스페이스 클럽 프로톤-M 발사, 블록-DM 상단단과 함께 마지막 임무를 수행하는 일렉트로-L No.5 발사

[발사총책임자]

러시아의 프로톤 로켓은 목요일에 거의 3년 만에 첫 비행을 하며, 일렉트로-L No.5 기상 위성을 궤도에 올립니다. 이번 발사는 프로톤이 블록-DM 상단단을 탑재한 마지막 비행이 될 것으로 예상되며, 카자흐스탄 바이코누르 우주기지 81/24 지점에서 08:52 UTC에 예정되어 있다.

프로톤은 한때 소련과 이후 러시아 우주 프로그램의 주력 인물이었으나, 이제 경력의 황혼기에 접어들었다. 1965년에 처음 비행한 이 로켓은 다양한 구성으로 400회 이상의 발사를 수행했으며; 그러나 2020년 이후로는 러시아가 후계 함인 앙가라로 전환하는 과정에서 소수의 임무만 수행하고 있다. Elektro-L No.5 발사 이전에 프로톤의 마지막 비행은 2023년 3월으로, 러시아 보안기관을 위해 올림프-K 정찰 위성을 배치했습니다. 이는 프로톤 역사상 출시 간 가장 긴 공백이며, 2024년은 출시 이후 단 한 번도 프로톤 출시가 없는 첫 해입니다.

목요일 발사는 현재 블록 DM-03 상단단과 확장된 블록-D 계열을 이용한 마지막 프로톤 임무가 될 것으로 예상됩니다. 프로톤의 남은 발사는 브리즈-M 또는 상단단 없이 비행할 예정입니다. 블록 DM-03의 변형 기체들은 앙가라 등 다른 로켓과 함께 계속 생산되고 있지만, 목요일 발사는 1967년부터 시작되어 소련의 많은 행성 간 임무와 통신 위성 발사를 가능하게 한 일련의 상단 단계 간의 관계가 끝나는 순간이 될 것이다.

Elektro-L No.5 기상 위성 및 OChR 보조 탑재체

이번 발사의 주요 탑재체는 러시아 연방 우주국 로스코스모스가 운용할 정지궤도 기상 위성 Elektro-L No.5입니다. 이번 위성은 2011년, 2015년, 2019년, 2023년에 배치된 시리즈 이전 위성들에 이어 다섯 번째 Elektro-L 위성이다. 처음 두 위성은 제니트 로켓으로 발사되었고, 이후 발사에서는 프로톤 로켓이 사용되었습니다.

이전의 Elektro-L 위성인 Elektro-L No.4가 발사 준비 중이다. (출처: 로스코스모스)

일렉트로-L 위성은 러시아의 기상 위성 함대의 정지궤도 구성 요소로, 저지구 궤도(LEO) 미티어 시리즈를 보완합니다. 정지궤도에서 운용되면 각 위성은 지구 표면의 동일한 부분을 지속적으로 관찰할 수 있습니다. NPO 라보치킨이 제작한 이 위성은 2,000kg을 조금 넘으며 최소 10년간 운용될 것으로 예상됩니다.

위성의 주요 기기인 다중분광 스캐너 – 정지궤도(MSU-GS)는 지구의 전체 원반을 10개의 서로 다른 스펙트럼 밴드(가시광선 3개와 적외선 7개)로 촬영합니다. 가시광선과 짧은 파장 적외선 대역에서 최대 1킬로미터의 해상도를 가지며, 더 긴 적외선 파장에서는 4킬로미터까지 떨어집니다. 보조 장비 패키지인 Elektro-L의 Helio-Geophysical Instrument Complex(GGAK-E)는 태양 복사와 자기장을 측정하는 센서 모음을 사용해 우주 날씨와 지구에 미치는 영향을 예측하는 데 도움을 줍니다.

