지형을 고려한 행성 표면 샘플 채취 임무를 위한 호퍼와 로버 시스템의 트레이드 스터디

Abstract

본 논문에서는 호퍼와 로버 시스템 중 행성 표면 샘플 채취 임무를 수행하는데 있어 주어진 임무 환경에 적합한 탐사선을 제시하는 프레임워크를 제안하고, 실제에 가까운 상황을 가정한 사례 연구 수행을 통하여 프레임워크를 점검하고 호퍼의 효용성을 확인하였다. 제안된 프레임워크는 주어진 임무 환경 규모에 적합한 호퍼와 로버 시스템의 모델을 설정하는 것으로 시작한다. 이후 여러 임무 지역들에 대하여 설정된 각 시스템 모델들이 샘플 채취 임무를 수행하는 상황을 산정하여 이익을 고려한 차량 경로 문제(VRPP)를 정식화 한다. 정식화 된 문제는 열 생성 기법 등, 제시된 해법을 이용하여 해를 얻을 수 있으며, 구해진 해를 통하여 얻은 각각의 시스템이 해당 임무 환경에서 얻을 수 있는 이익과 그에 따라 소모되는 자원을 비교하여 어떤 시스템이 해당 지역에서 우위를 보이는지를 확인한다. 또한, 각 시스템들의 임무 수행 능력에 영향을 끼치는 임무 지역의 지형 특성을 나타내는 지표를 정식화 하고, 다양한 지표값을 갖는 여러 임무 지역들에 대하여 각각 어떠한 시스템이 임무에 적합한지를 보여주는 도표를 제작함으로서, 후속 임무 수행 시 해당 임무 환경에 적합한 시스템을 바로 판단할 수 있도록 하였다. 사례 연구에서는 화성에서의 표면 샘플 채취 임무를 산정하여 프레임워크를 확인하였다. 먼저, 정식화 된 이익을 고려한 차량 경로 문제의 검증을 위하여 호퍼와 로버의 모델 설정을 위한 임무 지역의 규모를 설정하고, 그에 맞는 호퍼와 로버 모델을 설정하였다. 이후 실제 화성 표면 위 두 곳을 임무 지역으로 선정하고, 디지털 고도 모델을 이용하여 해당 지역의 임무 환경을 분석하였다. 이를 기반으로 문제를 정식화 하고 그 해를 구하였으며, 어떠한 시스템이 임무 수행에 있어 우세를 보이는지를 확인하며 정식화된 문제를 검증하였다. 또한, 프레임워크에서 제안된 지형 특성 지표에 대하여 시스템의 우위를 보여주는 도표를 작성하였다. 이를 위하여 다양한 화성의 환경을 상정한 여러 임무 환경 지도를 제작하였으며, 제작한 임무 환경 지도들에 대하여 호퍼와 로버 시스템 중 어떠한 시스템이 우세를 보이는지를 정식화 한 문제의 해를 구하여, 주어진 임무 지역 규모에서 프레임워크에서 제안된 두 가지 지형 지표의 변화에 따른 두 시스템의 임무 수행 능력 우위의 변화를 보여주는 도표를 제작하였다.