인공위성의 신뢰도 예측

Abstract

신뢰도 예측은 고장률, 신뢰도와 같은 신뢰성 척도를 예측하여 명시된 신뢰성 요구조건의 만족 여부를 확인할 수 있는 방법론이다. 신뢰도 예측의 장점은 개발 비용 최소화, 설계 적합성과의 실현 가능성 여부, 설계 대안의 비교, 절충안 제시 등이 있다. 이로 인해, 인공위성 산업뿐만 아니라 무기체계, 철도, 민간산업에 이르기까지 다양한 분야에서 신뢰도 예측이 수행되고 있다. 하지만 인공위성 산업에서의 신뢰도 예측은 운영 및 예측 지표, 환경 및 사용조건, 구조 및 요구기능, 신뢰도 예측 절차 및 분석기법에 대한 한계점이 있다. 따라서 본 연구에서는 인공위성을 위한 새로운 신뢰도 예측 방법을 제안한다. 첫 번째, 운영 및 예측 지표에 관한 한계점을 해결하기 위해 운영개념 기반 의 임무 신뢰도 예측 방법을 제안한다. 이를 위하여, 인공위성의 임무를 기술한 운영개념을 운영단계, 운영모드, 서브운영모드로 분류한다. 해당 서브운영모드의 임무 유형을 단발성 유형 혹은 지속성 유형으로 정의하고, 운영상태와 운영 메커니즘에 따라 필수 시스템을 선정한다. 또한 운영시간, 운영비율과 같은 운영요소를 정의하고, 운영 프로파일을 생성한다. 그 다음으로 특정 서브운영모드와 일련의 운영단계를 반영하기 위한 신뢰도 모델을 수립한다. 마지막으로 사례연구를 위해 제안된 방법을 소형 인공위성에 적용하고, 임무 신뢰도를 산출한다. 두 번째, 환경 및 사용조건에 관한 한계점을 해결하기 위해 유도환경 분석을 통한 신뢰도 예측 방법을 제안한다. 열적 스트레스에 대한 유도환경을 분석하기 위하여 열 해석을 수행하고, 실제에 가까운 사용조건을 도출한다. 사용조건의 온도구간을 커브피팅법, 안정화법, 평균법과 같은 통계적 방법을 이용하여 분할하고, 온도 프로파일을 생성한다. 그 다음으로 온도 프로파일과 가중평균법을 이용하여 대표 고장률과 신뢰도를 산출한다. 마지막으로 사례연구를 위해 제안된 방법을 소형 인공위성에 탑재되는 저 전압 공급 장치에 적용하고, 기존 예측 방법과 비교한다. 세 번째, 구조 및 요구기능에 대한 한계점을 해결하기 위해 기능분석을 통한 신뢰도 예측 방법을 제안한다. 이를 위해, 기능 구조 블록 다이어그램을 이용하여 요구기능을 대기능, 중기능, 상세 기능으로 분류하고, 부품항목과 대응시킨다. 또한 해당 기능에 대한 신뢰도 모델, 가동률, 스위치 유형을 정의하고, 기능 및 신뢰성 구조 표를 생성한다. 그 다음으로 기능들의 연관관계를 도식화하기 위해 신뢰성 블록 다이어그램을 이용하여 신뢰도 모델을 수립한다. 마지막으로 사례연구를 위해 제안된 방법을 저 전압 공급 장치에 적용하고, 부품의 고장률과 요구기능에 대한 신뢰도를 산출한다. 마지막, 신뢰도 예측 절차 및 분석기법에 대한 한계점을 해결하기 위해 통계적 방법 기반의 신뢰도 예측 절차와 분석 기법의 활용 방안을 제안한다. 이를 위하여, 신뢰도 예측과 관련된 문헌으로부터 절차와 신뢰성 기법을 수집한다. 그 다음으로 개발모델, 시험인증모델, 비행모델과 같은 위성모델을 고려하여 절차와 분석기법을 구축한다. 마지막으로 세부단계에 요구되는 입력 데이터, 결과물, 분석 기법의 활용방안을 정의한다.