테더-네트 시스템을 이용한 우주잔여물 포집 연구

Abstract

인공위성 테더의 개념은 1895 년도에 Tsiolkovsky에 의해서 처음 제안되었다. 그 이후로 중력구배 안정화, 우주 엘리베이터, 위성들간의 운동량 교환, 전자기력을 이용한 위성의 궤도변경 및 안정화 등의다양한 미션이 탄생했다. 이러한 미션중 테더를 이용한 운동량 교환에 관한 분야는 행성탐사, 우주 잔여물 처리, 궤도변경, 등의 활용도가 다양하여 많은연구가 진행되어왔다. 특히 현재 지구상에는 노후위성을 포함한 기타 우주 잔여물에 의해 위성 및 발사체의 궤도를 변경해야 하는 중요한 문제에 봉착하고 있으며, 이러한 이유로 테더를 통해 우주 잔여물을 포집하는 분야에 대한 연구가 활발하게 진행되고 있다. 테더가 있는 인공위성 시스템의 동적거동 예측을 위해 기존 연구에는 다양한 모델링 방법이 제시되었다. 대표적인 모델링 방법으로 테더를 굽힘방향과 축방향의 변형을 고려하지 않은 강체 모델링 방법과 집중질량법을 이용한 모델링, 유한요소법을 이용한 모델링 등 다양한 방법이 연구되어 왔다. 하지만 그 과정이 복잡하고, 여러 조건에서 나타나는 다양한 동적거동을 묘사하는데 한계점이 있다. 이 연구에서는 절대절점 좌표계를 이용하여 테더를 현으로 모델링하고 양 끝단의 모선(mother ship)과 네트(net)는 질점으로 가정하여 모델링 하였다. 수립된 모델을 통해 우주 잔여물 포집을 위한 테더와 네트의 동적거동을 분석하였다. 또한 우주잔여물 포집방향에 따른 질량, 속도 등을 고려하여 다양한 각도에서 포집 이후의 시스템 거동에 대해 분석하였다.