스페이스 클럽 스타쉽 블록 3 및 HLS: 달로 돌아가는 길

[발사통제동]

SpaceX가 아르테미스 3호에 맞춰 스타쉽의 인간 착륙 시스템(HLS) 변형을 준비할 수 있는지에 대한 수많은 질문 속에서 회사는 아르테미스 프로그램과 관련하여 HLS 및 스타십의 진행 상황에 대한 상당한 양의 정보를 공개했습니다.

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스타쉽 휴먼 랜딩 시스템(HLS)

SpaceX는 최근 Starship 및 Human Landing System 변형에 관한 업데이트를 발표했습니다. 이 스타쉽 변형은 달에 착륙하고 지속 가능한 존재를 확립하는 것을 목표로 하는 미국 항공우주국(NASA)의 아르테미스 프로그램의 착륙선 중 하나가 될 예정입니다.

스타쉽 HLS는 현재 개발 중이며 2026년 1분기에 비행할 예정인 스타쉽 프로그램의 블록 3 설계의 변형이 될 것으로 예상됩니다. 이 선박은 급유선을 위해 유조선 및 창고와 함께 운용되어 사람뿐만 아니라 약 100톤의 화물을 달 표면으로 운반할 수 있습니다.

발사를 위해 Block 3 부스터에 쌓인 HLS 렌더링(제공: SpaceX)

2021년 4월 HLS 계약이 체결된 이후 SpaceX는 내부 시스템 및 기타 주요 하위 시스템을 포함하는 이 변형 개발에 상당한 진전을 이루었습니다. 수년간의 개발 끝에 SpaceX가 HLS용 비행 하드웨어 구축을 시작할 수 있을 만큼 설계가 마무리되고 있습니다. 현재 이 우주선에는 각각 13입방미터의 부피를 가진 두 개의 에어록이 있을 예정이며, 이는 아폴로 프로그램에 사용되는 착륙선인 달 순회 모듈(LEM) 내부 부피의 두 배입니다.

전체 내부 부피는 약 600입방미터로 설정됩니다. 이에 비해 국제우주정거장(ISS)의 내부 부피는 약 1,000입방미터입니다. 이를 통해 보급품, 침대, 지휘 및 통제 구역 및 기타 많은 물건을 보관할 수 있는 공간이 확보됩니다. 이 배는 수직으로 착륙하기 때문에 승무원은 에어록에서 달 표면까지 이동하기 위해 엘리베이터를 사용해야 합니다.

HLS 내부 렌더링(제공: SpaceX)

Starship용 6개의 주요 Raptor 엔진 외에도 HLS에는 우주선 구조의 더 높은 곳에 여러 개의 작은 착륙 추진기 세트가 장착될 예정입니다. 이는 수직 착륙 중에 많은 양의 달 레골리스가 걷어차는 것을 방지하는 데 사용됩니다.

구체적인 진행 상황에 대해 SpaceX는 팀이 지금까지 HLS 개발에서 총 49개의 이정표를 완료했다고 밝혔습니다. 도킹 어댑터 인증은 NASA 및 록히드와 함께 달 궤도에서 오리온 캡슐 및 달 게이트웨이와 도킹하는 데 사용될 중성적인 도킹 시스템을 활용하여 달성되었습니다. 이 도킹 시스템은 ISS와의 도킹을 위해 Dragon 2의 비행 입증 설계를 기반으로 합니다.

Axiom EVA 슈트를 입은 우주 비행사들이 HLS 에어록 모형 안에서 연습하고 있습니다(제공: NASA)

생명 유지 및 환경 제어 시스템은 기내 시스템을 테스트하기 위해 여러 사람이 거주하는 실물 크기의 객실을 사용하여 테스트되었습니다. 아르테미스 임무 중에 사용될 Axiom EVA(Extra Vehicular Activity) 슈트를 사용한 엘리베이터의 전체 시연도 완료되었습니다. 그리고 비행 에너지에서 실물 크기의 물체를 시뮬레이션된 달 레골리스에 떨어뜨리는 것을 포함하는 착륙 다리 테스트. 이것은 착륙 다리와 달 레골리스가 달에서 어떻게 상호 작용하는지 테스트하기 위한 것이었습니다.

