과학로켓 3호에 탑재된 자력계의 데이터 분석을 통해서 로켓의 비행자세가 어떻게 비행시간에 따라 어떻게 변화했는지에 대해 논한다. 과학로켓 3호에 탑재된 로켓의 비행 자세 정보 획득을 위한 Fluxgate 자력계인 Attitude Information Magnetometer (AM)의 데이터 분석을 통해 로켓의 비행시간동안 자세가 어떻게 변화했는지 수치해석 프로그램 및 시뮬레이션을 통해 알아보았다 본 연구에서 사용한 수치해석 프로그램은 Spline 보정법, 다항식 수치법인 Bairstow Method, Least square method이며, 자체 개발한 로켓비행정보 획득용 프로그램과 OpenGL을 이용한 로켓의 3차원 시뮬레이션을 통해서 과학로켓 3호의 자세를 나타내는 roll, pitch, yaw의 변화를 알아보았다. 그리고, 이 결과를 이용하여 자력계가 자세제어에 적합한지도 분석하였다.
과학 1호로 로켓의 추진기관 개발을 통하여 항공우주연구소는 고체 추진제 로켓 모타 설계에 필요한 소프트웨어의 개발 및 그 활용, 그리고 경제적인 로켓 모타의 개발방법 등등 많은 것을 배웠습니다 또한 이는 앞으로 우주개발을 위한 새로운 로켓 추진기관 개발에 좋은 경험이 되었습니다 더욱 뜻깊은 것은 이번 과학 1호 로켓의 발사는 명실공히 산.학.연의 종합적인 연구체계로 이루어졌다는 것입니다
3단형 과학로켓(KSR-III)의 기본형 및 응용형에 공통으로 사용되는 주엔진은 액체산소를 산화제로, 케로신을 연료로 사용하는 액체추진기관이다. 엔진 기본설계를 통하여 로켓 임무 요구사항에 부합되도록 엔진 각 부분의 기본제원을 설정하였고, 엔진의 형상을 결정하였다. 설계된 엔진의 성능검증 작업은 분사시험용 엔진, 축소형 엔진, 엔지니어링 모델 및 비행시험모델의 설계/제작/시험을 통하여 순차적으로 수행할 계획이다. 본 연구는 3단형 과학로켓 엔진의 기본설계 및 성능검증 계획에 관한 것이다.
본 논문에서는 "3단형 과학로켓 (기본형)" 의 탑재부의 구조설계에 대하여 기술하였다. 탑재부는 KSR-III 기본형의 2단에 해당하며, 로켓의 임무수행과 관련한 과학탑재부, 지상국의 자료송수신을 위한 탑재부(전자), 로켓의 자세제어를 담당하는 탑재부(자세제어)의 세부분으로 구성된다. 로켓의 임무가 성공하려면 각 탑재물이 임무수행 기간 중에 안전하게 동작해야 하며, 이를 위해서는 각 탑재부의 요구조건을 만족해야 한다. 본 연구에서는 KSR-III의 탑재부의 기본설계를 바탕으로 상세한 탑재부의 구성과 탑재물 배치를 수행하였고, 요구조건을 만족하도록 설계를 변경/ 적용하였다.
한국항공우주연구원 채연석(54) 원장은 어릴 때부터 로켓 만들기에 푹 빠져 있었다. 고교 시절 자작 소형 로켓이 귓가에서 터지는 바람에 고막을 다치기도 했다. 그 시절은 닐 암스트롱이 달에 인류의 족적을 처음으로 남기고, 미국과 옛 소련의 우주개발 경쟁으로 우주선 발사 장면이 연일 방송과 신문지상을 장식하던 때였다. 그것을 보는 소년 채연석의 꿈은 직접 만든 로켓을 우주로 쏘아 올리는 것이었다. 그로부터 30여 년이 지난 지금 채 원장은 한국의 우주기술 개발의 총 사령탑이 되어 있다. 그 자리에서 그는 우주를 향한 꿈을 바느질의 한땀 한땀처럼 엮어가고 있는 중이다. 한국항공우주연구원 원장실에서 만난 채연석 원장의 표정에서는 우주항공 기술의 기반을 쌓느라 영일없는 나날을 보내는 것을 금방 느낄 수 있었다. 채 원장은 2002년말 우주 개발용 로켓의 주류를 이루고 있는 액체연료를 사용하는 로켓을 개발해 발사에 성공하기도 했다. 그 로켓의 길이는 14m, 지름 1m로 우리 나라 독자 기술로 개발한 것이다. 그는 우리 나라가 독자적으로 인공위성을 만들어, 역시 독자적으로 개발한 로켓으로 발사에 성공하면 월드컵 4강 진출보다 더 국가 이미지가 높아질 것으로 내다봤다. 그만큼 우주기술은 극한 기술과 첨단기술을 골고루 필요로 하기 때문이다.
