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NASA의 우주 발사 시스템 달 로켓은 2 개의 강력한 고체 로켓 부스터와 4 개의 코어 스테이지 엔진에서 880 만 파운드의 추력으로 이륙합니다. 크레딧: 마이클 케인 / 지금 우주 비행 / 콜드라이프 사진
NASA의 거대한 우주 발사 시스템 달 로켓은 1972년 이후 처음으로 우주비행사들이 달로 돌아갈 수 있는 길을 마련하기 위해 25일간의 시험 비행을 통해 조종되지 않은 오리온 승무원 캡슐을 달 궤도로 보내 1972년 만에 마침내 플로리다에서 이륙했습니다.
케네디 우주 센터에서의 발사는 착륙선, 로버, 궤도선 및 달 탐사를 위한 준비 기지 역할을 할 미니 우주 정거장과 함께 달을 탐사하려는 미국 주도의 국제적 노력인 NASA의 아르테미스 프로그램의 첫 번째 주요 시험 비행이었습니다.
"오늘 밤 우리가 본 것은 A 플러스라고 말해야합니다."라고 NASA 관리자 빌 넬슨 (Bill Nelson) 은 첫 번째 SLS 달 로켓이 이륙 한 후 기자 회견에서 말했다. "시험 비행입니다. 여기까지 오는 데 오랜 시간이 걸렸습니다. 우리가 마지막으로 달에 있었던 것은 아폴로 17호였습니다."
진 서넌과 해리슨 슈미트가 다음 달 50년 전 아폴로 17호 임무로 달을 떠난 이후 인간은 달 표면을 걷지 않았습니다. NASA는 마지막 아폴로 달 임무를 취소한 다음 우주 왕복선이 된 재사용 가능한 우주선 개발에 집중했습니다. 이 기관의 인간 우주 비행 프로그램은 지난 20 년 동안 지구 저궤도를 비행하는 국제 우주 정거장을 중심으로 이루어졌습니다.
그러나 NASA는 강력한 우주 발사 시스템 로켓, 오리온 우주선, 그리고 게이트웨이라고 불리는 달 궤도의 전초 기지에 착륙선, 가압 서식지 및 요소를 공급하기 위한 일련의 상업적 파트너십 및 국제 협약을 사용하여 인류의 달 귀환을 준비하고 있습니다.
수요일에 발사 된 아르테미스 1 임무는 SLS 달 로켓과 오리온 캡슐의 종단 간 테스트로, 달로 5 일간의 아웃 바운드 여행을 시작했습니다. 다음 주, 오리온 우주선은 테스트와 점검을 위해 달 주위를 도는 궤도를 돌고 12월 11일 태평양에서 스플래시다운을 위해 지구로 돌아올 것입니다.
넬슨은 "아직 갈 길이 멀다"고 말했다. "이것은 단지 시험 비행 일 뿐이며, 우리는 그것을 강조하고 인간 승무원이있는 로켓에는하지 않을 방식으로 테스트하고 있습니다. 그러나 그것이 우리 우주 비행사가 탑승하여 달로 돌아갈 때를 위해 가능한 한 안전하고 신뢰할 수 있도록 만드는 것입니다."
아르테미스 1호 달 임무의 발사 단계는 오전 1시 47분 44초(GMT 0647:44)에 케네디 우주 센터의 패드 39B에서 천둥 같은 폭발과 함께 차질 없이 진행되는 것처럼 보였습니다.
한밤중의 발사는 수년간의 지연과 비용 초과를 따랐습니다. 로켓의 가장 최근 지연은 올해 초 연습 카운트다운과 발사 시도에서 발견된 기술적 문제로 인해 발생했습니다. NASA 엔지니어들은 9월 3일 발사 시도 중에 상당한 수소 누출을 감지한 후 허리케인 이안과 허리케인 니콜로 인해 임무 일정이 더 많이 지연되었습니다.
수요일 아침 날씨가 좋을 것으로 예상되면서 NASA는 SLS 달 로켓에 극저온 추진제를 싣고 2 시간의 발사 창까지 카운트 다운했습니다. 그러나 또 다른 수소 누출 서명으로 인해 기술자는 화요일 밤 늦게 로켓에 가연성 연료가 거의 가득 찬 상태에서 발사대로 돌아가 카운트다운을 진행할 수 있도록 볼트를 조여야 했습니다.
