The Korea Pathfinder Lunar Orbiter (KPLO), the first South Korea lunar exploration probe, successfully arrived at the Moon on December, 2022 (UTC), following a 4.5-month ballistic lunar transfer (BLT) trajectory. Since the launch (4 August, 2022), the KPLO magnetometer (KMAG) has carried out various observations during the trans-lunar cruise phase and a 100 km altitude lunar polar orbit. KMAG consists of three fluxgate magnetometers capable of measuring magnetic fields within a ± 1,000 nT range with a resolution of 0.2 nT. The sampling rate is 10 Hz. During the originally planned lifetime of one year, KMAG has been operating successfully while performing observations of lunar crustal magnetic fields, magnetic fields induced in the lunar interior, and various solar wind events. The calibration and offset processes were performed during the TLC phase. In addition, reliabilities of the KMAG lunar magnetic field observations have been verified by comparing them with the surface vector mapping (SVM) data. If the KPLO's mission orbit during the extended mission phase is close enough to the lunar surface, KMAG will contribute to updating the lunar surface magnetic field map and will provide insights into the lunar interior structure and lunar space environment.
In this work, the preliminary analysis on both the tracking schedule and measurements characteristics for the spacecraft on the phase of lunar transfer and capture is performed. To analyze both the tracking schedule and measurements characteristics, lunar transfer and capture phases' optimized trajectories are directly adapted from former research, and eleven ground tracking facilities (three Deep Space Network sties, seven Near Earth Network sites, one Daejeon site) are assumed to support the mission. Under these conceptual mission scenarios, detailed tracking schedules and expected measurement characteristics during critical maneuvers (Trans Lunar Injection, Lunar Orbit Insertion and Apoapsis Adjustment Maneuver), especially for the Deajeon station, are successfully analyzed. The orders of predicted measurements' variances during lunar capture phase according to critical maneuvers are found to be within the order of mm/s for the range and micro-deg/s for the angular measurements rates which are in good agreement with the recommended values of typical measurement modeling accuracies for Deep Space Networks. Although preliminary navigation accuracy guidelines are provided through this work, it is expected to give more practical insights into preparing the Korea's future lunar mission, especially for developing flight dynamics subsystem.
Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences
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v.41
no.6
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pp.473-480
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2013
Researches for various lunar landing technologies are in progress for the lunar exploration program planned for early 2020s in Korea. This paper shows the integrated simulation for safe lunar landing guidance/control system in powered descent phase. Generally, the lunar lander uses on/off(bang-bang) controller to control the RCS jet thrusters instead of proportional controller. In this paper, the on/off controller using phase-plane switching function, and thruster selection algorithm to control sixteen thrusters are applied. Also additional guidance commands are calculated by a proposed fuzzy logic guidance algorithm. The simulation results show that lunar lander can follow a reference trajectory which is generated by optimization method, then land on the surface safely.
Jo, Sung-Jin;Min, Chan-Oh;Lee, Dae-Woo;Cho, Kyeum-Rae
Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences
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v.39
no.5
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pp.408-415
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2011
The moon landing is composed of the de-orbit descent phase, powered descent phase, and the powered descent phase is divide into 3-sub phase of the braking, approach, final landing phase. In this paper, the lunar lander perform landing control using 3-sub phase of optimal trajectory. First, generate the reference trajectory using gauss pseudo-spectral method. Thereafter generate PID controller using altitude and velocity error in each direction. Finally the lunar lander landing system constitute using the Simulink of Matlab, and perform simulation.
In this study, the observational arc-length effect on orbit determination (OD) for the Korea Pathfinder Lunar Orbiter (KPLO) in the Earth-Moon Transfer phase was investigated. For the OD, we employed a sequential estimation using the extended Kalman filter and a fixed-point smoother. The mission periods, comprised between the perigee maneuvers (PM) and the lunar orbit insertion (LOI) maneuver in a 3.5 phasing loop of the KPLO, was the primary target. The total period was divided into three phases: launch-PM1, PM1-PM3, and PM3-LOI. The Doppler and range data obtained from three tracking stations [included in the deep space network (DSN) and Korea Deep Space Antenna (KDSA)] were utilized for the OD. Six arc-length cases (24 hrs, 48 hrs, 60 hrs, 3 days, 4 days, and 5 days) were considered for the arc-length effect investigation. In order to evaluate the OD accuracy, we analyzed the position uncertainties, the precision of orbit overlaps, and the position differences between true and estimated trajectories. The maximum performance of 3-day OD approach was observed in the case of stable flight dynamics operations and robust navigation capability. This study provides a guideline for the flight dynamics operations of the KPLO in the trans-lunar phase.
