스마트무인기의 비행시험에 앞서 비행제어시스템을 포함한 전체 무인기 체계의 건전성을 검증하기위한 지상통합시험을 수행하였다. 지상통합시험은 비행체 인터페이스 시험, 비행체 HILS시험, 지상파워시험, 4자유도 치구시험, 안전줄 호버시험 순서로 진행되었으며, 각각의 시험을 통해 전체 무인기 시스템의 안전성을 입증하였다. 본 논문에서는 국내 최초로 개발된 틸트로터인 스마트무인기의 지상시험 절차와 각 시험에서 획득한 데이터 분석결과를 제시하였다. 지상시험 결과 비행제어시스템의 안전성이 충분히 입증되었으며, 비행시험이 수행가능하다고 판단되었다.

본 연구에서는 이전에 구조시험[3]을 실시하였던 압축하중을 받는 샌드위치 패널 시편에 대한 구조 해석을 수행하였다. 구조 해석을 위해 세 가지 방식의 유한요소 모델링을 고려하였으며, 각각의 유한요소 모델을 이용해 선형좌굴해석과 비선형해석을 수행하였다. 이를 통해, 복합재 샌드위치 패널의 압축 좌굴 하중의 정확한 예측을 위해서는 면재는 쉘요소로 심재는 솔리드 요소로 모델링하는 것이 적절함을 확인하였다. 이것은 전체 샌드위치를 쉘요소로 하는 경우, 심재의 국부적인 crushing 효과와 심재의 전단 강성의 영향을 고려할 수 없기 때문이다. 만일 샌드위치 패널이 좌굴 하중 보다 면재의 재료 파손이 더 취약한 경우, 면재의 재료 파손 하중 및 파손 위치의 정확한 예측을 위해서는 샌드위치를 두께 방향으로 한 개의 쉘 요소로 모델링 하는 것이 적절하였다.

알루미나 입자가 포함된 KSLV-I KM 고공 플룸 유동을 연소실에서 노즐 출구의 고공 팽창과정을 해석하였다. 알루미나 입자 및 플룸 가스의 물성치 및 분포를 달리하여 해석한 결과 연소가스 비열비를 1.2로 알루미나 입자의 직경 분포를 7가지로 가정하면 노즐 내부 유동 특성이 평형유동 해석 결과와 비교적 일치하였다. 입자의 팽창각은 가스유동보다 작으며 입자 직경이 클수록 팽창각은 더 작았다. 알루미나 입자의 광학 열물성을 변화시키며 KM TVC 분배기 위치의 복사열을 계산한 결과 알루미나 입자의 방사율이 0.1일 때 비행시험 결과와 비슷한 수준을 예측하였다.

균일한 광량의 빛이 카메라에 입력되었을 때 카메라 영상센서 각 픽셀은 이상적으로는 균일한 응답을 보여주어야 하지만 실제로는 그렇지 않다. 이러한 픽셀의 불균일 응답 특성은 영상품질에 직접적으로 영향을 미치지만, 고정된 형태의 잡음이므로 보정과정을 통해서 잡음을 제거할 수 있다. 영상센서 불균일 보정 방법은 특정 광량에서의 기준값만을 가지고 보정계수를 구하는 방법 등을 사용하곤 했지만, 센서의 비선형성으로 인하여 신호가 작은 경우, 혹은 반대로 아주 큰 경우에서는 보정 효과가 크지 않다. 따라서, 본 논문에서는 이러한 영상센서의 비선형 특성을 고려하여 픽셀 불균일 보정계수 계산하는 방법을 기술하고 자체 구현한 카메라와 별도의 시험셋업을 이용하여 불균일도 시험을 수행하여 알고리즘을 검증하였다. 시험결과는 비선형성 모델을 기반으로 한 보정 알고리즘을 적용했을 때, 모든 광량에서 가장 좋은 성능을 보여주었다.

