공분산 조종 기법을 이용한 재사용 발사체의 폐루프 착륙 유도

Abstract

궤적 최적화 기반의 재사용 발사체 착륙 유도 기법은 주로 컨벡스 최적화를 사용한 실시간 궤적 최적화와 함께, 최적화된 궤적을 추종하는 피드백 추종기를 결합하는 방식으로 유도 루프를 구성한다. 피드백 추종기는 외란이나 모델 오차를 반영한 추력 크기를 도출하는데, 궤적 최적화 과정에서 적절한 추력 여유값을 설정하지 못하면 추력의 제한값에 따른 포화가 발생하고 이에 따른 유도 오차가 생길 수 있다. 이때, 발사체의 추력 크기는 소모 연료량과 직결되므로, 궤적 최적화 과정에서 효율적인 추력 여유값을 설정하는 것은 재사용 발사체의 성능을 좌우하는 요소가 된다. 본 연구에서는 공력과 종말 시간 변수를 고려한 연속 컨벡스 계획법을 궤적 최적화 방법으로 사용하고, 유한 시간 내 공분산 조종 기법을 피드백 추종기로 사용하여 공분산 조종 기법의 특성에 맞게 추력 여유값을 설정한 폐루프 궤적 최적화 연구를 수행했다. 전체 루프가 2~3번의 반복만으로 수렴하므로 실시간 최적화의 가능성을 확인했고, 공분산 조종을 통해 종말 시간에서의 분산을 줄이고, 시변 추력 여유값을 통해 연료 소모 측면에서 더 효율적인 궤적 최적화를 수행할 수 있었다.