• 한국항공우주학회지
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• 제38권7호
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• pp.684-692
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• 2010

본 논문에서는 지구-달 천이를 위한 최적 궤도 설계에 관한 연구를 수행하였다. 지구와 달의 인력을 동시에 고려한 평면상 제한 3체 궤도 운동 모델을 바탕으로 지구 출발시에는 순간 추력을, 지구-달 천이 과정 및 달 임무궤도 투입시에는 연속 추력을 사용하는 혼합형 궤도전이 방법을 제시하였다. 최적화 풀이 방법으로서 Direct Transcription 및 Collocation을 이용한 비선형 프로그래밍 기법을 적용하였으며, 지구 출발 및 달 임무궤도 투입 궤적의 형상은 순간 추력의 연속 추력에 대한 상대 가중치 및 비행시간에 의하여 매우 달라질 수 있음을 파악하였다.

• Journal of Astronomy and Space Sciences
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• 제27권3호
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• pp.195-204
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• 2010

The optimal Earth-Moon transfer trajectory considering spacecraft's visibility from the Daejeon ground station visibility at both the trans lunar injection (TLI) and lunar orbit insertion (LOI) maneuvers is designed. Both the TLI and LOI maneuvers are assumed to be impulsive thrust. As the successful execution of the TLI and LOI maneuvers are crucial factors among the various lunar mission parameters, it is necessary to design an optimal lunar transfer trajectory which guarantees the visibility from a specified ground station while executing these maneuvers. The optimal Earth-Moon transfer trajectory is simulated by modifying the Korean Lunar Mission Design Software using Impulsive high Thrust Engine (KLMDS-ITE) which is developed in previous studies. Four different mission scenarios are established and simulated to analyze the effects of the spacecraft's visibility considerations at the TLI and LOI maneuvers. As a result, it is found that the optimal Earth-Moon transfer trajectory, guaranteeing the spacecraft's visibility from Daejeon ground station at both the TLI and LOI maneuvers, can be designed with slight changes in total amount of delta-Vs. About 1% difference is observed with the optimal trajectory when none of the visibility condition is guaranteed, and about 0.04% with the visibility condition is only guaranteed at the time of TLI maneuver. The spacecraft's mass which can delivered to the Moon, when both visibility conditions are secured is shown to be about 534 kg with assumptions of KSLV-2's on-orbit mass about 2.6 tons. To minimize total mission delta-Vs, it is strongly recommended that visibility conditions at both the TLI and LOI maneuvers should be simultaneously implemented to the trajectory optimization algorithm.

• 한국항공우주학회지
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• 제46권12호
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• pp.1028-1036
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• 2018

한국항공우주연구원은 달 탐사 프로젝트 1단계로 시험용 달 궤도선을 2020년 12월에 발사할 계획이다. 시험용 궤도선은 본 궤도선과 착륙선을 발사하기 이전에 미리 달 탐사 기술 확보 및 과학 데이터를 획득하기 위해 발사된다. 본 논문은 궤도선의 열설계 검증에 관한 내용을 기술하고 있다. 달 궤도선은 달의 많은 적외선 복사 때문에 지구 저궤도 위성보다 극한의 열 환경에 노출된다. 따라서 이를 고려한 열설계를 하여 궤도선 탑재 장비들의 온도를 모든 궤도에서 허용온도 범위 내로 유지해야 한다. 이를 위해 달 궤도선 열설계 검증에 필요한 지구-달 전이 궤도, 달 임무 궤도, 월식 기간에 대한 열해석을 수행하였으며, 해석 결과를 바탕으로 궤도선의 열설계가 설계 요구조건을 만족하는 것을 확인할 수 있었다.

