고래 최적화 알고리즘을 이용한 랑데부 궤도 최적화

Abstract

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.