초록 ▼

IV. 연구개발결과
달 탐사선 개념설계 및 달 탐사 핵심기술 연구 3차년도 연구 수행을 통하여 개발한 결과는 시스템 개념설계 및 시뮬레이터 설계, 구조모델, 추진계, 광학탑재체 분야로 나누어 정리할 수 있다.
달 탐사선 시스템 개념설계에서는 STK/Astrogator 를 이용한 달 탐사선 임무 상세설계를 수행하고 NASA와 공동으로 임무 설계/해석 소프트웨어인 General Mission Analysis Tool (GMAT) 개발을 진행하였다. 달 착륙선 지상시험모델의 제어기 설계 및 검증을 위한 매트랩/시뮬링크 기반의

IV. 연구개발결과
달 탐사선 개념설계 및 달 탐사 핵심기술 연구 3차년도 연구 수행을 통하여 개발한 결과는 시스템 개념설계 및 시뮬레이터 설계, 구조모델, 추진계, 광학탑재체 분야로 나누어 정리할 수 있다.
달 탐사선 시스템 개념설계에서는 STK/Astrogator 를 이용한 달 탐사선 임무 상세설계를 수행하고 NASA와 공동으로 임무 설계/해석 소프트웨어인 General Mission Analysis Tool (GMAT) 개발을 진행하였다. 달 착륙선 지상시험모델의 제어기 설계 및 검증을 위한 매트랩/시뮬링크 기반의 시뮬레이터와 하드웨어 인 더루우프 시뮬레이션 (HILS)을 위한 실시간 시뮬레이터를 개발하고 제어기 설계 및 지상비행시험에 적용 활용하였다. 달 착륙선 지상시험 모델에 필요한 탑재 컴퓨터/소프트웨어, 추력기 구동장치, 지상관제 시스템, 가시화 도구 등을 개발하고 연동하여 지상시험 모델의 구성을 완료하였다. 달 착륙 기술의 시험을 위하여 추력기이 클러스터링 시험 및 가상비행시험을 실시하여 개발된 시스템 및 알고리즘의 성능을 검증하였다.
달 탐사선 모듈형 구조개발 모델의 개발에서는 지상시험모델의 구조체 요구조건을 만족하는 44 kg의 시험모델 제작 및 조립을 완료하였다. 달 착륙선의 충격흡수 장치 기술 개발을 위한 지상시험모델 시험을 실시하고 하강속도 4 m/sec 의 구조강도 요구조건 및 지면경사 5도의 자세안정 요구조건을 만족함을 확인하였다. 달 궤도선 및 달 착륙선 구조체 설계에서는 550 kg 급 탐사선 모델에 대한 상세설계를 수행하였다. 달 착륙선 모델의 경우 고체로켓을 사용하는 직접 낙하 방식으로 변경하는 경우 기존의 탐사선 추진 시스템을 사용하는 방식보다 탑재체 무게를 18% 더 탑재할 수 있는 설계 결과를 얻었다.
달 착륙선 추진시스템 시험모델 개발에서는 지상용 200 N 급 추력기 및 반응기를 제작하여 시험을 수행하였다. 지상시험모델을 이용한 200 N 추력기의 클러스터링 시험 및 5개의 200 N 급 추력기와 8개의 3 N 급 추력기를 사용하는 추진시스템을 구성하고 가상비행시험을 실시하였다.
달 탐사용 다기능 전자광학탐재체 개발에서는 기존 개발된 전자광학 탑재체의 기능 개선을 수행하고 분광특성 및 웨이브 프론트 에러 특성 시험을 수행하였다. 또한 전자광학 탑재체의 항공기 장착 및 항공촬영 시험을 실시하고 그 결과를 분석하다.

