In this study, a framework to evaluate system-level’s various architectures and to obtain the optimal design solutions for lunar rover system is developed to implement the concept of a given lunar exploration mission in the early development phase. The rover system architecture is evaluated using a trade-off problem formulation with evaluation indicators such as rover exploration range for scientific information metrics and rover mass for cost metrics, which is presented by Pareto front which is the optimal solution set for rover’s power system and locomotion system design variables. Moreover, a lunar environment model, a rover subsystem model, and a rover operating schedule model are developed in the framework for lunar rover design optimization as mission parameters which include mission duration, landing sites, mission exploration terrain, and scientific payloads. The lunar environment modeling is conducted for thermal condition of lunar surface, lunar topographic environment, the incidence angle of solar flux, etc. The rover subsystem modeling is conducted for several subsystems with multi-discipline to obtain quantitative evaluation metrics as system architecture and design variables for principal subsystems. In the proposed top-level rover operating scenario, the rover operation schedule model during the rover's mission duration is created considering lunar environment and rover resources for electric power status and mobility performance. The operating schedule and rover system models estimate the evaluation metrics such as rover's exploration range and mass budget for trade-off study. Using these quantitative data, trade-off studies are conducted in various mission conditions, and parametric analysis is also conducted to implement the baseline design of the lunar exploration rover.
본 연구는 초기개발단계에서 달 탐사 로버의 임무개념 구현을 위한 로버의 시스템 레벨에서 다양한 아키텍처의 평가와 로버 시스템의 최적 설계해를 도출하기 위한 프레임워크 개발에 대한 것이다. 과학정보 지표에 대한 로버의 탐사거리와 비용지표에 대한 로버의 중량과 같은 상충되는 트레이드오프 문제로 구성하여 로버 시스템 아키텍처는 평가되는데, 이것은 로버의 전력시스템과 주행시스템에 대한 최적해의 집합인 파레토 프런트로 표현된다. 이와 더불어 임무기간, 착륙지, 탐사지형, 탑재체에 대한 임무 파라미터에 따라 달 환경, 로버 시스템, 로버 운영 스케줄 모델이 개발되었다. 달 환경에서는 달 표면의 열 조건, 달 지표환경, 태양광의 입사각에 대한 모델들이 개발되었고, 로버 시스템 모델링은 주요 서브시스템에 대한 시스템 아키텍처와 설계 변수에 따른 정량적인 평가지표를 도출하기 위한 다양한 학제를 가지는 서브시스템에 대해 수행된다. 제안된 상위수준의 로버 운영 시나리오상에서 달 환경과 로버의 전력상태와 주행성능과 같은 로버의 자원을 고려하여 임무기간 동안의 로버의 운영 스케줄 모델이 개발되고 이러한 운영 스케줄과 개발된 로버 시스템 모델은 트레이오프 연구를 위한 로버의 탐사거리와 로버의 중량과 평가지표를 추정한다. 이러한 정량적인 데이터를 이용하여 달 탐사 로버의 베이스라인 설계를 구현하기 위한 다양한 임무 조건에서의 트레이드 오프 연구와 파마메트릭 분석이 수행된다.
