[논문]지구 재진입체의 특성에 따른 재진입사례 및 생존특성 분석

정순우; 민찬오; 이대우; 조겸래

doi:10.12673/jkoni.2013.17.01.080

초록
AI-Helper

1957년 10월 4일 인류최초의 위성 스푸트니크1호가 발사된 이래로 지구저궤도에서 대기권으로 재진입하는 물체의 양은 지속적으로 증가해왔다. 대부분의 재진입체들은 공력가열에 의해 타버려 생존하기 어렵다. 그러나 단 하나의 물체라도 지표면으로 떨어질 경우 인명 및 재산피해를 유발할 수 있다. 우주활동의 부산물로 발생하는 폐기위성, 로켓부스터, 압력탱크, 폐기우주정거장 등 지구에 재진입하는 물체는 꾸준히 늘어왔다. 대부분의 재진입체는 고도 50km~80km에서 소각되고 10%~40% 가량이 살아남아 지상으로 추락한다. 따라서 본 논문은 다양한 사례를 종합하여 재진입체의 생존특성을 분석하였다.

Abstract ▼ AI-Helper

The amount of object which reenter the Earth's atmosphere has been increasing after the Sputnik I launch in October 1957. Most of reentry objects were incinerated by aerodynamic heating so they hardly survive. But they may incur casualties and widespread property damages if they survive and fall to ...

The amount of object which reenter the Earth's atmosphere has been increasing after the Sputnik I launch in October 1957. Most of reentry objects were incinerated by aerodynamic heating so they hardly survive. But they may incur casualties and widespread property damages if they survive and fall to surface. The amount of reentry objects, such as Satellite, Rocket Booster, Pressure Tank, ISS shows continued growth as byproduct of space activities. Most of the re-entry objects are incinerated at between altitude of 50km~80km and 10%~40% of the objects are surviving and falling to the ground. Therefore, this paper try to piece together the reentry event and analysis the survival characteristics of re-entry object.

주제어

AI 본문요약
AI-Helper

* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.

문제 정의

기본적인 운동 방정식 외에도 공력가열모델에 따라서도 그 결과가 크게 차이가 날 수 있다. 따라서 어떤 요소가 크게 영향을 미치는 지 알아보기 위해 무게, 재질, 부품에 따라 생존율 분석을 해보았다. 일반적으로 지구저궤도로부터 대기권으로 재진입하는 물체의 생존율은 대략 10% 에서 40%로 예측한다.

가설 설정

NASA의 또 다른 프로그램인 ORSAT(Object reentry survival Analysis Tool)은 재진입 해석을 위한 전용 프로그램으로서 해석대상의 각 부품형태를 실린더, 직육면체, 구, 평판으로 모델링하여 분석한다. DAS와는 다르게 재진입시 Break-up 고도를 78km로 가정하여 파편의 비산범위 및 각 부품별 탄도궤적을 보여준다. 이를 통해 DAS2.

제안 방법

0보다는 좀 더 정확한 분석이 가능하다. 따라서 DAS2.0을 이용하여 먼저 재진입 분석을 시행하여 지상에 피해가 예상될 경우 ORSAT을 이용하여 재분석을 한다.
ORSAT은 각 부품의 형태를 4가지 단순한 형태로 단순화하여 분석을 시행하지만 SCARAB은 직접 모델링을 통하여 위성 전체의 형상을 최대한 실제와 가깝게 모사하여 분석한다. 이때 표면을 triangular panelized하여 유한요소 해석을 사용한다. 따라서 재진입체의 구조와 그에 가해지는 스트레스를 계산하여 보다 정확한 break-up 고도 예측이 가능할 것으로 보인다.
043이다. 재진입 후 완전하게 소각되지 않고 생존한 파편에 의한 재산 및 인명사고를 막기 위해 궤도수정을 하였고 이를 통해 남태평양에 추락시켰다. 2001년 03월 23일 05:36UTC 고도 120km, 비행각 -0.
1979년 7월 11일 Skylab이 지구로 재진입하게 된다. 추락에 따른 위험을 줄이기 위해 남아프리카 케이프타운의 서남쪽으로 추락을 유도하였다. 하지만 승무원들에게 산소를 공급하는 여섯 개의 산소탱크 중 하나가 호주에 떨어졌다.

