유도탄을 수직으로 발사하는 방식은 유도탄 자체 추진기관 추력을 이용한 추력발사(일명 hot launch) 방식과 발사대의 사출장치를 이용한 가스사출발사(일명 cold launch) 방식의 2가지로 분류할 수 있다. 대부분의 수직발사 유도무기체계는 추력발사 방식을 채택하여 왔으며, 가스사출발사 방식은 80년대 초반에 들어와서 적용하기 시작한 신기술로 러시아가 최초로 수직발사 대공 유도무기체계인 S300계열 및 TOR 체계에 채택한 이후 계속 발전되고 있다.
수직 발사대는 발사체에서 나오는 화염에 의하여 구조체의 손상이 일어날 수 있고 특히 후방덮개는 화염에 의하여 직접적으로 변형이 일어나므로 이를 해석하기 위해서는 유체-고체 연성해석 기법을 필요로 한다. 본 연구에서 발사체의 화염은 Eulerian 기법을 이용하여 해석하였고, 발사대의 후방 덮개는 Lagrangian 기법을 사용하여 해석하였다. 서로 다른 두 물질간의 경계면은 레벨을 통하여 추적을 하였고 경계면에서의 경계값은 가상유체 기법을 활용하여 결정하였다. 본 논문에서는 후방 덮개의 변형 형상에 따라 달라지는 유동의 변화를 확인하였다.
The gas management system for a vertical launching system must be safely managed within a ship. The plenum and uptake are capable of containing and surviving a full-burning restrained firing without loss of gas management integrity. To secure the safety, the pressure characteristics with a supersonic under-expanded jet on a gas management system are numerically investigated using computational fluid dynamics. The results of present analysis and the preliminary design of the gas management system are described in this paper.
우주발사체는 가장 거대한 시스템 중의 하나로, 이처럼 장대한 발사체를 발사운용시 안전하고 신속하게 발사대로 이송하고 발사자세인 수직상태로 전환하는 것은 매우 중요한 요소이다. 이에따라, 발사체를 전기체로 총조립하고 발사대에서 발사자세인 수직자세로 만들기위한 과정은 매우 정밀한 운용방법, 절차 및 관련장치들을 필요로 한다. 이러한 이송 기립 운용 개념은 세계 각국의 우주 발사체 개발 과정 중 각각의 요구조건 및 당시의 기술수준에 맞도록 발전되어 왔다. 본 논문에서는 세계 발사체들의 이송 기립 운용 개념을 소개하고 한국의 나로호 및 누리호의 운용개념에 대해 소개한다.
본 논문은 고흥에 위치한 나로우주센터 발사장에 나로호가 발사대기하고 있을 때에 나로호에 탑재된 GPS 수신기 시스템의 운용결과에 대하여 다룬다. 나로호가 발사대에서 수직으로 기립하고 있는 동안에 GPS 수신기 시스템을 포함한 나로호의 모든 탑재장비들은 나로호의 이륙 직전까지 동작상태와 성능이 점검되어야 한다. 나로호에 탑재된 GPS 수신기는 기체 표면에 설치된 3개의 패치형 GPS 안테나와 연결된다. 각각의 GPS 안테나에서 수신된 GPS 위성신호를 바탕으로 나로호가 발사대에 발사대기중일 때에 발사장 환경에 의해 GPS 수신기에서 관찰된 신호간섭과 다중경로로 인해 발생한 현상 등을 분석한다.
본 논문에서는 경사 고각 발사 시스템에서 활용하기 위한 발사체 항법장치의 급속 초기정렬기법에 대해 다룬다. 급속초기정렬기법 중 하나인 원샷(One-shot) 정렬기법은 발사대에 장착된 항법장치의 정보를 활용하므로 수 초 내에 정렬이 가능하지만, 수직 발사체계에서만 적용되어 경사 고각에서의 성능이 검증되지 않았다. 따라서 본 논문에서는 원샷 정렬기법을 경사 고각 발사 시스템으로 적용 시 발생하는 오차 요소에 대해 분석하였고, 이를 최소화하여 정렬 성능을 개선하기 위한 방안을 소개하였다. 추가로, 제시한 원샷 정렬기법에 대해 성능시험을 수행함으로써, 실 항법장치를 운용하는 환경에서도 유효한 효과가 있음을 확인하였다.
