스페이스 클럽 아틀라스 V, 은퇴를 앞두고 마지막 임무 수행

[발사대]

유나이티드 론치 얼라이언스(United Launch Alliance, ULA)는 아틀라스 V 로켓의 생산을 곧 마무리할 예정이며, 계약된 임무를 수행하기 위해 발사될 15개의 부스터 재고를 완성할 예정이다. ULA는 앞으로 벌컨 로켓에 초점을 맞추면서 아틀라스 V는 100회 이상의 성공적인 발사를 추가하며 고점을 향해 나아갈 것입니다.

마지막 Atlas V Common Core Booster는 곧 앨라배마주 디케이터에 있는 ULA(United Launch Alliance) 제조 공장에서 완성될 예정입니다. 최종 부스터는 테스트를 거친 후 최종 임무를 수행할 준비가 될 것입니다. ULA는 15개의 아틀라스 V 부스터 완성 재고를 보유하게 되며, 모두 이미 판매되어 임무에 배정된 상태입니다. 나머지 임무는 대부분 프로젝트 카이퍼(Project Kuiper)와 보잉(Boeing)의 스타라이너(Starliner)를 위해 아마존에 할당된다.

아틀라스 V는 2002년 8월 21일에 처음 비행했습니다. 그 후의 많은 임무는 미국 공군(USAF)을 위한 것이었습니다. 미 공군은 많은 Atlas V를 사용하여 기밀 및 비기밀 페이로드를 모두 발사하여 로켓의 작업 능력을 최대한 활용했습니다.

배경

Atlas V에 대한 요구 사항은 1994 EELV(Evolved Expendable Launch Vehicle) 발사 시스템 프로그램에 따라 만들어졌습니다. 이 프로그램은 미군을 위해 저렴하고 신뢰할 수 있는 차량을 개발할 것으로 예상되었으며, 미군은 점점 더 크고 복잡한 위성을 개발하고 있었습니다. EELV는 일반 페어링, 고체 로켓 부스터, 액체 연료 및 상부 스테이지를 사용하는 차량을 생산할 것으로 예상되었습니다. 30억 달러가 투입된 이 프로그램은 결국 보잉 델타 IV와 록히드 마틴 아틀라스 V를 생산했습니다. 각 차량에는 고유한 공통 부품 세트를 사용하는 다양한 구성이 있습니다.

2006년, 이 기사의 범위를 벗어난 사건들로 인해 Boeing과 Lockheed Martin 간의 합작 투자 회사가 설립되어 United Launch Alliance가 되었습니다. 각 회사는 두 발사체를 소유하고 운영할 새로운 벤처 회사의 지분 50%를 보유했다.

록히드 마틴이 콜로라도 주 리틀턴에서 아틀라스 부스터를 생산하는 동안 ULA는 아틀라스 V의 생산을 1999-2000 년 디케이터에 건설 된 보잉 델타 로켓 생산 시설로 옮겼습니다. 160만 평방피트 규모의 이 공장에는 약 1,000명의 직원이 근무하고 있습니다. 매년 10개에서 12개의 아틀라스 V 부스터가 델타 로켓 제품군과 함께 이 공장에서 제작되었습니다.

건축

이전 버전의 아틀라스 부스터는 구조적 강도를 유지하기 위해 압력을 가해야 하는 풍선 탱크를 사용했습니다. Atlas V의 첫 번째 단계는 ISO 그리드 패턴의 컴퓨터 밀링 알루미늄 플레이트를 사용하여 가벼우면서도 강력한 패널을 생산하는 기존 방식으로 구성됩니다. 그런 다음 패널은 대형 유압 프레스를 작동하는 전문 작업자에 의해 곡선으로 압착됩니다.

컴퓨터 밀링 머신은 알루미늄 시트에 iso 그리드 패턴을 만듭니다. (제공: ULA)

부품은 압력이 가해지지 않고 똑바로 서 있을 수 있는 충분한 구조적 무결성을 가진 단계로 마찰 교반 용접됩니다. 무대는 지름 3.7m, 길이 32.5m입니다. 부스터는 액체 산소와 등유로 추진되는 두 개의 노즐이 있는 단일 RD-180 엔진으로 구동됩니다. 엔진은 약 4분 동안 연소되고 4MN의 추력을 생성합니다.

RD-180 엔진은 Energia 로켓의 Zenit 부스터에 사용 된 RD-170 엔진의 Energomash가 러시아에서 개발했습니다. 엔진은 록히드 마틴(Lockheed Martin)과 나중에 ULA에 판매되었습니다. 이 계약을 통해 ULA는 엔진을 배치로 받을 수 있었습니다. 결과적으로 ULA는 우크라이나의 정치적 불안으로 인해 판매가 중단되었을 때 수요를 충족할 수 있는 충분한 RD-180 재고를 보유하고 있었습니다.