• Journal of Astronomy and Space Sciences
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• 제36권4호
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• pp.293-306
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• 2019

In this study, the observational arc-length effect on orbit determination (OD) for the Korea Pathfinder Lunar Orbiter (KPLO) in the Earth-Moon Transfer phase was investigated. For the OD, we employed a sequential estimation using the extended Kalman filter and a fixed-point smoother. The mission periods, comprised between the perigee maneuvers (PM) and the lunar orbit insertion (LOI) maneuver in a 3.5 phasing loop of the KPLO, was the primary target. The total period was divided into three phases: launch-PM1, PM1-PM3, and PM3-LOI. The Doppler and range data obtained from three tracking stations [included in the deep space network (DSN) and Korea Deep Space Antenna (KDSA)] were utilized for the OD. Six arc-length cases (24 hrs, 48 hrs, 60 hrs, 3 days, 4 days, and 5 days) were considered for the arc-length effect investigation. In order to evaluate the OD accuracy, we analyzed the position uncertainties, the precision of orbit overlaps, and the position differences between true and estimated trajectories. The maximum performance of 3-day OD approach was observed in the case of stable flight dynamics operations and robust navigation capability. This study provides a guideline for the flight dynamics operations of the KPLO in the trans-lunar phase.

• 한국항공우주학회지
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• 제40권1호
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• pp.69-77
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• 2012

1990년대 들어 달 탐사가 재개 된 후 2000년대부터 세계우주선진국들을 중심으로 달을 선점하기 위한 치열한 달 탐사 경쟁이 벌어지고 있다. 우리나라도 2020년경 자력 달 탐사를 목표로 선행연구를 수행 중에 있다. 본 연구에서는 한국형 달 탐사를 대비하여 지구에서 달로 가는 천이궤적 중 연료 최소화를 위해 다양한 천이궤적의 Delt-V를 비교 분석하였다. 시뮬레이션을 통해 한국형 달 탐사에 가장 적합한 지구-달 천이궤적을 확인하였으며, 실제 한국형 달 탐사시 유용한 자료로 사용될 것이다.

• 한국추진공학회지
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• 제24권1호
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• pp.17-23
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• 2020

달 탐사에서 발사체 상단은 주로 저궤도에 투입된 탐사선을 38만 km의 거리에 있는 달까지 투입해주는 역할을 한다. 국외의 경우 상단(Upper Stage)은 달 탐사선을 지구-달 전이궤적에 투입 후 탐사선과 분리되고, 달 탐사선은 그 이후 자체 추진제를 이용하여 중간 경로 수정 기동 및 달 궤도 진입을 수행한다. 본 연구는 새롭게 제시되는 소형 액체상단을 기술하였다. 습질량이 총 2.9톤인 액체상단을 이용할 경우 달 탐사선을 지구-달 전이궤적 투입뿐만 아니라 달 궤도 진입까지 수행할 수 있다. 본 연구는 나로 우주센터에서 발사할 경우를 기준으로 허용 가능한 달 탐사선의 질량 범위를 도출하고, 탐사선의 허용 가능한 임무 범위도 다양하게 기술하고자 한다.

• International Journal of Aeronautical and Space Sciences
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• 제13권1호
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• pp.106-116
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• 2012

Optimal transfer trajectories based on the planar circular restricted three body problem are designed by using mixed impulsive and continuous thrust. Continuous and dynamic trajectory optimization is reformulated in the form of discrete optimization problem. This is done by the method of direct transcription and collocation. It is then solved by using nonlinear programming software. Two very different transfer trajectories can be obtained by the different combinations of the design parameters. Furthermore, it was found out that all designed trajectories permit a ballistic capture by the Moon's gravity. Finally, the required thrust profiles are presented and they are analyzed in detail.

