KR101888339B1 - 통제 불가능한 인공우주물체 재진입 예측 방법 - Google Patents

통제 불가능한 인공우주물체 재진입 예측 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 통제 불가능한 인공우주물체 재진입 예측 방법에 관한 것으로, 인공우주물체의 다른 두 시점의 접촉궤도요소 또는 평균궤도요소(TLE)를 입력하여 평균 장반경과 위도 인수를 계산하는 단계; 상기 첫 번째 시점의 궤도정보를 임의 상수인 초기 대기보정 비율 값을 적용하여 두 번째 시점까지 수치적분을 이용한 코웰 방법의 고정밀 궤도 전파기를 통해 궤도 전파를 수행하여 예측된 두 번째 시점에서의 평균 장반경, 위도인수 및 대기항력을 계산하는 단계; 상기 예측된 평균 장반경 또는 위도인수 값과 초기 입력된 두 번째 시점의 평균 장반경 또는 위도 인수 값을 비교하여 오차가 임의의 수렴 값보다 작아질 때까지 대기 보정 비율 값을 변경하면서 최적의 대기 보정 비율 값을 결정하는 단계; 및 상기 최적화된 대기 보정 비율 값을 적용하여 두 번째 시점부터 재진입 시점까지 수치적분을 이용한 코웰 방법의 고정밀 궤도 전파기를 통해 궤도 예측을 수행하여 인공우주물체의 대기권 재진입 시점 및 지점을 예측하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

통제 불가능한 인공우주물체 재진입 예측 방법{Method for Re-entry Prediction of Uncontrolled Space Objects}
본 발명은 인공우주물체 재진입 예측 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 대기 보정 비율 추정 방법(Drag Scale Factor Estimation; DSFE)을 적용하여 통제 불가능한 인공우주물체 재진입 예측 방법에 관한 것이다.
1톤 이상의 인공우주물체 중 통제가 불가능한 인공우주물체의 추락은 지상 피해가 발생할 가능성이 높기 때문에 인공우주물체의 고도가 250km이하로 되는 경우 국가적으로도 인공우주물체 추락 및 충돌 대응 매뉴얼에 따라 우주물체 추락 상황에 대한 위기경보를 발령한다. 따라서 인공우주물체 추락 상황 및 위험도를 예측하기 위해서는 신속하고 정확한 재진입 예측 정보를 제공하는 것이 매우 중요하다.
특히, 고도 250km에 이르면 약 한 달 이내에 대기권 재진입 과정을 시작하게되며, 1톤 이상의 무게를 갖는 인공우주물체의 추락 시에는 약 10~40%의 파편들이 지표면에 도달하게 된다. 그 중에서도 통제가 불가능한 인공우주물체의 추락은 예측이 어려워, 지상에서의 인명 및 자산 피해로 이어질 수 있다. 따라서 우주위험 대비를 위해서는 이러한 위험을 최소화하기 위한 우주물체의 추락 위험 예측 기술이 반드시 필요하다.
그러나, 이러한 통제 불가능한 인공우주물체 재진입 예측의 기존 방법은 TLE 평균궤도를 이용한 SGP4(Simplified General Perturbations 4) 궤도 전파기를 사용하여 재진입 시점을 예측하였으나 실제 추락 예측 시각 및 지점과 비교하면 정밀도가 매우 떨어져 실제 우주물체 추락 상황에서는 사용할 수 없는 문제점이 있다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 대기 보정 비율 추정 방법(DSFE)을 적용하여 추락 예상 시각 및 지점을 정밀하게 예측하는 통제 불가능한 인공우주물체 재진입 예측 방법을 제공하는데 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 통제가 불가능한 인공우주물체 재진입 예측 방법은, 인공우주물체의 다른 두 시점의 접촉궤도요소 또는 평균궤도요소(TLE)를 입력하여 평균 장반경과 위도 인수를 계산하는 단계; 상기 첫 번째 시점의 궤도정보를 임의 상수인 초기 대기보정 비율 값을 적용하여 두 번째 시점까지 수치적분을 이용한 코웰 방법의 고정밀 궤도 전파기를 통해 궤도 전파를 수행하여 예측된 두 번째 시점에서의 평균 장반경, 위도인수 및 대기항력을 계산하는 단계; 상기 예측된 평균 장반경 또는 위도인수 값과 초기 입력된 두 번째 시점의 평균 장반경 또는 위도 인수 값을 비교하여 오차가 임의의 수렴 값보다 작아질 때까지 대기 보정 비율 값을 변경하면서 최적의 대기 보정 비율 값을 결정하는 단계; 및 상기 최적화된 대기 보정 비율 값을 적용하여 두 번째 시점부터 재진입 시점까지 수치적분을 이용한 코웰 방법의 고정밀 궤도 전파기를 통해 궤도 예측을 수행하여 인공우주물체의 대기권 재진입 시점 및 지점을 예측하는 단계;;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 평균궤도요소(TLE)는 접촉궤도요소로 변환하여 TOD(True of Date)좌표계에서의 평균궤도를 계산하여 사용할 수 있다.
