재사용 발사체의 동력 하강을 위한 최적화 기반 유도 및 제어 기법 연구

Abstract

동력 하강 문제는 최근 우주 산업에 새로운 동력을 불어넣고 있는 발사체의 재착륙을 포함하며, 이에 대해 활발한 연구가 이루어지고 있다. 발사체의 착륙을 위한 유도에는 우주 비행체와 주변 환경에 의해 요구되는 다수의 제약 조건들이 존재한다. 또한, 임무의 경제성과 실현 가능 범위를 확보하기 위해서 발사체 연료 소모의 최소화 또한 지향된다. 이를 위해 컨벡스 최적화를 도입하여 빠른 속도로 실현 가능한 최적 궤적을 만들어 실시간 착륙 유도를 하는 연구들이 최근 제안되었다. 본 논문에서는 이와 같은 배경에 따라, 최적화 기반 착륙 유도 및 제어 기법 연구를 위해 시험 기체 및 실험 환경을 상정하여 연구를 진행하였다. 비행체의 자세 제어를 위해 3-Loop 비선형 제어기를 설계하였고, 착륙 단계에는 연료 소모 최소화를 목표로 하는 컨벡스 최적화 문제를 통해 궤적 추종 유도 명령을 생성하였다. 설계된 유도 및 제어 기법을 검증하기 위해 6자유도 기반 시뮬레이션을 진행하였으며, 정확한 착륙을 포함한 각 비행 단계에서의 요구 조건 수행 능력을 확인하였다.