(출처 : 요약문 5P)

Abstract ▼

IV. Research Results
Research results can be summarized in four areas such as system conceptual design and simulator design, structure, propulsion, and electro-optical payload development. Detail design of the lunar mission was done for the system conceptual design using SKT/Astrogator. A mission

IV. Research Results
Research results can be summarized in four areas such as system conceptual design and simulator design, structure, propulsion, and electro-optical payload development. Detail design of the lunar mission was done for the system conceptual design using SKT/Astrogator. A mission design/analysis software, General Mission Analysis Tool(GMAT), development was started by co-operative work with NASA. The MATLAB/Simulink based simulator for the control design and analysis and the real-time simulator to support the hardware in the loop simulation were developed and utilized in the design of the lunar lander demonstrator controller and the virtual flight test. Components such as a onboard computer with flight software, a thrust drive electronics, a ground station, and a visualization tool which are necessary are developed and integrated to build the lunar lander demonstrator. Thruster clustering technology, system design, control algorithm are tested with actual firing test using the developed lunar lander demonstrator and the real-time simulator. For the structure design, a structure model for the lunar lander demonstrator was manufactured and integrated. The mass of the structure model is 44 kg which satisfies requirements of the structure subsystem. Tests of a landing leg test model with shock absorption mechanisms show that the designed structure model permits touch down speed of 4 m/sec and the landing ground surface inclination of 5 degree. Detail design for 550kg-class modular and orbiter/lander compatible structure model design was performed. A solid propellant based lunar lander model was suggested and it was analyzed that the suggested design can increase payload mass about 18% compared with a model using the vehicle propulsion system of the lander. For the propulsion system design, thrusters and reactors that produce 200N thrust level were manufactured and tested. The thruster clustering test with five 200N thrusters and virtual flight test with five 200N thrusters and eight 3 N thrusters were performed. For the electro-optical payload development, previously developed electro-optical system for the lunar mission was improved and spectroscopic characterists , wave-front error characteristics are analyzed. Developed system was installed on a airplane and flight test was peformed.