다른 많은 이정표가 완료되었으며 SpaceX는 HLS를 현실화하기 위해 아직 더 많은 이정표를 통과해야 합니다.

프로그램의 다음 목표, 블록 3: 스타쉽의 핵심 시스템

SpaceX가 Starship의 HLS 변형에 대해 이룬 모든 진전에 대해 듣게 되어 기쁘지만 HLS는 Block 3와 핵심 시스템이 온라인 상태가 될 때까지 달에 가지 않을 것입니다. Starship은 단순한 HLS가 아니기 때문에 여러 변형과 달성해야 할 기타 목표가 있는 전체 로켓 시스템입니다. 이를 위해 SpaceX는 지금까지 11번의 풀 스택 비행 테스트를 수행했으며 확실히 우여곡절이 있었지만 SpaceX는 Block 2 시대를 기분 좋게 마무리했습니다.

지금까지 SpaceX는 발사장에서 부스터를 다시 가져와 재사용하고, 우주선을 우주로 데려가고, 우주에서 랩터 2 엔진을 다시 점화하고, 5미터톤의 추진제 이동을 수행하고, 우주에서 우주선을 제어하고, 우주선의 재사용을 위해 설정된 지구 대기권에 일체로 재진입할 수 있음을 증명할 수 있었습니다. 이러한 이정표는 높은 열망을 가진 프로그램의 오프닝 행위일 뿐입니다.

부스터 15가 패드 1에 잡히려고 합니다(제공: NSF의 BocaChicaGal)

다음 목표는 Starship이 SpaceX가 의도한 대로 작동할 수 있음을 증명하는 데 매우 중요합니다. 이 프로세스는 블록 3 선박과 부스터의 새로운 설계와 새로운 발사대 설계를 테스트하는 것으로 시작됩니다. 또한 우주선을 궤도에 올리고 해당 궤도를 장기간 유지하는 것도 포함됩니다. 이 프로그램을 진정으로 추진할 중요한 이정표는 배를 잡은 다음 배를 재사용하고 선박 간 도킹 및 극저온 추진제 이송을 수행하는 것입니다.

우주선 재사용과 추진제 이동 없이는 스타쉽은 빠르게 아무데도 가지 않을 것입니다. SpaceX는 또한 Tanker 변형, Depot 변형, Cargo 변형을 테스트하고 궁극적으로 HLS 변형 자체를 테스트해야 합니다. 이러한 목표와 차량이 입증되면 SpaceX는 인간을 지구에서 달로 수송하고 달 기지를 건설하기 위해 수백 톤의 자재를 보낼 수 있는 도구를 갖게 될 것입니다. 재미있는 추가 기능으로, 이 프레임워크를 통해 SpaceX는 화물과 궁극적으로 사람을 화성으로 보낼 수 있으며, 이는 생명체를 다행성으로 만드는 궁극적인 목표입니다.

Starship의 창고 변형 렌더링(제공: SpaceX)

이 목표를 달성하는 데 도움이 될 Block 3 및 Raptor 3 테스트와 관련하여 SpaceX는 40,000초 이상의 Raptor 3 엔진 발사를 수행했으며 매일 계속 발사하고 있습니다. 이 업그레이드된 Raptor 엔진은 추력이 증가하고 차량에 대한 차폐가 훨씬 덜 필요하므로 엔진의 건조 질량이 감소합니다.

부스터 측면에서 SpaceX는 현재 Masseys 테스트 구역에 새로 설계된 부스터 후미 섹션과 새로운 착륙 탱크의 일부를 테스트하기 위한 B18.1과 새로운 통합 핫스테이지 트러스 및 그리드 핀 소켓을 테스트하도록 설계된 B18.3이라는 두 개의 테스트 탱크를 보유하고 있습니다.

