• 한국항공우주학회지
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• 제50권3호
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• pp.203-214
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• 2022

세계적으로 500 kg 급 이하의 소형위성에 대한 수요가 늘어남에 따라 전용 소형발사체에 대한 개발과 운용이 크게 증가하고 있다. 소형위성을 원하는 시간에 목표로 하는 궤도에 투입하는 발사체의 신속한 대응성이 주목받고 있으며, 신속한 위성군 구축 측면에서 공중발사 방식에 대한 관심이 증대되고 있다. 본 연구에서는 국내 소형위성군의 수요가 증가함에 따라 우리나라 및 주변 지리적 환경을 고려하여 공중발사체의 활용가능성에 대한 분석을 수행하였다. 대응성 측면에서 공중발사체와 지상 소형 및 대형발사체에 대해 임무 대응시간을 비교, 분석하고, 발사체의 궤도투입 성능 측면에서 공중발사체와 지상 소형발사체를 정량적으로 비교, 분석하였다. 분석결과, 공중발사체는 신속한 위성군 구축 관점에서 우리나라의 경우 실질적인 대응성은 제한되나 상대적으로 빠른 턴어라운드 시간과 낮은 경사각의 궤도 투입 시 효과적인 대안이 될 수 있다. 또한, 궤도투입 성능은 지상 소형발사체의 성능에 근접할 뿐만 아니라 요구 추진제 질량 측면에서 높은 효율성을 나타내어 국내 소형위성군의 궤도투입에 효과적인 발사수단으로 평가된다.

• 한국항공우주학회지
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• 제50권4호
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• pp.277-285
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• 2022

뉴스페이스 시대를 대표하는 소형위성 분야에서 발사기회에 대한 수요가 크게 증가하고 있다. 이를 위한 소형위성 전용 발사서비스를 합리적인 가격에 제공하는 것은 많은 스타트업 기업들이 추구하는 새로운 비즈니스 모델이 되고 있으며, 여기에는 저비용 부품과 대량생산, 최적화된 제작 공정이 결합된 비용 절감을 위한 혁신적인 솔루션들이 요구되고 있다. 이러한 흐름 속에서 우리나라에서도 한국항공우연구원에서 제3차 우주개발 진흥 기본계획에 따라 누리호를 통해 개발된 액체로켓엔진 기술을 기반으로 2단형 소형발사체 개발에 대비하여 핵심기술 및 비용절감 기술들을 개발하기 위한 선행기술 연구에 착수하였다. 본 논문에서는 소형위성을 위한 혁신적이며 가격 경쟁력을 가지는 것을 목표로 하는 2단형 소형발사체의 개념을 소개하고, 스테이징 설계 및 2단형 발사체의 전기체 구성안을 포함한 임무설계 결과를 기술하였다.

• 항공우주시스템공학회지
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• 제14권5호
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• pp.107-121
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• 2020

전기펌프 사이클을 상단 엔진으로 사용하는 2단형 소형발사체의 성능 해석을 수행하였다. 1단은 한국형발사체 시험발사체를 사용하고 상단은 액체메탄과 케로신(RP-1)을 연료로 사용하는 전기펌프 사이클엔진을 상정하였다. 상단 질량 예측을 위한 모델을 제시하고, 총 역적을 고정한 상태에서 20~40 kN의 추력과 연소압력 3~6 MPa, 노즐 확대비 60~100의 범위에 대하여 해석을 실시하였다. 최대 속도증분을 가지는 혼합비를 제시하고 단 질량 예측을 통해 LEO(Low Earth Orbit)와 SSO(Sun Synchronous Orbit) 궤도투입 성능을 계산하였다. 액체메탄, RP-1 두 경우 모두 추력 20 kN, 연소압력 3 MPa, 확대비 100의 경우에 최대 궤도투입중량의 결과를 보였으며, 이 때의 혼합비는 액체메탄의 경우 3.49, RP-1의 경우 2.75이다. 또한 ASTOS를 이용하여 LEO 임무일 경우의 1단 및 페어링의 낙하점을 분석하였다.

• 한국항행학회논문지
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• 제25권4호
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• pp.267-272
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• 2021

한미 미사일 지침 종료를 계기로 공중, 해상기반의 다양한 플랫폼에 의한 우주발사체 개발 가능성이 열렸다. 특히, 공중기반 우주발사체는 지상기반 우주발사체 대비 다양한 궤도 운용, 적시적인 위성발사 등 한반도의 지리적 위치를 고려할 때 필수적인 우주전력투사 능력이다. 또한, 지상기반 발사체 대비 비용절감 효과가 크고, 항공기의 고도, 속도의 이점으로 발사할 수 있어 에너지 이득의 장점이 있다. 따라서 본 논문에서는 한반도의 전략적 환경하에서 공중기반 우주발사체의 필요성을 명확히 제시하고, 다양한 공중발사체에 대한 기술동향 분석을 통해서 현재의 우리나라 상황에서 가장 효율적으로 공중기반 우주발사체 능력을 확보할 수 있는 3가지 방안을 제시한다.

