태양전지 및 전기동력을 이용한 장기 체공 무인기의 체공 효율을 증가시키기 위해서는 구조 경량화가 필수적이다. 본 논문에서는 24시간 장기체공 전기동력 무인항공기인 EAV-2H의 주익 경량화 및 구조 건전성 확보를 위하여 Mylar Film과 섬유강화 복합재료로 구성된 주익을 설계하였다. 보이론 해석을 이용하여 주익 Spar의 형상 선정 및 구조 사이징을 수행하였다. EAV-2H 임무를 고려하여 하중해석을 수행하고 주익의 주요 구성품에 대해 유한요소해석을 수행하였다. 마지막으로 주익의 정적구조시험을 통해 주익의 구조 건전성을 확인하였다. 본 연구를 통하여 개발된 EAV-2H 주익은 이전 모델인 EAV-2에 비교하여 Span 기준 42%의 중량이 감소되었으며, 설계극한하중을 부가하는 정적구조시험을 통과하였다.

오늘날 헬리콥터 기술의 발전과 더불어 함상에서 헬리콥터를 운용하는 것은 당연한 것으로 여겨지고 있다. 육상과 달리 해상에서 항공기를 운용하기 위해서는 육상보다 심한 바람과 파도와 배의 이동에 의한 착륙장의 운동과 염분에 의한 장비의 부식이 고려되어야하며 안전한 운용을 위한 운용절차가 요구된다. 본 논문에서는 수직이착륙 항공기의 함상운용 사례분석을 통하여 함상운용에 요구되는 항공기와 선박의 고려사항과 운용절차를 알아보고 이를 기반으로 틸트로터 무인기의 함상운용 기술개발 방안을 제시한다.

틸트로터 항공기인 스마트무인기의 회전익모드, 천이모드, 고정익 모드 비행시험을 수행하여 전체 비행영역에 대한 비행제어법칙 검증을 완료하였다. 회전익모드에서는 자동이륙과 자동착륙, 자동호버 비행 및 자동회귀모드 비행을 수행하였다. 천이모드에서는 틸트각 10도 간격으로 속도, 고도, 롤/방위 유지명령을 이용하여 상승, 하강, 좌선회 및 우선회 비행을 수행하고, 자율천이비행을 수행하였다. 회전익모드와 천이모드에서의 로터속도는 98%를 유지하였고, 고정익 모드 비행은 260 km/h 속도에서 로터 회전수를 82%로 감속하여 최대속도까지 점진적으로 영역확장비행을 수행하였다. 최종적으로 대기고도 3 km에서 최고속도 440 km/h까지 도달하였다. 본 논문에서는 스마트무인기의 전체 비행영역에 대해 비행영역 확장시험을 수행하는 동안 획득된 데이터의 분석결과를 제시하고, 규격서의 비행제어 요구조건과 비교하여 비행성이 요구성능을 만족함을 검증하였다.

PZT-5 계열 압전진동자의 위성부품 활용성 연구를 위하여 CVCM(Collected Volatile Condensable Material) 및 TML(Total Mass Loss)을 측정하여 규정된 0.1% 및 1.0% 이하의 값을 얻었고, 베이크아웃 챔버를 이용하여 고온 및 고진공상태에서 $500ng/cm^2/hr$ 이하의 낮은 TQCM(Thermoelectric Quartz Crystal Microbalance) 값을 얻어 위성체 부품으로의 적합성을 재확인하였다. 압전진동자에 대한 고진공 환경 전후의 압전특성을 비교 분석한 결과 진공환경에 의한 전기-기계적 특성은 1% 미만으로 큰 변화가 없음을 확인하였다. 아울러, $-100^{\circ}C{\sim}90^{\circ}C$의 범위에 대한 PZT-5계열의 압전 진동자에 대하여 온도변화에 따른 특성변화를 조사한 결과, 공진 및 반공진주파수는 상온일 때를 중심으로 온도의 변화에 따라 증가하였고 유전상수의 경우 주어진 온도 범위에서 2500~7500의 범위에서 선형적으로 증가하였다. 기계적 손실은 0.08 ~ 0.03의 범위에서 선형적으로 감소하는 경향을 보였다.

