[논문]Variable Coast를 이용하는 3.5 지구-달 위상전이궤적에서 SEM 각도에 따른 임무설계 및 해석

최수진; 이동헌; 임성빈; 최석원

doi:10.5139/jksas.2018.46.1.68

초록
AI-Helper

달 궤도선의 전반적인 특성을 해석하기 위해 일별 발사가 가능한 Variable Coast 방식을 3.5 위상전이궤적에 적용하였다. 발사장 및 발사체를 선정하여 발사에서부터 달 궤도 진입까지의 전 과정에 대한 임무 시나리오를 구성 및 해석을 수행하였다. 특히 지구-달 회전좌표계에서 정의한 SEM(Satellite-Earth-Moon) 각도는 3.5 위상전이궤적을 전반적으로 검토할 수 있는 중요한 구속조건이다. SEM 각도를 이용한 시뮬레이션 결과를 지구-달 전이궤적 및 달 궤도 진입에서의 발사 시각, 관성비행 기간, 근지점 고도 및 ${\Delta}V$등 다양한 관점으로 분석하고 최적의 SEM 각도를 제안하였다. 이 결과는 향후 Fixed Coast 분석결과와 비교함으로써 발사체 선정에 따른 3.5 위상전이궤적의 특성을 평가하는데 큰 도움을 줄 것으로 예상된다.

Abstract ▼ AI-Helper

In order to analyze the overall characteristics of the lunar orbiter, the Variable Coast method, which can be launched everyday, is applied to the 3.5 phasing loop transfer trajectory. The mission scenario for the entire process from launching to entering the lunar orbit is set up and performed simu...

In order to analyze the overall characteristics of the lunar orbiter, the Variable Coast method, which can be launched everyday, is applied to the 3.5 phasing loop transfer trajectory. The mission scenario for the entire process from launching to entering the lunar orbit is set up and performed simulation by selecting the launch pad and launch vehicle. In particular, the SEM(Satellite-Earth-Moon) angle defined in Earth-Moon rotating frame is an important constraint to comprehensively evaluate the 3.5 phasing loop transfer trajectory. The simulation using SEM angle is analyzed from various viewpoints such as launch epoch, coast duration, perigee altitude and ${\Delta}V$ not only trans-lunar trajectory but lunar orbit insertions and the optimum SEM angle is suggested in this study. It is expected that this results will be helpful to evaluate the characteristics of the 3.5 phasing loop transfer trajectory according to the launch vehicle selection by comparison with Fixed Coast analysis results in the future.

주제어

AI 본문요약
AI-Helper

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

가설 설정

달 궤도선은 위상전이궤적에서의 원지점 및 근지점 기동, 달 궤도 진입 기동 및 궤도유지기동을 수행하기 위해서 온보드 추력기를 사용한다. Table 2에 기술된 바와 같이 온보드 추력기는 120N의 추력과 225 s의 비추력을 낼 수 있으며[11], 각 기동에서의 자세는 관성좌표계에서 고정인 자세를 취한다고 가정하였다. 관성좌표계에서 고정의 자세란 근월점에 위치한 궤도선의 속도벡터를 기준으로 정 반대 자세를 추력기가 구동되는 근월점 이전 및 이후 시점까지 동일하게 유지하는 자세를 의미한다.
Antares 200 계열의 발사체는 주로 미국 동부에 위치한 Wallop Flight Facility(WFF)에서 발사되며VAFB에 위치한 Western Range, CCAFS에 위치한 Eastern Range 및 알래스카에 위치한 KLC에서도 발사가 가능하다. 다만, 해외 궤도선의 발사장 사례에서 알 수 있듯이 달 궤도선이 주로 발사되는 위도 범위 및 3.5 위상전이궤적을 이용한LADEE의 발사 경험 등을 근거로 본 연구에서는 달 궤도선이 WFF에서 발사한다고 가정하였다.
달 궤도선은 Antares 200계열의 발사체로 WFF에서 발사를 한다고 가정하였다. 또한 위상전이궤적에서는 AM1, PM1 및 PM3 등 총 3회의 기동을 수행하고, 달 궤도 진입 기동은 총 4회 수행한다고 가정하여 임무 시나리오를 구성 및 시뮬레이션을 수행하였다.
달 궤도선은 Antares 200계열의 발사체로 WFF에서 발사를 한다고 가정하였다. 또한 위상전이궤적에서는 AM1, PM1 및 PM3 등 총 3회의 기동을 수행하고, 달 궤도 진입 기동은 총 4회 수행한다고 가정하여 임무 시나리오를 구성 및 시뮬레이션을 수행하였다.

