This thesis introduces the study of re-entry and landing guidance of reusable launch vehicle using convex optimization. During the re-entry phase, the safety of launch vehicle and ground station is guaranteed by maximum dynamic pressure and heat rate impacted on the launch vehicle, and instantaneous impact point at the end of re-entry phase. Also, for the precise landing at the landing zone within allowable touchdown velocity, the engine throttling should be considered at the landing phase. The convex optimization is efficient and can predict the convergence time, It is widely used in aerospace engineering where real-time optimization is necessary. Although most optimization problem in aerospace engineering is non-linear optimization, it can be changed to the convex optimization using several convexification technique. Pseudo-spectral transcription and successive convexification algorithm will be adopted for the real-time guidance. In the results part, the numerical simulation using space x’s falcon 9 will be conducted and convergence and efficiency of convex optimization will be discussed.
본 학위논문에서는 컨벡스 최적화 기법을 이용한 재사용 발사체의 재진입 및 착륙 유도에 대해 소개한다. 재사용 발사체의 재진입 구간에서는 발사체에 작용하는 동압과 최대 가열율 및 재진입이 끝난 시점에서의 순간 낙하점 제약 조건을 고려하여 발사체 및 지상의 안전을 보장하며, 착륙 구간에서는 엔진 추력 조절을 고려하여 허용 속도 이내로 착륙 지점에 정확히 착륙하도록 한다. 컨벡스 최적화 기법은 효율적이고 수렴 시간을 어느정도 예측 가능하여 최근 실시간 최적화가 필요한 항공우주분야에서 널리 사용되고 있다. 대부분의 최적화 문제는 비선형 최적화이지만, 다양한 컨벡스화 기법을 이용하여 비선형 최적화 문제를 컨벡스 최적화 형태의 문제로 바꿀 수 있다. 유도 명령 생성의 실시간성 및 강건성, 최적성을 향상시키기 위해 pseudo-spectral 방법의 transcription과 successive convexification 알고리즘을 적용해 볼 것이다. 결론에서는 스페이스 엑스 사의 팔콘9 발사체의 제원을 이용하여 재사용 발사체의 재진입 및 착륙 유도에 관해 컨벡스 최적화 기법을 적용한 결과와 그 기법의 수렴성 및 효율성을 확인할 것이다.
