Endlessly, mankind has been pursuing its dream toward understanding and conquering our neighboring planet, Mars since Mars has been identified as a planet. After the development of advanced science and technology of human race in 1960, the Union of Soviet Socialist Republics (USSR) had initiated its dream toward Mars and finally at present mankind acquires numerous important clues of Mars through over forties of space programs toward Mars. Furthermore, mankind takes its effort in colonizing Mars within several decades. This manuscript introduces the history of space mission programs of Mars up to date and major scientific findings to understand the Mars.
International Journal of Aeronautical and Space Sciences
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v.5
no.2
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pp.54-61
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2004
In this paper we carried out a design study for an unmanned Mars missionsuitable for Republic of Korea. The mission will use a KSLV series launch system,which is to place a one tonne payload into the LEO. We calculated the velocityincrements(AV) required for departure from Earth and insertion into the orbitaround Mars based on the mission opportunity data provided by NASA. Two typesof Mars modules - entry type and orbiter type - were considered in this studyWe calculated the mass of TPS(therma1 protection system) for the entry tvpe Marsmodule based on the heat transfer rate and heat load from the Mars atmosphere tothe surface of the TPS. The heat transfer rate and heat load were obtained throughan entry trajectory calculation. For the orbiter type Mars module, we calcuIated themass breakdown of the additional spacecraft which is to insert the Mars moduleinto the orbit around Mars. Other mass items were determined by proportioningfrom the existing Mars modules. This paper finally proposes the payload capacitiesfor each types of Mars modules.
Mission opportunities and trajectory characteristics for the future Korean Mars mission have designed and analyzed using KSIV-III(Korea Space Launch Vehicle-III). Korea's first space center, 'NARO space center' is selected as a launch site. For launch opportunities, year 2033 is investigated under considering the date of space center's completion with KSLV series development status. Optimal magnitude of various maneuvers, Trans Mars Injection (TMI) maneuver, Trajectory Correction Maneuver (TCM), Mars Orbit Insertion (MOI) maneuver and Orbit Trim Maneuver(OTM), which are required during the every Mars mission phases are computed with the formulation of nonlinear optimization problems using NPSOL software. Finally, mass budgets for upper stage (launcher for KSIV-III and spacecraft are derived using various optimized maneuver magnitudes. For results, daily launch window from NARO space center for successful Korean Mars mission is avaliable for next 27 minutes starting from Apr. 16. 2033. 12:17:26 (UTC). Maximum spacecraft gross mass which can delivered to Mars is about 206kg, with propellant mass of 109kg and structure mass of 97kg, when on board spacecraft thruster's Isp is assumed to have 290 sec. For upper stage, having structure ratio of 0.15 and Isp value of 280 sec, gross mass is about 1293kg with propellant mass of 1099kg and structure mass of 194kg. However, including 10% margins to computed optimal maneuver values, spacecraft gross mass is reduced to about 148kg with upper stage's mass of 1352kg. This work will give various insights, requiring performances to developing of KSIV-III and spacecraft design for future Korean Mars missions.
Earth to Mars ballistic mission opportunities from Naro Space Center are studied. Determining ballistic mission opportunities can be divided into two major parts, i.e. the launch window and the daily launch window determination. At the launch window determination parts, Porkchop diagrams of Earth launch C3 magnitude, total mission duration, declination of $V_{\infty}$ vector at the Earth launch, and declination & right ascension of $V_{\infty}$ vector at the Mars arrival are examined. The location of launch site and rotation effects of the Earth are considered during the daily launch window determination parts. Using Lambert method, various Porkchop diagrams of launching in 2027 are examined for example. The daily launch window of Naro Space Center at that year was checked to verify the launch possibility by comparing with the Kennedy Space Center.
Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences
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v.50
no.12
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pp.877-888
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2022
Recently, as the CAPSTONE, a precursor mission for Lunar Gateway, was launched on a small launch vehicle for the purpose of demonstrating communications and navigation technology in the NRHO, large attention was brought to this event that enabled high-impact deep space mission using dedicated small launch vehicle and small spacecraft. In this study, we introduced the concept of a dual launch operation and examined the capability of the new concept in the exploration of the Moon, Mars and asteroid. It turned out a single launch is sufficient for the lunar low orbit mission up to around 247 kg, and the dual launch option can transport 215 kg and 183 kg to nearby destinations as such as Mars and astroid Apophis respectively.