상기 수렴 값은 사용자가 임의로 정하는 위치 오차일 수 있다.
상기와 같이, 본 발명에 따르면 대기 보정 비율 추정을 적용하여 통제가 불가능한 인공우주물체의 대기권 재진입 시점 및 지점을 정밀하게 예측할 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 통제 불가능한 인공우주물체 재진입 예측 방법을 나타낸 흐름도이다.
도 2는 본 발명의 제2 실시예에 따른 통제 불가능한 인공우주물체 재진입 예측 방법을 나타낸 흐름도이다.
도 3은 본 발명의 제3 실시예에 따른 통제 불가능한 인공우주물체 재진입 예측 방법을 나타낸 흐름도이다.
아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시 예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시 예에 한정되지 않는다.
이하에서는 본 발명의 실시예에 따른 통제 불가능한 인공우주물체 재진입 예측 방법에 대하여 설명한다.
도 1 내지 도 3은 본 발명의 제1 내지 제3 실시예에 따른 통제 불가능한 인공우주물체 재진입 예측 방법을 나타낸 흐름도이다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 통제 불가능한 인공우주물체 재진입 예측 방법은, 먼저 인공우주물체의 다른 두 시점(
Figure 112018053995789-pat00001
,
Figure 112018053995789-pat00002
)에서 초기 궤도요소(
Figure 112018053995789-pat00003
,
Figure 112018053995789-pat00004
)를 입력하여 평균 장반경(
Figure 112018053995789-pat00005
,
Figure 112018053995789-pat00006
)과 위도 인수(
Figure 112018053995789-pat00007
,
Figure 112018053995789-pat00008
)를 계산한다(S100,S200,S300). 여기서, 상기 궤도요소는 접촉궤도요소 또는 평균궤도요소(TLE)이며, 평균궤도요소일 경우 접촉궤도요소로 변환하여 TOD(True of Date)좌표계에서의 평균궤도를 계산하여 사용할 수 있다.
다음으로, 첫 번째 시점(
Figure 112018053995789-pat00009
)의 궤도정보를 임의 상수인 초기 대기 보정 비율 값(
Figure 112018053995789-pat00010
)을 적용하여 두 번째 시점(
Figure 112018053995789-pat00011
)까지 궤도 전파를 수행한다(S110,S210,S310). 이때의 궤도 전파는 수치적분을 이용한 코웰(Cowell) 방법의 고정밀 궤도 전파기를 통해 예측된 두 번째 시점(
Figure 112018053995789-pat00012
)에서의 궤도요소(
Figure 112018053995789-pat00013
)에 따른 평균 장반경(
Figure 112018053995789-pat00014
) 및 위도인수(
Figure 112018053995789-pat00015
)와 대기항력(
Figure 112018053995789-pat00016
)을 계산한다. 여기서,
Figure 112018053995789-pat00017
는 항력계수, A는 단면적, m은 질량, ρ는 기밀도,
Figure 112018053995789-pat00018
는 속도벡터,
Figure 112018053995789-pat00019
는 속도벡터 크기이다.
