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지구-달 위상전이궤적에서 발사체 투입오차가 중간경로수정기동에 미치는 영향 분석
An Analysis of Mid-Course Correction Maneuvers according to Launch-Vehicle Dispersion in Earth-Moon Phasing-Loop Trajectory 원문보기

항공우주시스템공학회지 = Journal of aerospace system engineering, v.10 no.4, 2016년, pp.35 - 40  

최수진 (한국항공우주연구원 달탐사연구단 달탐사체계팀) ,  이동헌 (한국항공우주연구원 달탐사연구단 달탐사체계팀) ,  석병석 (한국항공우주연구원 달탐사연구단 달탐사체계팀) ,  민승용 (한국항공우주연구원 달탐사연구단 달탐사체계팀) ,  류동영 (한국항공우주연구원 달탐사연구단 달탐사체계팀)

초록
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중간경로수정기동은 발사체 분리벡터를 보정하기 위해 필요하다. 직접전이궤적의 경우에는 약 3~4회의 중간경로수정 기동이 요구되었다. 그러나 위상전이궤적의 직접전이궤적에 비해 전이궤적이 길기 때문에 중간경로수정기동의 전략이 달라진다. 위상전이궤적을 이용하는 궤도선은 지구를 여러 번 돌기 때문에 근지점 및 원지점 등 발사체 투입오차를 보정하기 위한 좋은 지점을 여러 번 만나게 된다. 발사체 분리 오차가 크다 하더라도 중간경로수정기동의 전략이 좋으면 적은양의 보정 기동으로도 큰 오차를 보정할 수 있다. 본 논문은 높은 발사체 투입오차를 보정하기 위한 위상전이궤적의 절차와 전략을 기술한다.

Abstract ▼ AI-Helper 아이콘AI-Helper

Mid-course correction maneuvers (MCCMs) are necessary to correct the launch-vehicle dispersion to go to the Moon. There were 3 or 4 MCCMs needed for a direct transfer trajectory. But the strategy for MCCMs of the phasing-loop trajectory is different, because it has a longer trans-lunar trajectory th...

주제어

#달 궤도선   #중간경로수정기동   #발사체 분리벡터   #위상전이궤적  

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

문제 정의

  • 발사체의 오차가 MCCM에 얼마나 영향을 미치는지 분석을 수행하여 발사체 선정을 위한 요구조건을 도출할 필요성이 제기되고 있다. 따라서 본 연구는 이에 대한 해석을 수행하기 위해 위성전이궤적에 대한 시나리오를 수립하고 발사체 오차값을 정의하였다. 또한 발사체 오차값에 따른 MCCM의 전략을 수립하고 해당 시나리오에 적용하여 MCCM의 결과를 정리하였다.