대상 데이터

추락 물체에 의한 직접 피해사례는 없지만 간접사례는 있다. 1978년 1월 24일 소련의 정찰위성 COSMOS 954가 대기권에 진입하여 소각되었다 .이때 완전히 소각되지 못하고 몇몇 부품과 방사능 물질이 캐나다 북부 124,000km²에 이르는 넓은 지역에 추락하였다.
2001년 03월 23일 05:36UTC 고도 120km, 비행각 -0.44°, 진입속도 7.567km/s으로 대기권에 진입하여, 05:53UTC 고도 59km에서 최대 열유속에 도달, 05:58UTC 남위 39.6도 동경 158.9도 남태평양에 추락하였다.
모터는 주로 임무완료 후 지구저궤도를 공전하다가 자연적으로 지구 대기권으로 재진입하여 폐기하게 된다. 2001년 1월 21일에는 Delta rocket 3단의 PAM-D(Payload Assist Module)이 사우디아라비아에 추락, 1997년 2월 22일에는 텍사스에 약 250kg의 스테인레스 스틸 탱크가 추락한 사례가 있다. DeltaⅡ의 Motor casing과 연료탱크가 주로 생존하여 지상에 추락하게 된다.
고도 122km에서 초속 7.41km, 비행각 -0.1° 로 대기권에 진입하였다.
이로 인해 캐나다 북부 124,000km³에 이르는 광활한 지역에 동력원으로 가지고 있던 우라늄 235 50kg을 흩뿌렸다. 뿐만 아니라 약 10cm길이의 베릴륨 실린더 6개와 약 2cm길이의 베릴륨 막대 41개가 지상에 충돌하였다. 특히 방사능 오염으로 인해 직·간접적 피해를 입혔다.
COSMOS 954는 소련에서 운용한 정찰감시위성으로서 발사 후 기능고장으로 통제력을 상실 지구 대기권으로 재진입하였다. 이로 인해 캐나다 북부 124,000km³에 이르는 광활한 지역에 동력원으로 가지고 있던 우라늄 235 50kg을 흩뿌렸다. 뿐만 아니라 약 10cm길이의 베릴륨 실린더 6개와 약 2cm길이의 베릴륨 막대 41개가 지상에 충돌하였다.
5km지점에서 최대 열유속 774KW/m²에 이르는 것으로 나타났다. 이에 따라 인공위성 무게 총 1,400kg 중 약 670kg이 생존하여 지상으로 추락할 것으로 예측 되었다. [7]

이론/모형

1° 로 대기권에 진입하였다. 대기모델은 U.S. Standard 1976 atmosphere 모델을 사용하였다. [11] 생존금속의 질량오차는 0.
0(Debris Assessment Software)은 우주파편의 생산을 억제하기 위해 미리 설계된 우주 임무가 진행되었을 때 각 요소와 관련된 항목을 준수하는 지를 신속하게 파악하기 위해 만들어졌다. 환경모델은 ORDEM 2000을 사용하고 있으며 재진입 분석 툴은 ORSAT 6.0을 사용한다. 하지만 ORSAT과 같이 각 파편의 재진입 궤적에 관한 데이터까지는 제공해주지 않는다.

성능/효과

UARS(Upper Atmosphere Research Satellite)는 최근 재진입한 인공위성 중 가장 큰 규모로 NASA에서 초고층 대기권 관측을 위해 운용한 위성이다. ORSAT을 이용한 생존율 예측에서 총 532kg의 물체가 26개의 파편으로 나뉘어 지상으로 충돌할 것으로 예측되었다. UARS는 태평양에 추락하여 안전하게 폐기처리 되었다.
BeppoSAX는 이탈리아와 네덜란드에서 운용하였던 인공위성으로 1996년 4월 30일 발사되었다. SCARAB을 이용한 재진입 생존율 해석에서 재진입 이후 2,029초가 지난 고도 65.9km지점에서 최대 온도 1,723K에 도달, 38초 이후 고도 57.5km지점에서 최대 열유속 774KW/m²에 이르는 것으로 나타났다. 이에 따라 인공위성 무게 총 1,400kg 중 약 670kg이 생존하여 지상으로 추락할 것으로 예측 되었다.
0을 이용하여 시뮬레이션한 결과이다. 저궤도 위성 INDIGO 67위성의 생존금속을 보여주고 있고 ORSAT과 DAS2.0의 시뮬레이션 결과를 종합해 보면 고압을 견뎌야 하는 산소탱크와 같은 각종 탱크와 배터리, 반작용 휠과 같은 특정부품의 생존율이 높다. 이는 역시 특정 부품의 재료 금속이 대부분 생존율이 높은 금속이기 때문인 것으로 판단된다.

