초록
본 논문에서는 행성탐사선의 항행해 결정을 위한 동역학 모델을 개발에 대한 내용을 다뤘다. 탐사선이 우주공간을 항행할 때 받는 섭동력으로써, 지구의 비대칭 중력장, 지구의 극축운동, 태양과 달이외의 태양계 행성에 의한 중력, 태양의 의한 상대성효과, 태양복사압 그리고 지구 대기저항에 대한 동역학 모델을 구성하여, 특수섭동론인 코웰 방법에 의거한 탐사선의 궤적 전파기를 개발하였다. 힘 또는 가속도 항으로 표현되는 탐사선의 운동방정식은 아담스 코웰 11차 예측자-수정자 방법에 의해 수치 적분된다. 구성된 전파기를 이용하여 2003년 발사된 화성탐사선인 Mars Express의 실제 임무설계에 사용된 초기궤적요소를 기준으로 임무 궤적을 산출하여 각 섭동력의 영향을 비교해 보았다 이러한 비교는 항행해 결정 시스템의 구성 시 요구 정밀도에 따라 고려해야할 섭동력의 기준을 제시해 주기 때문이다. 또한, 개발된 동역학 모델의 성능시험을 위해 극성 최소 근접거리에서의 위치와 속도를 계산하여 화성 도착여부를 판단하였다. 모의실험을 통해 탐사선의 위치가 화성 작용권구 내에 도달하며 상대속도가 화성에 대한 탈출속도 미만이므로 화성에 포획됨을 확인하였으며, STK(Satellite Tool Kit)를 이용해 산출된 결과와 비교함으로써 본 연구결과가 행성탐사 임무지원에 적합함을 검증하였다.
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.