적외선 영상을 획득하는 인공위성의 적외선 검출기는 임무 궤도에서 정확한 성능을 보장받기 위해 발사 전 지상에서 흑체를 이용한 검보정 환경시험을 거쳐야 한다. 적외선 탑 재체의 검보정 기준이 되는 대구경흑체는 궤도환경 지상시험을 위해 진공환경에 적합한 재질로 구성되어야 하며, $-40^{\circ}C$에서 $+40^{\circ}C$까지의 온도 범위에서 중심 80 %의 영역에 대해 $2^{\circ}C$ 이하의 표면 온도 균일도와 0.95 이상의 방사율을 가져야 한다. 열유동해석 결과로 도출된 대구경흑체는 $1m{\times}1m{\times}8mm$의 크기의 구리판에 방사율을 높이기 위한 알루미늄 하니콤 코아를 부착하고, 블랙페인트를 도포하여 제작되었으며, 온도 조절을 위해 뒷면에는 질소가스 흐름을 위한 구리튜브가 용접되었다. 한국항공우주연구원의 광학열 진공챔버에서 수행된 대구경흑체 검증시험에서 20개의 저항온도센서와 적외선카메라를 이용하여 표면 온도 분포를 측정하여 ${\pm}40^{\circ}C$의 온도 범위에서 약 $1^{\circ}C$의 온도 균일도를 가짐을 확인하였다. 표면방사율은 대기압, $40^{\circ}C$에서 0.975로 측정되었다.

일반적으로 전자파 환경시험은 외부 전자기 환경의 영향을 배제하기 위하여 전자파 차폐룸에서 시험을 수행하지만, 시험체의 크기가 너무 크거나, 배기가스를 방출하는 등의 제약이 있을 경우 전자파 차폐룸에서 시험이 어려울 수 있으며, 야외 시험장을 이용할 수 밖에 없다. 야외 시험장은 측정 결과에 영향을 미칠 수 있는 전파 반사체, 전파 잡음 등이 시험장 내에 존재하지 않는 것이 이상적이지만 IT, 무선 통신 산업이 발달됨에 따라 기존의 야외 시험장은 수많은 생활전자파노이즈에 오염되어 있는 실정이다. 고흥 항공센터의 경우 도심과 떨어져 있고, 주변이 농경지로 둘러싸여 있어 전자파환경이 청정할 것으로 예상되며, 따라서 대형시험체의 전계강도를 측정할 수 있는 야외 시험장으로 활용이 가능할 수 있다. 이를 확인하기 위해 고흥 항공센터의 전자파환경을 측정하였으며, 30 MHz 이상의 주파수대역에서는 라디오, TV, 핸드폰 등 소스가 분명한 주파수를 제외하고는 대체적으로 깨끗한 결과를 보였으며 야외 시험장으로 좋은 역할을 할 수 있음을 확인하였다.

항공기의 자세제어를 담당하는 각각의 비행 조종면에 중복안정성 등의 이유로 여러 개의 작동기를 연결하여 사용하고 있다. 다중 작동기들이 동시에 정확하게 같은 위치로 이동하지 않으면 비행조종면에 변형이 발생한다. 그 결과 변형된 조종면이 원래 상태로 복원하려는 힘에 의해 작동기들 간에 force fighting이 발생한다. 게다가 force fighting은 각 장치들의 초기 허용 오차 등에 의해서도 발생한다. 다중 작동기간의 force fighting 현상은 제어정밀도에 영향을 미치고 피로파괴의 원인이 되어 작동기와 비행조종면의 수명을 단축할 수도 있다. 본 논문에서는 두 개의 서보작동기를 사용하는 시스템의 force fighting을 감소하기 위하여 힘되먹임제어를 사용하는 제어기를 설계하였다.

본 논문에서는 GPS 수신기의 반송파 추적루프를 3차 PLL로 구성하고 대역폭을 변화시켰을 때 발사체 시나리오를 이용한 시뮬레이션에서 GPS 수신기의 추적 및 항법성능을 분석한다. 시험에 사용된 GPS 수신기는 발사체가 가지는 동특성으로 인해 3차 PLL로 구성된 추적루프의 대역폭에 따라 추적 및 항법성능에 차이가 나타났으며, 특히 대역폭이 좁게 설정된 경우에는 신호추적을 놓쳐 항법 계산을 하지 못하는 경우도 발생하였다.

한국형발사체 시스템설계 형상에 대해 전산유동해석(CFD) 기법을 이용하여 공력 특성 및 하중을 예측하였다. 이전 형상에 비하여 엔진 카울이 없어짐에 따라 축력과 수직력이 감소하였으며, 압력 중심이 전방으로 크게 이동하였다. 그리고 하중 해석을 위해 비행 중 및 발사대 대기 중의 공력 하중을 산출하였다. 공력 계수 및 공력 하중 해석 결과는 다음 설계 단계의 임무 설계 및 구조 해석 분야에 활용된다.