가설 설정

  • Figure 3의 분리 지점 (Separation Point)에서 발사체에 의한 투입오차가 발생한다고 가정하였고, 이 값이 얼마나 큰 값이냐에 따라서 MCCM을 수행하기 위한 값에도 큰 영향을 미치게 된다.
  • 20m/s는 LADEE를 발사한 Minotaur V 발사체의 투입오차 해당하는 값으로 상당히 큰 값이기 때문에 추후 선정되는 KPLO 발사체의 투입오차도 이 정도 값안에 들어올 것으로 예측하고 있다. 발사체 투입오차는 달 궤도선의각 축에 각각 적용된다고 가정하였다. 이렇게 각 축에 따로 적용한다고 가정한 이유는 각 축에 적용된 발사체 투입오차가 궤도에 미치는 영향을 분석하기 위함이다.
  • 투입오차는 달 궤도선이 분리될 때 궤도선의 진행방향으로 오차가 가해지는 진행방향 오차(Velocity Error), 반경방향으로 오차가 가해지는 반경방향 오차(Co-normal Error) 그리고 궤도평면에 수직인 방향으로 오차가 가해지는 궤도평면에 수직인 방향의 오차(Normal Error)로 정의하였다. 본 연구에서는 각 방향에 발사체 투입오차가 발생했다고 가정하여 시뮬레이션을 수행하였다.
  • 5 위상전이궤적을 이용하여 MCCM의 해석을 수행하기 위해서 아래와 같은 시뮬레이션 조건을 설정하였다. 본 연구에서는 인도 발사장에서 발사한 발사체가 달 궤도선을 고도 270,000 km까지 올려주고, 20m/s의 발사체 투입오차가 발생했다고 가정하였다[4]. 고도가 270,000 km보다 높으면 3.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
중간경로수정기동의 특징은? 중간경로수정기동(Mid-Course Correction Maneuver, MCCM)은 발사체가 위성을 분리할 시점에 발생되는 오차 및 발사 시점의 앞섬 또는 지연 등으로 인해 발생되는 오차를 보정하여 기존의 명칭궤도(nominal trajectory)로 변경하기 위해 요구된다. 직접전이궤적의 경우 지구에서부터 달까지 약 4~5일의 전이궤적(translunar trajectory)을 지나 달에 도달하기 때문에 발사체가 위성체를 분리시킨 이후 약 3회의 MCCM을 계획하여 달 궤도선을 목표한 궤도에 투입한다.
중간경로수정기동이 필요한 이유는? 중간경로수정기동은 발사체 분리벡터를 보정하기 위해 필요하다. 직접전이궤적의 경우에는 약 3~4회의 중간경로수정 기동이 요구되었다.
Node crossing 지점에서 MCCM을 수행했을 때 투입오차와 진행방향 및 궤도평면의 상관관계는? Node crossing 지점에서 MCCM을 수행한 이유는 궤도평면에 수직인 방향으로 작용된 투입오차는 궤도 경사각을 변화시키고, 이러한 경사각 오차를 보정하기 위해서는 Node crossing 지점에서 보정을 해주어야 연료 측면에서 효율적이기 때문이다. Node crossing 지점에서 위성의 진행방향과 궤도평면에 수직인 방향을 제어변수로 설정하고 시뮬레이션을 수행한 결과, 양의 궤도평면에 수직인 방향으로 투입오차가 적용된 경우에는 진행방향 및 궤도평면에 수직인 방향이 모두 양의 값을 보였고, 음의 궤도평면에 수직인 방향으로 투입오차가 적용된 경우에는 진행방향 및 궤도평면에 수직인 방향이 모두 음의 값을 보였다. 또한 MCCM 후에 수행되는 PM은 모두 진행방향으로만 작용하도록 설정하여도 원하는 달 궤도에 잘 도달함을 확인할 수 있다.
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참고문헌 (8)

  1. David Lozier & Ken Galal, "Lunar Prospector Mission Design and Trajectory Support", The American Astronautical Society, 1998. 

  2. Michael Mesarch, Mark Beckman, David Folta, Rivers Lamb and Karen Richon, "Maneuver Operations Results from the Lunar Reconaissance Orbiter(LRO) Mission" SpaceOps Conference, 2010. 

  3. Takaaki Katoh, Hiroshi Terada, "Orbital Maneuver Plan and Operation Results of KAGUYA during Lunar Transfer Orbit and Lunar Orbit Injection", ISTS, June 2008, Hamamatsu. 

  4. Michel Loucks, Laura Plice, Daniel Cheke, Cary Maunder and Brian Reich, "Trade Studies in LADEE Trajectory Design", The American Astronautical Society, 2015. 

  5. https://pds.jpl.nasa.gov/ds-view/pds/viewMissionProfile.jsp?MISSION_NAMECHANDRAYAAN-1 

  6. Su-Jin Choi, In-Kyu Kim, Sang-Man Moon, Seung-Yong Min, and Dong-Young Rew, "A Study on Variation of Orbital Elements according to Variation of Target Value of Lunar Orbit Insertion", Journal of The Society for Aerospace System Engineering, vol. 9, no. 4, pp. 16-22, 2015. 

  7. Changkyoon Kim, Jae-Wook Kwon, Sang-Man Moon, In-Kyu Kim and Seung-Yong Min, "A Case Study on LRO Flight Software for Korean Lunar Exploration Program", Journal of The Society for Aerospace System Engineering, vol. 9, no. 4, pp. 73-80, 2015. 

  8. www.agi.com 

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