외기권 교전에서는 낮은 대기 밀도로 인해 공기역학적 제어가 거의 불가능하기 때문에 표적을 요격하기 위한 충분한 기동 가속도를 확보하기 어렵다. 이러한 문제를 해결하기 위해 DACS(Divert and Attitude Control System)와 같이 추력기를 통해 기동 가속도를 확보하는 방안이 연구, 개발되었다. DACS는 빠른 응답 속도를 통해 정밀 유도가 가능하다는 장점이 있다. 그러나 대기권과 외기권의 경계에 해당하는 고도 영역에서 운용에 제한이 있으며 고가의 복잡한 시스템이라는 단점이 있다. 이를 대체하기 위한 방안으로 추력 벡터 제어를 이용하는 방안이 대두되고 있다. 추력 벡터 제어를 이용하는 경우 주추력을 통해 충분한 기동 가속도를 얻을 수 있으며 추력의 방향을 조절하여 자세 제어를 수행할 수 있다. DACS에 비해 구동 시스템이 단순하고 추가적인 운동 에너지를 획득할 수 있어 Hit-to-kill에 유리하다는 장점이 있다. 또한 명중률의 측면에서 저가의 시스템을 다수 사용함으로써 높은 명중률을 기대할 수 있다. 그러나 추진제의 연소 시간으로 인해 기동 가능한 시간이 제한적이기 때문에 표적을 요격하기 위해 추력 벡터의 방향을 효율적으로 제어해야 한다.
본 논문에서는 이러한 점을 고려하여 외기권 호밍 단계에서 추력 벡터 제어를 사용하는 직격 요격체에 대한 최소 시간 유도 법칙을 제안한다. 요격체와 표적의 운동 모델을 기반으로 최소 시간 유도를 위한 최적화 문제를 정식화하고 최소 시간 유도를 위한 추력 벡터의 방향을 산출한다. 최적 제어 이론을 통해 산출된 해가 최적임을 증명하고 최소 시간 유도를 위한 추력 벡터의 특성을 통해 교전 기하 조건과 추력의 제원에 따른 요격 가능 영역을 산출한다. 다양한 교전 상황에 대한 3 자유도 시뮬레이션을 통해 제안한 최소 시간 유도 법칙의 성능을 확인하고 그 결과를 비선형 최적화, TPN(True Proportional Navigation)의 결과와 비교한다. 마지막으로 6 자유도 시뮬레이션을 통해 다양한 환경 요소를 고려하여 추력 벡터 제어를 이용한 직격 요격체의 호밍 유도를 위해 요구되는 특성에 대해 확인하고 최소 시간 유도 법칙의 성능을 분석한다.