본 연구에서는 큐브위성 기반 화성 착륙선의 대기 진입 시 감속 및 안정화를 위한 초음속 낙하산의 형상별 성능을 평가하기 위해, 유체–구조 연성(Fluid–Structure Interaction, FSI) 해석을 수행하였다. 분석 대상은 평면형, 타원형, 반구형 캐노피로 정의하였으며, 5개(3a=nb, n=0-4)의 형상에 대해 화성 대기의 특수한 환경 조건과 12U급 페이로드 하중을 고려한 수치 해석을 진행하였다. 해석에는 Arbitrary Lagrangian–Eulerian (ALE) 기법을 적용하여 낙하산 구조와 주변 유동장 간의 상호작용을 정밀하게 모사하였다. 이를 통해 전개 과정에서 발생하는 유동 불안정, 캐노피 표면의 응력 집중, 그리고 낙하산 전체의 변형 특성을 파악하였다.

분석 과정에서는 캐노피에 작용하는 응력 분포, 낙하산별 전개 양상 등을 단계별로 추적하였으며, 시간에 따른 항력 계수(Cd) 변화를 계산하여 감속 성능의 안정성을 비교하였다. 또한 유체의 압력, 속도장을 관찰하고, 이를 바탕으로 각 캐노피 형상 주변에 나타나는 유동 특징을 분석하였다.

해석 결과, 하강 및 감속 과정에서 다섯 가지 낙하산 형상은 평가 항목별로 일정한 경향성을 나타냈다. 항력 계수는 3a=0b 형상에서 가장 크게 증가하였으나, 캐노피 평면 응력 집중은 3a=4b 형상에서 높이가 증가할수록 완화되는 양상을 보였다. 또한 캐노피 높이가 커질수록 질량이 약 5–10 kg 증가하여 미션의 자유도를 일부 제한하지만, 동시에 밴드에 의존하지 않고도 안정적인 감속 성능을 발휘하는 장점을 확인할 수 있었다. 분석 대상 형상의 초기 유동 패턴은 유사하나 캐노피 깊이에 따라 충격파 박리 시점과 후류 구조가 달라지는 경향을 보였다. 이러한 종합적인 평가를 통해, 12U 페이로드의 감속 임무에서 가장 유리한 형상을 정의하였다.

본 연구는 큐브위성 기반 소형 화성 착륙선의 낙하산 설계 과정에서 형상 선택을 위한 평가 지표를 제시하고 적용하였다는 점에서 의의가 있으며, 향후 실험적 검증 및 형상 최적화 연구의 기초 자료로 활용될 수 있을 것이다.