축가속도 제약조건을 고려한 우주발사체 개념설계

Abstract

우주발사체는 탑재체를 목표 궤도에 투입하기 위해 다양한 서브 시스템이 상호작용하며 기능하는 하나의 복잡 시스템이다. 각 서브 시스템은 추진, 형상, 공력, 유도/제어 등 다양한 분야에 관계되어, 전체 시스템의 복잡성과 설계 난이도를 증가시킨다. 이를 고려하여 효과적으로 발사체를 설계하기 위해서는 체계적인 접근 방법이 필요하다. 본 연구진은 우주발사체 개념설계를 위해 최적 단 사이징, 임무 해석, 추진 기관, 형상 및 공력의 네 가지 하위 모듈을 정의하고, 반복적인 과정을 통해 최적 설계를 도출할 수 있는 소프트웨어를 개발하였다 (Fig. 1). 특히, 개발된 소프트웨어의 임무 해석 모듈은 해당 발사체의 비행 상태(속도, 위치, 자세각, 단 별 남은 추진제 질량 등)와 관련된 파라미터와 이를 통해 산출할 수 있는 다양한 파라미터를 제공하여, 개념설계 시 고려되는 여러 제약조건을 반영할 수 있도록 한다. 본 연구는 해당 모듈을 활용하여 축가속도 제약조건을 고려한 우주발사체의 개념설계 결과를 도출하였다. 축가속도는 탑재체의 비행환경, 특히 구조하중에 큰 영향을 미치는 요소이며, 엔진의 추력제어가 가능한 경우 이를 활용하여 제어하는 것이 일반적이다. 본 연구에서는 엔진 추력제어가 불가능한 상황을 가정하고, 주어진 추력 프로파일 내에서 발사체 개념설계를 수행하였다. 해당 연구는 향후 엔진 추력제어를 함께 고려하여 탑재체의 하중환경을 고려한 발사체 개념설계에 활용할 수 있다.