한국형발사체를 독자개발하기 위한 연구개발이 한국항공우주연구원을 중심으로 2010년 이후 수행 중에 있다. 발사대 장비 중 발사체고정장치는 발사체를 발사패드 위에 수직으로 기립시킨 후 발사체 하부를 고정하여 풍하중 등 외부 하중으로부터 발사체를 견고하게 고정하는 장치로, 발사체 1단 엔진 점화 후 발생된 추력이 발사체의 이륙중량을 초과되어 이륙이 시작하는 발사초기에 다른 지상장비들과 마찬가지로 발사체 이륙에 간섭이 되지 않도록 고정장치를 빠르게 해제 하여야 한다. 파이로밸브는 발사체고정장치를 구성하는 핵심 구성품의 하나로 발사체 단분리 장치 및 위성 분리장치 등에도 적용하는 유사기능부품으로 높은 신뢰도과 빠른 응답특성을 가져야 한다. 본 논문내용을 통해 발사체고정장치용 파이로밸브 개발과정과 한국형발사체에 대한 전반적인 이해의 폭을 넓히고자 한다.
본 연구에서는 발사체를 보관하고 사출하는 수직 발사대에서 발사체의 화염에 의해 변형되는 발사대 후방덮개의 응답을 유체-고체 연성해석 기법을 이용하여 해석하였다. 발사체의 화염은 Eulerian 기법을 이용하여 해석하였고, 탄소성 변형이 일어나는 후방 덮개는 9절점 유한 요소 기법을 사용하여 해석하였다. 유체와 고체 물질간의 경계면 추적은 레벨 셋 기법을 사용하였고 경계값은 가상유체 기법을 이용하여 결정하였다. 각 해석 기법들은 이론값들을 통하여 검증되었고, 후방 덮개의 해석 결과는 후방 덮개가 변형되는 시간을 비교하였다.
외나로도의 기상발사기준은 발사체의 발사의 성공을 좌우할 수 있는 중요한 요소이다. 발사의 실패는 특히 발사대를 이탈하는 때로부터의 초기시간대에 거의 집중되어 있기 때문에 이 시기의 기상조건이 매우 중요하다. 과거 발사 운용과정에서 발사기상기준은 예측자료와 기본 바람자료만을 국한해서 사용하였지만, 발사체는 수직비행을 하므로 국지적인 낙뢰의 유발을 일으킬 수 있어 낙뢰자료가 필수적이며, 로켓의 자세제어와 안정성을 위해 바람의 바람 전단(Shear), 그 외에 낙뢰, 온도, 시정의 연직 분포가 중요하게 된다. 현재 외나로도에서는 이러한 기상자료가 구축되는 초기단계이지만, 외나로도 주변 지역 기상자료를 이용하여 우주센터 주변의 발사기상기준을 수립하였다. 이러한 기상기준은 향후 외나로도 지역의 관측 자료 수집을 통한 지속적인 보완이 필요하다.
This paper proposes SDINS(strapdown inertial navigation system) transfer alignment method for vertical launcher using an adaptive filter in the ship. First, the velocity and attitude matching transfer alignment method is designed to align SDINS for vertical launcher. Second, the adaptive filter is employed to estimate measurement noise variance in real time using the residual of measurements. Because it is difficult to decide measurement noise variance when noise properties of the ship SDINS are changed. To verify its performance, it is compared with the EKF(Extended Kalman filter) using uncorrect measurement variance. The monte carlo simulation results show that proposed method is more effective in estimating attitude angle than EKF.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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