NASA 발사 책임자 찰리 블랙웰-톰슨은 케네디 우주 센터의 발사실에서 팀을 조사했습니다. 만장일치로 발사를 "시작"하는 소리를 들은 후, 그녀는 카운트다운 시계가 이륙할 때까지 마지막 10분을 똑딱거리기 위해 보류에서 다시 시작하도록 승인했습니다.
322피트(98미터) 높이의 SLS 달 로켓은 부피가 큰 주황색 코어 스테이지의 양쪽에 장착된 4개의 수소 연료 RS-25 엔진과 2개의 원통형 고체 로켓 부스터(우주 왕복선 프로그램의 잔해)의 점화와 함께 포효했습니다.
NASA의 아르테미스 1호 달 로켓이 케네디 우주 센터에서 이륙합니다. 크레딧: 마이클 케인 / 지금 우주 비행 / 콜드라이프 사진
NASA는 거의 10년 동안 셔틀 시대의 주 엔진을 보관하고 새 컴퓨터를 장착했으며 SLS 달 로켓의 더 높은 스로틀 설정에서 발사되도록 액체 연료 동력 장치를 인증했습니다. 고체 연료 모터는 셔틀의 4개 섹션 대신 5개 세그먼트로 연장되어 추가 부스트를 제공했습니다.
SLS 로켓은 최대 출력으로 880만 파운드의 추력을 생성했으며, 이는 1960년대 아폴로 프로그램을 위해 설계된 NASA의 새턴 5호 달 로켓보다 많습니다. 1969년부터 1972년까지 네 번의 시험 비행에서 모두 실패한 소련의 N1 달 로켓만이 이륙 시 더 많은 전력을 생산했습니다.
이제 냉전 시대 미국-소련 우주 경쟁 이후 처음으로 NASA의 우주 발사 시스템과 SpaceX가 민간 개발한 슈퍼 헤비 및 스타십 발사기와 함께 곧 두 개의 메가 로켓이 서비스에 들어갈 준비가 되었습니다. 회수 및 재사용을 위해 설계된 슈퍼 헤비 부스터는 33개의 메탄 연료 랩터 엔진이 모두 발사되어 NASA의 SLS 달 로켓의 거의 두 배의 추력을 생성합니다.
SpaceX는 앞으로 몇 달 안에 텍사스에서 저고도 지구 궤도로 첫 번째 슈퍼 헤비/스타십 시험 발사를 준비하고 있지만 회사는 비행 일정을 확정하지 않았습니다.
NASA의 SLS 달 로켓은 일회용 디자인입니다. 따라서 SpaceX의 Starship보다 훨씬 비싸지 만 SLS 설계를 통해 승무원과화물을 달 근처까지 한 번에 운반 할 수 있습니다. 스타쉽은 달에 도달하기 위해 궤도 내 급유가 필요합니다.
수요일의 눈부신 데뷔 발사를 위해 아르테미스 1 로켓은 케네디 우주 센터에서 대서양 위로 동쪽으로 방향을 틀었습니다. 노스롭 그루먼이 제작한 두 개의 고체 로켓 부스터는 불에 타서 바다로 기항하기 위해 비행 약 2분 만에 버려졌습니다.
로켓의 보잉이 만든 코어 스테이지는 4개의 에어로제트 로켓다인 RS-25 엔진을 계속 연소시켜 8분 동안 자체적으로 200만 파운드의 추력을 방출했습니다. 엔진은 27.6피트(8.4미터) 너비의 코어 스테이지 탱크에서 700,000갤런 이상의 초저온 액체 수소 및 액체 산소 추진제를 쏟아냈습니다.
주 엔진은 로켓을 궤도 속도에 가깝게 가속 한 다음 핵심 단계는 United Launch Alliance에서 생산 한 요소 인 우주 발사 시스템의 상부에서 분리되었습니다. ULA가 제작한 로켓 조각(임시 극저온 추진 단계라고 하며 델타 4-헤비 로켓의 설계를 기반으로 함)은 RL10 엔진을 두 번 발사했는데, 처음에는 오리온 우주선을 안정적인 지구 저궤도에 배치한 다음 캡슐을 달로 보냅니다.
TLI (Trans-Lunar Injection)라고 불리는 발사 시퀀스의 마지막 엔진 연소는 차량을 지구에 대한 22,500mph (시속 36,300km) 이상의 속도로 가속하고 오리온 우주선을 11 월 21 일 월요일 달에 도달하는 항로에 놓았습니다.