후속연구

이때 표면을 triangular panelized하여 유한요소 해석을 사용한다. 따라서 재진입체의 구조와 그에 가해지는 스트레스를 계산하여 보다 정확한 break-up 고도 예측이 가능할 것으로 보인다.
위성설계단계부터 생존율이 높은 금속의 사용을 자제하거나 융해가 쉬운 금속으로 대체하여 제작한다면 파편 생존율을 줄이는 데 도움이 될 것이다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	지구저궤도위성으로 우리나라가 운영 중인 것은?	지구정지궤도위성으로는 통신위성인 무궁화 1, 2, 3호 위성 및 통신해양기상위성인 천리안위성이 있다. 지구저궤도위성은 다목적실용위성인 아리랑 1, 2호 위성 및 과학기술위성 1호를 운용 중에 있다.
	지구정지궤도위성으로 우리나라가 운영 중인 것은?	우리나라는 통신위성을 비롯하여 다양한 목적으로 인공위성을 운영 중에 있다. 지구정지궤도위성으로는 통신위성인 무궁화 1, 2, 3호 위성 및 통신해양기상위성인 천리안위성이 있다. 지구저궤도위성은 다목적실용위성인 아리랑 1, 2호 위성 및 과학기술위성 1호를 운용 중에 있다.
	항공우주 선진국에서 이미 재진입 생존율 분석 프로그램을 개발하고 사용하는 이유는?	항공우주 선진국에서는 이미 재진입 생존율 분석 프로그램을 개발하여 사용하고 있다. 이는 인공위성 또는 우주발사체의 발사빈도가 높을수록 지구로 재진입하는 물체가 많고 이로부터 자국민의 재산과 생명을 보호하고 안전한 우주활동을 보장 받을 수 있기 때문이다.

참고문헌 (11)

Walker. R., Martin. C., Stokes. H., Wilkinson. J., Sdunnus. H, Hauptmann. S, Beltrami. P., Klinkrad. H, "Update of the ESA Space Debris Mitigation Handbook", Executive summary, 2002.
S.C. Lee, B.K. Park, B.Y. Kim, T.S. Ahn, "A Study on the Final Orbit Raising of GEO Satellite," vol. 29, no. 4, pp. 86-92, June 2001.
Heiner Klinkrad, "Space Debris-Models and Risk Analysis," Praxis Publishing, Chichester Uk, pp. 241-288, 2006,
Lydon B. johnson Space Center, NASA, Columbia Crew Survival Investigation Report, NASA/SP -2008-565
Russell P. Patera, William H.Ailor, "The Realities of Reentry Disposal", Advances in Astronautical Sciences, Vol. 99, pp. 1059-1071, 1998
Lyndon B. Johnson Space Center, NASA Orbital Debris Program Office, Re-entry and Risk Assessment for the NASA Upper Atmosphere Research Satellite (UARS)
C. Portelli, L. Salotti, L. Anselmo, T. Lips, A. Tramutola, "BeppoSAX equatorial uncontrolled re-entry," Advances in Space Research, Volume 34, Issue 5, pp. 1029-1037, 2003
Rochelle, Wm. C.; Kinsey, Robin E.; Reid, Ethan A.; Reynolds, Robert C.; Johnson, Nicholas L., "Spacecraft Orbital Debris Reentry: Aerothermal Analysis," Proceedings of the Eighth Annual Thermal and Fluids Analysis Workshop: Spacecraft Analysis and Design; 10.1-10.14; (NASA-CP -3359), 1997
Anselmo, Luciano; Pardini, Carmen, "The management of the MIR reentry in Italy", "In: Proceedings of the international workshop "MIR deorbit," pp. 83 - 90, 2002
Tobias Lips, Bent Fritsche, "A comparison of commonly used re-entry analysis tools," Acta Astronautica, Volume 57, 2005, Issue 2-8, pp. 312-323