본 연구에서는 다양한 발사체 추진기관 공급계 배관 자재 중 STS 300 계열의 금속보다 강도가 높고 용접성이 우수할 것이라고 판단되는 21-6-9 합금소재를 이용하여 산화제 주배관의 시편을 제작 하였다. 제작된 시편은 내압 시험을 수행하여 요구되는 내압 강도를 유지할 수 있는지를 확인하였다.

달 착륙선 개념설계형상 검증모델은 한국형 달착륙선의 진보된 우주 비행체 기술들의 개발 및 검증을 위한 시험베드로서 개념설계형상을 바탕으로 달과 지구의 중력 차이를 고려하여 실제 중량의 1/6 스케일로 설계된 수직이착륙이 가능한 달착륙선의 프로토타입이다. 검증모델은 지상에 고정된 상태에서 추력기 클러스터링 시험과 가상비행시험을 수행하였다. 검증모델 지상시험은 두 달 동안 고흥항공센터 고체모터연소 시험장에서 진행했다. 검증모델의 지상시험의 목적은 비행모델 탐사선의 개발 이전에 주요 전자장비, 200N급 추진시스템, 제어 알고리즘 및 소프트웨어, 구조체의 핵심기술 및 체계운용기술 등의 전체 시스템에 대한 시연 및 검증이다. 본 논문에서는 시험형상, 시험목적 그리고 시험제반시설에 대한 기술을 포함한 가상비행시험에 대한 내용을 기술한다.

태양계 내에서 지구와 가장 흡사한 환경을 가진 화성은 향후 인류의 정착을 목적으로 이에 필요한 화성 환경 연구가 꾸준히 이루어지고 있다. 낮 시간 화성 전리층은 전파의 반사를 통해 착륙선과 로버의 지상-지상 통신에 활용될 수 있다. 또한 화성 전리층 정보는 화성의 물 및 대기 진화와 연관된 정보를 제공한다. 이런 정보들은 전파통신 및 기후 연구에 활용된다. 화성 전리층은 화성탐사 초기의 Mariner, Mars, Viking 시리즈와 최근의 Mars Global Surveyor의 전파엄폐 방식으로 주로 관측되었으며 Mars Express에는 전파엄폐방식 기기 외에도 저주파 레이더, 플라즈마 분석기가 탑재되었고 Viking Lander의 현장측정 자료가 활용되어 왔다. 본 연구는 국내 우주탐사 기반기술 확보를 위해 탐사선 통신에 영향을 줄 화성 전리층의 관측기기 선정에 대비하여 해외사례를 분석하였다.

액체로켓엔진 고압 배관의 김발 신축이음은 고압에서 반복적인 회전 변위를 받게 된다. 본 연구에서는 고압에서 내부형 김발 신축이음의 모멘트 해석 및 시험을 수행하였다. 해석적으로 스프링 강성, 마찰과 측력에 의한 모멘트 값을 각각 구하고 시험으로 얻어진 전체 모멘트 값과 비교하였다. 또한 외부형 힌지 신축이음에 대하여 회전 핀에 이황화몰리브덴 코팅을 적용하여 저압에서 갈링 현상이 없어지고 마찰 계수가 감소하는 것을 확인하였다.

로켓 기반 복합사이클 (RBCC) 엔진의 열역학적 사이클 해석을 통해 엔진의 개념 설계를 수행하였다. 설계 엔진은 지상, 정지 상태에서 출발하여 고도 30 km, 마하 8에 도달하는 것을 목적으로 한다. 본 엔진은 정지-마하 3까지는 이젝터 제트 모드, 마하 3-6 영역에서는 램제트 엔진 모드, 마하 6 이상의 영역에서는 스크램제트 모드로 구동한다. 개념설계 결과 본 엔진은 직경 1 m, 길이 6.7 m의 크기를 갖고 최대 추력 약 16.5 ton을 발생시킬 것으로 예측되었다. 램제트, 스크램제트 엔진모드의 경우 엔진 흡입구 설계점에 따라 전압력회복율 및 포획면적비가 달라지므로, 비행마하수에 따른 엔진의 추력성능 변화가 두드러지게 나타났다.