Elektro-L 위성은 또한 두 가지 통신 탑재체를 탑재하고 있습니다: 온보드 데이터 샘플링 시스템(ODSS)은 모스크바와 극동 원격 감시소 간 데이터를 전송하며, 정지궤도 수색 및 구조 시스템(GEOSAR) 패키지는 국제 COSPAS-SARSAT 네트워크의 일환으로 긴급 신호를 중계합니다.

일렉트로-L No.5 임무의 발사대에서 프로톤-M/DM-03. (출처: 로스코스모스)

두 번째 위성 OChR은 Elektro-L No.5와 함께 보조 탑재체로 발사됩니다. 이 동승자에 대한 자세한 내용은 발표되지 않았으나, 이름은 러시아어로 '궤도 스펙트럼'의 약자로 보이며, 이는 이 위성이 러시아의 통신 주파수 할당을 확보하기 위한 자리 표시자이나, 지연된 정지궤도 내 슬롯을 확보하기 위한 것임을 시사한다.

참고

• Elektro-L No.5 업데이트
• 러시아 발사대
• NSF 스토어
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프로톤-M 및 블록-DM 상단단

일렉트로-L 5호를 발사할 프로톤-M/DM-03 로켓은 4단 로켓으로, 3단 프로톤-M과 블록 DM-03 상단단으로 구성되어 위성을 최종 궤도에 올립니다. 프로톤-M은 2001년에 1960년대에 제작된 이전 프로톤-K의 업그레이드 버전으로 처음 비행했습니다. 블라디미르 첼로메이는 당시 2단 UR-500을 설계한 유니버설나야 라케타(UR, 범용 로켓) 시리즈의 일부로 매우 큰 탄도 미사일로 설계했습니다.

UR-500은 미사일로서 실용적이기에는 너무 커 보였지만, 1965년부터 1966년 사이에 프로톤이라는 4개의 중형 과학 위성을 궤도에 올릴 수 있도록 개조되었다. 이 위성들의 이름을 따온 프로톤-K는 1967년에 처음 비행했으며, 궤도 임무에 최적화하기 위해 2단과 새로운 3단이 추가되었습니다. 대부분의 프로톤은 4단계 구성으로 비행했으며, 상단 단계는 핵심 발사체가 단독으로 도달할 수 있는 것보다 더 높거나 복잡한 궤도로 발사할 수 있게 합니다. 상단 단계 없이 비행할 때, 프로톤은 소련과 러시아의 가장 무거운 탑재체, 우주정거장과 대형 우주정거장 모듈을 운반하는 데 사용되었습니다.

Elektro-L No.5는 발사 전에 바이코누르에 인도됩니다. (출처: 로스코스모스)

프로톤과 함께 두 개의 상위 단계 계열인 블록-D와 브리즈-M이 사용되었습니다. 블록-D 계열은 추진제로 등유와 액체 산소를 사용하며, 브리즈-M은 프로톤처럼 저장 가능한 과다골 추진제를 사용합니다. 브리즈-M은 1999년에 처음 비행했으며 2000년대 중반 이후 대부분의 프로톤 발사에 사용되고 있으며, 블록-D는 1967년 첫 프로톤-K 발사에서 데뷔했으며, 목요일 발사가 대폭 업그레이드된 블록 DM-03으로 프로톤에서의 마지막 발사가 될 것으로 예상된다.

블록-D는 소련의 N1 달 로켓의 5단계로 개발되었으며, 프로톤에서의 초기 비행은 달 프로그램을 지원하기 위한 것이었습니다. 즉, 달 근접 비행을 위해 우주비행사를 태운 소유즈인 7K-L1 우주선을 이용한 시험이었습니다. 프로톤-K/블록-D 조합은 루노호드 로버와 달로의 샘플 반환 임무, 그리고 화성과 금성 탐사선에도 사용되었습니다.

1974년, 지구 궤도 임무를 위해 업그레이드 및 최적화된 블록-DM 도입으로 러시아는 처음으로 정지궤도(GEO)에 접근할 수 있었고, 이후 프로톤은 GEO에 통신 및 군사 위성을 배치하기 시작했다. 블록-DM 도입 직후, 업그레이드된 블록 D-1이 행성 간 임무를 위해 블록-D를 대체했습니다.