고속으로 비행하는 물체는 공력가열에 의해 온도가 상승한다. KSLV-I 비행 중 공력가열 조건을 예측하는 방법으로 MINIVER를 이용하는 방법과 전산유동해석(CFD)기법을 이용하는 방법이 있다. MINIVER는 경험적 기법을 이용하여 대류열전달계수 및 회복온도를 산출하며, CFD 기법은 실제 유동장을 해석하여 발사체 표면에서의 공력가열조건을 산출한다. 본 연구에서는 CFD 기법을 이용하여 얻은 공력가열조건을 PLF 구조물 외부 표면에 적용하여 PLF 내부 온도장을 해석하고 그 결과를 KSLV-I 1차 비행시험 결과와 비교하였다.

저정밀 태양센서는 인공위성의 자세제어에 필수적인 센서로서, 위성으로 입사되는 태양빛의 방향을 측정하거나 위성이 태양을 보지 못하는 상태에 있는지를 판단하기 위해서 사용되고 있다. 즉, 태양전지판의 모서리에 장착이 되어 있어서 4개의 저정밀 태양센서에서 측정되는 빛의 세기에 따라, 롤축과 요축의 자세 정보를 얻을 수 있으며, 태양전지판면에 1개의 저정밀 태양센서가 장착되어 있어서 태양 존재 여부를 확인할 수 있다. 본 논문에서는 저궤도 인공위성용 저정밀 태양센서의 개발 과정 및 결과를 보여준다. 태양센서의 개발은 제작완료 후, 환경시험 전과 후에 수행되는 기능 시험 결과를 분석하여 성능 만족여부를 결정하게 된다. 이러한 태양센서의 개발은 제작 특성상 공정의 명확성, 정밀성 그리고 많은 제작 경험을 필요로 한다. 그래서, 인증모델의 선행 개발을 통해서 공정의 정밀도를 높였으며, 그로인해 저정밀 태양센서 비행모델은 성능 요구 조건을 만족하는 결과를 얻을 수 있었다.

본 논문에서는 KSLV-I 관성항법유도장치 관성계측부에 대한 오차 모델 확인 및 항법오차 추정을 위해 관성항법유도장치 탑재 소프트웨어를 통한 정렬 및 항법계산 결과와 관성계측유닛 후처리 소프트웨어인 Inertial Explorer를 통한 정렬 및 항법계산 결과를 비교하였다. Inertial Explorer의 칼만필터를 통한 관성계측부 오차 추정 정확도 확인을 위해 Allan Variance를 통한 관성계측부 확률적 오차모델을 이용하여 관성계측부 오차모델 상태변수 공분산 값을 설정하였고, 정적상태에서의 정렬 및 항법시험, 동적환경에서의 주행항법시험을 수행하였다. INGU 탑재 소프트웨어와 Inertial Explorer를 통한 정렬 및 항법계산 결과 비교를 통해 본 논문에 설정한 KSLV-I 관성항법유도장치 관성센서 오차모델의 유효성을 확인하였다.

본 논문에서는 항공기 비행시험의 기준 비행 궤적을 획득하기 위해 수행된 GPS 수신기 데이터의 후처리에 대하여 다룬다. 항공기 비행시험은 나로우주센터의 추적 및 통신 장비의 성능을 검증하기 위해 나로호 탑재 시스템과 지상 장비들에 대해 수행된 통합 시험으로서 2007년부터 수차례 수행되었다. 항공기 시험에서 추적 및 항법 장비의 성능을 분석하기 위해서는 데이터 비교를 위한 참값인 기준 데이터가 반드시 필요하므로 본 논문에서는 이를 위해 성능이 검증된 이중주파수용 GPS 수신기인 NovAtel 사의 DL-V3 수신기를 운용하여 비행 데이터를 수집하고, 검증된 후처리 프로그램인 GrafNav로 후처리하여 수십 cm 오차 수준을 가지는 기준 궤적을 생성하였다.