상세보기
R. L. Kelley (Jacobs ESCG), N. M. Hill (MEI Technologies ESCG), W. C. Rochelle (Jacobs ESCG), N. L. Johnson (NASA JSC), T. Lips (HTG), COMPARISON of ORSAT and SCARAB Reentry Analysis Tools for a Generic Satellite Test Case, PEDAS1-0021-10, 38th COSPAR Scientific Assembly, Bremen Germany, July 18-25, 2010

내보내기 구분	파일저장 인쇄 메일전송
구성항목	기본정보 상세정보 관리번호, 논문명, 저널/프로시딩명, 저자 , 발행년, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, 발행기관 관리번호, 논문명, 대등논문명, 저자 , 저널/프로시딩명, 발행기관, 발행년, 발행언어, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, ISBN, ISSN, 주제분야, 키워드, 초록(한글), 초록(영문), 저자(소속기관)
저장형식	Text(ASCII format) Excel format RefWorks Direct Export RIS format (for Reference Manager, ProCite, EndNote), Scholar's Aids, Mendeley
메일정보	받는사람 (필수) @ 보내는사람 (선택) @ 제목 내용 KISTI 검색결과 이메일 서비스
안내	총 건의 자료가 검색되었습니다. 다운받으실 자료의 인덱스를 입력하세요. (1-10,000) 검색결과의 순서대로 최대 10,000건 까지 다운로드가 가능합니다. 데이타가 많을 경우 속도가 느려질 수 있습니다.(최대 2~3분 소요) 다운로드 파일은 UTF-8 형태로 저장됩니다. 파일의 내용이 제대로 보이지 않을실 때는 웹브라우저 상단의 보기 -> 인코딩 -> 자동선택 여부를 확인하십시오. ~ Text(ASCII format) Excel format

연합인증

지구 재진입체의 특성에 따른 재진입사례 및 생존특성 분석
Analyses for Re-entry Event and Survival characteristics according to Characters of Re-entering Space Objects 원문보기

초록
AI-Helper

Abstract ▼ AI-Helper

주제어

AI 본문요약
AI-Helper

문제 정의

가설 설정

제안 방법

대상 데이터

이론/모형

성능/효과

후속연구

질의응답

참고문헌 (11)

이 논문을 인용한 문헌

저자의 다른 논문 :

관련 콘텐츠

원문 보기

원문 URL 링크

오픈액세스(OA) 유형

이 논문과 함께 이용한 콘텐츠

AI-Helper ※ AI-Helper는 오픈소스 모델을 사용합니다.

선택된 텍스트

연합인증

지구 재진입체의 특성에 따른 재진입사례 및 생존특성 분석 Analyses for Re-entry Event and Survival characteristics according to Characters of Re-entering Space Objects 원문보기

초록 용어보기논문에서 용어와 풀이말을 자동 추출한 결과로, 시범 서비스 중입니다. AI-Helper

Abstract ▼ AI-Helper

주제어

AI 본문요약 엑셀 다운로드 AI-Helper

문제 정의

가설 설정

제안 방법

대상 데이터

이론/모형

성능/효과

후속연구

질의응답

참고문헌 (11)

이 논문을 인용한 문헌

저자의 다른 논문 :

정순우 (2) 민찬오 (14) 이대우 (51) 조겸래 (40)

관련 콘텐츠

원문 보기

원문 URL 링크

오픈액세스(OA) 유형

이 논문과 함께 이용한 콘텐츠

AI-Helper ※ AI-Helper는 오픈소스 모델을 사용합니다.

선택된 텍스트

지구 재진입체의 특성에 따른 재진입사례 및 생존특성 분석
Analyses for Re-entry Event and Survival characteristics according to Characters of Re-entering Space Objects 원문보기

초록
AI-Helper

AI 본문요약
AI-Helper