Acquisition of technology for space systems such as launch vehicle and satellite often requires large expenditure, and thus the optimal technology portfolio selection to minimize total cost spent throughout the time span of the project is an important task in the project definition phase of the systems engineering cycle. This paper introduces an optimal control based approach for the problem of determining technology investment plan of research and development (R&D) of a space system. A technology portfolio optimization model is proposed in this paper, which defines the dynamics of technology growth and dependency among the technologies. In this technology portfolio optimization model, optimal control theory was applied to find the optimal technology investment plan in which the control inputs are the amount of resource spent on different elements. For application of optimal control theory, the modified logistic function (S-curves) is used to represent growth of technologies in the system with regard to total resource spent for each element. Also, technology readiness level (TRL) is used to define growth level of technologies and TRL degradation problem is considered for the dynamics modeling of technology growth. As result, several case studies to optimize the expenditure planning of long-term projects that include two technologies with various dependency structures were solved using the proposed approach to demonstrate its validity. In addition, optimal technology investment plan from proposed optimization model is compared with typical investment plan for development of space system such as uniform distribution and beta distribution plan to verify its effectiveness in cost reduction.
발사체와 위성과 같은 우주시스템은 개발에 많은 비용이 소요되는 거대, 복잡 시스템이기 때문에 주어진 시간 안에 목표한 성능으로 시스템을 개발하기 위한 기술포트폴리오 최적화 과정이 필요하다. 그러므로 본 논문에서는 우주시스템의 기술개발에 최소한의 비용이 투자되도록 최적 제어 기법을 바탕으로 한 기술 투자 계획 최적화 모델을 제안하였다. 먼저 연간 각 요소기술에 투입되는 비용이 기술의 발전에 어떠한 영향을 주는지를 기술 성장 모형 (Technical Growth Curve, S-curve)을 이용하여 모델링하고, 시스템에 포함되는 기술 간의 종속성을 고려하여 각 기술의 성장 다이나믹스를 수식화하였다. 이때, 기술의 성장수준은 기술성숙도 (Technology Readiness Level, TRL)로 표현하였다. 시스템에 포함되는 기술의 성장 다이나믹스를 최적 제어 문제에 적용하여 각 기술에 투자되는 비용을 제어변수로 하는 동적 기술포트폴리오 최적화 모델을 구성하였다. 그리고 연간 전체 시스템 개발에 투입할 수 있는 예산의 제한조건이 있고, 개발목표가 개발완료 시점과 각 기술에 대한 목표된 TRL로 주어진다는 가정 하에 기술포트폴리오 최적화 결과를 얻었다. 각 요소기술의 의존성에 따른 3가지 경우에 대해 기술포트폴리오 최적화 모델을 적용하여 기술 투자 최적화 결과를 도출하였으며, 이를 통해 본 논문에서 제안한 기술포트폴리오 최적화 모델이 실제 기술 투자 계획에 적용될 수 있음을 보였다. 그리고 기존의 우주시스템 개발 투자계획에 해당하는 연간 일정한 예산을 투입하는 전략과 예산의 분포가 베타분포를 따르는 전략의 결과와 본 논문에서 제안된 기술포트폴리오 최적화 결과를 비교하여 본 논문에서 제안한 모델이 실제 기술개발비용 절감효과가 있다는 것을 검증하였다.
