주관과제명

달 탐사선 개념설계 및 달 임무 시뮬레이터 개발

위탁과제명

달 탐사선의 시뮬레이션을 위한 동력학적 모델링 및 자세제어 기법 연구

연 구 비

총 연 구 비

1차년도

100,000천원

30,000천원

연 구 기 간

총 연 구 기 간

당 해 년 도 연 구 기 간

2010.4. ～ 2012.12. (33개월)

2010.4. ～ 2010.12. (9개월)

관련문의

성 명

류동영

전화번호

042-870-3726

소 속

위성사업조정팀

이메일

dyrew@kari.re.kr

연구 필요성

▪ 달 탐사선의 개념설계 및 시뮬레이터 개발의 기초 기술인 동력학적 모델링 및 자세제어기 설계 기술 확보

최 종 목 표

▪ 달 탐사선의 동력학 시뮬레이션 프로그램 개발 및 자세제어기 설계

연차별

목표

및

연구

내용

1차

년도

- 달 궤도선/ 달 착륙선 자세제어 기술 분석

o 달 궤도선/착륙선 자세제어 요소 기술 조사, 분석

o 최근 자세 제어기법 조사 및 분석

- 영상기반 항법

- Doppler Radar 기반

- LIDAR(Light Detection and Ranging) 기반

- 달 탐사선 자세제어를 위한 모드 구분 및 동력학 모델 개발

o 달 궤도도착 및 궤도선 운용 시의 자세 모드 정의

o 달 착륙 시의 자세제어 모드 정의

o 각 모드에서의 자세제어 특징 분석 및 수학적 모델링 작업

o 달 탐사선 자세제어용 센서 및 구동기 모델링

o 달 탐사선에 작용하는 섭동력 모델링

o 컴퓨터 시뮬레이션 프로그램 개발

2차

년도

- 달 착륙선 제어 알고리즘 개발 및 검증

o 달 착륙 시 모드 별 제어 알고리즘 개발

o 시뮬레이션을 이용한 제어 알고리즘 검증

o 실시간 시뮬레이션 모델과의 동력학적인 반응/제어기 매칭 검토

3차

년도

- 달 샘플 리턴을 위한 제어기 설계

o 달 샘플 리턴 시 모드 정의 및 시뮬레이션을 위한 동력학 모델 추가

o 달 샘플 리턴 모드 별 제어 알고리즘 개발

o 시뮬레이션을 이용한 제어 알고리즘 검증

o 비행 시험 모델과의 동력학적인 반응/제어기 매칭 검토

기대효과

및

활용방안

- 달 궤도선/달 착륙선 자세제어 관련 요소 기술 파악

- 차세대 달 탐사선에 사용될 신규 자세제어 기술 정리

- 달 탐사선 시뮬레이션 및 제어기 설계/성능평가를 위한 Tool 확보

- 달 샘플 리턴 시의 시뮬레이션 및 제어기 설계/성능평가를 위한 Tool 확보

기타

- 매 차년도 마다 다음의 결과물을 제출

o개발 보고서 (S/W 매뉴얼 포함)

o소프트웨어 소스(C 또는 Fortran), 실행 파일 및 실행을 위한 데이터

- 개발 결과를 활용한 실시간 시뮬레이터 구현 및 비행 시험 지원

- 소프트웨어 작성 시 모듈화 개념 적용

주관과제명

달 탐사선 모듈형 구조개발모델 개발

위탁과제명

달탐사선용 경량 구조설계 연구

연 구 비

총 연 구 비

1차년도

2차년도

3차년도

30,000천원

30,000천원

-

-

연 구 기 간

총 연 구 기 간

당 해 년 도 연 구 기 간

2010. 4. 1 - 2011. 12. 31 (9개월)

2010. 4. 1 - 2010. 12. 31 (9개월)