1963년부터 500개 이상의 RL10 엔진이 아틀라스, 델타 및 타이탄 로켓으로 비행했지만 아르테미스 1호 발사에서 RL10의 달 횡단 주입 연소는 유서 깊은 엔진 유형 중 우주에서 가장 긴 발사였습니다.
오리온 캡슐은 임무 시작 거의 2시간 만에 우주 발사 시스템의 상부 단계에서 분리되었습니다. 그 시점에서 더 이상 발사 중단 타워와 에어로쉘이 없는 달에 있는 우주선의 질량은 약 57,000파운드(약 26미터톤)였으며, 이는 이륙 시 SLS 달 로켓의 총 중량 575만 파운드의 약 1%입니다.
NASA의 아르테미스 1호 임무 관리자인 마이크 사라핀(Mike Sarafin)은 달 로켓이 오리온 우주선을 "데드온" 궤도로 인도했다고 말했습니다. 사라핀은 "우리는 오늘 많은 위험을 감수했지만 우리 앞에는 많은 임무가 있다"고 말했다.
오리온 우주선이 달까지 왕복 비행에서 비슷한 성공을 거두면 NASA는 다음 아르테미스 임무에서 2024 년 하반기에 4 명의 우주 비행사 승무원을 달 주위로 비행하는 것을 목표로합니다.
그 후 10년 말에 달의 남극 근처에 인간이 착륙할 것이며, 아르테미스 프로그램에 대한 NASA의 계획이 실현되면 우주 탐사의 새로운 시대를 열 일련의 유인 및 로봇 달 과학 임무가 있을 것입니다. NASA의 장기 목표는 화성에 인간을 착륙시키는 것이지만 달 임무가 우선입니다.
아르테미스는 그리스 신화에 나오는 아폴로의 쌍둥이 자매입니다. 아르테미스 프로그램의 주요 목표 중 하나는 달 표면에 최초의 여성과 최초의 유색인종을 착륙시키는 것입니다.
첫 번째 아르테미스 시험 비행은 NASA의 오리온 우주선이 거의 시속 25,000마일로 지구 대기권을 통해 다시 타오르기 전에 달의 먼 쪽을 넘어 40,000마일 이상을 여행할 때 기능을 검증할 것입니다.
발사 후 약 8 시간 후, 오리온 우주선은 처음으로 주 엔진에 불을 붙였습니다. 짧은 시험 발사를 통해 우주 왕복선 프로그램에서 남은 또 다른 엔진인 엔진이 나중에 아르테미스 1호 임무에서 일련의 치명적인 화상을 입을 준비가 되었음을 확인했습니다.
오리온 서비스 모듈은 유럽 우주국이 자금을 지원하고 에어버스가 제작했으며, 오리온의 방향을 제어하고 발사 후 항로를 조정하기 위해 33개의 엔진과 추진기를 갖추고 있습니다. 서비스 모듈의 주 엔진은 1984년부터 2002년까지 19번의 임무를 수행한 개조된 우주 왕복선 궤도 기동 시스템 엔진인 미국 부품입니다.
오리온 캡슐은 11월 21일 기동 엔진 발사로 달 표면 위로 약 80마일(130km)을 선회하는 코스에 있습니다. 발사 후 5 일 후에 출국 비행은 오리온 우주선을 달에서 평균 43,000 마일 (70,000km) 이상 떨어진 먼 역행 궤도로 안내합니다. 지구에서 그 거리에서 우주선은 태양과 우주 방사선으로부터 행성을 보호하는 자기장 밖으로 날아갈 것입니다.
Artemis 1은 또한 과학 및 기술 시연 임무를 수행하기 위해 배치 가능한 하위 위성 또는 CubeSats를 포함한 다양한 보조 페이로드를 운반합니다. 오리온 우주선 내부에도 실험과 탑재체가 있습니다. 승무원 모듈의 좌석에 묶인 3 개의 마네킹은 과학자들이 데이터를 수집하고 방사선으로부터 인체를 보호하기위한 새로운 우주 비행사 우주복과 조끼의 성능을 테스트하는 데 도움이됩니다.
