[논문]생체 모방 우주 그물을 이용한 우주 물체 포획 시뮬레이션

장미; 신현철; 심창훈; 박재상; 조해성

doi:10.20910/jase.2022.16.6.24

생체 모방 우주 그물을 이용한 우주 물체 포획 시뮬레이션
Capture Simulation for Space Objects Using Biomimetic Space Nets 원문보기

항공우주시스템공학회지 = Journal of aerospace system engineering, v.16 no.6, 2022년, pp.24 - 34

장미 (충남대학교 항공우주공학과) , 신현철 (충남대학교 항공우주공학과) , 심창훈 (충남대학교 항공우주공학과) , 박재상 (충남대학교 항공우주공학과) , 조해성 (전북대학교 항공우주공학과)

초록
AI-Helper

본 연구에서는 우주 그물의 우주 물체 포획 성능을 향상시키기 위하여 충격 흡수의 이점을 가지는 거미집 구조의 생체 모방 우주 그물을 이용한 우주 물체 포획 시뮬레이션을 수행하였다. 포획 시뮬레이션은 비선형 구조 동역학 해석 프로그램인 ABAQUS를 이용하여 수행하였다. 우주 물체는 12U 크기의 CubeSat을 강체로 모델링하였다. 거미집 구조의 우주 그물은 대각선 길이가 2.828 m이며, 탄성보 요소를 이용하여 구현하였다. 동일 중량의 정사각형 우주 그물의 포획 시뮬레이션 결과와 비교하여 생체 모방 우주 그물의 포획의 우수성을 확인하였다. 또한, 거미집 구조의 우주 그물을 이용하여 우호적 및 비우호적으로 운동하는 우주 물체를 포획하는 수치 시뮬레이션을 수행하였으며, 우주 물체의 포획 성공 및 실패 사례를 조사하였다.

Abstract ▼ AI-Helper

This paper investigates the capture of a 12U-sized CubeSat space object using a spider-web structure-based space net. The structural dynamics analysis program ABAQUS is used to simulate the shock-absorbing capability of the space net with a diagonal length of 2.828 m. The space object is modelled as a rigid body, and the space net is modelled using non-linear elastic beam elements. The simulations reveal that the spider-web structure-based space net outperforms the squared space net of the same structural weight in capturing the space object. The numerical simulations are conducted to examine the successful or unsuccessful captures of the space object in various cooperative and non-cooperative motions.

주제어

표/그림 (20)

그림 Fig. 1 Historical increase of objects based on data available on 1 March 2022[2]
그림 Fig. 2 Number of cumulative collisions in LEO from the simulated scenarios of long-term evolution of the environment[1]
그림 Fig. 3 Concept of space net capture[7]
그림 Fig. 4 Baseline model of space object.
그림 Fig. 5 Geometric dimensions of baseline biomimetic space net model
그림 Fig. 6 Various rotational motions of space object
표 Table 1 Properties of Kevlar 49
그림 Fig. 7 Geometric dimensions of square space net
그림 Fig. 8 Displacement at the center of the space net (in z-direction)
그림 Fig. 9 Displacement of space net in capture simulation (left: Biomimetic space net and right : Square space net)
그림 Fig. 10 Baseline model : Complete capture success
그림 Fig. 11 v_z=10 m/s and l=0.15 m : Complete capture success
그림 Fig. 12 v_z=10 m/s and m=22.5° : Complete capture success
그림 Fig. 13 v_z=10 m/s and l=0.40 m : Capture failure
그림 Fig. 14 v_z=10 m/s, l=0.4 m and m=22.5° : Complete capture success
그림 Fig. 15 Capture simulation results of space objects rotating about the x-axis
그림 Fig. 16 Capture simulation results of space objects rotating about the y-axis
그림 Fig. 17 Capture simulation results of space objects rotating about the z-axis
그림 Fig. 18 ω_z=5 rad/s and l=0.15 m : Complete capture success
그림 Fig. 19 Capture simulation results of space objects rotating about the arbitrary axis

참고문헌 (28)

ESA Space Debris Office, "ESA's annual space？environment report," no. 6, Apr. 2022.
NASA Orbital Debris Program Office, "Orbital debris？quarterly news," vol. 26, no. 1, Mar. 2022.
J. C. Liou and N. L. Johnson, "Risks in space from？orbiting debris," Science, vol. 311, no. 5759, pp. 340-341,？Jan. 2006.

상세보기
B. B. Virgili and H. Krag, "Analyzing the criteria for a？stable environment," AAS/AIAA Astrodynamics Specialist？Conference, vol. 411, Jul. 2011.
H.-D. Kim, and M.-K. Kim, "Recent Status on Active？Space Debris Removal Technologies," Journal of the？Korean Society for Aeronautical & Space Sciences, vol.？43, no. 9, pp. 845-857, Sep. 2015.
M. Shan, J. Guo, and E. Gill, "Review and comparison of？active space debris capturing and removal methods,"？Progress in Aerospace Sciences, vol. 80, pp. 18-32, Nov.？2016.
ESA blog, https://blogs.esa.int/cleanspace/2017/02/09/space-debris-catch-it-if-we-can/
K. Wormnes, R. Le Letty, L.Summerer, R. Schonenborg,？O. Dubois-Matra, E. Luraschi, A. Cropp, H. Krag, and J.？Delaval, "ESA technologies for space debris remediation,"？In 6th European Conference on Space Debris, vol. 1, pp.？1-8, Apr. 2013.
J.-M. Choi, "Study on methods for space debris removal,"？Current Industrial and Technological Trends in Aerospace,？vol. 14, no. 2, pp. 43-54, Dec. 2016.
J. L. Forshaw, G. S. Aglietti, S. Fellowes, T. Salmon, I.？Retat, A. Hall, T. Chabot, A. Pisseloup, D. Tye, C. Bernal,？F. Chaumette, A. Pollini, and W. H. Steyn, "The active？space debris removal mission RemoveDebris. Part 1:？From concept to launch," Acta Astronautica, vol. 168, pp.？293-309, Mar. 2020.