관련문의

성 명

김선원

전화번호

042-860-2678

소 속

위성구조팀

이메일

sunwkim@kari.re.kr

연구 필요성

달지표에서의 열 및 기계적 환경은 지구와는 다르므로 기존의 지구궤도 위성 구조개발을 위해 요구되는 설계 기술 및 요구조건이 서로 다를 것임. 이에 대한 비교 분석이 필요함

달탐사선은 달궤도까지의 진입을 위하여 지구궤도 위성보다 더 많은 추진제를 필요로 하게 됨. 이로 인하여 발사 시의 위성 전체 질량대비 추진제를 제외한 구조물들의 질량(Dry mass)은 줄어들 수 밖에 없음. 이러한 상황에서 탑재체 탑재 능력의 극대화를 위해서는 구조체의 무게를 줄여야 할 필요가 있음. 달탐사선에 적합한 경량 고성능 구조개발 방안에 대한 검토가 필요함

최 종 목 표

달탐사선 구조설계 기술 및 요구조건 분석

다양한 구조물 형상 및 재질에 대한 적용사례 및 장단점 분석

- 구조물 형상(트러스, 샌드위치 패널, 보 등) 및 재질(복합재, 알루미늄 등), 구조간 체결방식, 장비 장착 방식 등에 대한 장단점 분석

- 해석 및 필요 시 시험 수행을 통한 각 구조물별 장단점 분석

구조체 경량화 방안 연구를 통한 국내 달탐사선 구조설계 적용 방안 연구 (단순모델 설계/해석 포함)

연차별

목표

및

연구

내용

1차

년도

달탐사선 구조설계 기술 및 요구조건 분석

다양한 구조물 형상 및 재질에 대한 적용사례 및 장단점 분석

구조체 경량화 방안 연구

경량 고성능의 국내 달탐사선 구조설계 적용 방안 연구

기대효과

및

활용방안

달 탐사선 경량 구조설계 기술확보를 통한 구조개발모델 개발 적용

기타

주관과제명

달 탐사선 모듈형 구조개발모델 개발

위탁과제명

달표면 분석 및 착륙선 이착륙거동 연구

연 구 비

총 연 구 비

1차년도

2차년도

3차년도

30,000천원

30,000천원

-

-

연 구 기 간

총 연 구 기 간

당 해 년 도 연 구 기 간

2010. 4. 1 - 2011. 12. 31 (9개월)

2010. 4. 1 - 2010. 12. 31 (9개월)

관련문의

성 명

김선원

전화번호

042-860-2678

소 속

위성구조팀

이메일

sunwkim@kari.re.kr

연구 필요성

달착륙선의 착륙장치 개발을 위해서는 착륙지점에 대한 지표면 특성을 고려하여 설계함으로써 안정성을 확보하여야 함.

달지표 특성에 대해 NASA의 Apollo Program 및 타 달탐사선의 개발자료에 언급은 되어 있으나 국내에서 개발하고자 하는 달탐사선의 착륙조건과 동일한 경우는 없음. 따라서 국내 달탐사선 개발을 위해서는 달표면에 대한 기계적 특성 분석 및 이를 고려한 구조설계가 필요함.

이착륙 거동은 달 착륙선의 구조설계에 큰 영향을 미치는 요인이므로 구조설계를 위하여 이착륙거동에 대한 연구가 필요함.

최 종 목 표

달을 포함한 태양계 행성 지표면의 기계적 특성 조사 분석

달 지표를 고려하여 착륙장치에 가해지는 하중에 대한 해석적 연구

이착륙 거동 연구 및 이를 고려한 구조설계 방안 연구

연차별

목표

및

연구

내용

1차

년도

1단계 : 행성 지표 기계적 특성 검토자료 분석

2단계 : 이착륙 거동 연구

3단계 : 달 지표를 고려한 착륙하중 분석

4단계 : 이착륙 거동을 고려한 구조설계 연구

월간 Meeting 수행

기대효과

및

활용방안

달 표면분석 및 이착륙거동 연구를 통한 착륙장치 설계 활용

기타

주관과제명

달 착륙선용 추진시스템 시험모델 개발

위탁과제명

대형 하이드라진 단일추진제 추력기용 촉매 최적 형상 연구

연 구 비

총 연 구 비

1차년도

2차년도

3차년도

90,000천원

30,000천원

30,000천원

30,000천원

연 구 기 간

총 연 구 기 간

당 해 년 도 연 구 기 간

2010. 4. 1 - 2012. 12. 31 (33개월)

