• 항공우주기술
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• 제8권1호
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• pp.108-116
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• 2009

본 논문에서는 한국형발사체를 사용한 달 탐사 위성의 궤적 설계를 수행하였다. 발사체는 달탐사위성과 킥모터 스테이지를 지구 저궤도에 투입하고, 이후 킥모터 스테이지의 연소에 의해 직접전이궤도 또는 고타원궤도에 투입된다. 설계된 궤적에 대해 TLI 및 LOI 기동을 실제와 가깝게 finite burn으로 모델링하여 요구속도 및 필요한 추진제량을 계산하여, 한국형 발사체를 사용할 경우 발사 임무에 대한 가능성을 제시하였다.

• 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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• 제41권12호
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• pp.950-958
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• 2013

달 궤도선은 한국형발사체(KSLV-II)에 실려 지구 저궤도에 투입된 후, 지상 안테나를 이용한 달 궤도선의 추적데이터 획득 및 궤도결정 과정을 거쳐 적절한 시점에서 TLI(Trans Lunar Injection) 엔진을 점화시켜야 한다. 본 논문은 달 궤도선을 나로우주센터에서 발사하여 달 궤도에 진입하기까지 여러 단계로 나누고 발사 방위각 및 발사창 분석부터 TLI 및 LOI(Lunar Orbit Insertion) 분사 위치에 따른 속도증분(${\Delta}V$) 그리고 가시성 및 식 기간 분석까지 수행하여 직접 전이궤적의 전반적인 특성을 분석하였다. 본 논문은 향후 달 임무 설계 시 관성비행 기간 및 전이기간에 따라 속도증분이 어떻게 변하는지에 대한 전반적인 내용을 파악하는데 도움이 되고, 발사 시각 선정과 연료소모를 줄일 수 있는 파라미터 선정에 도움을 줄 것으로 판단된다.

• 한국우주과학회:학술대회논문집(한국우주과학회보)
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• 한국우주과학회 2009년도 한국우주과학회보 제18권2호
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• pp.40.2-40.2
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• 2009

이 연구에서는 달천이(TLI: Trans Lunar Injection) 및 달포획(LOI: Lunar Orbit Injection) 기동 시 대전 지상국의 가시성을 고려한 최적의 임무를 설계하였다. TLI 기동은 탐사선이 지구 주차궤도에서 지구-달 천이궤적으로 진입하기 위하여 주어지는 기동이며, LOI 기동은 탐사선이 지구-달 천이궤적에서 달의 중력권으로 진입하기 위하여 주어지는 기동이다. TLI 및 LOI 기동 시 대전 지상국에서의 가시성의 확보는 실제적인 미래 한국의 달 탐사를 대비하였을 때 중요한 요소이다. 따라서 이 연구에서는 TLI 및 LOI 기동 시 대전 지상국에서의 가시성을 모두 고려하여, 최소연료로 지구 주차궤도에서 달 임무궤도 진입까지의 모든 단계에 대해 임무설계를 실시하였다. TLI 및 LOI 기동 시 추력은 순간 추력(Impulsive thrust)로 가정하였으며, KSLV-II 발사체의 성능을 적용하여 설계하였다. 임무 설계 시 태양, 지구, 달의 섭동력을 고려한 N체 운동 방정식을 탐사선에 적용하였으며, 지구의 비대칭 중력장, 태양 복사압, 달의 J2 섭동에 의한 영향도 고려하였다. JPL의 정밀 천체력인 DE405를 사용하였고, 상용 소프트웨어인 SNOPT(Spares Nonlinear OPTimizer)를 이용하여 비행 궤적의 최적해를 도출하였다. 임무 설계 결과를 통해, 대전 지상국의 가시성을 고려한 TLI 및 LOI 기동의 크기에 의한 임무설계의 분석을 수행하였다. 또한 최적화된 달 탐사 임무의 단계별 기동의 크기와 지구-달 천이 궤적의 형상 및 다양한 임무 요소들의 해석을 도출하였다.

• 한국우주과학회:학술대회논문집(한국우주과학회보)
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• 한국우주과학회 2008년도 한국우주과학회보 제17권2호
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• pp.25.3-26
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• 2008

The direct way to the moon is to start from the parking orbit by using impulsive thruster In previous domestic research, the direct way has been studied by using a single impulsive shot. However, when a single impulsive shot occurs to go into a Translunar orbit, gravity losses occur because thruster is not impulsive shot but the finite burns and it causes the gravity losses. To make up for the weak point of a single impulsive shot, this paper divides TLI (Trans Lunar Injection) into several small burns. Therefore, departure loop trajectory and the Translunar trajectory. This method is useful not only to reduce the gravity losses but also to check the condition of satellite. By using this method, this paper demostrates the optimized trajectory from Earth parking orbit to lunar mission orbit which minimizes the fuel, and the SNOPT (Sparse Nonlinear OPTimizer software) is used to find optimal solution. Also, this paper provides lunar mission profile which includes the mission schedule when TLI, LOI (Lunar Orbit Insertion) maneuvers occur, a mount of fuel when thruster is used and other mission parameters.

