As demands for CubeSat increase, the need for optical payloads that provide better performance characteristics also increases. Deployable Structures offer an excellent advantage to smaller form CubeSat in order to have larger on orbit volume. This increased on orbit volume can be utilized by optical payloads through either providing longer focal length, or larger aperture size. Compared to the traditional CubeSat optical payloads, a payload that utilizes the increased volume of a deployable CubeSat could provide better optical performance whether in terms of Ground Sampling Distance (GSD) or Modulation Transfer Function (MTF). However due to the optical system structure complexity and sensitivity, payloads in deployable CubeSat brings up another challenge for payload engineers, more specifically, in regards to the optical system parameters or opto-mechanical structure design.
Unlike traditional CubeSat missions, deployable CubeSat missions consist of a structure that once launched in space, its structures is expanded allowing for the CubeSat to become larger in size. In order to determine the improvement from such mission, the mathematical model to characterize the performance parameters of the system is established. A study regarding for the various optical design and selects the most suitable design with respect to a deployable optical system concept.
This thesis presents a design of a Solid Catadioptric optical system in a 6U deployable CubeSat in order to determine the performance improvement. The design is established based on a detailed study of each optical system sensitivity as well as a prototype model to test the concept of deployment and the capability of restoring the image quality after degradation due to deployment. Analytical results as well as software simulation is presented as a reference to verify the optical capability of the system as well as to check the feasibility of the design in a 6U Mechanical Envelope. Moreover, a comparison with Space Heritage Payload is used to compare the performance. It was found that the Solid Catadioptric deployable optical payload can provide an advantage to envelope reduction compared to the current space solutions without a significant compromise in performance.
큐브위성에 대한 수요가 증가함에 따라 더 나은 성능 특성을 제공하는 광학 탑재체의 필요성도 증가하고 있다. 전개형 구조는 운용 중에 더 큰 크기로 활용될 수 있기 때문에 큐브위성에 큰 이점을 제공한다. 궤도 상에서 전개 가능한 구조는 더 긴 초점거리 또는 더 큰 조리개 크기를 제공함으로써 광학 페이로드에 이용될 수 있다. 기존 큐브위성의 광학 탑재체와 비교하였을 때, 전개 가능한 탑재체는 지상 샘플링 거리(GSD) 또는 변조 전송 함수(MTF) 측면에서 더 나은 광학 성능을 제공할 수 있다. 그러나 전개 가능한 큐브위성용 탑재체는 광학 시스템 구조의 복잡성과 민감도로 인해, 광학 시스템 매개 변수 또는 광학 기계 구조 설계와 관련하여 페이로드 엔지니어에게 또 다른 문제를 제기한다.
전개 형 탑재체가 포함된 큐브위성 미션은 기존 큐브위성 미션과 달리 우주에 발사되면 그 구조가 확장돼 크기가 커질 수 있다. 그로 인한 성능의 개선을 분석하기 위해서는 먼저 치수 불안정성에 대한 광학 시스템의 민감도를 결정하는 것이 필수적이다. 그러나 복잡성, 민감도 및 성능 간에 균형을 이루는 여러 광학 설계가 있기 때문에 이는 간단한 작업이 아니다. 반면, 2개의 거울로 구성되는 카세그레인 같은 1차 광학 모델링은 광학 요소가 적기 때문에 훨씬 간단하고 분석하기 쉽다. 따라서 본 연구에서는 전개 가능한 구조로 광학 탑재체 성능을 확립하는 방법 중 하나로 간단한 카세그레인 망원경을 설계하고 광학 성능과 광학 민감도를 분석하였다.
본 논문은 카세그레인 광학 탑재체가 포함된 전개 가능한 4 U 큐브위성의 타당성에 대한 연구를 제안한다. 광학 탑재체가 있는 전개 가능한 큐브위성은 4U 크기에 맞도록 기계적으로 설계된다; 그러나 광학 설계에는 전개 메커니즘을 활용한다. 광학 탑재체의 실현 가능성을 보이기 위해 실험 결과와 소프트웨어 시뮬레이션 결과가 제시된다. 또한, 다른 큐브위성용 광학 탑재체와의 성능을 비교하였다. 두 개의 거울 로 이루어진 카세그레인식 전개형 광학 탑재체가 다른 솔루션에 비해 GSD 성능을 크게 개선할 수 있음을 밝힌다.