최근, 항공우주 분야에서 오픈 소스 소프트웨어에 대한 관심이 늘고 있다. 대표적인 사례로 우주환경을 3D로 가시화하는 소프트웨어인 셀레스티아가 있다. 셀레스티아는 오픈소스 소프트웨어로서 여러 장점이 있다. 첫째 사용하기 쉽고, 둘째 스크립트 언어를 지원하여 필요한 기능을 쉽게 추가할 수 있다. 이런 특징으로, 다른 시스템과의 연계도 용이하다. 그러나, 셀레스타아를 동일 시스템이 아닌 원격시스템에서 제어하는 기능은 부족하다. 본 논문은 위성 시뮬레이션 도구인 GenSim에서 UDP 통신을 이용하여 원격으로 명령을 전송하는 모듈의 설계 및 구현 과정에 대해 기술하고, 개발시 겪었던 문제와 이에 대한 해결방법을 기술한다.

최근 자율 비행에 대한 관심이 증가하면서 다양한 센서를 통한 자기 위치 인식 연구가 진행되고 있다. 특히 GPS와 같은 자기 위치를 확보할 수 없는 실내 환경의 경우, 다른 방법을 통해 자기 위치를 파악해야 한다. 실내 환경에서 자기 위치 파악에는 여러 가지 방법이 있지만 영상을 통한 위치 인식 기술이 각광을 받고 있다. 본 논문에서는 마크를 통한 영상 기반의 위치 인식 연구에 대해 설명하고, 실제 비행체에 적용하여 자율 비행하는 방법에 대해 제안한다. 그리고 마크가 없는 실제 환경에서도 위치를 인식할 수 있도록 실시간 3차원 지도 생성을 통한 위치 인식 방법에 대해서도 논의한다.

최근 다양한 에너지원에 대한 관심이 증가하고 있으며, 연을 이용하여 고공풍력 에너지를 활용하는 방법에 대한 연구가 이루어지고 있다. 연을 이용한 풍력 발전 및 선박 인양 등의 다양한 분야에 적용하기 위해서는 연에 대한 비행제어가 필요하다. 본 논문에서는 이러한 연의 비행제어를 위해 기존의 Sport Kite의 비행기술의 원리를 이용한 지능제어 이론을 적용해보고자 한다. 이를 위해서 적절한 퍼지 룰을 생성하고 퍼지 제어기를 구성하여 연에 대한 비행제어 성능을 시뮬레이션을 통해 확인하였다.

다목적실용위성 2호(이하 KOMPSAT-2)는 고해상도 1.0m 흑백영상을 촬영할 수 있는 PAN 카메라와 4.0m 다중파장대의 칼라 영상을 수집할 수 있는 멀티스펙스럴 카메라를 탑재하고 있다. 이를 통하여 취득한 위성영상은 국토관리, 농업, 환경, 해양감시 및 GIS등의 광범위한 분야에 활용되고 있다. 본 연구는 KOMPSAT-2 자료를 이용하여 지상좌표를 해석하는 방법과 해석된 지상좌표의 위치정확도를 KOMPSAT-2 시스템 요구사항인 위치정확도를 만족시키기 위해 현재 적용되고 있는 위치정확도 보정계수 산출절차를 정의하는 것을 목적으로 한다.

달의 방사조도는 위성 가시채널 검출기의 성능을 감시하기 위해서 사용된다. 본 논문에서는 천리안위성 FDS (Flight Dynamics Subsystem)에서 생성한 태양, 달, 위성의 위치 정보를 이용하여 달의 방사조도를 계산하는 방법 및 결과를 설명한다. 계산 결과는 천리안위성 기상탑재체 가시채널 검출기의 성능저하를 검출하고 보상하기 위한 알고리즘에 적용되었다.

본 논문에서는 전산유동해석 기법을 활용하여 액체 로켓 연소 후류에 냉각수가 분사됨에 따라 발생하는 냉각 효과를 냉각수 분사량, 분사 위치, 분사 방식의 변화에 따른 영향을 고찰하였다. 연소 후류의 모사를 위해서는 동결 유동해석 기법에 기반한 단일화학종 비반응 해석 모델을 이용하였고, 연소 후류에 분사된 냉각수의 모사를 위해서는 Euler-Lagrangian 해석법에 따르는 이산 상 모델(Discrete Particle Model)을 사용하였다. 해석 결과 연소 후류의 약 2배 정도 냉각수가 투입되었을 때 연소 후류 중심부에서는 연소 후류의 온도가 상대적으로 감소하는 것을 확인할 수 있었다.