Elektro-L No.5 임무의 발사 전 준비 중인 블록 DM-03. (출처: 로스코스모스)

업그레이드된 블록 DM-2는 1982년에 도입되어 프로톤이 소련 GLONASS 항법 시스템용 우라간 위성을 배치할 수 있게 되었으며, DM-2는 결국 정지어 임무에서 블록-DM을 대체했습니다. 대응하는 블록 D-2는 1988년 화성 위성 포보스로 향하는 쌍둥이 포보스 임무와 1996년 러시아의 불운한 화성 임무 발사에 사용되었다. 1990년대에는 블록 DM-2의 한 버전이 합성 등유를 사용하도록 개조되어 블록 DM-2M이 되었으며, 블록 DM-5는 LEO 임무에 최적화되었습니다.

국제 발사 서비스(ILS)가 마케팅한 프로톤은 1990년대 소련 붕괴 이후 러시아가 상업용 위성 발사를 경쟁하기 위한 노력의 선두에 섰으며, 브리즈-M 도입 이전에 블록-DM 변형이 사용되었습니다. 혼란스럽게도 ILS는 Blok-DM에 대해 보통 하이픈 없이 표기하는 자체 명칭 체계를 채택했습니다. 블록 DM1이라는 명칭은 블록 DM-2에 해당하며; DM2는 DM-5에 해당하며; 그리고 DM3와 DM4는 블록 DM-2M의 다양한 구성에 사용되었습니다.

브리즈-M이 실전 배치된 후, 블록 DM-2는 점차 감소하는 군사 발사 횟수에 사용되었으며, 특히 우라간과 우라간-M 글로나스 위성은 3기씩 그룹으로 운반되었다. 마지막 블록 DM-2 발사는 2012년에 미국-KMO 미사일 탐지 위성 코스모스 2479로 이루어졌다.

프로톤은 다섯 번째 일렉트로-L 위성 발사를 앞두고 통합되었습니다. (출처: 로스코스모스)

블록 DM-03은 프로톤 탑재 블록 DM-2의 후속 기종으로 개발되었지만, 제니트와 앙가라 등 다른 로켓에도 사용되도록 설계되었습니다. 프로톤-M/DM-03 발사에서 처음 두 차례 모두 궤도에 진입하지 못하는 불운한 출발을 했으나, 두 경우 모두 로켓 결함이 아닌 사전 준비 과정의 실수 때문이었다. 첫 비행은 2010년 12월에 이루어졌으나, 소형 블록 DM-2의 연료 주입 절차에 익숙한 기술자들이 잘못된 양의 추진제를 탑재해 비행 프로파일에 맞춰 궤도에 진입할 수 없게 만들었다.

두 번째 발사는 2013년 7월에 이루어졌습니다. 프로톤 1단의 가속도계가 잘못 설치되어 온보드 컴퓨터가 차량의 속도와 방향에 대한 잘못된 데이터를 수신하게 되었다. 로켓은 이륙 직후 통제 불능 상태가 되어 발사대에서 몇 마일 떨어진 지구로 추락했다. 그 이후 프로톤-M은 블록 DM-03으로 5회 연속 성공적인 임무를 수행했으며, 이 구성의 8번째 임무는 일렉트로-L No.5 임무입니다.

블록-DM의 프로톤 운용 종료에 따라, 이 단계는 페르세이와 오리온이라는 명칭으로 앙가라 로켓 위에 계속 탑재될 것이며, 올해 말 첫 비행이 예상되는 미래의 소유즈-5 로켓에도 탑재될 가능성이 있다.