• 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.

• 천문학회보
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• 제37권2호
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• pp.162.2-162.2
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• 2012

한국형 발사체 KSLV-2의 발사능력을 고려하면 달 탐사선의 총 무게는 약 550kg이 된다. 따라서 달 탐사선에 탑재할 수 있는 탑재체 무게를 최대화하기 위해서는 지구에서 달로 가는 천이궤적을 가장 효율적으로 설계하여 연료 소모량을 최소화하여야 한다. 본 연구에서는 최근에 달 탐사 천이궤적으로 가장 많이 사용되고 있는 Weak Stability Boundary 천이궤적에 관해 연구를 수행하였다. Weak Stability Boundary 천이궤적은 지구로부터 출발한 후 원지점 약 1.4 km(지구-태양의 L1 점 근처)까지 비행한 후 태양풍을 통해 에너지를 얻어 근지점 거리를 지구-달 거리만큼 증가시켜 LOI(Lunar Orbit Injection)시 ${\Delta}V$를 최소화하여 달 궤도에 들어가는 방법이다. Weak Stability Boundary 천이방법의 TLI(Trans Lunar Injection) 값은 직접천이 방법의 TLI 값보다 더 크지만 달 궤도 진입에 필요한 LOI ${\Delta}V$값은 25% 정도 덜 든다는 장점이 있다. 이 방법은 일본의 Hiten 탐사선이 최초로 사용하였으며, 달에 도착하기까지 수개월이 걸리는 단점이 있다. Weak Stability Boundary 천이궤적 시뮬레이션을 통해 최대로 절약할 수 있는 연료 소모량을 확인할 수 있었으며, 다른 천이방법들과의 장단점 비교를 통해 한국형 달 탐사선의 지구-달 천이궤적 후보로 사용 될 수 있음을 확인하였다.

• Journal of Astronomy and Space Sciences
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• 제38권2호
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• pp.145-155
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• 2021

In this work, preliminary launch opportunities from NARO Space Center to the Sun-Earth Lagrange point are analyzed. Among five different Sun-Earth Lagrange points, L1 and L2 points are selected as suitable candidates for, respectively, solar and astrophysics missions. With high fidelity dynamics models, the L1 and L2 point targeting problem is formulated regarding the location of NARO Space Center and relevant Target Interface Point (TIP) for each different launch date is derived including launch injection energy per unit mass (C3), Right ascension of the injection orbit Apoapsis Vector (RAV) and Declination of the injection orbit Apoapsis Vector (DAV). Potential launch periods to achieve L1 and L2 transfer trajectory are also investigated regarding coasting characteristics from NARO Space Center. The magnitude of the Lagrange Orbit Insertion (LOI) burn, as well as the Orbit Maintenance (OM) maneuver to maintain more than one year of mission orbit around the Lagrange points, is also derived as an example. Even the current work has been made under many assumptions as there are no specific mission goals currently defined yet, so results from the current work could be a good starting point to extend diversities of future Korean deep-space missions.

• 한국항공우주학회지
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• 제43권11호
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• pp.984-997
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• 2015

달 착륙선과 탐사 로버로 구성된 창어 3호는 2013년 12월 1일 시창 위성 발사 센터에서 장정 3B 발사체를 이용하여 발사되었다. 약 5일의 직접 전이궤적을 지나 달 궤도에 진입한 창어 3호는 달의 공전궤도에서 약 8일간 머무르다가 달 표면에 성공적으로 착륙하였다. 창어 3호의 성공적인 착륙은 한국의 달 탐사선 개발이 예정된 상황에서 향후 필요한 서브시스템의 기술 등을 분석하고, 발사에서 달 착륙까지의 궤적 및 운영 시퀀스 등을 도출하는데 많은 도움이 된다. 따라서 해외 언론에서 공지된 발사 현황을 바탕으로 창어 3호의 형상 및 전반적인 임무내용을 분석하고 시뮬레이션을 수행하였다. 그 결과 경계조건을 이용하여 제어변수를 추정 및 수렴값을 도출하여 착륙선의 전반적인 궤적을 생성하였다. 또한 이를 기반으로 교신 현황 및 식 현상을 분석하여 교신 및 전력충전이 양호함을 확인하였으며, 속도증분(${\Delta}V$)을 이용하여 비추력에 따른 착륙선의 여유 질량을 도출하였다.