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김연규,김해동 이주희,심은섭,전상원 한국우주과학회 2009 Journal of Astronomy and Space Sciences Vol.26 No.4
최근 미국, 유럽, 일본 등 우주선진국을 중심으로 달, 화성 등 행성 탐사를 위한 로버(Rover) 시스템에 대해 많은 연구 개발이 진행되고 있다. 행성탐사용 로버 시스템 기술 중 특히 주행장치, 차율 주행 알고리즘, 탑재체 등을 중심으로 많은 연구가 수행되고 있다. 이 논문에서는 실제 행성탐사에 앞서 지상에서 로버 주행장치의 주행성 및 안정성을 평가하기 위해 지상시험모델용 로버의 주행장치에 대한 개념 설계 내용을 소개하였다. 또한, 로버 주행장치의 기술적인 관점에서 해외 연구개발 사례를 분석, 기술하였다. 이를 통해 로버 주행장치 개발을 위한 요구사항들을 주행성과 안정성 관점을 고려하여 도출하였다. 설계된 로버 주행장치는 높은 주행성과 안전성을 만족하기 위해 6족을 가지고 있으며, 각 다리의 관절을 제어하는 능동 서스펜션(Active Suspension)을 적용하였다. 이러한 종류의 주행장치 개념은 근미래 (Constellation 프로그램)에 수행될 유인달 탐사에서 이동 및 거주 장치로써 NASA의 ATHELE을 통해 처음 적용하여 개발하고 있다. 이 연구에서 제안된 장치 개념은 이와 달리 우리나라에서 앞으로 수행할 무인소형 달탐사에 적용하고자 설계되었다. 이 논문에서 소개된 내용은 향후 국내에서 행성탐사용 로버시스템을 본격적으로 개발하고자 할 때 유용한 참고자료 및 경험을 제공할 것이다. In recent years, lots of studies on the planetary rover systems have been performed around space advanced agencies such as NASA, ESA, JAXA, etc. Among the various technologies for the planetary rover system, the mobility system, navigation algorithm, and scientific payload have been focused particularly. In this paper, the conceptual design for a ground-based model of planetary rover’s mobility system to evaluate mobility and moving stability on ground is presented. The status of overseas research and development of the planetary rover systems is also addressed in terms of technical issues. And then, the requirements of the planetary rover’s mobility system are derived by means of considering mobility and stability. The designed rover’s mobility system has an active suspension with 6 legs that controls 6 joints on the each leg in order to achieve high stability and mobility. This kind of mobility system has already applied to the ATHELE of NASA for various purposes such as transportation and habitation for human lunar exploration activities in the near future (i.e., Constellation program). However, the proposed system has been designed by focusing on the small-sized unmanned explorations, which may be applied for the future Korea Lunar exploration missions. Therefore, we expect that this study will be an useful reference and experience in order to develop the planetary exploration rover system in Korea.
Analysis of Delta-V Losses During Lunar Capture Sequence Using Finite Thrust
송영주,박상영,김해동,이주희,심은섭 한국우주과학회 2011 Journal of Astronomy and Space Sciences Vol.28 No.3
To prepare for a future Korean lunar orbiter mission, semi-optimal lunar capture orbits using finite thrust are designed and analyzed. Finite burn delta-V losses during lunar capture sequence are also analyzed by comparing those with values derived with impulsive thrusts in previous research. To design a hypothetical lunar capture sequence, two different intermediate capture orbits having orbital periods of about 12 hours and 3.5 hours are assumed, and final mission operation orbit around the Moon is assumed to be 100 km altitude with 90 degree of inclination. For the performance of the on-board thruster, three different performances (150 N with I_(sp) of 200 seconds, 300 N with I_(sp) of 250 seconds, 450 N with I_(sp) of 300 seconds) are assumed, to provide a broad range of estimates of delta-V losses. As expected, it is found that the finite burn-arc sweeps almost symmetric orbital portions with respect to the perilune vector to minimize the delta-Vs required to achieve the final orbit. In addition, a difference of up to about 2% delta-V can occur during the lunar capture sequences with the use of assumed engine configurations, compared to scenarios with impulsive thrust. However, these delta-V losses will differ for every assumed lunar explorer's on-board thrust capability. Therefore, at the early stage of mission planning, careful consideration must be made while estimating mission budgets, particularly if the preliminary mission studies were assumed using impulsive thrust. The results provided in this paper are expected to lead to further progress in the design field of Korea’s lunar orbiter mission, particularly the lunar capture sequences using finite thrust.
제한추력을 이용한 달 천이(TLI) 기동의 설계 및 해석
송영주(Young-Joo Song),박상영(Sang-Young Park),김해동(Hae-Dong Kim),이주희(Joo-Hee Lee),심은섭(Eun-Sup Sim) 한국항공우주학회 2010 韓國航空宇宙學會誌 Vol.38 No.10
본 연구에서는 미래 한국의 달탐사에 대비, 제한추력을 이용한 최적의 지구-달 천이퀘적 설계를 수행하였다. 보다 실제적인 임무 시나리오 설계를 위해 달 천이 (Trans Lunar Injection, TLI) 기동에 사용되는 발사체 상단 킥모터의 주력 성능을 제한하였다. 이를 바탕으로 지구 출발부터 달 근접에 이르는 지구-달 천이비행궤적이 설계되었으며, 제한추력을 이용하여 설계된 비행 궤적의 최적화 결과와 순간추력을 이용하여 최적화된 결과가 비교 분석되었다. 만약 순간추력을 이용해 도출된 예비 임무 설계의 결과가 제한추력을 가정한 임무 설계를 위해 응용될 경우, 가정된 제한추력의 크기에 따라 다양한 범위의 기동량의 차이가 발생 할 수 있어 이에 따른 충분한 고려가 이루어져야 함을 확인하였다. 본 연구에서 제시된 제한추력을 이용한 달탐사 임무궤적 설계/해석 결과는 미래 한국의 달탐사를 대비하는데 있어 다앙한 사전 지식을 제공할 것이며 장차 상세한 임무설계를 위한 알고리즘의 기반으로 사용될 수 있다. For preparing Korean lunar missions, an Earth-Moon transfer trajectory is designed and analyzed using finite thrust. To be a more realistic scenario, kick motor's performance which is used for TLI(Trans Lunar Injection) maneuver is assumed to have a certain maximum capability. Under this assumption, optimal Earth-Moon transfer trajectory analysis is made from the beginning of Earth departure to the final lunar closest approach. As a results, optimal Earth-Moon transfer trajectory solutions with finite thrust are compared to those of designed with impulsive thrust in previous study. It is confirmed that if the trajectory solutions derived with impulsive burn is directly applied to estimate the finite burn trajectory solutions, careful consideration for finite burn losses must be paid as for TLI maneuver. Presented algorithm and various results will give numerous insights into the future Korea's Lunar missions using finite thrust engines.