(출처 : SUMMARY 9P)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 제 출 문 ... 3
• 요 약 문 ... 5
• SUMMARY ... 9
• 목차 ... 13
• 표목차 ... 19
• 그림목차 ... 24
• 제 1 장 서론 ... 43
• 제 1 절 연구개발의 필요성 ... 43
• 제 2 절 연구개발의 목표 및 범위 ... 44
• 1. 연구개발의 최종목표 ... 44
• 2. 연구개발 목표 및 내용 ... 45
• 제 2 장 국내외 기술개발 현황 ... 47
• 제 1 절 국외 관련분야 기술개발현황 ... 47
• 1. 해외 지상시험 사례조사 ... 47
• 제 3 장 달 탐사선 개념설계 및 달 임무 시뮬레이터 개발 ... 52
• 제 1 절 서론 ... 52
• 제 2 절 달 탐사 임무설계 및 해석 ... 52
• 1. Coasting 기간에 따른 발사 시각 분석 ... 53
• 2. 2023년 직접 천이궤적 설계결과 분석 ... 57
• 3. 달 귀환선의 해외 사례 조사 ... 69
• 4. 달 귀환선 시나리오 타당성 분석 ... 80
• 제 3 절 달 탐사 탑재체 연구 (경희대학교 위탁연구) ... 89
• 1. 달 탐사의 목적 ... 89
• 2. 해외 달 탐사 현황 ... 92
• 3. 달 탐사의 주요 과학 탑재체들 ... 96
• 4. 한국형 달 탐사를 위한 제안 ... 115
• 제 4 절 달 탐사 임무설계 및 해석 소프트웨어 연구 ... 116
• 1. GMAT 개요 ... 116
• 2. GMAT 국제 공동 개발 ... 121
• 3. GMAT을 이용한 위성 임무 시나리오 개발 및 검증 ... 133
• 제 5 절 달 착륙선 지상시험모델 시뮬레이터 개발 ... 139
• 1. 제어기 설계 및 검증용 시뮬레이터 ... 139
• 2. 실시간 시뮬레이터 ... 152
• 3. 달 환경 3차원 가시화 장치 ... 184
• 제 6 절 달 착륙선 지상시험모델 기계시스템 설계 ... 189
• 1. 시스템 설계 ... 189
• 2. 기계접속 설계 ... 202
• 3. 질량특성 데이터베이스 ... 212
• 제 7 절 달 착륙선 지상시험모델 제어계 설계 ... 219
• 1. 달 착륙선 지상시험 모델 제어기 설계 ... 219
• 2. 센서 모델링 및 필터링(한국항공대 위탁연구 결과) ... 223
• 제 8 절 달 착륙선 지상시험모델 비행소프트웨어계 설계 ... 234
• 1. 개발 환경 ... 234
• 2. 타스크 및 I/O 제어부 ... 237
• 3. 지상국과 인터페이스 ... 242
• 4. 센서 제어부 ... 244
• 5. 추력기 제어부 ... 246
• 6. 자세 제어 코드 접속 ... 249
• 7. 시험 보조 기능 ... 250
• 제 9 절 달 착륙선 지상시험모델 전기전자계 설계 ... 252
• 1. VDE 추력기 밸브구동 장치 ... 252
• 2. 시험 보조 장비 ... 263
• 제 10 절 달 착륙선 지상시험모델 지상통신계 설계 ... 272
• 1. 시스템 설계 ... 272
• 2. 시스템 제작 ... 273
• 3. 지상시험모델 비행시험 결과 ... 283
• 제 11 절 달 착륙선 지상시험모델 시험 및 결과 ... 288
• 1. 개요 ... 288
• 2. 시험준비 ... 290
• 3. 시험절차 ... 309
• 4. 시험 및 결과 ... 313
• 5. 결론 ... 326
• 제 4 장 달 탐사선 모듈형 구조개발모델 개발 ... 328
• 제 1 절 서론 ... 328
• 제 2 절 구조체 설계요구조건 및 중량할당 ... 329
• 1. 달탐사선 구조체 설계요구조건 ... 329
• 2. 달탐사선 부분체별 중량 할당 및 주요장비 목록 ... 332
• 3. 지상시험모델 구조체 설계요구조건 ... 334
• 4. 지상시험모델 부분체별 중량 할당 및 주요장비 목록 ... 335
• 제 3 절 지상시험모델 구조체 개발 ... 336
• 1. 지상시험모델 구조체 설계현황 ... 336
• 2. 지상시험모델 구조체 제작 ... 338
• 3. 지상시험모델 착륙장치 개발시험 ... 342
• 제 4 절 달탐사선 기술개발모델 설계 ... 358
• 1. 개요 ... 358
• 2. 궤도선 상세 설계 ... 359
• 3. 착륙선 상세 설계 ... 364
• 4. 달탐사선 기술개발모델 중량분석 ... 371
• 제 5 절 달탐사선 기술개발모델 해석 ... 372
