비행 안전을 고려한 우주발사체의 최적 단 설계

Abstract

본 학위 논문에서는 비행 중인 우주발사체에서 분리된 각 단의 낙하점을 원하는 지점으로 이동할 수 있도록 하는 속도 증분을 도입하여, 낙하점과 같은 비행안전 제약조건을 고려한 발사체의 단 및 궤적 최적화 통합 설계 절차를 제시하고, 최종적으로 낙하점과 같은 비행안전을 고려한 발사체의 최적 단 설계 방법을 개발하였다. 제시된 절차는 주어진 유상하중에 대해 발사체 이륙중량을 최소화하도록 단 설계 최적화 모듈과 궤적 최적화 모듈 사이에서 반복 계산을 수행한다. 궤적 모듈을 통해 비행 중 각 단에서 발생하는 중력 손실, 항력 손실 및 제어 손실 등의 속도 손실과 함께, 각 단의 낙하점 제어를 위한 속도 증분을 찾아내고 이 값들은 단 설계 모듈의 입력으로 들어간다. 두 모듈 간의 반복 계산은 속도 손실 오차, 목표 유상하중 오차, 낙하점 오차 등의 수렴 기준이 만족될 때까지 계속된다. 제시된 절차는 낙하점이 특정 지점, 특정 범위인 두 가지 사례 연구를 통하여 빠른 수렴 특성과 함께, 복잡한 지상안전 제약요건을 가지는 발사장에서 운용되고 낙하점과 같은 비행안전 제약조건을 갖는 발사체의 설계에 있어 개념설계에서부터 최적 단 설계, 최적 궤적 설계 등의 임무설계 수행에 효과적으로 적용될 수 있음이 확인되었다.