타이밍과 자세 각도를 정밀하게 결정함으로써 대상 지역 이미지를 성공적으로 획득할 수 있다"고 Kızılyamaç는 말합니다. 또한 일식 통과 또는 기동 중에 이미징 장치와 태양의 상호작용을 평가하고 이미징 영역을 극대화하기 위한 전반적인 운영을 계획하는 데도 STK 소프트웨어를 사용합니다.

Plan-S는 위성 운용 중 충돌 위험을 관리하는 작업에도 디지털 엔지니어링 솔루션을 적용합니다. 때로 Plan-S 팀은 고위험 근접 접근으로 인해 발생할 수 있는 잠재적 충돌을 방지하기 위해 조치를 취해야 합니다. Plan-S는 어떤 조치를 취할지 결정하기 위해 STK 소프트웨어의 Astrogator 기능을 비롯한 툴을 사용하여 필요에 따라 다른 당사자들과 조율하면서 잠재적 기동을 계산합니다. 이를 통해 Plan-S는 "기동이 또 다른 근접 접근 가능성을 높이지 않으면서 충돌 위험을 최소화"하도록 보장할 수 있다고 Kızılyamaç는 말합니다.

Plan-S가 성공을 거두는 데 디지털 엔지니어링을 활용한 방법은 이것뿐만이 아닙니다. Plan-S는 앞으로 태양 동기 궤도(SSO)와 중간 경사 궤도를 포함한 새로운 궤도면에 위성군을 배치할 예정입니다. 이를 위해 Plan-S는 현재 위성의 태양 전지판 기울기 각도를 최적화하는 데 유용한 설계에 대한 특허를 보유하고 있습니다. 이 설계는 "6개의 서로 다른 온보드 안테나의 안테나 패턴에 영향을 주지 않으면서 이러한 모든 궤도에서 충분한 전력을 생산할 수 있는 설계"라고 Kızılyamaç는 말합니다. STK 소프트웨어의 전력 생산 툴은 Plan-S가 이 프로젝트를 개발하고 이 특허를 취득하는 데 모두 활용되었습니다.

새로운 우주 미래를 향해 전진

Plan-S에서 Ansys 소프트웨어를 사용하여 얻는 이점을 고려할 때 “궁극적으로 시뮬레이션은 우리가 설계 프로세스의 위험을 줄이고 개발 시간을 단축하며 최종 위성군이 기술적 목표와 운영적 목표를 모두 충족하는지 확인하는 데 유용하다”라고 Kızılyamaç는 말합니다.

이러한 이점은 Plan-S가 앞으로도 계속해서 탁월한 성과를 거두는 데 도움이 될 것입니다. Plan-S는 2025년에 Connecta IoT 위성군을 확장하고 지구 관측 위성군인 Observa를 시작하기 위해 9개의 위성을 추가로 발사할 계획이기 때문입니다.

최고의 우주 기술 기업으로서 Plan-S는 매번의 발사를 통해 인류가 위성 기반 솔루션으로 전환하는 데 기여한다는 사명에 더 가깝게 다가갑니다.

Ansys 다중물리 솔루션으로 우주 분야에 혁신을 일으키고 있는 기업들에 관해 자세히 알아보려면 우주 시뮬레이션 웹 사이트를 확인하십시오.