휴스턴에 있는 NASA 존슨 우주 센터의 임무 관제사는 발사부터 스플래시다운까지 아르테미스 1호 비행을 감독하고 있습니다. 그들은 오리온 캡슐의 안내 및 항법, 추진 및 냉각 시스템, 컴퓨터, 소프트웨어 및 통신 장비를 행사할 것입니다. 오리온의 생명 유지 시스템과 조종석 승무원 디스플레이의 일부 요소는 Artemis 1 비행에 없습니다.
달 주위를 반 바퀴 돌고 난 후, 오리온 우주선은 지구로 돌아가는 길로 향하기 위해 달의 또 다른 근접 비행을 목표로 할 것입니다.
캡슐은 12월 11일 속도를 내기 위해 "재진입 건너뛰기" 기술을 사용하여 대기권으로 급락할 것입니다. 재진입 속도는 국제 우주 정거장으로 임무를 마치고 돌아오는 우주선보다 약 30% 빠릅니다. 25일의 임무 기간은 독립형 임무를 수행하는 오리온 우주선의 설계 수명인 21일을 초과합니다. 오리온 우주선은 우주 정거장에 도킹하면 우주에서 최대 6 개월을 보낼 수 있습니다.
SLS 달 로켓과 오리온 우주선에 비행이 입증된 하드웨어를 풍부하게 사용하고 지난 10년 동안 광범위한 지상 테스트를 수행했음에도 불구하고 아르테미스 1호 임무에는 여전히 알려지지 않은 것이 있었습니다. NASA는 오리온 우주선이 아르테미스 1 임무에서 분실 될 확률이 125 분의 1이라고 평가했습니다. 그것은 기관이 인간과 함께 임무를 수행하는 것보다 더 많은 위험입니다.
아르테미스 2호 임무에서 우주 발사 시스템은 처음에 오리온 승무원 캡슐을 지구 주위의 궤도에 배치하여 우주 비행사가 체크아웃을 수행하고 우주선의 랑데부 및 도킹 시스템을 테스트한 다음 오리온의 서비스 모듈 엔진을 발사하여 백만 마일 떨어진 달로 날아갑니다.
아르테미스 2호 임무는 달 주위를 도는 "하이브리드 자유 귀환 궤적"을 따를 것입니다. 오리온 승무원 캡슐은 달 주위의 궤도에 진입하지 않고 대신 먼 쪽을 돌고 태평양에서 스플래시다운을 위해 지구로 직접 돌아갑니다.
오리온 우주선은 달의 먼 쪽을 넘어 4,600 마일 (7,400km) 떨어진 곳까지 호를 그리며 인간이 우주로 여행 한 것보다 더 멀리 나아갈 것입니다.
아르테미스 2호 임무는 약 10일 동안 지속되어 NASA가 달 주위 궤도에 건설할 계획인 미니 우주 스테이톤인 게이트웨이로의 향후 착륙 탐험과 장기 비행을 위한 길을 닦을 것입니다.
아르테미스 프로그램의 첫 번째 달 착륙 시도는 2025년 이전에 예정된 아르테미스 3 임무를 위해 계획되었으며, 스페이스X가 텍사스 남부에서 개발 중인 스타십 차량의 파생 차량입니다. 오리온 우주선은 달 근처의 스타쉽 착륙선과 도킹하여 지구에서 우주 비행사를 태우고 승무원을 달 남극으로 데려갑니다. 스타쉽은 달에서 우주로 다시 올라가 오리온과 연결되어 우주 비행사를 지구로 데려올 것입니다.
아르테미스 1호 임무 프로필은 오리온 우주선을 달 표면에서 평균 43,000마일(70,000km) 떨어진 달 주위의 먼 역행 궤도로 운반할 것입니다. 오리온 우주선은 임무가 끝나면 태평양에서 스플래시 다운을 위해 지구로 돌아올 것입니다. 크레딧: NASA
미래의 아르테미스 임무는 상업적으로 개발된 달 착륙선을 활용하여 우주 비행사를 달 표면으로 수송할 것입니다. NASA는 아르테미스 4호 임무에서 SLS 달 로켓을 위한 더 강력한 상부 단계를 선보일 계획이며, 달 궤도에서 게이트웨이 스테이션을 조립하고 더 무거운 화물을 달로 운반할 수 있습니다.
그러나 아르테미스 1호는 NASA가 아르테미스 2호를 진행하기 전에 임무를 완수해야 합니다.
