Journal of Astronomy and Space Sciences

The Korean Space Science Society (한국우주과학회)
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OPTIMAL TRAJECTORY CORRECTION MANEUVER DESIGN USING THE B-PLANE TARGETING METHOD FOR FUTURE KOREAN MARS MISSIONS

B-평면 조준법을 이용한 화성 탐사선의 궤적 보정을 위한 최적의 기동 설계

  • Published : 2005.12.01
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Abstract

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

향후 우리나라의 화성 탐사선 개발을 대비하여 B-평면 조준법(B-plane targeting method)을 이용한 최적 궤적 보정 기동(Optimal Trajectory Correction Maneuver, TCM)의 설계에 대한 연구를 수행하였다. 궤적 보정 기동을 설계하기 위하여 요구되는 화성 탐사 임무의 각 단계별 비행 궤적 및 궤도 정보 역시 이 연구를 통해 개발된 알고리즘을 이용하여 산출 할 수 있으며, 관련 정보는 임무 설계시 필요로 하는 최소의 섭동력들을 고려한 상황에서 산출되었다. 항행 단계에서의 탐사선은 다양한 섭동력에 의한 영향 또는 순간 기동의 오차로 기인된 비행 궤적의 오차로 인하여 목표한 위치에 도달하지 못할 수 있다. 따라서 탐사선의 적절한 비행 궤적을 유지하고 목표하고자 한 지점에 정확하게 도달시키기 위하여 도착 행성의 위치에 대하여 설정된 B-평면 좌표계를 이용하여 탐사선의 방향을 조준하여 줄 필요가 있다. NPSOL 소프트웨어를 사용하여 관련 최적해를 도출하였으며 임무동안 수행되는 기동의 총 크기를 최소화 시키도록 목적함수를 설정하였다. 수행되는 기동의 횟수는 설계자가 임의로 설정($1\~5$회)할 수 있도록 하였으며 그 시기 역시 조정 변수로 설정 할 수 있다. 마지막으로 화성 도착시 설정된 B-평면 좌표의 위치가 최종 구속조건으로 적용되어 최적화 문제를 완성하게 된다. 이 연구를 통하여 지구 출발에서부터 화성 도착, 그리고 임무 수행을 위한 포획궤도에 이르기까지 전반적인 임무 설계 및 해석이 가능하게 되었으며, 항행 단계에서 이루어지는 궤적 보정 기동의 최적 시기 및 크기 또한 분석이 가능하게 되었다. 이 연구를 통하여 개발된 알고리즘을 이용하여 향후 우리나라의 화성 탐사 임무의 설계, 분석이 가능하다.

Keywords

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