상세보기
G. S. Aglietti, B. Taylor, S. Fellowes, T. Salmon, I. Retat,？A. Hall, T. Chabot, A. Pisseloup, C. Cox, A. Zarkesh, A.？Mafficini, N. Vinkoff, K. Bashford, C. Bernal, F.？Chaumette, A. Pollini, and W. H. Steyn, "The active space？debris removal mission RemoveDebris. Part 2: In orbit？operations," Acta Astronautica, vol. 168, pp. 310-322,？Mar. 2020.

상세보기
E. M. Botta, I. Sharf, and A. K. Misra, "Contact dynamics？modeling and simulation of tether nets for space-debris？capture," Journal of Guidance, Control, and Dynamics,？vol. 40, no. 1, pp. 110-123, Nov. 2017.

상세보기
J. Si, Z. Pang, Z. Du, and C. Cheng, "Dynamics modeling？and simulation of self-collision of tether-net for space？debris removal," Advances in Space Research, vol. 64, no.？9, pp. 1675-1687, Nov. 2019.

상세보기
W. Golebiowski, M. Dyrek, U. Battista, and K. Wormnes,？"Validation of flexible bodies dynamics simulator in？parabolic flight," In 66th International Astronautical？Congress, vol. 1, pp. 491-502, Oct. 2015.
W. Golebiowski, R. Michalczyk, M. Dyrek, U. Battista,？and K. Wormnes, "Validated simulator for space debris？removal with nets and other flexible tethers applications,"？Acta Astronautica, vol. 129, pp. 229-240, Dec. 2016.

상세보기
M. Shan, J. Guo, and E. Gill, "An analysis of the？flexibility modeling of a net for space debris removal,"？Advances in Space Research, vol. 65, no. 3, pp. 1083-1094, Feb. 2020.

상세보기
M. Shan, J. Guo, E. Gill, and W. Golebiowski, "Validation？of space net deployment modeling methods using？parabolic flight experiment," Journal of Guidance,？Control, and Dynamics, vol. 40, no. 12, pp. 3319-3327,？Aug. 2017.

상세보기
U.-J. Hwang, M. Jang, J.-H. Lim, H.-C. Shin, C.-H. Sim,？and J.-S. Park, "Capture simulation study for space debris？using space-nets," Journal of the Korean Society for？Aeronautical & Space Sciences, vol. 50, no. 6, pp. 435-444, Jun. 2022.
Y. Jiang, and H. Nayeb-Hashemi, "Energy dissipation during prey capture process in spider orb webs," Journal？of Applied Mechanics, vol. 87, no. 9, Jun. 2020.
B. Xu, Y. Yang, Y. Yan, and B. Zhang, "Bionics design？and dynamics analysis of space webs based on spider？predation," Acta Astronautica, vol. 159, pp. 294-307, Jun.？2019.

상세보기
B. Xu, Y. Yang, B. Zhang, Y. Yan, and Z. Yi, "Bionic？design and experimental study for the space flexible webs？capture system," IEEE Access, vol. 8, pp. 45411-45420,？Mar. 2020.

상세보기
Dassault Systems Simulia Corp, "Abaqus 6.14 analysis？user's manual," vol.5, 2014.
I. F. Brown, and C. J. Burgoyne, "The friction and wear of？Kevlar 49 sliding against aluminum at low velocity under？high contact pressures," Wear, vol. 236, no. 1-2, pp. 315-327, Dec. 1999.

상세보기
H.-C. Shin, C.-H. Sim, and J.-S. Park, "A Simulation？study for space debris capture using a space net," The？Society for Aerospace System Engineering Spring？Conference, Jul. 2021.
E. M. Botta, "Deployment and capture dynamics of tether-nets for active space debris removal," Ph.D. thesis,？McGill University, Nov. 2017.
I. Sharf, B. Thomsen, E. M. Botta, and A. K. Misra,？"Experiments and simulation of a net closing mechanism？for tether-net capture of space debris," Acta Astronautica,？vol. 139, pp. 332-343, Oct. 2017.

상세보기
DuPont F.T., "Klevlar® aramid fiber technical guide," Mar.？2019.
J. Silha, J. N. Pittet, M. Hamara, and T. Schildknecht,？"Apparent rotation properties of space debris extracted？from photometric measurements," Advances in space？research, vol. 61, no. 3, pp. 844-861, Oct. 2018.？

상세보기

저자의 다른 논문 :

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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