"열 차폐, 시스템의 스트레스, SLS의 전달 및 성능, 차량 복구는 모두 Artemis 2에 대해 이야기하기 전에해야 할 중요한 일입니다."라고 Artemis 프로그램을 관리하는 NASA 부서 인 NASA의 탐사 시스템 개발 부 관리자 인 Jim Free는 말했습니다. "우리가 그것들을 모두 얻지 못한다면, 우리는 아르테미스 2에 승무원을 배치하기 전에 남아있는 위험에 대해 논의 할 것입니다."
미국 50개 주와 유럽 10개국의 공급업체와 근로자는 오바마 행정부 초기에 NASA의 인간 우주 탐사 계획을 개편하는 데 뿌리를 둔 아르테미스 프로그램에 기여합니다. 2010 년 오바마 백악관은 SLS와 다른 발사 시스템으로 오리온 우주선 개발을 시작한 별자리 달 프로그램을 취소했습니다.
오바마 대통령이 NASA에 국제 우주 정거장을 오가는 우주 비행사를 수송하기 위한 상업용 인간 등급 캡슐 개발에 집중하도록 명령하여 SpaceX와 보잉을 계약자로 하는 상업용 승무원 프로그램을 시작했지만 의회는 오바마 행정부와 NASA에 우주 발사 시스템이라는 거대한 정부 관리 로켓 프로그램에 대한 작업을 가속화하도록 지시했습니다.
오바마 행정부는 NASA가 소행성에 대한 승무원 임무를 위해 SLS 로켓과 오리온 우주선을 사용할 것을 제안하여 궁극적으로 화성으로의 인간 비행을 위한 기술을 입증했습니다. 트럼프 대통령 하에서 이 노력은 달을 목표로 재지정되었고 2024년 말까지 달 남극에 우주비행사를 착륙시키는 것을 목표로 그리스 신화에 나오는 아폴로의 쌍둥이 자매인 아르테미스 프로그램으로 이름이 변경되었습니다.
NASA는 2024년 기한을 포기했으며 2025년 인간 달 착륙 일정은 의심스럽습니다. 그러나 바이든 대통령은 아르테미스 프로그램을 계속 유지했으며 NASA는 작년에 SpaceX를 선택하여 50 년 만에 최초의 인간 등급 달 착륙선을 건설했습니다.
NASA에 따르면 아르테미스 프로그램의 궁극적 인 목표는 화성으로의 궁극적 인 인간 탐사를위한 기술 및 실습을 테스트하는 것입니다.
그러나 아르테미스 임무에는 막대한 가격표가 붙어 있으며 SLS 달 로켓의 첫 비행은 수요일 NASA 관리들이 원래 예측했던 것보다 5년 늦게 발생했습니다.
NASA의 감찰관은 처음 네 번의 아르테미스 임무에 각각 41억 달러의 비용이 들 것이라고 보고했습니다. SLS 달 로켓은 원래 여러 발사를 위해 설계된 엔진과 부스터에도 불구하고 재사용되지 않습니다. NASA와 록히드 마틴은 결국 오리온 승무원 모듈을 개조하고 재사용 할 계획입니다.
이 기관은 또한 NASA가 SLS 달 로켓, 오리온 우주선, 지상 시스템, 인간 등급 달 착륙선 및 게이트웨이 스테이션에 대한 비용을 포함하여 2025년 말까지 아르테미스 달 프로그램에 930억 달러를 지출할 것으로 예상했습니다.
'모니킨 캄포스'라고 불리는 아르테미스 1호 임무의 마네킹 3개 중 하나가 8월 3일 사진에서 오리온 승무원 모듈 내부에 표시됩니다. 크레딧: NASA/프랭크 미쇼
지금까지 NASA는 우주 발사 시스템, 오리온 우주선을 개발하고 차세대 달 프로그램을 위해 케네디 우주 센터에서 지상 시스템을 준비하는 데 480억 달러 이상을 지출했습니다.
NASA는 2012년부터 지난 회계연도 9월 30일까지 오리온 우주선을 개발하기 위해 142억 달러를 투입했으며, 컨스텔레이션 프로그램에 따라 이전 10년 동안 이 프로그램에 63억 달러를 추가로 투입했습니다.
NASA는 2012년부터 2022 회계연도 말까지 SLS 프로그램에 224억 달러의 예산을 책정했습니다. 같은 기간에 또 다른 54억 달러는 SLS 및 오리온 임무를 위한 케네디 우주 센터의 지상 기반 시설을 준비하는 데 사용되었습니다.
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