본 연구에서는 EDGE 시스템에서 변조 검출을 위해 사용되는 블라인드 변조 검출기의 알고리즘이 제시되었다. EDGE는 기존 GSM에 8PSK 변조를 도입함으로써 데이터 전송률을 높인 시스템이다. 송신단에서는 채널상태에 따라 적절한 변조 및 코딩 기법을 다이내믹하게 바꾸면서 데이터를 전송한다. 수신단에서는 데이터 복조를 위해 송신 시에 사용된 변조 방식을 알고자 훈련신호 만의 정보를 이용하여 변조 방식을 검출해야 한다. 기본적으로 열악한 채널 환경에서도 효과적으로 검출하기 위하여 4개의 버스트로 구성되는 1 radio 블록의 특성을 이용한다. 구체적으로, 1개의 radio 블록 내에서 이전 버스트에서 구한 기준값에 현재 버스트에서 구한 기준값을 축적하여 통계적으로 검출 오류를 최소화시킨다. 또한 통계적으로 가장 신뢰성이 높게 결정이 되는 4번째 버스트의 변조 방식과 다른 변조로 결정된 이전 버스트 데이터는 제로 패딩을 통해 복조 확률을 높이고 있다.

필라멘트 와인딩으로 제작된 고체 모터 연소관의 구조강성저하 평가 및 파열특성을 확인하기 위한 수압시험을 수행하였다. 본 연소관의 파손 요구조건으로서 운용 중 최대 예상압력(MEOP)의 1.5배 이상의 압력에서 실린더 파손이 일어나야함을 제시하였다. 해석 결과 연소관의 내부압력이 2088psig 일 때 실린더층의 섬유가 끊어지는 것으로 나타났으며 수압시험을 수행하여 2200psig 수준에서 실린더 부위가 파손됨을 검증하였다. 또한 제작 후 1년 정도 경과 후에도 강성저하가 없음을 알 수 있었다.

본 연구에서는 높은 양력을 얻기 위하여 플랩 형상 최적 설계를 시도하였다. 플랩 형태는 플랩 중에서 가장 효율이 좋은 파울러 플랩(fowler flap)이다. 플랩 설계는 최적화 기법을 활용하여 진행하였고 최적화의 초기 형상은 general aviation airfoil과 Wentz 등이 개발한 플랩이다. 최적화 방법으로는 반응면 기법 (Response Surface Method)이 사용되었으며, Hicks-Henne 형상함수가 사용되었고, GA(W)-1 익형과 fowler flap이 조합된 형상의 유동장에 대하여 Navier-Stokes 해석을 수행하였다. 상용 최적화 프로그램인 Visual-Doc, 격자 생성 프로그램인 Gambit/Tgrid, 그리고 유동해석에는 Fluent를 이용하였다. 플랩의 윗면 형상과 gap에 대한 최적화를 수행하여 착륙조건에서의 양력이 증가하였다. 초기 형상과 최적화된 형상의 공력특성 변화를 관찰하기 위하여 항우연의 1m 풍동에서 시험을 수행하였다. 최적화된 형상은 대체로 예측치와 비슷한 경향을 보이나, 이른 실속이 관찰되었다. 또한, 날개와 플랩 간의 간격을 설계치보다 좁혀 줌으로써 양력특성이 향상됨을 알 수 있었는데, 이는 설계시 사용된 난류 모델의 영향이라 판단된다.

통신해양기상위성의 명칭인 천리안위성 발사를 앞두고 위성운용을 위한 지상시스템의 검증이 실제 위성과 위성시뮬레이터 등을 이용하여 수행되었다. 본 논문에서 특히 시뮬레이터가 적용된 지상시스템 시험 부분을 중점적으로 분석하여 시뮬레이터의 활용시간, 활용범위, 활용비중 등을 기술한다. 아울러 시스템 검증을 위한 시뮬레이터의 적용 경험을 바탕으로 시뮬레이터의 효과를 설명하고 한계점과 개선방향을 제시한다.