The purpose of this study was to explore $6^{th}$ graders learning progression for lunar phase change focusing astronomical systems thinking. By analyzing the results of previous studies, we developed the constructed-response items, set up the hypothetical learning progressions, and developed the item analysis framework based on the hypothetical learning progressions. Before and after the instruction on the lunar phase change, we collected test data using the constructed-response items. The results of the assessment were used to validate the hypothetical learning progression. Through this, we were able to explore the learning progression of the earth-moon system in a bottom-up. As a result of the study, elementary students seemed to have difficulty in the transformation between the earth-based perspective and the space-based perspective. In addition, based on the elementary school students' learning progression on lunar phase change, we concluded that the concept of the lunar phase change was a bit difficult for elementary students to learn in elementary science curriculum.
Journal of the Korean Society for Aviation and Aeronautics
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v.23
no.1
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pp.49-55
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2015
This paper deals with dynamic modeling and controller design of a future Korean lunar module planned to be launched 2020's in Korea. For dynamic modeling of the lunar module, we first assume the lunar module as a rigid body. And we derive equations of motion for the lunar module by considering allocation of main thrusters and reaction thrusters. With the equation of motion, we design the controller based on the quaternion. A Pulse Width Pulse Frequency modulator(PWPFM) is selected for generating on/off signal. Finally, we construct a 2-phase descent mode including initial guidance mode, terminal guidance mode. The MATLAB simulation is performed for evaluating the descent ability and final landing velocity. The dynamic modeling and descent simulation of the lunar module in this paper could be applied for developing the future work of the Korean lunar exploration program.
Korea Pathfinder Lunar Orbiter (KPLO) is South Korea's first space exploration mission, developed by the Korea Aerospace Research Institute. It aims to develop technologies for lunar exploration, explore lunar science, and test new technologies. KPLO was launched on August 5, 2022, by a Falcon-9 launch vehicle from cape canaveral space force station (CCSFS) in the United States and placed on a ballistic lunar transfer (BLT) trajectory. A total of four trajectory correction maneuvers were performed during the approximately 4.5-month trans-lunar cruise phase to reach the Moon. Starting with the first lunar orbit insertion (LOI) maneuver on December 16, the spacecraft performed a total of three maneuvers before arriving at the lunar mission orbit, at an altitude of 100 kilometers, on December 27, 2022. After entering lunar orbit, the commissioning phase validated the operation of the mission mode, in which the payload is oriented toward the center of the Moon. After completing about one month of commissioning, normal mission operations began, and each payload successfully performed its planned mission. All of the spacecraft operations that KPLO performs from launch to normal operations were designed through the system operations design process. This includes operations that are automatically initiated post-separation from the launch vehicle, as well as those in lunar transfer orbit and lunar mission orbit. Key operational procedures such as the spacecraft's initial checkout, trajectory correction maneuvers, LOI, and commissioning were developed during the early operation preparation phase. These procedures were executed effectively during both the early and normal operation phases. The successful execution of these operations confirms the robust verification of the system operation.
Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences
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v.46
no.5
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pp.402-409
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2018
In this paper, we propose a lunar landing scenario of a robotic lunar landing mission and implements an optimal landing trajectory at the powered descent phase based on the proposed scenario. The change of attitude of the lunar lander in the power descent phase affects not only the amount of fuel used but also sensor operation of image based navigation. Therefore, the attitude angular velocity is included in the cost function of the optimal control problem to minimize the unnecessary attitude change when the optimal landing trajectory generates at powered descent phase of the lunar landing. The influence of the change of attitude angular velocity on the optimal landing trajectory are analyzed by adjusting the weight of the attitude angular velocity. Based on the results, we suggest the proper weight to generate the optimal landing trajectory in order to minimize the influence of the attitude angular velocity.
In lunar explorer development program, computer simulator is necessary to provide virtual environments that vehicle confronts in lunar transfer, orbit, and landing missions, and to analyze dynamic behavior of the spacecraft under these environments. Objective of simulation differs depending on its application in spacecraft development cycle. Scope of use cases considered in this paper includes simulation of software based, processor and/or hardware in the loop, and support of ground-based flight test of developed vehicle. These use cases represent early phase in development cycle but reusability of modeling results in the next design phase is considered in defining requirements. A simulator architecture in which simulator platform is located in the middle and modules for modeling, analyzing, and three dimensional visualizing are connected to that platform is suggested. Baseline concepts and requirements for simulator development are described. Result of trade study for selecting simulation platform and approaches of defining other simulator components are summarized. Finally, characters of lunar elevation map data which is necessary for lunar terrain generation is described.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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