• 한국항공우주학회지
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• 제46권1호
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• pp.68-77
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• 2018

달 궤도선의 전반적인 특성을 해석하기 위해 일별 발사가 가능한 Variable Coast 방식을 3.5 위상전이궤적에 적용하였다. 발사장 및 발사체를 선정하여 발사에서부터 달 궤도 진입까지의 전 과정에 대한 임무 시나리오를 구성 및 해석을 수행하였다. 특히 지구-달 회전좌표계에서 정의한 SEM(Satellite-Earth-Moon) 각도는 3.5 위상전이궤적을 전반적으로 검토할 수 있는 중요한 구속조건이다. SEM 각도를 이용한 시뮬레이션 결과를 지구-달 전이궤적 및 달 궤도 진입에서의 발사 시각, 관성비행 기간, 근지점 고도 및 ${\Delta}V$등 다양한 관점으로 분석하고 최적의 SEM 각도를 제안하였다. 이 결과는 향후 Fixed Coast 분석결과와 비교함으로써 발사체 선정에 따른 3.5 위상전이궤적의 특성을 평가하는데 큰 도움을 줄 것으로 예상된다.

• Journal of Astronomy and Space Sciences
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• 제26권2호
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• pp.171-186
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• 2009

이 연구에서는 미래 한국의 달 탐사에 대비, 지구-달 천이궤적을 설계하고 분석하였다. 궤적 설계는 최소연료로 지구 주차궤도에서부터 달 임무궤도까지 도달하는 모든 단계에 대해서 실시하였으며 미래 한국의 달 탐사 개발 계획에 실질적인 도움이 되기 위해 2017년, 2020년, 2022년으로 각각 나누어 설계를 하였다. 탐사선의 운동방정식의 구현을 위하여 태양, 지구, 달의 중력에 의한 섭동력이 포함된 N체 운동 방정식을 사용하였으며 보다 실질적인 우주환경의 모사를 위하여 지구의 비대칭 중력장(Geopotential), 태양 복사압(Solar radiation pressure) 그리고 달의 J2 섭동에 의한 영향도 고려하였다. 임무 설계를 위해 가정된 추력은 순간 추력(Impulsive thrust)으로 가정하였으며 발사체의 성능은 현재 개발 예정인 KSLV-2로 가정하였다. 미래 한국의 가상 달 탐사선이 지구-달 천이 궤적(Trans Lunar trajectory)에 진입하는 방법으로는 지구 주차 궤도에서 직접 진입 하는 방법과 여러번의 타원 중개 궤도를 거친 후 지구-달 천이 궤적으로 진입하는 방법을 모두 이용하였다. 아울러 TLI(Trans Lunar Injection) 기동시 탐사선의 대전 지상국에서의 가시성에 따른 기동의 크기에 대한 영향이 분석되었다. 이 연구를 통한 임무 설계 결과는 달 탐사 임무 설계를 위한 발사 가능 시기(launch opportunity), 성공적인 임무 수행을 위한 임무 단계별 최적의 기동량 및 해당 궤도의 특성 그리고 다양한 임무 파라미터등의 해석을 포함하고 있다. 임무 설계 결과, 미래 한국이 쏘아 올릴 수 있는 달 탐사선의 전체 질량은 해당 임무의 수행시기 보다는 초기 지구 출발 궤도의 초기 고도와 발사제의 초기 궤도 투입 성능에 따라 더욱 크게 좌우됨을 확인하였다.

• 한국우주과학회:학술대회논문집(한국우주과학회보)
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• 한국우주과학회 2003년도 한국우주과학회보 제12권2호
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• pp.47-47
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• 2003

Analytical formulae are presented to approximate the evolution of the semi major axis, the maneuver time, and the final mass fraction for low thrust orbital transfers with circular initial orbit, circular target orbit, and constant thrust directed either always along or always opposite the velocity vector. For comparison, the associated results for high-thrust transfers, i.e. the two-impulse Hohmann transfer, are summarized. All results are implemented in a computer code designed to analyze planar planetary and interplanetary space missions. This implementation yields fast and reasonably accurate approximations to trajectory performance boundaries. Consequently, the approach can provide trajectory analysis for each spacecraft configuration during the conceptual space mission design phase. As an example, a mission from Low-Earth Orbit (LEO) to Jupiter's moon Europa is analyzed.