아틀라스 V 부스터는 액체 수소와 액체 산소를 연소하는 프랫 앤 휘트니(Pratt & Whitney)의 RL10 엔진으로 구동되는 켄타우로스 III 또는 일반 켄타우로스 상부 스테이지를 사용합니다. 켄타우로스는 1962년부터 사용되어 왔으며 오늘날에도 벌칸 꼭대기를 비행하는 켄타우로스 V로 계속되고 있습니다.

변종

EELV 요구 사항에 명시된 대로 Atlas V 변형에는 많은 공통 부품이 포함되어 있습니다. 이 설계는 최대 5개의 스트랩온 고체 로켓 부스터를 추가할 수 있도록 하며, 각 부스터는 94초 동안 1.27MN씩 사용 가능한 추력을 증가시킵니다.

Aerojet AJ-60A와 Northrop Grumman GEM 63 고체 로켓 부스터가 모두 사용되었으며 GEM 63은 2020년 11월부터 AJ-60A를 대체했습니다.

사용되는 페어링은 크기가 다양합니다. 처음에 페어링은 직경 4.2m, 길이 9m, 10m, 11m로 제공되었습니다. 그러나 직경 5.4m의 페어링은 스위스의 RUAG Space에서 개발했습니다. 이 페어링은 Centaur 상부 단계와 페이로드를 감쌉니다. 이 더 큰 페어링의 버전은 20.7, 23.4 및 26.5m 길이 변형으로 제공됩니다.

Atlas V 500 시리즈의 회로도. (제공: ULA)

각 항공편에는 세 자리 구성 코드가 할당되며, 첫 번째 숫자는 페어링 직경을 나타내는 4 또는 5이며, 승무원 캡슐을 사용하고 페어링이 필요하지 않은 경우 N입니다. 두 번째 숫자는 사용 중인 고체 로켓 모터의 수를 나타내고 세 번째 숫자는 켄타우로스 상부 스테이지에 장착된 엔진의 수(1 또는 2)를 나타냅니다.

토리 브루노 (Tory Bruno)는 ULA가 일부 변종에 대해 비공식적인 별명을 가지고 있음을 알렸습니다. 브루노는 나중에 X에서 그 이름들에 다음이 포함되어 있다고 확인했다.

551 브루저; 541 짐승; 531 썬더러; 421 단거리 선수; 411 슬라이더; 401 슬릭 아틀라스

임무

아틀라스 V는 미국 양쪽 해안의 전용 패드에서 임무를 수행했습니다. 서부 해안 기지는 캘리포니아 반덴버그 우주군 기지의 우주 발사 단지(SLC) 3 East에 있습니다. 플로리다 케이프 커내버럴 우주군 기지의 SLC-41은 오늘날에도 동부 해안에서 사용되고 있으며, 현재 아틀라스 V의 후속 모델인 벌컨과 공유하고 있습니다.

101번의 임무를 성공적으로 수행한 아틀라스 V는 미국의 우주 비행에 큰 기여를 했습니다. 유능하고 신뢰할 수 있는 이 차량은 20년 이상 동안 지구 저궤도에서 행성 간 궤도에 이르기까지 다양한 임무 프로필을 제공해 왔습니다.

주목할 만한 아틀라스 V 페이로드로는 화성 정찰 궤도선(Mars Reconnaissance Orbiter), 뉴 호라이즌스(New Horizons), 화성 2020(Mars 2020), 달 정찰 궤도선(Lunar Reconnaissance Orbiter) 등이 있습니다. 출시 명단에는 Landsat, NROL, GOES, TDRS 및 Cygnus와 같은 친숙한 이름이 포함되어 있습니다. 과학 페이로드의 하이라이트는 LUCY, OSIRIS-REx 및 Juno입니다.

서부 해안에서 발사된 마지막 아틀라스 V는 JPSS-2 기상 위성 JPSS-2 기상 위성이었습니다. 2022년 11월 10일에 발사된 이 비행은 4미터 페어링을 사용한 마지막 비행이기도 합니다.

비행하기 위한 마지막 기밀 임무는 USSF-51이었습니다. 이륙은 2024년 7월 30일 SLC-41에서 이루어졌습니다.