상기 코웰(Cowell) 방법의 고정밀 궤도 전파기는 지구 중력장, 대기 영향, 태양과 달의 인력, 태양 복사압 등 인공우주물체에 영향을 주는 모든 섭동력을 고려하여 임의의 시각에서의 인공우주물체의 위치와 속도를 얻는 알고리즘으로 이 분야에서 널리 알려진 기술이므로 자세한 설명은 생략하기로 한다.
다음에, 도 1과 같이 평균 장반경 비교 값, 도 2와 같이 위도인수 비교 값, 도 3과 같이 평균 장반경 비교 값 및 위도인수 비교 값 중 어느 하나의 비교 값의 오차가 수렴 값과 비교하여(S120,S220,S320) 최소가 되면 최적의 대기보정 비율 값(
Figure 112018053995789-pat00020
)으로 결정하고(S140,S240,S340), 그렇지 않을 경우 대기 보정 비율 값을 변화시키며(S130,S230,S330), 해당 과정을 반복한다. 즉, 첫 번째 시점(
Figure 112018053995789-pat00021
)에서 두 번째 시점(
Figure 112018053995789-pat00022
)까지 대기보정 비율 값(
Figure 112018053995789-pat00023
)을 반영하여 예측된 평균 장반경(
Figure 112018053995789-pat00024
) 또는 위도인수(
Figure 112018053995789-pat00025
) 값과 초기 입력된 두 번째 시점(
Figure 112018053995789-pat00026
)의 평균 장반경(
Figure 112018053995789-pat00027
) 또는 위도인수(
Figure 112018053995789-pat00028
) 값을 비교하여, 그 오차가 수렴 값보다 작아질 때까지 대기 보정 비율 값을 변경하면서 최적의 대기 보정 비율 값(
Figure 112018053995789-pat00029
)을 찾는다. 여기서, 상기 수렴 값은 사용자가 임의로 정하는 위치 오차로 예를 들면 10-4km 등으로 정하는 값이다.
다음에, 최적화된 대기보정 비율 값(
Figure 112018053995789-pat00030
)을 적용하여, 두 번째 시점(
Figure 112018053995789-pat00031
)부터 재진입 시점까지 수치적분을 이용한 코웰 방법의 고정밀 궤도 전파기를 통해 궤도 예측을 수행하여 고도 100km 이내의 재진입 시점 및 지점 예측 정밀도를 향상시켜 통제 불가능한 인공우주물체의 대기권 재진입 시점 및 지점(위도, 경도, 고도)을 예측한다(S150,S250,S350).
이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.

Claims (3)

  1. 인공우주물체의 다른 두 시점의 접촉궤도요소 또는 평균궤도요소(TLE)를 입력하여 평균 장반경과 위도 인수를 계산하는 단계;
    상기 두 시점 중 첫 번째 시점의 궤도정보를 임의 상수인 초기 대기 보정 비율 값을 적용하여 두 번째 시점까지 수치적분을 이용한 코웰 방법의 고정밀 궤도 전파기를 통해 궤도 전파를 수행하여 예측된 두 번째 시점에서의 평균 장반경, 위도인수 및 대기항력을 계산하는 단계;
    상기 예측된 평균 장반경 또는 위도인수 값과 초기 입력된 두 번째 시점의 평균 장반경 또는 위도 인수 값을 비교하여 오차가 임의의 수렴 값보다 작아질 때까지 대기 보정 비율 값을 변경하면서 최적의 대기 보정 비율 값을 결정하는 단계; 및
    상기 최적화된 대기 보정 비율 값을 적용하여 두 번째 시점부터 재진입 시점까지 수치적분을 이용한 코웰 방법의 고정밀 궤도 전파기를 통해 궤도 예측을 수행하여 인공우주물체의 대기권 재진입 시점 및 지점을 예측하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 통제 불가능한 인공우주물체 재진입 예측 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 평균궤도요소(TLE)는 접촉궤도요소로 변환하여 TOD(True of Date)좌표계에서의 평균궤도를 계산하여 사용하는 것을 특징으로 하는 통제 불가능한 인공우주물체 재진입 예측 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 수렴 값은 사용자가 임의로 정하는 위치 오차인 것을 특징으로 하는 통제 불가능한 인공우주물체 재진입 예측 방법.
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