지금까지 B18.1은 5월 10일부터 Masseys에 있으며 10번의 극저온 증거 테스트를 수행했습니다. SpaceX는 심지어 케이지의 추력 램을 사용하여 팀이 새로운 후미 설계에 13,400톤의 추력을 가했다고 밝혔는데, 이는 SpaceX가 향후 33개의 Raptor 3 엔진으로 부스터에서 달성하기를 희망하는 10,000톤과 비교됩니다.

케이지 안의 B18.1과 Masseys의 오른쪽에 있는 B18.3(NSF의 Jack Beyer 제공)

B18.3은 9월 20일부터 Masseys에 있었고 지금까지 몇 가지 극저온 증거 테스트를 수행했습니다. 현재 SpaceX는 두 번째 캔 크러셔 캡을 제작하고 있으며 새로운 트러스 설계를 철저히 테스트하기 위해 B18.3에 배치할 가능성이 높습니다. SpaceX는 또한 최소 3개의 개별 테스트 탱크를 사용하여 새롭고 더 큰 이송 튜브 설계를 테스트해 왔습니다. 이 새로운 이송 튜브는 부스터 플립을 보다 효과적으로 수행할 수 있을 뿐만 아니라 기타 개선 사항을 제공할 수 있도록 설계되었습니다.

우주선의 경우 SpaceX는 아직 완성된 Block 3 선박 테스트 탱크를 보유하고 있지 않습니다. 한동안 메가 베이 2 내부에 부분적으로 쌓여 있던 테스트 탱크가 있었지만 이후 스타팩토리로 굴려져 테스트를 위해 선미에서 블록 3 함선을 기다리고 있을 수 있습니다.

모든 차량 테스트 탱크 및 엔진 테스트와 함께 SpaceX는 Starbase의 Pad 2(B)에서 새로운 발사대 설계가 거의 완료되고 있습니다. 이 새로운 패드 디자인은 화염 트렌치, 수냉식 강철 데크, 재설계된 탱크 팜 및 훨씬 더 견고한 전체 디자인을 특징으로 합니다. 이 새로운 패드 디자인은 LC-39A에서도 구축되고 있습니다. 승인이 완료되면 SLC-37에 2개가 더 건설될 예정이며, 스타베이스의 패드 1(A)은 현재 전환 과정에 있습니다.

완성에 가까워지고 있는 Starbase의 패드 2(제공: NSF의 Gage(Rough Riders Show))

12편, 부스터 18, 39호선

블록 3의 첫 번째 전체 비행 테스트에는 부스터 18과 39선이 포함될 예정이며 2026년 1분기에 발사될 것으로 예상됩니다. 현재 두 차량 모두 건조가 완료되지 않았으며 과거 부스터와 선박을 기준점으로 사용하는 최상의 일정에 따르면 둘 다 12월까지 극저온 내성 테스트를 시작하지 않을 것입니다. 극저온 내성 테스트가 완료되면 Booster 18은 엔진 테스트를 위해 새로운 발사대를 사용해야 합니다.

39선의 경우, 복합 오버랩 압력 용기(COPV)의 손에 의해 36선이 갑작스럽게 사망한 후 새로운 Masseys 정적 소방 탱크 농장과 수리된 스탠드를 시운전해야 합니다. 각 차량이 개별 테스트를 완료하면 새로운 카운트다운과 새로운 패드 시스템을 테스트하기 위해 풀 스택 습식 드레스 리허설이 필요할 수 있습니다.