제안 방법

5 위상전이궤적에 적용하였다. 발사장 및 발사체를 선정하여 발사에서부터 달 궤도 진입까지의 전 과정에 대한 조건 및 임무 시나리오를 구성하여 해석을 수행하였다. 특히 지구-달 회전좌표계로 정의한 SEM(Satellite-Earth-Moon) 각도는 3.
본 연구는 특정 시점에 SEM 각도를 증가시키면서 Variable Coast의 궤적을 설계하고 요구되는 ΔV를 분석하였다. 하지만 특정 시점의 결과만으로는 종합적인 판단을 수행하기에는 다소 어려움이 있어 향후에는 달의 공전주기에 해당하는 약 한 달의 기간을 기준으로 해석을 수행하고 다양한 관점으로 그 결과를 도출할 계획이다.
5 위상전이궤적의 경우에는 각각 총 3번의 근지점 및 원지점 기동이 가능하기 때문에 어느 시점에 기동을 수행할지 계획을 수립해야 한다. 본 연구에서는 위상전이궤도에서 요구되는 기동 횟수 및 요구되는 ΔV를 최소화하기 위해 Table 3에 기술한 바와 같이 두 번의 근지점 기동(PM1, PM3) 및 한 번의 원지점 기동(AM1) 계획을 수립하였다[12]. 단, 달 중력장의 영향으로 근지점의 고도가 500 km보다 높아질 경우에는 원지점 기동은 수행하지 않았다.
발사장 및 발사체를 선정하여 발사에서부터 달 궤도 진입까지의 전 과정에 대한 조건 및 임무 시나리오를 구성하여 해석을 수행하였다. 특히 지구-달 회전좌표계로 정의한 SEM(Satellite-Earth-Moon) 각도는 3.5 위상전이궤적을 전반적으로 검토할 수 있는 중요한 구속조건이므로 이 값에 따른 해석 결과를 요소별로 분석하고 최적의 SEM 각도를 제안하였다. 이 결과는 향후 Fixed Coast 분석결과와 비교함으로써 발사체 선정에 따른 3.

대상 데이터

3.5 위상전이궤적을 이용한 달 궤도선의 임무설계 및 해석을 수행하기 위해서 Antares 232 발사체를 후보로 선정하였다. 이 발사체는 550 kg급 달 궤도선을 근지점 및 원지점 고도가 각각 300km 및 30만 km인 지구-달 전이궤적에 투입이 가능하다.

이론/모형

3.5 위상전이궤적을 설계하기 위해 AGI社의 STK/Astrogator 11.1.1 버전을 사용하였다. 지구출발 궤도와 달 진입 궤도, 달 궤도선 질량 및 궤도전파를 위한 동력학 모델은 아래와 같다.
본 연구에서는 달 궤도선 임무설계의 전반적인 특성을 해석하기 위해 일별 발사가 가능한 Variable Coast 방식을 3.5 위상전이궤적에 적용하였다. 발사장 및 발사체를 선정하여 발사에서부터 달 궤도 진입까지의 전 과정에 대한 조건 및 임무 시나리오를 구성하여 해석을 수행하였다.

성능/효과

SEM 각도에 따른 해석을 수행한 결과, SEM 각도가 10°일 때 2,000 km 이상을 유지했던 근지점 고도는 SEM 각도가 70°인 경우 500 km 이하가 되어 AM1 기동이 요구되었는데, 그 이유는 SEM 각도가 커질수록 첫 번째 원지점 고도의 위치와 달의 위치가 점점 멀어져 달의 중력장 효과가 점점 미약해지기 때문이다. SEM 각도에 따른 근지점 기동들의 특성을 분석한 결과, SEM 각도가 커질수록 PM1의 ΔV는 점차 적어지는 반면, PM3의 ΔV는 점차 커졌다. 다만 ’Coast’해에 따른 차이는 크지 않았다.

