Using technologies that are based on space missions became an essential part of our lives. Space systems provide a lot of services to us in many different applications. To maximize the benefit of space missions and launch more missions, we need the link between the Earth and space, which is provided by a launch vehicle. The demand for launch vehicles has been continuously increasing, and many players are competing in the global launch service market.
This study explores a framework for conceptual design/optimization of a small satellite launch vehicle. The needs analysis and justifications for a national launch vehicle research and development (R&D) program are conducted, reflecting various perspectives (e.g., development options – private-led versus government-led, attracting talents, job creation, market creation, technology spill-over). Requirement definition and subsystem analysis have been conducted following a systems engineering process, and the launch site option has been explored.
A conceptual design/optimization procedure for a launch vehicle considering practical issues (e.g., thrust to weight ratio of an engine, initial acceleration of each stage) is developed by integrating the optimal staging and the trajectory optimization modules. A case study on the development of a launch vehicle for the United Arab Emirates demonstrated the effectiveness of the developed procedure.
우주 임무 기반의 기술은 우리 삶의 필수적인 부분이 되었고, 우주 시스템은 우리에게 다양한 서비스를 제공한다. 우주 임무의 이점을 극대화하고 더 많은 임무를 수행하기 위해서, 우리는 지구와 우주 사이의 연결고리인 발사체가 필요하다. 최근 발사 서비스 수요는 지속적으로 증가하고 있고, 글로벌 발사 서비스 시장에서 많은 경쟁자들이 경쟁에 참여하고 있다.
본 연구는 다양한 실용적인 이슈들을 고려한 소형 발사체의 개념 설계/최적화 절차를 다룬다. 국가 발사체 연구개발(R&D) 프로그램에 대한 필요성 및 정당성을 다양한 관점(예: 민간 주도 대 정부 주도, 인재 유치, 일자리 창출, 시장 창출, 기술 유출)에서 분석하였다. 시스템 엔지니어링 절차에 따른 요구조건 도출과 서브시스템 (예: 단 설계, 추진, 구조, 공기역학) 분석이 수행되었고, 발사장 조건에 대한 분석 또한 이루어졌다.
엔진 추력 대 중량비, 단 별 초기 가속도, 엔진을 제외한 구조비 등의 실용적인 제약 조건을 포함한 발사 시스템의 개념 설계/최적화를 위한 통합적 설계/최적화 (단 설계와 궤적 설계의 통합) 절차를 제안하였다. 아랍에미레이트의 소형 발사체 개발과 관련한 사례 연구를 통하여 제안한 절차의 유효성을 보일 수 있었다.