• 항공우주시스템공학회지
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• 제16권5호
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• pp.8-16
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• 2022

이 논문에서는 전천후 한반도 주변 감시를 위한 초소형 합성 개구 레이더 (synthetic aperture radar, SAR) 위성군의 배치를 위한 궤도 제어를 분석한다. 국내에서 개발하고 있는 Small SAR technology experimental project (S-STEP)는 한반도 주변 지역의 평균 재방문 주기를 확보하기 위해 여러 기의 위성이 여러 궤도 평면에 등간격으로 배치한다. 동일한 궤도 평면에 진입하는 여러 기의 위성들은 궤도 상에 등간격으로 분포하기 위해 발사체로부터의 분리 속도와 이온 추력기를 이용하여 궤도를 제어한다. 동일한 궤도 평면 상에 등간격으로 위성을 배치하는 궤도 전개를 위해 순간 추력으로 위성 사이의 표류율 차이를 조절해 위성군의 형상을 형성한다. 이 논문에서는 여러 가지 형태의 위성군을 제시하고 발사 전략에 따른 위성군의 배치 결과를 제시한다. 또한, 위성군을 형성하는 기간을 단축시키는 방법과 한계를 제시한다.

• 항공우주기술
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• 제9권2호
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• pp.123-128
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• 2010

과학기술위성 3호는 무게 170kg 이하의 과학적 임무를 수행하는 위성이다. 이 위성은 소형위성, 또는 세부적으로 마이크로 위성으로 분류된다. 이러한 소형위성을 위한 발사체는 각 발사체별로 다른 환경적 인터페이스를 가진다. 소형위성들은 일반적으로 다중 발사되기 때문에 적합한 발사체 선정에 제한적이다. 따라서 위성 개발 초기부터, 소형위성은 소형위성 발사체의 환경요건을 고려하여 디자인 되어야한다. 본 논문에서는 소형위성 발사에 적합한 발사체의 환경적 요구사항을 정리하고, 이러한 모든 발사체의 요구조건을 수용할 수 있는 요구조건을 제시 한다.

• 우주기술과 응용
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• 제3권2호
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• pp.101-117
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• 2023

우주상에 존재하는 우주물체에 접근하여 궤도상에서 제거하는 능동 제거 기술(active debris removal, ADR)과 연료 충전, 배터리 교환 등의 위성의 수명연장을 위한 기술인 궤도상 서비싱(on-orbit servicing)은 우주물체의 증가와 함께 그 관심이 커지고 있다. 인공위성연구소에서는 국내에서 발사되었던 국가 자산 중 임무가 종료된 후 궤도상에서 여전히 우주를 돌고 있는 국가 우주자산을 포획 및 제거하는 목적의 위성을 개발하기 위한 연구를 수행 중에 있다. ADR 소형위성은 지금껏 국내에서 개발되었던 지구 및 우주환경 관측 위성과 다르게 랑데부/도킹 기술 등을 포함한 우주 탐사 임무 등 미래 임무에 요구되는 기술을 구현 및 실증하는 것을 주요 임무로 가지고 있다. 본 논문에서는 여러 국가 우주자산들 중 1990년대에 발사된 우리별 위성의 포획 및 제거 임무를 갖고 있는 ADR 소형위성의 궤도 전이 방법에 대해서 소개한다. 소형 위성은 무게가 약 200 kg 이하가 되도록 개발을 수행할 예정이고, 2027년 한국형 발사체를 통해 궤도상에 투입되는 상황을 가정하여 임무를 설계했다. 특히, 지구의 J2 섭동력을 이용해서 목표물과 다른 RAAN 일변화를 만들어 줌으로써, 목표물로의 궤도면 변경을 직접 천이 방식과 비교하여 더 적은 연료를 이용하는 전략을 구성하였다. 이 방법을 이용하여 소형위성급 무게의 위성으로 우주쓰레기 제거 임무를 가능하게 하며, 뉴스페이스 시대에 새로운 형태의 우주탐사를 수행하는 기술 검증 플랫폼이 될 것으로 기대한다.