후속연구

1에 나타난 바와 같으며 향후 발사될 2단계 달탐사 사업의 사전 기술 검증을 목적으로 개발되고 있다. 달 궤도선은 발사장에서 발사된 이후 3.5 위상전이궤적을 이용하여 고도 100 km 및 경사각 90°인 달 궤도에 진입할 예정이며, 2단계 착륙선이 착륙할 지점의 영상 촬영 및 기타 과학임무를 수행할 예정이다.
하지만 특정 시점의 결과만으로는 종합적인 판단을 수행하기에는 다소 어려움이 있어 향후에는 달의 공전주기에 해당하는 약 한 달의 기간을 기준으로 해석을 수행하고 다양한 관점으로 그 결과를 도출할 계획이다. 또한 Fixed Coast를 이용하는 3.5 위상전이궤적을 추가적으로 해석하여 Variable Coast와의 차이점들을 좀 더 명확하게 정리할 예정이다.
5 위상전이궤적을 전반적으로 검토할 수 있는 중요한 구속조건이므로 이 값에 따른 해석 결과를 요소별로 분석하고 최적의 SEM 각도를 제안하였다. 이 결과는 향후 Fixed Coast 분석결과와 비교함으로써 발사체 선정에 따른 3.5 위상전이궤적의 특성을 종합적으로 평가하는데 큰 도움을 줄 것으로 예상된다. 2장에는 달 궤도선의 개요 및 지구-달 궤도환경을, 3장에는 본 해석을 수행하기 위한 발사체 및 발사장 후보에 관련된 내용을, 4장에는 주요 개념 설명 및 임무 시나리오 정의를, 5장에는 SEM 각도에 따른 해석 결과를 정리하였고, 마지막 6장에는 결론 및 향후계획을 기술하였다.
본 연구는 특정 시점에 SEM 각도를 증가시키면서 Variable Coast의 궤적을 설계하고 요구되는 ΔV를 분석하였다. 하지만 특정 시점의 결과만으로는 종합적인 판단을 수행하기에는 다소 어려움이 있어 향후에는 달의 공전주기에 해당하는 약 한 달의 기간을 기준으로 해석을 수행하고 다양한 관점으로 그 결과를 도출할 계획이다. 또한 Fixed Coast를 이용하는 3.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	시험용 달 궤도선 계획은?	대한민국은 달 탐사 기술역략 강화 및 자력기반확보를 위해 시험용 달 궤도선 발사를 계획하였다[1]. 시험용 달 궤도선(이하, 달 궤도선)은 550 kg급의 위성으로 국내에서 개발될 광학카메라를 포함하여 총 6기의 탑재체를 싣고 고도 100 km인 달 궤도에 진입하여 1년 동안 임무를 수행할 계획이다.
	지구와 달아 같은 면을 보는 이유는?	0549로 달의 근지점은 362,000 km 그리고 달의 원지점은 405,400 km로 가까울 때와 멀 때의 거리차이가 꽤 큼을 알 수 있다. 달은 자전주기와 공전주기(항성월, Sidereal rotation period)가 27.321일로 동일하기 때문에 지구에서 달을 볼 때에는 항상 같은 면만 보이게 되고, 지구에 구축된 지상 안테나는 지구의 자전으로 인해 달을 볼 수 있는 기간이 1일 기준으로 최대 12시간을 넘지 못하게 된다.
	발사 방식은 무엇이 있는가?	발사는 발사장에서 지구의 원궤도에 투입 및 일정 시간 관성비행 후 발사체 상단을 이용하여 이심률이 큰 지구-달 전이궤도로 투입하는 Variable Coast 방식과 발사장에서 발사된 이후 지구의 원 궤도를 거치지 않고 바로 지구-달 전이궤도로 투입하는 Fixed Coast 방식이 있다.

참고문헌 (13)