• 1. 개요 ... 372
• 2. 궤도선 해석 ... 372
• 3. 착륙선 해석 ... 375
• 4. 지상시험모델 착륙해석 ... 379
• 제 5 장 달 착륙선용 추진시스템 시험모델 개발 ... 394
• 제 1 절 서론 ... 394
• 제 2 절 달 탐사용 추진시스템 설계 ... 395
• 제 3 절 지상용 200N급 하이드라진 추력기 개발 ... 397
• 1. 반응기 제작/시험 ... 397
• 2. 친환경 추진제 연소시험 ... 402
• 3. 지상용 추력기 제작/시험 ... 404
• 제 4 절 지상용 달 착륙선 추진시스템 개발 ... 407
• 1. 추진시스템 설계 ... 407
• 2. 추력기 밸브 개발 ... 411
• 3. 추진시스템 제작/시험 ... 414
• 제 5 절 추진시스템 연소시험 ... 417
• 1. 개요 ... 417
• 2. 시험장치 구성 및 검증 ... 421
• 3. 클러스터링 연소시험 ... 424
• 제 6 절 대형 추력기용 촉매 개발 ... 433
• 제 7 절 추진제 탱크 격막 개발 ... 446
• 제 8 절 결론 ... 465
• 제 6 장 달 탐사용 다기능 전자광학 탑재체 개발 ... 466
• 제 1 절 서론 ... 466
• 제 2 절 탑재체 시스템 개발 ... 466
• 제 3 절 카메라 전자부 지상모델 개발 ... 470
• 1. 카메라 전자부 시스템 개요 ... 470
• 2. 카메라 전자부 시스템 제작 ... 475
• 제 4 절 카메라 광학부 지상모델 개발 ... 486
• 1. 광학계 요구사항 ... 486
• 2. 광학계 설계안 및 설계 성능 ... 488
• 3. 광학계 지상모델 제작 ... 490
• 제 5 절 카메라 광구조부 지상모델 개발 ... 492
• 1. 줌카메라 설계 및 제작 ... 492
• 2. 스테레오 카메라 설계 및 제작 ... 496
• 제 6 절 카메라 지상모델 통합시험 ... 500
• 1. 카메라 지상모델 분광특성시험 ... 500
• 2. 카메라 지상모델 성능측정 ... 505
• 3. 카메라 지상모델 기능시험 ... 510
• 제 7 절 항공촬영을 통한 비행검증연구 ... 516
• 1. 항공촬영 개요 ... 516
• 2. 항공촬영을 위한 치구제작 ... 518
• 3. 항공촬영을 위한 EGSE 제작 ... 523
• 4. 항공촬영 준비 및 수행 ... 526
• 5. 항공촬영 수행결과 ... 532
• 6. 항공촬영 영상의 처리 및 스테레오 정합 ... 534
• 제 8 절 연구성과 및 비행모델 개발 방안 ... 544
• 1. 탑재체 시스템 ... 544
• 2. 카메라 전자부 ... 545
• 3. 카메라 광학부 ... 546
• 4. 카메라 광구조부 ... 547
• 제 9 절 결론 ... 548
• 제 7 장 연구개발 수행내용 및 결과 ... 550
• 제 1 절 연구수행내용 ... 550
• 1. 달 탐사 개념설계 및 달 임무 시뮬레이터 개발 ... 550
• 2. 달 탐사선 모듈형 구조개발모델 개발 ... 555
• 3. 달 착륙선 추진시스템 시험모델 개발 ... 557
• 4. 달 탐사용 다기능 전자광학탑재체 개발 ... 559
• 제 2 절 연구수행결과 ... 562
• 1. 달 탐사 개념설계 및 달 임무 시뮬레이터 개발 ... 562
• 2. 달 탐사선 모듈형 구조개발모델 개발 ... 565
• 3. 달 착륙선 추진시스템 시험모델 개발 ... 569
• 4. 달 탐사용 다기능 전자광학탑재체 개발 ... 569
• 제 8 장 목표달성 및 관련분야에의 기여도 ... 575
• 제 1 절 달 탐사 개념설계 및 달 임무 시뮬레이터 개발 ... 575
• 제 2 절 달 탐사선 모듈형 구조개발모델 개발 ... 576
• 제 3 절 달 착륙선 추진시스템 시험모델 개발 ... 577
• 제 4 절 달 탐사용 다기능 전자광학탑재체 개발 ... 577
• 1. 개발 목표 대비 달성도 ... 577
• 2. 관련 분야의 기여도 ... 577
• 제 9 장 연구개발결과의 활용계획 ... 579
• 제 1 절 달 탐사 개념설계 및 달 임무 시뮬레이터 개발 ... 579
• 제 2 절 달 탐사선 모듈형 구조개발모델 개발 ... 579
• 제 3 절 달 착륙선 추진시스템 시험모델 개발 ... 580
• 제 4 절 달 탐사용 다기능 전자광학탑재체 개발 ... 580
• 1. 활용가능성 ... 580
• 2. 파급효과 ... 580
• 참 고 문 헌 ... 581
• 끝페이지 ... 584