프로톤이 81/24 지점에 도착했습니다. (출처: 로스코스모스)

프로톤의 발사 및 임무 일정

목요일 발사는 카자흐스탄 바이코누르 우주기지 81/24 부지에서 진행됩니다. 81번 발사대는 바이코누르에서 건설된 최초의 프로톤 발사 단지로, 원래는 두 개의 발사대로 구성되었으나, 81/23번 발사대는 2005년 이후 사용되지 않고 있습니다. 1970년대에 200번 부지에 두 번째 발사대 단지가 건설되었으며, 81번 부지와 마찬가지로 한 발사대는 운영 중이고 다른 발사대는 퇴역한 상태입니다. 24번 발사대가 얼마나 더 가동될지는 불확실하며, 2019년 운용 수명이 끝난 것으로 보고되었으나 그 이후로도 발사를 계속 진행해왔습니다.

발사는 프로톤 1단을 구동하는 6개의 RD-276 엔진 점화로 시작됩니다. 이 추진제들은 로켓의 첫 세 단계에 사용된 것과 동일한 추진제 혼합물인 사산화질소로 산화된 비대칭 디메틸하이드라진(UDMH)을 연소합니다. 1단은 비행 첫 2분 동안 연소되며, 로켓은 이륙하여 대기권을 통과하기 시작합니다.

1단이 소실되기 직전, 2단이 네 개의 엔진을 점화합니다. 프로톤은 '핫 스테이징' 분리 시퀀스를 사용하는데, 2단은 1단이 점화되는 동안 1단이 점화됩니다. 이로 인해 로켓이 항상 가속 상태가 유지되어 2단 엔진에 추진제를 전달하는 과정을 단순화합니다. 2단이 상승해 연소되면, 1단이 모두 사용된 1단을 정지하고 분리할 수 있습니다.

발사대로 롤아웃하는 동안 보이는 프로톤 1단 엔진. (출처: 로스코스모스)

프로톤의 2단 엔진은 3개의 RD-0210과 1개의 RD-0211로 구성되어 있으며, 후자는 추진제 탱크에 압력을 공급하는 추가 장비를 갖춘 RD-0210입니다. 2단 연소는 약 3분 30초 미만 지속될 것으로 예상되며, 이후 3단으로 인계되어 분리되며, 프로톤의 페이로드 페어링은 연소 시작 몇 초 후에 분리됩니다. 3단의 RD-0212 추진 장치는 약 4분간 점화되며, 주 엔진은 버니어(조향) 엔진과 블록 DM-03과의 분리 몇 초 전에 정지됩니다.

프로톤-M은 블록 DM-03과 일렉트로-L No.5를 준궤도 궤도 궤적에 올릴 것이다. 약 6분간 관성 비행한 후 블록 DM-03의 RD-58M 엔진이 점화되어 세 번의 연소 중 첫 번째를 시작할 것입니다. 1분 조금 넘게 지속되는 이 연소는 로켓과 페이로드가 약 1시간 동안 머무르는 초기 주차 궤도를 형성합니다. 발사 후 약 T+73:00 시점에 블록-DM의 두 번째 연소가 시작되며, 이 단계는 정지궤도 전이 궤도에 진입하기 위해 8분간 점화됩니다. 임무는 이후 연장 해안 단계에 진입한 후 T+06:30:00 시각에 세 번째 연소가 시작됩니다. 이 과정은 약 4분간 지속되며, 위성을 정지궤도에 진입시킵니다.

Elektro-L No.5는 세 번째 연소 종료 8분도 채 안 되는 시점인 T+06:37:49에 블록 DM-03에서 분리됩니다. OChR은 8분 후 분리되어 블록 DM-03 임무의 종료를 알립니다.

Elektro-L 발사는 2023년 3월 12일에 이루어진 마지막 프로톤 발사 이후 거의 3년 만에 끝을 내며, 이는 프로톤 경력상 가장 긴 발사 간격입니다. 로켓의 다음 발사가 언제 이루어질지는 아직 불확실하지만, 퇴역 전까지 여러 임무가 더 계획되어 있다.

(주요 이미지: 일렉트로-L No.5 임무를 위해 프로톤이 발사대로 운송되는 장면. 출처: 로스코스모스)

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