• 한국항공우주학회지
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• 제32권4호
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• pp.101-110
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• 2004

2004년 9월 러시아 발사체 "디네플"에 의해 발사 예정인 초소형위성 HAUSAT-1의 비행 모델 개발이 완료되어 초소형위성 전개기 P-POD (Poly Picosatellite Orbital Deployer) 에 장착하기 위해 미국으로 이송할 예정이다. HAUSAT-1 위성개발을 통하여 설계, 제작 및 시험을 한 단일보드 탑재컴퓨터는 다른 초소형위성의 탑재컴퓨터와는 다른 고성능의 특성을 갖고 있다. 다기능의 컨트롤러와 SPI 와 1-Wire와 같은 최근의 접속기술을 사용하여 하니스의 단순화와 시스템의 크기 및 질량을 최소화 하였다. 또한 우주방사환경에 의한 장애 발생에 대처하도록 장애복구 시스템을 적용하였다. HAUSAT-1의 비행 모델용 탑재컴퓨터는 현재 모든 가능시험과 환경시험을 마친 상태이며, 본 논문에서는 이들 성능/기능시험 결과와 랜덤진동시험 및 열진공시험 결과를 논의한다.

• 항공우주정책ㆍ법학회지
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• 제25권1호
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• pp.97-158
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• 2010

우리나라는 1992년 최초의 인공위성 우리별 1호를 발사한 이후, 현재까지 11기의 인공위성을 발사하였다. 2007년 국가우주위원회에서 우주개발중장기 기본계획을 수정 보완한 우주개발진흥계획을 수립하였다. 동 계획에 의하면, 2010년 까지 총 13기의 인공위성 개발, 2020년경까지 한국형 우주발사체 개발, 2021년 달 탐사선 발사 등이 예정되어 있다. 한편 2009년 6월 전남 고흥군 외나로도에 우주센터가 준공되어 동년 8월 우리나라 최초의 소형 우주발사체 나로호 KSLV-1가 1차 발사되었으며, 2010년 6월 나로호가 2차 발사되었다. 유엔에서 채택되어 발효 중인 우주개발 관련 국제조약으로는 1967년 우주조약, 1968년 우주구조반환협정, 1971년 우주손해책임조약, 1972년 우주물체등록조약, 1979년 달 조약 등 5가지 조약이 있으며, 우리나라는 달 조약을 제외한 4가지 조약을 가입 비준하였다. 세계 주요국의 우주개발 관련 국내입법례로는, 미국의 1958년 국가항공우주법 및 1998년 상업우주법, 영국의 1986년 우주법, 프랑스의 1961년 국립우주센터 설립법, 캐나다의 1990년 우주청법, 일본의 2008년 우주기본법, 러시아의 1993년 우주활동법 등이 제정되어 있다. 우리나라의 우주개발 관련 국내입법으로는, 1987년 항공우주산업개발 촉진법, 2005년 우주개발진흥법, 2008년 우주손해배상법 등이 제정 시행되고 있으며, 이러한 국내입법의 개선방향은 다음과 같다. 지식경제부는 2009년 12월 23일 항공우주산업개발촉진법 전부 개정안을 입법 예고하였는 바, 개정안의 주요내용으로는 (1) 법의 제명 "항공우주산업육성법"으로 변경, (2) 항공비행시험장 등 정의규정 신설, (3) 항공우주산업 기본계획 수립, 항공우주산업위원회 설치, (4) 항공우주산업의 육성을 위한 사업, (5) 탐색개발, 국제공동개발, (6) 협동개발, (7) 공제사업, (8) 우주산업의 기반 조성을 위한 사업, (9) 항공우주산업의 집적 활성화, (10) 항공비행시험장의 지정 등, (11) 특정사업자의 지정 및 지원제도 폐지, (12) 성능검사 및 품질검사 폐지 등에 관하여 규정하고 있다. 우주개발진흥법의 개정방향으로는 (1) 우주개발진흥법과 항공우주산업개발촉진법과의 법체계상의 중복문제, (2) 국가우주위원회와 국가과학기술위원회 간에 우주개발에 관한 국가연구개발 예산의 배분, 조정문제, (3) 우주개발에 있어서 환경의 배려 및 보전, (4) 우주개발에 관한 시책 및 규제를 위한 법제상 조치 강구 및 법제의 정비 등의 사항에 관하여 수정 보완이 되어야 할 것이다. 우주손해배상법의 개정방향으로는 (1) 우주손해의 정의와 간접손해, (2) 손해배상책임 한도액의 통화단위, (3) 우주물체 공동발사자의 연대책임 및 구상권, (4) 우주손해배상심의위원회의 설치 등의 사항에 관하여 수정보완이 되어야 할 것이다. 우리나라가 2013년에 우주여행의 실현을 위하여 미국의 민간 유인 우주선 제작사인 XCOR 에어로스페이스사로 부터 우주선을 도입하여 운항할 계획이다. 앞으로 우주여행 관련기업들을 비롯한 상업우주운송 기업체들의 국내진출이 예상되므로 상업우주운송에 대한 안전인증 및 관리감독 체계의 마련이 시급하며, 국내 상업우주운송산업의 육성에 관한 정책개발과 현행 항공법 및 우주개발 관련 법령의 적절한 보완 정비가 필요하다.