2010. 4. 1 - 2010. 12. 31 (9개월)

관련문의

성 명

김수겸

전화번호

042-860-2458

소 속

위성열/추진팀

이메일

skim@kari.re.kr

연구 필요성

대형 하이드라진 추력기의 경우 촉매 반응의 불안정이 발생하기 쉬우며 이로 인해 촉매의 소실이 빨라져 추력기의 수명이 짧아지는 특성이 있음

촉매의 형상 및 충전 방법에 대한 연구를 수행하여 촉매의 소실을 최소화하고 안정적인 반응을 이끌어낼 수 있는 촉매의 개발이 요구됨

최 종 목 표

대형 단일추진제에서 촉매의 소실 및 성능 감소를 최소화할 수 있는 촉매/촉매대의 개발

연차별

목표

및

연구

내용

1차

년도

촉매대 내열특성 향상 방안 연구

촉매 형상/크기 연구 및 촉매 제작 방법 연구

2차 년도

촉매대 제작 방법 최적화 기법 개발

촉매대 검증 및 시험 기법 개발

3차 년도

다양한 성능 요구조건에 따른 촉매 최적화 연구

최적화를 통한 촉매 개선 작업 수행

기대효과

및

활용방안

내열특성이 우수한 촉매대 설계 기술 개발

대형 추력기용 촉매 형상 제어 기술 개발

대형 단일추진제 추력기의 촉매대 기본 설계에 활용 가능

다양한 우주 추진기관에 개발된 촉매 형상 적용 가능

기타

주관과제명

달 착륙선용 추진시스템 시험모델 개발

위탁과제명

대형 단일추진제 추력기용 인젝터 및 노즐 설계 연구

연 구 비

총 연 구 비

1차년도

2차년도

3차년도

90,000천원

30,000천원

30,000천원

30,000천원

연 구 기 간

총 연 구 기 간

당 해 년 도 연 구 기 간

2010. 4. 1 - 2012. 12. 31 (33개월)

2010. 4. 1 - 2010. 12. 31 (9개월)

관련문의

성 명

김수겸

전화번호

042-860-2458

소 속

위성열/추진팀

이메일

skim@kari.re.kr

연구 필요성

대형 하이드라진 추력기의 설계를 위해서는 추진제를 균일하게 분사하여 안정적인 촉매 반응을 유도할 수 있는 인젝터의 설계 및 검증이 요구됨

추력기의 개발을 위해서는 지상시험용으로 활용되는 지상용 노즐과 실제 우주공간에서 사용되는 진공용 노즐의 설계가 필요함

최 종 목 표

연소불안정을 최소화할 수 있는 추진제 인젝터의 설계/검증

지상용 및 진공용 추력기 노즐 설계 수행

연차별

목표

및

연구

내용

1차

년도

인젝터 및 노즐 설계 변수 연구 및 가시화 시험

인젝터 및 노즐 기본 설계 수행

2차 년도

다양한 형상 및 크기의 촉매 제작 방법 연구

촉매대 제작 및 촉매 반응 시험 수행

3차 년도

촉매 형상 및 크기 최적화 연구

촉매 개선 작업 수행

기대효과

및

활용방안

대형 하이드라진 추력기용 인젝터 설계 기술 개발

지상용 및 진공용 노즐 최적 설계 기술 개발

대형 단일추진제 추력기 기본 설계에 활용 가능

다양한 우주 추진기관에 관련 설계 적용 가능

기타