본 논문에서는 동적 공역 형상 관리상의 변경이 발생할 때에 대한 항공 교통 효율성 평가에 사용될 궤적기반 항공 교통량 분석 소프트웨어의 설계 결과를 기술한다. 본 소프트웨어는 비행계획서에 기초한 인천 FIR의 항공 교통에 대한 통계 자료를 산출하고, 비행계획서 상의 항공기 종류, 순항고도, 속도, 이동 경로 등으로부터 도출된 궤적 모델링 자료를 이용하여 항공로 이용율, 관제사 관제량을 분석하도록 설계되었다. 공역 설계 및 항공로 입력 정보와 함께 장기간에 걸친 궤적 모델링 자료를 한꺼번에 입력받아 일괄 처리하는 방식을 적용함에 따라, 본 소프트웨어는 공역 및 항공로 등의 수정 내용에 따른 교통량 변화를 빠르게 예측할 수 있는 장점을 가진다.

본 논문에서는 비행안전통제실, 비행정보전시시스템 및 비행안전통제원의 임무 및 훈련을 순차적으로 기술하고 KSLV-I 3차 비행중 실시간으로 처리된 데이터 및 분석 결과를 제시하였다. 3차 비행시험의 비행안전통제실 운용에서, KSLV-I 비행 상황 감시가 정상적으로 이루어졌으며 순간낙하점 계산을 포함한 비행안전 알고리듬 계산도 정상적으로 수행되었다.

본 논문에서는 나로호 3차 비행시험에서의 2단 자세제어 결과를 정리하였다. 나로호 2단 추력기시스템에 의한 무추력 비행구간 3축 자세제어 및 추력벡터제어에 의한 킥모터 연소구간 피치/요 자세제어가 정상적으로 수행되었음을 보였다. 무게중심 오프셋, 킥모터 슬래그 영향, 킥모터 잔류추력 영향으로 인한 외란에도 불구하고 2단 자세제어기가 모든 비행구간에서 성공적으로 작동하였음을 보였다. 이러한 결과들은 국내의 발사체 자세제어 기술을 향상시키는 데 있어서 중요한 토대를 마련할 것이다.

액체로켓엔진에서 추진제 밀도와 공급 압력 변화에 대한 성능 민감도를 분석하였다. 해석 프로그램은 터보펌프-가스발생기 연계시험 결과와 비교하여 1% 오차를 가지는 것으로 확인되었다. 연료 공급압력이 증가하면 혼합비 감소로 인해 엔진 연소압이 감소하였고 연료의 밀도가 증가하면 혼합비 감소에도 불구하고 추진제 유량이 증가하므로 엔진 연소압이 증가하는 것으로 예측되었다. 또한 산화제의 밀도가 증가되거나 공급압력이 증가하면 엔진의 연소압이 증가할 것으로 분석되었다.

스월 제트 전단층 제어에 관한 인공적 방법의 가능성을 연구하기 위해 전단 자극장치가 제안되었다. 주요 구성품으로는 두개의 동심 아음속 노즐 그리고 유동 자극 생성을 위한 내부 돌기 등이다. 돌기의 숫자는 방위각 방향의 다양한 모드를 유도 할 수 있도록 변화가 가능하다. 획득된 속도 결과는 평면 contour plot과 공간 입자 궤적으로 표현하였다. 다양한 자극 모드에서의 결과 값들이 기준 값(무자극)과 비교되었다. 결과적으로, 새로 고안된 기법이 스월 유동 와류 구조 제어에 있어 효과적인 방법임이 입증되었다.

국가우주개발계획에 따라 2020년 이후 한국형 달탐사선이 발사될 예정이다. 달탐사선은 무인 경량화모델로 달궤도선과 달착륙선 2종을 개발할 계획이다. 달탐사선의 구조체는 발사 및 궤도하중, 착륙하중을 견딜 수 있는 구조적 안정성과 탑재장비의 장착공간을 제공할 뿐만 아니라 발사체의 탑재능력을 고려하여 가볍게 설계되어야 한다. 이를 위해 달탐사선 구조체의 개발과 관련된 핵심기술의 선행개발이 요구된다. 특히, 달착륙선의 경우 착륙선이 달 지면에 안전하게 착륙할 수 있게 해주는 착륙장치의 개발기술이 필수적이다. 본 논문에서는 달착륙선 지상시험모델 구조체의 설계, 제작, 시험을 포함한 개발내용을 다룬다.