• 한국추진공학회:학술대회논문집
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• 한국추진공학회 2011년도 제36회 춘계학술대회논문집
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• pp.1-2
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• 2011

Hybrid rockets have lately attracted attention as a strong candidate of small, low cost, safe and reliable launch vehicles. A significant topic is that the first commercially sponsored space ship, SpaceShipOne vehicle chose a hybrid rocket. The main factors for the choice were safety of operation, system cost, quick turnaround, and thrust termination. In Japan, five universities including Hokkaido University and three private companies organized "Hybrid Rocket Research Group" from 1998 to 2002. Their main purpose was to downsize the cost and scale of rocket experiments. In 2002, UNISEC (University Space Engineering Consortium) and HASTIC (Hokkaido Aerospace Science and Technology Incubation Center) took over the educational and R&D rocket activities respectively and the research group dissolved. In 2008, JAXA/ISAS and eleven universities formed "Hybrid Rocket Research Working Group" as a subcommittee of the Steering Committee for Space Engineering in ISAS. Their goal is to demonstrate technical feasibility of lowcost and high frequency launches of nano/micro satellites into sun-synchronous orbits. Hybrid rockets use a combination of solid and liquid propellants. Usually the fuel is in a solid phase. A serious problem of hybrid rockets is the low regression rate of the solid fuel. In single port hybrids the low regression rate below 1 mm/s causes large L/D exceeding a hundred and small fuel loading ratio falling below 0.3. Multi-port hybrids are a typical solution to solve this problem. However, this solution is not the mainstream in Japan. Another approach is to use high regression rate fuels. For example, a fuel regression rate of 4 mm/s decreases L/D to around 10 and increases the loading ratio to around 0.75. Liquefying fuels such as paraffins are strong candidates for high regression fuels and subject of active research in Japan too. Nakagawa et al. in Tokai University employed EVA (Ethylene Vinyl Acetate) to modify viscosity of paraffin based fuels and investigated the effect of viscosity on regression rates. Wada et al. in Akita University employed LTP (Low melting ThermoPlastic) as another candidate of liquefying fuels and demonstrated high regression rates comparable to paraffin fuels. Hori et al. in JAXA/ISAS employed glycidylazide-poly(ethylene glycol) (GAP-PEG) copolymers as high regression rate fuels and modified the combustion characteristics by changing the PEG mixing ratio. Regression rate improvement by changing internal ballistics is another stream of research. The author proposed a new fuel configuration named "CAMUI" in 1998. CAMUI comes from an abbreviation of "cascaded multistage impinging-jet" meaning the distinctive flow field. A CAMUI type fuel grain consists of several cylindrical fuel blocks with two ports in axial direction. The port alignment shifts 90 degrees with each other to make jets out of ports impinge on the upstream end face of the downstream fuel block, resulting in intense heat transfer to the fuel. Yuasa et al. in Tokyo Metropolitan University employed swirling injection method and improved regression rates more than three times higher. However, regression rate distribution along the axis is not uniform due to the decay of the swirl strength. Aso et al. in Kyushu University employed multi-swirl injection to solve this problem. Combinations of swirling injection and paraffin based fuel have been tried and some results show very high regression rates exceeding ten times of conventional one. High fuel regression rates by new fuel, new internal ballistics, or combination of them require faster fuel-oxidizer mixing to maintain combustion efficiency. Nakagawa et al. succeeded to improve combustion efficiency of a paraffin-based fuel from 77% to 96% by a baffle plate. Another effective approach some researchers are trying is to use an aft-chamber to increase residence time. Better understanding of the new flow fields is necessary to reveal basic mechanisms of regression enhancement. Yuasa et al. visualized the combustion field in a swirling injection type motor. Nakagawa et al. observed boundary layer combustion of wax-based fuels. To understand detailed flow structures in swirling flow type hybrids, Sawada et al. (Tohoku Univ.), Teramoto et al. (Univ. of Tokyo), Shimada et al. (ISAS), and Tsuboi et al. (Kyushu Inst. Tech.) are trying to simulate the flow field numerically. Main challenges are turbulent reaction, stiffness due to low Mach number flow, fuel regression model, and other non-steady phenomena. Oshima et al. in Hokkaido University simulated CAMUI type flow fields and discussed correspondence relation between regression distribution of a burning surface and the vortex structure over the surface.