레이저 에너지를 이용한 지구충돌천체의 궤도변경 최적화 = Optimal deflection of earth-crossing objects using laser energy

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

The Earth life is exposed to the hazardous space collision like the Shoemaker-Levy 9 comet with Jupiter in July 1994 or the Chicxulub Crater brought about the Earth mass extinction. In this study, a impulsive and a continuous optimization problem are formulated to calculate the optimal impulses and the optimal lasing energies for deflecting Earth-Crossing Objects(ECOs). The direct shooting method for impulsive optimization and Hermite-Simpson''s scheme for continuous optimization are used to adopt a nonlinear programing. Those optimal impulses and lasing energies are provided to change the ECO''s velocity for avoiding impact to the Earth. The nonlinear constraints of the optimization problem are based on the three-dimensional patched conic approximation including the Earth''s gravitational effects. The optimal deflection of ECOs is estimated for various deflecting scenarios. The analysis performed in present paper can be practically applied to deflection missions by using spacecraft with limited power.

국문 초록 (Abstract)

슈메이커-레비 혜성의 목성 충돌이나 칙슐럽 운석구에서 보이듯이 지구충돌천체의 지구충돌은 지구생명체에 심각한 재난을 준다. 본 논문은 최소한의 순간적인 속도변화 및 연속적인 속도변화를 주어 지구충돌천체 궤도변경을 수행하였다. 지구 작용권구에서는 지구중력장의 효과를 적용하여 지구충돌천체의 최적 궤도변경을 설계하였다. 순간적인 속도변화 및 연속적인 속도변화에 의한 지구충돌천체 궤도변경은 각각 직접법과 병치법에 의한 비선형 계획법을 구성하여 최적화하였다. 순간적인 속도변화에 의한 궤도변경으로부터 순간추력시간에 대한 최적 속도변화 및 최적 에너지차이를 계산하였다. 연속적인 레이저 에너지에 의한 궤도변경을 통해 최적의 레이저조사기간을 산출하였다. 더불어 순간적인 속도변화에 의한 궤도변경의 일반적인 특성과 레이저 에너지에 의한 궤도변경의 연관관계를 분석하였다. 이로부터 지구충돌천체 궤도변경에 있어서 지구충돌천체의 크기별 충돌경고거리에 따른 다양한 대응전략을 논의하였다. 본 연구는 지구충돌천체의 위협에 대응하는 우주임무 설계에 유용한 정보를 줄 것이다.