액체산소/케로신을 사용하는 가스발생기 사이클 액체로켓엔진의 비추력 해석을 수행하였다. 본 해석 방법으로 재연한 300톤급 엔진의 시스템 성능은 문헌에 보고된 결과와 비교하여 비추력 0.1%, 최적 연소압 12%의 오차를 보였다. 오차의 주요 원인은 문헌에 공개되지 않은 서브시스템의 성능모델 차이와 가스발생기 생성물의 물성 모델 차이로 판단된다. 막냉각이 적용되는 30톤급 1단용 엔진의 경우, 연소압 68 bar에서 혼합비 2.2가 최적 비추력 조건인 것으로 평가되었으며 최적 조건은 주어진 성능 모델에 따라 달라질 수 있다.

고속푸리에변환(Fast Fourier Transform)은 이산푸리에변환(Discrete Fourier Transform)의 주기적으로 반복되는 연산을 생략하여 그 속도를 향상시킨 연산방법이다. Radix-2 FFT는 그 정의에 따라 함수 재귀호출에 의해 구현될 수 있는데 이 방법은 스택복사 과정의 시간소모 때문에 고속동작이 어렵게 된다. 이를 극복하기 위해 신호점을 연산순서에 맞게 미리 재배열하고 배열된 신호점을 나비연산하는 방법으로 고속연산을 구현할 수 있다. 이 논문은 신호점 재배열 방법에 의한 Radix-2 FFT의 고속연산에 착안하여 Radix-3 FFT에 신호점 재배열 방식을 적용해 보고 그 타당성에 관해 고찰하였다.

KSLV-I 통신 시스템에 사용되는 안테나는 장착 위치가 제한되어 있어 안테나 상호간의 간섭현상이 발생하며 경항공기를 이용한 비행시험 등 각종 시험에서 이러한 간섭 현상의 영향은 더욱 증가한다. 본 논문에서는 FDTD 해석기법을 사용하여 인접한 안테나 사이의 결합량을 계산하였다. 결합량 계산을 위하여 사용된 FDTD 해석 기법에 대한 이론과 흡수 경계조건, 전압인가 방법, 결과 데이터 처리 기법을 설명하였다. 이격 거리가 5 cm이고 공진주파수가 2 GHz인 IFA 사이의 결합량은 -12.7 dB로 계산되었다. 본 논문에서 소개된 결합량 계산 방법은 KSLV-I의 시스템 성능을 분석하거나 향후 발사체의 설계에 있어서 하부시스템의 설계, 안테나 배치, 통신 링크 계산에 유용하게 사용될 수 있다.

KSLV-I 발사체의 성공적인 발사를 위해서 필요한 발사장(GC, Ground Complex)은 조립장(AC, Assembly Complex)과 발사대(LC, Launch Complex)로 구분되며, 현재 고흥 외나로도 우주센터에 위치하고 있다. 그중 조립장은 KSLV-I 발사체 1단과 상단부의 입고, 총조립, 각종 성능시험, 발사 전 시험 및 준비 점검 등이 이루어지며, 이러한 기술적인 운영을 효율적으로 수행하기 위해 필요한 장비들이 조립장 종합조립동에 설치되어 있다. 이들 운용 장비들은 발사체의 여러 기계장치 그리고 전기, 전자장치와 다각적이고 다양한 형태의 인터페이스를 가지게 되며 발사체의 발사 전 준비점검과정에 있어 최적의 조건과 성능보장을 제공하여야 한다. 본 논문에서는 이러한 운용장비 중에서 발사체의 이동, 조립 및 분해 작업과 시험등을 지원하기 위한 기계지원장비에 대한 개발 요구조건 및 제작 성능시험을 소개하고 있다.

