고흥에 위치한 나로 우주센터에서 화성 탐사선을 발사하기 위한 최적의 발사 시간대를 결정하는 연구를 수행하였다. 행성간 탐사선의 발사시기 선정은 크게 일년 중 발사 가능한 날짜(Launch window)를 선정하는 것과 선정된 날짜의 어느 시간대(Daily launch window)에 발사해야 할 것인가로 나누어 볼 수 있다. 최적의 발사 날짜를 선정하기 위하여, 지구 출발 날짜와 화성 도착 날짜에 대응되는 에너지(C3), 목표 행성까지의 비행시간, 도착할 때의 속력, 지구에서 출발할 때 $V_{\infty}$ 벡터의 적위, 그리고 도착할 때 $V_{\infty}$ 벡터의 적경과 적위를 계산하여 그래프로 나타내었다. 선정된 날짜에서의 발사 시간대 결정은 발사장의 위치와 지구의 자전에 의한 영향을 고려하여 산출하였다. 본 논문에서는 Lambert 이론으로부터 2027년의 발사 가능 날짜를 선정하기 위한 계산 결과를 예로서 제시하였다. 고흥에 위치한 나로 우주센터에서의 발사를 가정하여, 선정된 날짜의 어느 시간대에 발사가 가능한지를 산출하였으며, 케네디 우주센터에서의 경우와 비교하여 어느 정도의 타당성이 있는지 살펴보았다.
최근 발사체 시장에 민간주도의 경향이 두드러지게 나타나며, 시장이 포화되어감에 따라 발사비용을 줄이기 위한 노력이 지속되고 있다. 우주탐사 선진국에서는 유인 장거리 우주탐사계획이 추진되고 있다. 산소-메탄의 조합은 기존의 추진제에 비해 효율이 높고 경제적, 친환경적이며 외계행성에서 현지조달이 가능하기 때문에 이러한 경향에 부응하기 위한 가장 적합한 차세대 추진제로서 주목을 받고 있다. 현재 국제정세의 변화와 기업환경 변동에 따라 메탄엔진 개발이 더욱 본격화 가속화되고 있다. 우리나라도 이러한 세계적 흐름에 편승하고 향후 발사체 시장에서 뒤처지지 않기 위해서는 메탄엔진 개발이 필요하다고 판단된다.
구 소련이 달에 루나(Luna) 1호를 발사한 이래 달을 비롯한 지구 밖의 천체에 대한 우주탐사를 시작한 지 60년이 된 지금 인류는 아직 외계의 생명체는 발견하지 못하였으나 태양계의 거의 모든 행성을 근접거리에서 탐사하고 빠른 속도로 이동하는 혜성의 표면에 우주선을 착륙시키는 등 괄목할 만한 성과를 이룩하였다. 그렇지만 아직까지 사람이 외계에 착륙한 곳은 달 뿐이며, 미국을 비롯한 여러 나라들이 사람을 달 또는 화성에 보내 기지를 건설하고 생존할 수 있도록 하는 것을 목표로 우주탐사에 매진하고 있다. 한편, 1990년대 초반에 우주개발을 시작한 우리나라는 정부주도로 수립된 수차례의 우주개발계획에서 달 탐사를 포함한 우주탐사계획을 선언하고 달 탐사 계획을 박근혜정부의 국정과제로 추진하여 2016년 초 공식적으로 달 탐사 프로그램을 시작하였다. 본 논문에서는 우리나라 달 탐사계획과 세계 우주탐사 프로그램의 간략한 역사, 관련기술의 발전현황과 개발방향 등을 살펴본다. 아울러 우리나라의 우주탐사분야의 과학연구 현황 및 분야별 기술수준을 점검한다.
전기 추진시스템은 저렴한 개발비와 높은 신뢰성을 제공하는 추진 장치로 많은 분야에서 응용 되어 왔다. 특히 최근에 발사된 SMART-1과 MUSES-C는 우리에게 시사하는 바가 크다. 각각 European Space Agency(ESA)와 Japan Aerospace Exploration Agency(JAXA)에서 개발한 행성 탐사선으로, SMART-1은 달 탐사를 목적으로 하고 MUSES-C는 소행성 Itokawa의 토양을 채취해오는 것을 목적으로 한다. 이 두 탐사선에는 각각 Hall effect thruster와 Micro wave ion engine이 탑재되었는데, 작고 저렴한 비용의 탐사선을 이용해서 충분히 행성 탐사가 가능하다는 좋은 선례를 남겼다. 현재 개발되고 있는 과학기술위성 3호(STSAT-3)에도 전기추진 장치가 탑재되는데, SMART-1에 탑재 되었던 것과 유사한 Hall effect thruster가 인공위성 연구센터와 KAIST 물리학과의 GDPL과 공동으로 개발되고 있다. 성능이 좋은 전기 추력 장치를 개발하기 위해 추력기 내부에서 발생하는 플라즈마의 물리적 특성을 파악하는 것은 매우 중요한 일이다. 이 논문에서는 이러한 플라즈마의 특성을 모사하는 방법으로 Particle In Cell 모사와 더불어 독립적인 개개 입자의 운동을 기술하는 입자모사(particle simulation)를 이용하는 방법을 제시 하고자 한다. 이러한 접근 방법은 실제 전기추력장치를 설계하고 실험하는 담당자에게 플라즈마 운동에 대한 명료한 지식을 제공해 줄 수 있을 것으로 생각된다.
