The recent growth of the space industry and the resulting increase in the number of space objects in the Earth orbit are leading to a direct increase in space risk, including reentry and conjunction. The risk posed by space objects directly or indirectly damages the public as well as satellite operators but is still an unfamiliar concept compared to other disasters. In order to expand awareness and effective communication, a study on risk evaluation methodology that considers the systemic risk characteristics of space object risk in needed.
This thesis proposes a systematic analysis procedure and risk assessment methodology for analyzing the risk of reentry and conjunction of space objects. The proposed procedure for reentry assessment comprises three phases encompassing the whole reentry stages of space objects. Mathematical models for assessing the impact risk of reentering space objects by utilizing the information available during different risk management phases and the recommended risk analysis results for effective communication are presented. The concept of the conditional casualty expectation is proposed as the metric representing the reentry risk, and the method to compute its profile is introduced. A case study on the risk management procedure with the dataset on an actual reentry event is conducted to demonstrate the efficacy of the proposed procedure. A single index for collision risk that comprehensively considers the geometry between objects, the uncertainty of information and the sustainability of the outer space environment is proposed. The methodologies for modeling and evaluating the contamination of the orbital environment by debris from the collision were analyzed, and case studies on the low Earth orbit objects were conducted.
최근 급격한 우주산업 성장과 이에 따른 궤도상 우주물체 수 증가는 재진입 및 충돌을 비롯한 우주위험의 직접적인 증가로 이어지고 있다. 우주물체로 인한 위험은 위성 운영자뿐만 아니라 대중에게 직간접적 피해를 주지만 여전히 다른 일상 재난에 비해 낯선 개념으로, 인식 확대 및 효과적인 정보전달을 위해 우주위험의 시스템적 리스크 특성을 고려한 위험도 평가 방법론 연구가 필요하다.
본 학위 논문에서는 우주물체의 재진입 및 충돌 위험 분석을 위한 체계적인 절차와 위험도 평가 방법론을 제시한다. 제안된 우주물체 재진입 위험 관리 절차는 재진입 전반을 세 단계로 나누어 위험을 평가하며 각 단계에서 활용가능한 정보를 바탕으로 위험도를 평가하는 수학적 모델과 위험 분석 결과를 제시한다. 재진입 위험을 나타내는 지표인 조건부 예상 사상자 수 개념을 제안하였으며 그 프로파일을 산출하는 방법을 소개한다. 제안된 재진입 위험도 분석 방법론의 검증을 위해 실제 재진입 사례를 이용한 사례연구가 수행되었다. 우주물체의 충돌위험 분석을 위한 기존의 방법론들을 분석하였고 이를 바탕으로 단일 충돌 위험 지수를 제안하였다. 제안된 충돌 위험 지수는 두 물체 간 기하, 정보의 불확실성, 우주 환경의 지속성을 종합적으로 고려하여 위험을 평가한다. 이와 함께 우주물체 간 충돌로 인한 궤도 환경 오염 평가를 위한 환경 모델링 기법들을 분석하였고 저궤도 우주물체의 진화 시뮬레이션을 통한 사례연구가 수행되었다.
