고래 최적화 알고리즘을 이용한 랑데부 궤도 최적화 (Optimization of Rendezvous Orbit Using Whale Optimization Algorithm)

서지정보

· 발행기관 : 한국항공우주학회
· 수록지 정보 : 한국항공우주학회지 / 51권 / 1호 / 67 ~ 74페이지
· 저자명 : 심은송, 김해동, 이선호

초록

랑데부 궤도 최적화는 랑데부 임무에서 우주비행체의 연료 소모를 최소화하기 위해 필수적으로 수행되어야 한다. 하지만, 높은 비선형성과 비연속성을 가지는 랑데부 궤도방정식으로 인해 최적 해를 찾기 위해선 높은 성능의 최적화 알고리즘이 필요하다. 본 논문에서는 고래 최적화 알고리즘을 이용한 서로 다른 궤도상에 있는 두 우주비행체의 랑데부 최적화 방법을 제안한다. 원 궤도나 공면 궤도와 같은 제한된 궤도가 아닌 일반적인 궤도에도 적용할 수 있도록 범용 변수를 도입하여 케플러 문제와 램버트 문제를 정리한다. 고래 최적화 알고리즘을 이용하여 얻는 이점을 검증하기 위해 랑데부 수치 시뮬레이션을 수행하며, 시뮬레이션 결과를 유전 알고리즘과 입자 군집 최적화를 이용해 얻은 결과와 비교 분석한다. 비교 결과, 랑데부 최적화 문제에서 고래 최적화 알고리즘이 효과적으로 전역 해를 찾음을 확인하였으며, 이는 본 논문에서 제안한 방법이 랑데부 임무에서 우주비행체의 연료 최소화 문제에 매우 효과적임을 보여준다.

영어초록

Optimization of rendezvous orbit must be performed to minimize fuel consumption of spacecrafts during a rendezvous mission. However, due to the non-linearity and discontinuity of rendezvous equations, a optimization algorithm which has high performance is needed to find a globally optimal solution. In this paper, we propose the optimization method of rendezvous orbit using the whale optimization algorithm(WOA). We introduce universal variable to consider general orbits rather than constrained orbits such as circular orbit and coplanar orbit. Then, we solve Kepler’s problem and Lambert’s problem by using the universal variable. Finally, numerical simulation is performed to verify the improvement obtained by using WOA and we compare the result of the WOA with the result of genetic algorithm(GA) and particle swarm optimization(PSO). As a result, we have confirmed that our optimization method effectively obtains a globally optimal solution in rendezvous problem.

참고자료

· 없음