OPTIMAL DEELECTION OF EARTH-CROSSING OBJECT USING A THREE-DIMENSIONAL SINGLE IMPULSE

Optimization problems are formulated to calculate optimal impulses for deflecting Earth-Crossing Objects using a Nonlinear Programming. This formulation allows us to analyze the velocity changes in normal direction to the celestial body's orbital plane, which is neglected in many previous studies. The constrained optimization in the three-dimensional space is based on a patched conic method including the Earth's gravitational effects, and yields impulsive ${\Delta}V$ to deflect the target's orbit. The optimal solution is dependent on relative positions and velocities between the Earth and the Earth-crossing objects, and can be represented by optimal magnitude and angle of ${\Delta}V $ as a functions of a impulse time. The perpendicular component of ${\Delta}V $ to the orbit plane can sometimes play un-negligible role as the impulse time approaches the impact time. The optimal ${\Delta}V $ is increased when the original orbit of Earth-crossing object is more similar to the Earth's orbit, and is also exponentially increased as the impulse time reaches to the impact time. The analyses performed in present paper can be used to the deflection missions in the future.

3차원에서의 순간적인 속도변화에 의한 ECO의 최적궤도변경

순간적인 속도변화에 의한 ECO(Earth-Crossing Object)의 케도변경을 최적화하는 알고리즘을 개발하였다. 이를 통해, ECO의 궤도변경을 위한 속도변위를 계산할 때, 기존연구에서 간과되었던 궤도평면에 수직인 방향의 속도 변화를 살펴보았다. 이러한 3차원의 최적화 문제를 풀기위해서 순간적인 속도변화를 계산하기 위한 순간추력 근사법이 적용되었으며, ECO의 지구 접근 시에는 지구중력 효과를 고려한 부분적 궤도근사법을 사용하였다. 지구와 충돌천체의 상대적인 위치와 속도에 따라 ECO의 궤도변경을 위한 최적해가 달라지며, 그러한 최적해는 순간추력시간에 대한 최적속도변화나 최적비행각으로 표현될 수 있다. 순간추력시간이 작을 때, 궤도평면에 수직인 방향의 속도 변화를 무시할 수 없는 경우도 발견되었다. ECO의 궤도가 지구의 궤도와 비슷할수록 더 많은 최적속도변화가 필요로 하였으며, 순간추력시간이 충돌 순간에 가까워질수록 궤도변경에 필요한 최적속도변화의 크기가 지수함수적으로 증가하였다. 이러한 연구결과는 실제 ECO의 우주임무를 설계하는데 중요한 지침이 될 것이다.