과학기술정보통신부 '달 탐사 1단계 개발 계획', http://www.msip.go.kr/cms/www/open/go30/info/info_1/info_11/_icsFiles/afieldfile/2016/08/12/(1%ED%98%B8%20%EC%95%88%EA%B1%B4)%20%EB%8B%AC%20%ED%83%90%EC%82%AC%201%EB%8B%A8%EA%B3%84%20%EA%B0%9C%EB%B0%9C%20%EA%B3%84%ED%9A%8D.pdf
Loucks, M., Plice, L., Cheke, D., Maunder, C., and Reich, B., "Trade Studies in LADEE Trajectory Design," Proceedings of the 25th AAS/AIAA Space Flight Mechanics Meeting, 11-15 Jan, 2015.
Katoh, T., Terada, H., and Tanaka K., "Orbital Maneuver Plan and Operation Results of 'KAGUYA' during Lunar Transfer Orbit and Lunar Orbit Injection," The 26th International Symposium on Space Technology and Science, 1-11 Jun, 2008.
https://directory.eoportal.org/web/eoportal/satellite-missions/c-missions/chandrayaan-1
Lozier, D., Galal, K., Folta, D., and Beckman, M., "Lunar Prospector Mission Design and Trajectory Support", AAS(American Astronautical Society), 1998.
Beckman, M., "Mission Design for the Lunar Reconnaissance Orbiter," 29th Annual AAS Guidance and Control Conference, 2006.
Roncoli, R., and Jujii, K., "Mission Design Overview for the Gravity Recovery and Interior Laboratory(GRAIL) Mission," AIAA/AAS Aerodynamics Specialist Conference, 2-5 Aug, 2010.
Choi, S. J., Kim, I. K., Moon, S. M., Kim, C. K., and Rew D. Y., "A Study on the Analysis of Visibility between a Lunar Orbiter and Ground Stations for Trans-lunar Trajectory and Mission Orbit", Journal of The Korean Society for Aeronautical and Space Sciences, Vol. 44, No. 3, 2016, pp.218-227.

원문보기 상세보기
https://en.wikipedia.org/wiki/Orbit_of_the_Moon
http://spaceflight101.com/spacerocketsantares-200-series/
Kim, S. K., Won, S. H., Choi, J. W., Lee, H, D., and Lee, J. W., "Development of Monopropellant Propulsion System for Lunar Orbiter", The Korean Society of Propulsion Engineers Fall Conference, 21-23 Dec, 2017.
Choi, S. J., Lee, D. H., Park J. I., Lim, S. B., and Choi, S. W., "Delta-V Analysis according to the Number of Perigee Maneuvers using 3.5 Phasing Loop Transfer Trajectory of Lunar Orbiter", The Society for Aerospace System Engineering Fall Conference, 2-4 Nov, 2017.
Choi, S. J., Song, Y. J., Bae, J. H., Kim, E. K., and Ju, G. H., "Design and Analysis of Korean Lunar Orbiter Mission using Direct Transfer Trajectory", J. of The Korean Society for Aeronautical and Space Sciences, Vol. 41, No. 12, 2013, pp.950-958.

원문보기 상세보기

이 논문을 인용한 문헌

저자의 다른 논문 :

LOADING...

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

Variable Coast를 이용하는 3.5 지구-달 위상전이궤적에서 SEM 각도에 따른 임무설계 및 해석
Mission Design and Analysis based on SEM Angle by Using Variable Coast During 3.5 Earth-Moon Phasing Loop Transfer 원문보기

초록
AI-Helper

Abstract ▼ AI-Helper

주제어

AI 본문요약
AI-Helper

가설 설정

제안 방법

대상 데이터

이론/모형

성능/효과

후속연구

질의응답

참고문헌 (13)

이 논문을 인용한 문헌

저자의 다른 논문 :

연구과제 타임라인

관련 콘텐츠

원문 보기

원문 URL 링크

이 논문과 함께 이용한 콘텐츠

AI-Helper ※ AI-Helper는 오픈소스 모델을 사용합니다.

선택된 텍스트

연합인증

Variable Coast를 이용하는 3.5 지구-달 위상전이궤적에서 SEM 각도에 따른 임무설계 및 해석 Mission Design and Analysis based on SEM Angle by Using Variable Coast During 3.5 Earth-Moon Phasing Loop Transfer 원문보기

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

Abstract ▼ AI-Helper

주제어

AI 본문요약 엑셀 다운로드 AI-Helper

가설 설정

제안 방법

대상 데이터

이론/모형

성능/효과

후속연구

질의응답

참고문헌 (13)

이 논문을 인용한 문헌

저자의 다른 논문 :

최수진 (16)

연구과제 타임라인

전체(0) 논문(0) 특허(0) 보고서(0)

전체(0) 논문(0) 특허(0) 보고서(0)

관련 콘텐츠

원문 보기

원문 URL 링크

이 논문과 함께 이용한 콘텐츠

AI-Helper ※ AI-Helper는 오픈소스 모델을 사용합니다.

선택된 텍스트

Variable Coast를 이용하는 3.5 지구-달 위상전이궤적에서 SEM 각도에 따른 임무설계 및 해석
Mission Design and Analysis based on SEM Angle by Using Variable Coast During 3.5 Earth-Moon Phasing Loop Transfer 원문보기

초록
AI-Helper

AI 본문요약
AI-Helper