[논문]달 탐사선의 동역학 모델링 및 관성 모멘트 추정에 관한 연구

심상현; 김광진; 이상철; 고상호; 류동영; 주광혁

달 탐사선의 동역학 모델링 및 관성 모멘트 추정에 관한 연구
A Study on Dynamic Modelling and Mass Properties Estimation of the Lunar Module 원문보기

한국항공운항학회지 = Journal of the Korean Society for Aviation and Aeronautics, v.18 no.4, 2010년, pp.30 - 37

심상현 (한국항공대학교 대학원 항공우주 및 기계공학과) , 김광진 (한국항공대학교 대학원 항공우주 및 기계공학과) , 이상철 (한국항공대학교 항공우주 및 기계공학부) , 고상호 (한국항공대학교 항공우주 및 기계공학부) , 류동영 (한국항공우주연구원) , 주광혁 (한국항공우주연구원)

Abstract ▼ AI-Helper

This paper deals with attitude determination and parameter estimation problems for a lunar module. For this we first derive equations of motion for the lunar module by considering allocation locations (configurations) of reaction thruster and a reaction wheel assembly. The lunar module is assumed as a rigid body. In order to include the effect of fuel sloshing on the dynamics of the lunar module, we model it as a spherical pendulum for a simple analysis. For estimating angular rates and moment of inertia of the module, we employ an extended Kalman filter and the least mean square algorithms, respectively. Finally we construct a dynamical model for the lunar module by combining all these elements.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

구동기에서 발생되는 토크는 구동기의 장착 위치 및 형상에 따라 다르다. 따라서 본 논문에서는 운동방정식 유도에 앞서 RWA와 반작용 추력기의 배치 형상에 따른 고려사항을 소개한다.

제안 방법

달 탐사선의 동역학적 모델링을 위하여 자세제어를 위한 구동기의 위치 및 배치 형상과 액체의 슬로싱을 고려한 운동 방정식을 도출한다. 일반적으로 달 탐사선의 자세제어를 위한 구동기로는 반작용 휠과 반작용 추력기 등이 사용되고 있으며, 달 탐사선 질량중심으로부터의 위치 및 장착 각도 등에 대한 고려가 필요하다.
마지막으로, 달 탐사선이 궤도 운동을 할 때, 탐사선의 운용에 따른 관성값 변화를 추정하도록 한다. 달 탐사선이 궤도 운동을 하는 동안, 연료의 슬로싱에 의한 영향은 무시할 수 있을 만큼 작다.
따라서 이러한 유체역학적 거동과 슬로싱 현상에 대해 명확히 이해하고 정확한 해석이 필요하다. 본 논문에서는 Fig. 4에서 도시한 바와 같이 유동하는 액체 연료의 운동을 단순 진자운동으로 고려한다.[7]
따라서 센서에서 출력되는 값에 대한 보정이 병행되어야 보다 정확한 관성값을 추정할 수 있다. 본 논문에서는 달 탐사선의 궤도 운동 시 관성 모멘트를 추정하기 위하여 EKF를 사용하여 달 탐사선의 각속도 및 자세각을 추정하고, LMS 기법을 통해 관성값을 추정하도록 한다.

이론/모형

액체 슬로싱은 일반적으로 비선형 이론을 사용하여 이론적으로 해를 구하는 방법과 유한요소법(Finite Element Method), 경계요소법(Boundary Element Method) 및 유한차 분법(Finite Difference Method) 등을 이용하여 수치 계산에 의해 해석하는 방법 등이 있으며, 단순 진자 모델이나 스프링-질량 모델 등으로 가정하여 해석하는 방법으로 해를 구할 수 있다.²⁾³⁾ 본 논문에서는 슬로싱 모델의 단순화 및 시뮬레이션의 용이성 등을 고려하여 구형 진자 모델을 사용한다. 달 탐사선의 동역학 모델은 최종적으로 구동기의 위치 및 액체 슬로싱을 고려하였다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	저장 용기의 슬로싱 현상이 심화되면 어떤 문제가 생기는가?	슬로싱은 연료 탱크 등의 가진, 진동 등의 이 유로 발생하는 유체의 출렁거림을 말한다. 저장 용기의 슬로싱 현상이 심화되면 저장 용기를 포 함하는 전체 시스템 자체의 거동이 상이하게 나 타나게 된다.
	슬로싱이란?	슬로싱은 연료 탱크 등의 가진, 진동 등의 이 유로 발생하는 유체의 출렁거림을 말한다. 저장 용기의 슬로싱 현상이 심화되면 저장 용기를 포 함하는 전체 시스템 자체의 거동이 상이하게 나 타나게 된다.
	달 탐사선의 수평이동 및 회전운동에 이용되는 토크의 발생 방법은?	반작용 추력기는 위성 및 우주선에 탑재된 가 스제트의 방출을 통하여 추력을 얻고, 발생된 추 력과 시스템의 질량 중심으로부터의 위치벡터를 곱하여 토크를 발생시킨다. 이렇게 발생된 추력 및 토크 성분을 통하여 달 탐사선의 수평이동 및 회전운동을 가능하게 한다.

참고문헌 (13)

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상세보기
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상세보기
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원문보기 상세보기
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상세보기
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