이 차량에는 HLS의 달 착륙 임무를 지원하기 위한 중요한 목표를 테스트할 수 있는 수많은 변경 사항이 포함되어 있습니다. 부스터 18은 거의 클린 시트 디자인으로 후미 섹션과 전방 섹션이 완전히 재설계되었습니다. 후미의 Block 3 부스터는 이제 후미 돔의 수많은 차폐 내부가 아닌 부스터 외부에 모든 고압 배관, 엔진 제어 장치 및 가스 분배를 갖추고 있습니다.

Raptor 3 주변의 차폐가 크게 감소함에 따라 SpaceX는 재진입 시 부스터의 후미 플레이트를 보호하기 위해 금속 타일을 추가했습니다. 이는 또한 부스터의 무게를 상당히 줄여 성능을 향상시키는 데 도움이 됩니다.

앞쪽 섹션에는 이제 앞서 언급한 대로 통합된 핫 스테이지 트러스가 있습니다. 이 설계 변경으로 그리드 핀은 액체 메탄(LCH4) 탱크 내에 위치한 캐비티 내부에 장착되며 이제 4개가 아닌 3개의 더 큰 핀이 있습니다. 이는 블록 3 부스터가 활공 중에 경험할 가능성이 있는 더 높은 받음 각도 때문입니다. 활공 중 부스터 상단의 그리드 핀은 공기 흐름이 부족하여 거의 사용되지 않으므로 SpaceX는 이를 삭제했습니다.

Ship 39에는 스택에 몇 섹션만 있음에도 불구하고 이미 몇 가지 눈에 띄는 변경 사항이 있습니다. SpaceX는 선박 캐치 핀의 디자인을 개선하여 노즈콘으로 재배치했습니다. Starlink 안테나는 다시 한 번 위치를 변경했지만 여전히 총 4개가 있습니다.

노즈 콘과 페이로드 베이만 있는 Mega Bay 2의 선박 39(제공: NSF의 Jack Beyer)

공통 돔이 약간 아래로 이동했는데, 이는 SpaceX가 탱크에 더 많은 LCH4를 적재할 수 있음을 의미합니다. 이로 인해 LCH4에 대한 액체 산소(LOX)의 비율을 유지하기 위해 후미 돔도 아래로 이동하도록 설정될 가능성이 높습니다.

방열판도 개선되었으며, SpaceX는 탱크 벽의 타일 사이의 간격 봉합을 개선하기 위해 돔 용접 위에 더 작은 타일 스트립을 재배치했습니다. 젓가락 핀 소켓과 스태빌라이저 소켓 위에 있던 경사로가 삭제되었습니다. 팀은 스태빌라이저 소켓을 구조물에 보다 효과적으로 통합하고 캐치 핀이 이제 기본 리프팅 지점이 되기 때문에 리프팅 핀 소켓을 제거함으로써 이를 달성했습니다.

우주에 정박하는 두 척의 우주선 렌더링(제공: SpaceX)

또 다른 중요한 추가 사항은 선박이 궤도에서 서로 도킹할 수 있도록 하는 프로브 및 드로그 도킹 시스템입니다. 이 시스템에는 수동적인 측면과 능동적인 측면이 있습니다. 현재 Ship 39에는 페이로드 베이에 패시브 드로그 시스템이 설치되어 있습니다.

이러한 모든 변화로 인해 Flight 12는 Starship 프로그램의 새로운 시대를 열 것입니다. SpaceX가 아직 완료해야 하는 이정표의 수를 고려할 때 Artemis의 다른 모든 측면도 준비된다고 가정할 때 팀이 2027년 중반까지 Artemis 3에 대한 HLS를 준비할 수 있는지 여부는 불분명합니다.

그러나 일련의 우수한 비행 테스트를 통해 Starship 프로그램을 추진하고 현재 Artemis 3 발사 일정을 맞출 수 있습니다. 어떤 식으로든 SpaceX는 HLS를 통해 달에 도달하고 궁극적으로 화성에 도달하기 위해 아직 해야 할 일이 많습니다.

리드 이미지: SpaceX HLS 렌더링.

스페이스 클럽(Space Club)