Space logistics delivering crews, propellants, and other commodities in interplanetary space, is essential for the success of long-term deep space missions. Optimization of mission architecture design is required to minimize the cost and risk of space logistics. A framework for mission architecture design of space logistics is proposed in this thesis, composed of three steps - design of system elements, plan of operation, management of risk. First, functional requirements of modules are set using modular design approach, which increases the flexibility of the system. In the next step, operation plan minimizing the initial mass in low Earth orbit is obtained as a solution of time-expanded network flow problem. Based on the operation plan, design modification of modules are suggested to improve the efficiency of the mission. In the last step, failure scenario tree, contingency plans, and indices for risk assessment are obtained. This framework assists decision making of mission architecture design of the space logistics by integration of design, operation, and risk. A case study on hypothetical long-term Mars mission was conducted to show the efficacy of the proposed framework.
우주 임무에 필요한 물자를 배송하는 우주 물류는 장기 심우주 임무의 성공을 위한 필수 요소이다. 우주 물류의 비용과 위험을 경감시키기 위해서는 시스템 구축의 초기 단계에서 임무 설계의 최적화가 필요하다. 본 연구에서는 제안하는 우주 물류의 최적 임무 설계 프레임워크는 시스템 요소 설계, 운영 계획, 위험 분석의 세 단계로 구성된다. 시스템 요소 설계 단계에서는 모듈화 설계를 적용하여 다양한 하부 임무에 유연하게 사용될 수 있도록 시스템 요소들의 설계 요구 조건을 설정한다. 운영 계획 단계에서는 우주 물류 문제를 시간 확장 네트워크 문제로 정식화 하여, 주어진 수요 시나리오를 만족하면서 임무에 필요한 발사 중량을 최소화하는 모듈의 운영 계획을 얻는다. 이 때, 운영 계획의 분석에 기반하여 전체 임무의 효율성을 높일 수 있는 모듈의 설계 변경 방향을 제안한다. 위험 분석 단계에서는 시스템 요소와 운영 계획으로부터 임무의 위험도를 나타내는 지표들을 획득하고, 임무 실패의 시나리오와 비상계획을 통해 시나리오 트리를 작성한다. 본 프레임워크는 우주 물류의 임무 설계 초기 단계에서 설계와 운영 및 위험을 체계적으로 고려할 수 있도록 하며, 이를 기반으로 시스템 구축의 의사결정을 도울 수 있다. 프레임워크의 타당성 검증을 위해 가상의 장기 화성 탐사 임무에 대한 사례연구가 수행 되었다.
