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논문 기본 정보

자료유형
학위논문
저자정보

심은송 (과학기술연합대학원대학교, 과학기술연합대학원)

지도교수
이선호, 김해동
발행연도
2023
저작권
과학기술연합대학원대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.

이용수5

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이 논문의 연구 히스토리 (2)

2023

고래 최적화 알고리즘을 이용한 랑데부 궤도 최적화
심은송 2023.01 학위논문
고래 최적화 알고리즘을 이용한 랑데부 궤도 최적화
심은송 ,  김해동 ,  이선호 한국항공우주학회지 2023.01 학술저널

초록· 키워드

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랑데부 궤도 최적화는 랑데부 임무에서 우주비행체의 연료 소모를 최소화하기 위해 필수적으로 수행되어야 한다. 다양한 최적화 알고리즘이 랑데부 최적화 문제에 적용되었지만 최적화 알고리즘의 성능 한계로 인해 전역 최적해를 찾는 것은 어렵다. 따라서 높은 성능의 최적화 알고리즘을 적용해야 하며, 본 논문에서는 높은 성능의 전역 탐색 능력과 수렴 속도를 가지는 고래 최적화 알고리즘(WOA)를 이용하여 두 우주비행체의 거리가 먼 경우와 가까운 경우에 대한 랑데부 최적화 방법을 제안한다.
첫 번째 랑데부 최적화 문제는 두 우주비행체의 거리가 먼 경우에서 시간 제한을 고려한 최적의 랑데부 궤도 설계 문제로, 랑데부에 필요한 속도 증분을 최소화하는 것을 목표로 한다. 여기서 두 궤도가 서로 원 궤도나 공면 궤도와 같은 제한된 궤도가 아닌 일반적인 경우를 다룰 수 있도록 범용 변수를 도입하며 이러한 범용 변수를 이용하여 케플러 문제와 램버트 문제를 정리하고 랑데부 최적화에 적용한다. 랑데부를 수행하기 까지의 시간 제한을 고려하여 시뮬레이션을 수행하며, 고래 최적화 알고리즘을 이용하여 얻은 결과와 유전 알고리즘(GA), 입자 군집 최적화(PSO)를 이용해 얻은 결과를 비교하여 고래 최적화 알고리즘의 이점을 검증한다.
두 번째 랑데부 최적화 문제는 두 우주비행체의 거리가 근접한 경우에서 상대 운동을 이용한 다중 임펄스(multi-impulse) 랑데부 궤도 최적화 문제이다. 상대 운동 분석을 위해 Clohessy-Wiltshire 방정식을 기반으로 수학적 모델을 구성하며, 실제 랑데부 과정에서 적용될 수 있는 실용적 제약조건들을 고려하여 최적의 랑데부 궤도를 설계한다. 고래 최적화 알고리즘을 이용한 이점을 검증하기 위해 시뮬레이션을 수행하며, 그 결과를 유전 알고리즘, 입자 군집 최적화, 순차 이차 계획법(SQP), 하이브리드 유전 알고리즘(Hybrid GA)의 결과와 비교 분석한다.
위의 두 가지 시뮬레이션과 비교 분석 결과를 통해 우주비행체 랑데부 최적화 문제에서 고래 최적화 알고리즘이 효과적으로 전역 해를 찾음을 확인하였으며, 이는 본 논문에서 제안한 랑데부 최적화 방법이 랑데부 임무에서 우주비행체의 연료 최소화 문제에 매우 효과적임을 보여준다.
#랑데부 궤도 최적화 #고래 최적화 알고리즘 #랑데부 임무

목차

1. 서 론 1
1.1 연구 배경 1
1.2 선행 연구 5
1.3 연구 목적 9
2. 이론적 배경 11
2.1 랑데부 임무 11
2.1.1 랑데부 임무 개요 11
2.1.2 랑데부 임무 단계 14
2.2 랑데부 모델 21
2.2.1 이체 문제 21
2.2.2 케플러 문제 24
2.2.3 램버트 문제 28
2.2.4 상대운동 분석 34
2.2.5 다중 임펄스 랑데부 37
2.3 고래 최적화 알고리즘 42
3. 랑데부 최적화 50
3.1 문제 정의 50
3.2 두 우주비행체의 거리가 먼 경우의 랑데부 최적화 52
3.2.1 최적화 모델 52
3.2.2 수치 시뮬레이션 56
3.2.3 알고리즘 비교 분석 60
3.3 두 우주비행체의 거리가 근접한 경우의 랑데부 최적화 64
3.3.1 최적화 모델 64
3.3.2 수치 시뮬레이션 70
3.3.3 알고리즘 비교 분석 74
3.4 정리 78
4. 결 론 82
참고문헌 84

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