유인 임무

Starliner, Atlas V.에서 발사(제공: NSF의 Mike Deep)

유인 비행을 위해 Atlas V를 인증하는 캠페인은 길고 고통스러운 과정을 거쳤습니다. 2005년 초에 NASA는 ESAS(Exploration Systems Architecture Study)에서 Atlas를 우주 왕복선의 대체품으로 고려했습니다. 무거운 오리온 우주선을 기반으로 NASA는 당시 이 차량이 유인 임무에 적합하지 않다고 생각했지만 Atlas V는 확실한 신뢰성으로 무인 탑재체를 계속 발사했습니다.

2011년, ULA는 승무원 인증을 위해 NASA와 자금 지원을 받지 않는 우주법 협약을 체결했습니다. 이 협정은 드림 체이서(Dream Chaser), 보잉 CST-100 스타라이너(Boeing CST-100 Starliner), 블루 오리진(Blue Origin)의 우주선이 아틀라스 V에 실려 비행하는 등의 비행체 사용을 검토했다.

이 과정은 Starliner 출시를 위한 인증으로 이어졌습니다. NASA와 ULA는 2018년까지 DCR(Design Certification Review)을 통과했습니다. 2019년 12월에는 보잉의 CST-100 스타라이너 우주선의 무인 궤도 비행 테스트 1호가 발사되었습니다.

첫 번째 유인 발사인 Starliner의 유인 비행 테스트까지 4년이 더 걸렸습니다. 이 임무는 결국 아틀라스 V의 첫 비행 후 22년 후인 2024년 6월 5일에 발사되었습니다.

https://youtu.be/rInMeY7m4vA

이번 인증과 성공적인 비행은 아틀라스 V의 역사에서 늦게 이루어졌으며, 유인 비행 기회는 몇 개 남지 않았으며 최대 6개의 추가 스타라이너 임무를 수행할 수 있습니다.

사건

아틀라스 V는 생산된 가장 신뢰할 수 있는 차량 중 하나입니다. 하드웨어 문제의 영향을 받은 임무는 단 두 개뿐이며, 그 중 한 개만이 부스터와 관련된 것이었습니다.

문제를 겪은 첫 번째 임무는 2007년 NROL-30 기밀 페이로드 임무의 발사였습니다. 한 쌍의 우주선의 탑재체는 켄타우로스 상부 단계가 예정보다 일찍 종료되었을 때 의도했던 것보다 낮은 궤도에 배치되었습니다.

시그너스-6은 부스터와 관련된 모든 종류의 문제를 겪은 유일한 (현재까지) 임무가 되었다. RD-180 엔진은 시그너스 우주선을 들어 올려 국제 우주 정거장과의 랑데부로 향할 때 6초 일찍 꺼졌습니다. 회사 측은 "ULA 엔지니어링 팀이 데이터를 검토한 결과 RD-180 MRCV(Mixture Ratio Control Valve) 어셈블리의 이상 징후로 인해 비행 부스트 단계에서 연료 흐름이 감소했다고 판단했다"며 연료 비율 문제로 인해 조기 종료가 발생했다고 지적했다.

켄타우로스 상층부는 연소를 연장할 수 있었고 시그너스를 원하는 궤도로 운반할 수 있었다. 그러나 사용할 수 있는 잔여 연료가 적었기 때문에 스테이지는 뉴질랜드 남쪽의 비상 잔해 지역으로 궤도를 이탈했습니다.

앞으로의 전망

이 글을 쓰는 시점에서 아틀라스 V 미션은 15개에 불과합니다. 1개는 비아샛(ViaSat), 8개는 아마존의 프로젝트 카이퍼(Project Kuiper), 나머지 6개는 보잉(Boeing)의 스타라이너(Starliner) ISS 탐사를 위한 것이다. 이러한 부스터 중 다수는 이미 케이프 커내버럴에 배송되어 사용할 준비가 된 상태로 보관 중입니다. 시간표에 따르면 아틀라스 V는 2030년에도 계속 비행할 수 있습니다.

최근 Starliner의 일정에 추가 연기가 발표되었습니다. CFT-1 임무에서 경험한 문제에 따라 Boeing은 우주선을 다시 비행하기 전에 더 많은 시간이 필요합니다. ISS는 보잉이 우주정거장으로 예상되는 모든 임무를 수행할 시간을 갖기 전에 해체될 수 있다고 생각할 수 있습니다. 이 상황은 여러 예비 Atlas V가 있는 ULA를 찾을 수 있습니다.

(리드 이미지: Atlas V 531(AV-090)이 NROL-101 임무를 시작합니다. 사진 제공: United Launch Alliance)

스페이스 클럽(Space Club)