과학로켓3호(KSR-III) 비행시험시에 탑재용 원격측정장치는 로켓의 서브시스템들의 실시간 상태 및 각종 센서 자료를 획득하여 무선으로 전파 통신을 하고 지상에서 로켓을 추적하면서 비행중인 원격측정 데이터를 실시간으로 획득하고 복원하는 것은 로켓의 비행을 분석하는데 필수적이다. 또한 실시간으로 자료처리된 원격측정자료들은 네트워크를 통해 임무통제센터로 보내져 로켓의 비행 궤도를 도시하고 동시에 비행통제원이 로켓의 비행종단명령을 수행하기 위한 중요한 판단자료를 제공한다. 본 논문에서는 과학로켓3호 비행시험에 적합한 원격측정 수신과 관련된 운용기법 및 실시간 자료처리 시스템 개발에 관하여 기술하였으며 원격측정 수신결과를 분석하였다. 실제 비행시험시에 성공적으로 원격측정 수신 및 실시간 자료처리 임무를 완수하였다.
오는 10월 4일은 인류 최초의 인공위성 스푸트니크 1호가 발사된 지 40주년이 되는 날이다. 우주 역사 40년을 맞아 우리나라는 지난 7월 9일 중형 국산로켓 발사실험을 했다. 우주개발 40년을 맞아 우리의 로켓개발 수준은 어디까지 왔고 우주개발의 중요성은 어떤 것인지 중형 과학로켓 개발을 책임지고 있는 한국항공우주연구소 문신행32박사로부터 알아보았다.
본 연구에서는 하이브리드 과학로켓의 공력특성을 파악하고 정적 세로 안정성에 대한 판단을 하기 위해서 초음속 풍동실험을 하였다. 과학로켓의 10% 축소모델에 대해서 마하수 1.75~2.5, 받음각 $0^{\circ}{\sim}6^{\circ}$의 조건에서 실험을 수행하였으며, 4분력 내장형 밸런스를 사용하여 실험모델의 공력과 모멘트를 측정하였다. 측정된 자료를 바탕으로 로켓의 안정성을 판단하였으며, 로켓의 길이효과를 분석하기 위하여 길이가 다른 3개의 모델에 대하여 실험을 수행하였다. 또한, 쉴리렌 광학장치를 이용하여 초음속 비행 시 발생하는 충격파를 가시화하고 속도 및 받음각 변화에 따른 충격파의 변화를 관찰하였다.
KSR-III 로켓은 액체추진 엔진을 사용한 과학로켓이며, 추력 비행중 피치 및 요 자세제어를 위해 추력벡터제어 방식을 사용하고, 롤 자세를 제어하기 위해 냉가스 추력기를 사용하였다. 본 논문은 KSR-III 로켓의 3축 자세제어를 위해 설계된 자세제어기의 구조와 이득 스케쥴링, 자세 안정성 분석결과에 대해 소개한다. 설계된 자세제어기는 국산화 개발된 관성 항법시스템의 비행소프트웨어로 구현되었는데 비행시험에서 완벽히 작동하였다. 비행에서 측정된 데이터는 시뮬레이션 결과와 거의 일치되었다.
본 논문은 KSR-III 과학로켓에 탑재 가능한 과학탑재체 중 오존측정기와 이온층 전자측정기 개발에 관하여 기술하고 있다. 각각의 측정기는 센서부와 회로부로 구성되며 개발 완료된 모델로 오존측정기는 지상 보정실험을 , 그리고 전자측정기는 우주환경 모사실험을 성공적으로 수행하였다. 이렇게 개발된 탑재체들은 향후 KSR-III 등의 과학로켓에 탑재될 수 있으며, 한반도 상공의 오존층 밀도의 고도별 수직분포와 이온층의 전자밀도와 전자온도에 대한 고도별 수직분포를 연구하는데 크게 기여할 것이다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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