행성간 임무 설계 및 분석은 우주 탐사의 핵심 기술로, 다양한 천체 간의 궤적을 설계하고 최적화하는 과정을 포함합니다. 본 연구실에서는 한국 최초의 달 탐사선인 KPLO(다누리) 임무를 비롯해, 태양-지구 라그랑주 포인트, 화성 등 다양한 행성간 임무의 궤적 설계와 분석을 수행해왔습니다. 이를 위해 고정밀 동역학 모델과 수치적분, 최적화 기법을 활용하여 발사체의 궤적, 연료 소모, 임무 성공 확률 등을 종합적으로 고려합니다. 특히, 실제 임무 경험을 바탕으로 한 지상 운용 시스템의 신뢰성과 효율성 향상 방안에 대한 연구도 활발히 이루어지고 있습니다. KPLO 임무에서 얻은 실전 데이터를 분석하여, 향후 행성 탐사 임무에 적용 가능한 비행 역학 시스템의 설계 및 운영 가이드라인을 제시하고 있습니다. 또한, 궤도 삽입, 중간 경로 수정, 궤적 보정 기동 등 실제 임무 수행에 필요한 다양한 시나리오에 대한 시뮬레이션과 사례 연구를 통해 실질적인 운용 기술을 축적하고 있습니다. 이러한 연구는 단순히 이론적 분석에 그치지 않고, 실제 임무에 적용 가능한 실용적 알고리즘과 소프트웨어 개발로 이어집니다. 예를 들어, CubeSat 임팩터의 달 표면 충돌 임무, 저추력기를 활용한 연료 최적 궤적 설계, 다체 운동방정식 기반의 궤적 보정 등 다양한 응용 연구를 통해 한국의 우주 탐사 역량을 한 단계 끌어올리고 있습니다.

우주비행체의 자세 유도 및 제어는 위성, 탐사선, CubeSat 등 다양한 우주체의 임무 성공을 좌우하는 핵심 기술입니다. 본 연구실에서는 반작용 휠, 자이로, 마그네틱 토커 등 다양한 구동 장치를 활용한 정밀 자세 제어 알고리즘을 개발하고 있습니다. 특히, 스핀-투-스핀 기동, 3축 최적 자세 제어, 저추력기 기반 궤적 수정 등 실제 우주 환경에서 발생할 수 있는 다양한 상황에 대응할 수 있는 폐루프 및 개루프 제어 기법을 연구합니다. 최근에는 단일 축 및 다축 자세 기동에 대한 폐쇄형 해(closed-form solution) 도출, 제어 모멘트 자이로(CMG)의 특이점 회피, 실시간 온보드 적용이 가능한 계산 효율적 알고리즘 개발 등 첨단 제어 이론을 실제 임무에 적용하는 연구가 활발히 이루어지고 있습니다. 또한, 지상국과의 통신을 위한 안테나 트래킹 프로파일 설계, 드론 군집 비행의 에너지 효율적 전환 알고리즘 등 다양한 응용 분야로 연구를 확장하고 있습니다. 이러한 연구 성과는 실제 위성 및 우주비행체의 임무 운용 소프트웨어에 직접 적용되고 있으며, 한화시스템, 한국항공우주연구원, 국방기술진흥연구소 등과의 협력 프로젝트를 통해 실질적인 산업적 파급 효과를 창출하고 있습니다. 더불어, 자세 제어와 궤적 설계의 융합 연구를 통해 자동 랑데부/도킹, 능동제어 위성 등 차세대 우주 임무의 핵심 기술을 선도하고 있습니다.

우주비행체의 자동 랑데부 및 도킹 기술은 미래 우주 임무에서 필수적인 요소로, 무인 우주선의 자율 운항, 우주정거장 보급, 우주 쓰레기 제거 등 다양한 응용 분야에 활용됩니다. 본 연구실에서는 궤도 상에서의 상대 위치 및 속도 추정, 충돌 회피, 최적 접근 경로 생성 등 랑데부 및 도킹에 필요한 유도제어 알고리즘을 개발하고 있습니다. 특히, 실제 임무 환경에서 발생할 수 있는 다양한 불확실성(센서 오차, 추진기 오작동 등)에 강인한 제어 기법을 연구하며, 실시간 시뮬레이션 및 하드웨어-인더-루프(HIL) 실험을 통해 알고리즘의 신뢰성을 검증합니다. 또한, CubeSat 등 소형 위성의 자동 도킹 임무, 우주물체 능동제어 위성 개발 등 국가 전략 프로젝트에 참여하여 실질적인 기술 이전과 산업화에 기여하고 있습니다. 이러한 연구는 단순한 궤적 생성에 그치지 않고, 실제 우주 환경에서의 운용 효율성, 안전성, 신뢰성까지 고려한 통합적 시스템 설계로 이어집니다. 향후 유인 및 무인 우주 임무의 자율화, 우주 인프라 구축, 심우주 탐사 등 다양한 미래 우주 산업의 핵심 기반 기술로 발전하고 있습니다.