추진제가 배출되는 동안 추진제탱크를 적정 압력으로 유지하기 위해 필요한 가압가스의 질유량 및 총소모량을 파악하는 것은 가압제어시스템의 설계 및 가압제 저장탱크의 무게를 산출하는데 있어 매우 중요하다. 특히 극저온 추진제탱크의 경우 얼리지 내부의 가압가스는 외부와의 열전달에 의해 비체적이 감소하므로 더욱 많은 추진제탱크의 압력을 유지하기 위해 더 많은 가압가스를 필요로 한다. 이에 추진제탱크 얼리지 해석을 위한 기본모델을 만들어 얼리지 내부와 탱크벽면의 온도분포, 가압가스 소모량, 얼리지 내부에서 유입된 가압가스의 에너지 분포를 예측하였다. 현재 시험을 통한 프로그램의 수정보완이 진행되었으나, 본 자료에서는 기본적인 해석모델의 설명에 중점을 두었다.

발사체 추진기관은 추진제 탱크, 가압시스템, 추진제 충전/배출 시스템, 밸브 구동 시스템, 퍼지 시스템 등으로 구성되어 있다. 이 중에서 가압시스템은 온보드 실시간 제어 시스템을 포함하는 유일한 시스템으로 가장 중요한 서브시스템이다. 그러므로 추진제의 탑재량 선정 및 추진제 공급 시스템 개념설계 단계에서 가장 먼저 고려되어야 한다. 본 논문에서는 여러 타 발사체의 가압시스템에 대해 자료 조사를 수행하였고 국산화시 개발 가능한 구성을 정리하였으며, 최종적으로 시스템 중량 비교, 운용/안전/신뢰성/확장성 등을 비교 검토하여 최적 구성을 선정하였다.

본 연구는 다양한 찬물 온도에 손가락을 침수시켰을 경우 추위유발성혈관확장(Cold-induced vasodilation)이 어떻게 나타나며, 이 반응이 재발현되는지 평가하는데 목적을 두었다. 이를 위해 10명의 건강한 대학생($21.4{\pm}2.5$ yrs, $175.8{\pm}4.1$ cm, $69.6{\pm}7.6$ kg, $11.2{\pm}3.7$ %fat)이 두 번의 실험에 참가하였다. 첫 번째 실험은 상온환경에서 다섯 번의 실험과정 반복으로 이루어졌다. 실험과정은 $43^{\circ}C$의 물에 오른손 가운데 손가락을 5분 동안 담갔다가, 그 후 25분 동안 상온에서 휴식을 가지고, 그 다음 무작위로 물 온도 5, 8, 11, 14, 또는 $17^{\circ}C$ 중 하나에 손가락을 담갔다. 한 과정이 끝나면 다른 수온에서 같은 방식으로 실험이 진행되었다. 재발현 반응을 평가하기 위해 첫 실험 후 최소 5일 후에 같은 방법으로 두 번째 실험이 진행되었다. 실험 중 심박수, 직장온도, 손톱주위온도가 매 6초마다 측정되었다. 결론적으로 재현성에는 최대손가락온도(Tfmax)와 Tfmax-물온도(Tw)에서 재생산 반응을 보였다. 추위자극에 따른 CIVD의 반응은 추위자극이 높을수록 최소손가락온도(Tfmin)와 Tfmax의 반응은 높게 나타났으며, 추위자극이 낮을수록 Tfdiff의 반응은 증가되었다. 그러나 모든 반응시간에는 유의한 차이는 보이지 않았다.

나로우주센터에서 운용하는 추적레이더는 위성발사체 (KSLV-1)의 비행궤도를 추적하여 위성발사체의 위치정보를 발사통제센터로 전송하는 추적시스템이다. 추적레이더가 획득한 위성발사체의 실시간 위치정보는 발사임무의 정상적인 수행 및 비행안전통제를 위해 중요한 자료이므로 위치정보의 정확도가 절실히 요구된다. 본 논문에서는 추적레이더가 획득한 측정값의 정확성을 판단하는 하나의 기준이 되는 잡음에 의한 오차 규격을 이론적으로 분석하고, 실제 획득한 측정값들이 이론적인 잡음에 의한 오차 규격을 만족하는 지 검증하였다. 이 분석에서 사용된 측정값들은 나로우주센터에서 수차례 수행하였던 모의비행시험에서 얻은 결과물을 이용하여 검증하였다.