미세자기학은 분자구조 단위에서 (Micromagnetic modeling) 자성 광물의자화 획득 및 자화 소멸을 연구하는 학문으로 행성지질학적으로 흥미있는 자성 광물의 자화 상태를 수치해석으로 풀어내는 학문이다. 자기이력곡선 분석은 시료를 파괴하거나 가열하지 않고 빠르고 정확하게 자성 광물의 종류 및 크기를 식별할수 있다. 정6면체 형태의 합성자철석이 아닌 자연산에 존재하는 8면체 형태의 모델을 택해야 기존의 실험 결과를 더 잘 설명함을 알아내었다. 특히 8면체의 경우 120 nm 이상의 크기에서 magnetic coercivity와 magnetic remanence가 더욱 안정적이고 커짐을 알아냈다.
대 소 마젤란은하는 항성진화 및 은하진화를 연구할 수 있는 가장 중요한 실험실이다. 두 은하는 우리은하에 매우 가깝고, 각크기가 매우 크기 때문에 이들 두 은하에 대한 측광학적 연구는 매우 지엽적이고 단편적으로 이루어졌다. 시상이 매우 좋은 KMTNet의 1호기 (칠레)를 사용하여 대마젤란은하 ($10^{\circ}{\times}10^{\circ}$)와 소마젤란은하 ($5^{\circ}{\times}5^{\circ}$) 영역에 대한 UBVI 및 협대역 $H{\alpha}$, [OIII] $5007{\AA}$ 측광 탐사관측을 통해 다음과 같은 연구를 제안한다. 1. $V{\approx}23$ 등급까지 대 소 마젤란은하 천체들의 측광 자료의 제공 2. 거리를 지시할 수 있는 천체들의 공간적 분포를 통해 3차원 구조 연구 3. 협대역 $H{\alpha}$ 측광을 통해 Herbig Ae/Be 천체들의 분포와 별 탄생 연구 4. 협대역 $H{\alpha}$ 및 O[III] 측광을 통해 행성상성운의 분포와 광도함수 연구 5. 색-등급도 연구를 통해 위치에 따른 별 탄생의 역사 연구 6. 어두운 별들의 공간적 분포를 통해 LMC-SMC, LMC-MWG, SMC-MWG의 상호작용 연구.
지구근접물체는 궤도상에 인접한 행성들의 만유인력으로 인해 지구 부근으로 진입할 수 있는 혜성과 소행성이다. 일정 크기의 혜성과 소행성이 지구 표면과 충돌하면 심각한 재난이 발생할 수 있다. 그러나 지구에 가까이 접근하여 잠재적으로 매우 위험할 수도 있는 이 지구근접물체는 원자재로써도 가장 쉽게 채굴될 수 있는 대상이다. 본 논문에서는 우주근접물체에 대한 특징과 우주 선진국들의 인공위성을 이용한 혜성과 소행성의 우주 탐사에 대한 기술 동향을 기술하였다.
우리나라의 달탐사를 위하여, 저추력을 이용한 최적의 지구-달 천이궤적 설계를 진행하였다. 탐사선의 추력 형태는 등저추력과 가변저추력 모두를 적용하였으며 각각에 대한 탐사선의 지구 출발부터 달 포획에 이르는 전반적인 모든 단계에 대한 비행 궤적이 설계되었다. 보다 실질적인 우주 환경의 모사를 위하여 행성의 정밀 위치는 JPL의 정밀 천체력인 DE405 천체력을 이용하였으며 지구, 달, 태양의 중력에 의한 섭동과 지구 $J_2$항에 의한 영향을 포함한 N-체의 동력학 방정식이 사용되었다. 탐사선이 지구 근처에 있을 때, 추력의 방향각은 항상 거리의 접선방향이고, 가변저추력을 이용한 경우가 등저추력을 이용한 경우보다 연료를 약 5% 정도 더 절감할 수 있음을 확인하였다. 본 연구에서 구현 및 제시된 저추력을 이용한 최적의 달 탐사 임무 설계 알고리즘과 그 결과는 미래 한국의 달 탐사를 대비하는데 있어서 많은 사전 지식을 제공할 것이며 장차 심화된 임무 설계를 위한 알고리즘의 기반으로 사용될 수 있다.
본 논문에서는 Windows Phone 기반의 모바일 게임 Bumple을 설계하고 구현한다. 이 게임은 XNA Framework를 사용하여 개발하기 때문에 상속받은 코드들을 자동으로 생성하고, 게임 개발 관련 콘텐트 리소스의 등록 및 게임 로직을 메소드로 구현한다. 이 게임의 특징은 슈팅(shooting), 이미지(image), 스토리(story) 등의 3개 요소를 고려하여 행성들의 다양한 특징을 살려 스토리를 구성한다. 또한 Planimal이라는 가상캐릭터를 도입하여 행성에 나타난 탐사로봇과 대적하여 스테이지를 클리어 한다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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