Park, Eun-Seo;Song, Young-Joo;Yoo, Sung-Moon;Park, Sang-Young;Choi, Kyu-Hong;Yoon, Jae-Cheol;Yim, Jo-Ryeong;Choi, Joon-Min;Kim, Byung-Kyo
Journal of Astronomy and Space Sciences
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v.22
no.4
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pp.463-472
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2005
In this paper, the dynamic model development for interplanetary navigation has been discussed. The Cowell method for special perturbation theories was employed to develop an interplanetary trajectory propagator including the perturbations due to geopotential, the Earth's dynamic polar motion, the gravity of the Sun, the Moon and the other planets in the solar system, the relativistic effect of the Sun, solar radiation pressure, and atmospheric drag. The equations of motion in dynamic model were numerically integrated using Adams-Cowell 11th order predictor-corrector method. To compare the influences of each perturbation, trajectory propagation was performed using initial transfer orbit elements of the Mars Express mission launched in 2003, because it can be the criterion to choose proper perturbation models for navigation upon required accuracy. To investigate the performance of dynamic model developed, it was tested whether the spacecraft can reach the Mars. The interplanetary navigation tool developed in this study demonstrated the spacecraft entering the Mars SOI(Sphere of Influence) and its velocity .elative to the Mars was less than the escape velocity of the Mars, hence, the spacecraft can arrive at the target planet. The obtained results were also verified by using the AGI Satellite Tool Kit. It is concluded that the developed program is suitable for supporting interplanetary spacecraft mission for a future Korean Mars mission.
Optimal Trajectory Correction Maneuver (TCM) design algorithm has been developed using the B-plane targeting method for future Korean Mars missions. For every-mission phase, trajectory informations can also be obtained using this developed algorithms which are essential to design optimal TCM strategy. The information were computed under minimum requiring perturbations to design Mars missions. Spacecraft can not be reached at designed aim point because of unexpected trajectory errors, caused by many perturbations and errors due to operating impulsive maneuvers during the cruising phase of missions. To maintain spacecraft's appropriate trajectory and deliver it to the designed aim point, B-plane targeting techniques are needed. A software NPSOL is used to solve this optimization problem, with the performance index of minimizing total amount of TCM's magnitude. And also executing time of maneuvers on be controlled for the user defined maneuver number $(1\~5)$ of TCMs. The constraints, the Mars arrival B-plane boundary conditions, are formulated for the problem. Results of this work show the ability to design and analyze overall Mars missions, from the Earth launch phase to Mars arrival phase including capture orbit status for future Korean Mars missions
The Mars Atmosphere and Volatile (MAVEN) mission has been providing valuable information on the atmospheric loss of Mars since its launch in November 2013. The Neutral Gass and Ion Mass Spectrometer (NGIMS) onboard MAVEN, was developed to analyze the composition of the Martian upper atmospheric neutrals and ions depending on various space weather conditions. We investigate a variation of upper atmospheric ion densities depending on the interplanetary coronal mass ejections (ICMEs). It is known that the Mars has a very weak global magnetic field, so upper atmosphere of Mars has been strongly affected by the solar activities. Meanwhile, a strong crustal magnetic field exists on local surfaces, so they also have a compensating effect on the upper atmospheric loss outside the Mars. The weak crustal field has an influence up to 200km altitude, but on a strong field region, especially east longitude of $180^{\circ}$ and latitude of $-50^{\circ}$, they have an influence over 1,400km altitude. In this paper, we investigated which is more dominant between the crustal field effect and the ICME effect to the atmospheric loss. At 400km altitude, the ion density over the strong crustal field region did not show a significant variation despite of ICME event. However, over the other areas, the variation associated with ICME event is far more overwhelming.
We investigate the effects of planetary rotation on the exospheres of the earth and Mars with simple collisionless models. We develope a numerical code that computes exospheric densities by integrating velocity functions at the exobase with a 10 point Gauss method. It is assumed in the model that atoms above the exobase altitude move collisionlessly on an orbit under the planet's gravity. Temperatures and densities at the exobase over the globe are adopted from MSIS-86 for the earth and from Bougher et al's MTGCM for Mars. For both the earth and Mars, the rotation affects the exospheric density distribution significantly in two ways: (1) the variation of the exospheric density distribution is shifted toward the rotational direction with respect to the variation at the exobase, (2) the exospheric densities in general increase over the non-rotating case. We find that the rotational effects are more significant for lower thermospheric temperatures. Both the enhancement of densities and shift of the exospheric distribution due to rotation have not been considered in previous models of Martian exosphere. Our non-spherical distribution with the rotational effects should contribute to refining the hot oxygen corona models of Mars which so far assume simple geometry. Our model will also help in analyzing exospheric data to be measured by the upcoming Nozomi mission to Mars.
Interplanetary trajectories using the gravity assists are studied for future Korean interplanetary missions. Verifications of the developed softwares and results were performed by comparing data from ESA's Mars Express mission and previous results. Among the Jupiter exploration mission scenarios, multi-planet gravity assist mission to Jupiter (Earth-Mars-Earth-Jupiter Gravity Assist, EMEJGA trajectory) requires minimum launch energy ($C_3$) of 29.231 $Km^2$/$S^2$ with 4.6 years flight times. Others, such as direct mission and single-planet(Mars) gravity assist mission, requires launch energy ($C_3$) of 75.656 $Km^2$/$S^2$ with 2.98 years flight times and 63.590 $Km^2$/$S^2$ with 2.33 years flight times, respectively. These results show that the planetary gravity assists can reduce launch energy, while EMEJGA trajectory requires the longer flight time than the other missions.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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