Capture Simulations of Space Debris Using Space Harpoons with Various Tips

본 연구에서는 우주 작살을 이용한 우주 쓰레기 포획 시뮬레이션 연구를 수행하였다. 다양한 촉 형상의 우주 작살과 얇은 알루미늄 평판의 우주 쓰레기의 포획 시뮬레이션을 상용 하이드로 코드인 LS-DYNA를 이용하여 수행하였다. 강철의 둥근 촉 및 원기둥 촉 형상의 우주 작살을 유한요소법(FEM)으로 모델링하였다. 우주 쓰레기 구조의 모델링 기법에 따른 충돌 거동의 차이를 비교하고자, 우주 쓰레기의 직접 충돌영역을 유한요소법과 완화 입자 유동법(SPH)을 각각 사용하여 모델링하였으며, 우주 쓰레기의 간접 충돌영역은 모두 유한요소법으로 모델링하였다. 금속 재료의 비선형 거동을 구현하기 위하여 Mie-Grüneisen의 상태 방정식과 Johnson-Cook의 재료 모델을 사용하였다. 둥근 촉의 우주 작살의 관통 속도는 FEM과 SPH 모델에서 각각 41 및 35 m/s로 계산되었고, 원기둥 촉의 우주 작살의 관통 속도는 이보다 각각 11% 및 12%만큼 낮은 35 및 31 m/s로 얻어졌다. 관통 속도 측면에서는 관통 속도가 낮은 원기둥 촉이 우주 쓰레기 포획에 효율적이었으나, 충돌 과정에서 추가적인 우주 쓰레기가 발생하였다.