스페이스 클럽 스타쉽 플라이트 12: 쇼에 오신 것을 환영합니다 블록 3과 패드 2

[발사대]

2019년 4월 3일, 스타호퍼라는 차량에서 랩터 엔진이 처음 점화된 지 7년이 조금 넘었습니다. 그 이후로 SpaceX는 50종 이상의 다양한 차량을 시험하고 탱크를 시험했으며, 어떤 차량은 더 나은 결과를 낳았습니다. 이 모든 테스트 과정에서 스페이스X는 스타쉽 크기의 우주선과 그 발사대를 만드는 방법에 대해 많은 교훈을 얻었습니다.

플라이트 12는 스타베이스에서 7년이 넘는 작업 결과의 결실입니다. 이 프로젝트는 우주선, 부스터, 발사대에 대한 새로운 설계를 결합하여 스타쉽 프로그램의 운용 속도와 신뢰성을 높이기를 기대하고 있습니다. 12편은 5월 21일 오후 5시 30분 CDT, 텍사스 스타베이스 2번 발사대에서 이륙할 예정입니다.

잠복 스트림:

https://www.youtube.com/live/_mtLT563qdg?si=w3j5OvsQtkU2Gv4B

발사 스트림:

https://www.youtube.com/live/TBu6JFjt0tk?si=anw5XNVtsPcKSi2f

패드 2, 부스터 19, 우주선 39, 블록 3의 도입부, 그리고 랩터 3

플라이트 12는 스타쉽 프로그램에 많은 새로운 부품을 도입할 예정입니다. 첫 번째는 완전히 재설계된 발사대인 2번 발사대로, 6개의 다리와 360도 배기 대신 화염 트렌치와 물 편향기를 통해 배기 플룸을 두 개의 개구부를 통해 유도합니다. 발사대 전체가 완전히 재설계되어 새로운 물 침수 시스템, 탱크 농장, 발사 마운트, 타워가 설치되었습니다.

패드에 대한 더 깊은 정보를 원한다면, 이 단독 기사에서 다루고 있습니다: 스페이스X의 새로운 스타십 패드, 첫 발사를 준비 중.

함선 39

부스터 19는 이번 비행의 부스터로, 블록 2 부스터와 비교해 완전히 새로운 설계 변경을 의미합니다. 새로운 통합 핫스테이지 링과 트러스, 단 3개의 그리드 핀, 완전히 재설계된 후방 섹션 등 명백한 변화가 많습니다.

스페이스X는 지난 몇 년간 얻은 교훈을 바탕으로 부스터 엔지니어들이 오랫동안 원해온 변화를 이루고 있습니다.

부스터 19의 랩터 3 엔진 (출처: NSF의 맥스 에반스)

부스터에 대해 더 깊이 알고 싶다면, 이 독립 기사에서 다루고 있습니다: 슈퍼 헤비 블록 3: 미래의 부스터

다음은 39호선으로, 역시 블록 3 설계이며 많은 시스템에 대해 부분적으로 새롭게 설계된 설계입니다. 몇 가지 조치로는 추진제 수용을 위해 공용 및 후방 돔의 이동, 드로그 도킹 포트 추가, 그리고 반응 제어 시스템(RCS)의 전면 개편이 있습니다. 이 새롭게 설계된 우주선은 스타링크 임무, 궤도 연료 보급, 그리고 궁극적으로 인간의 달 착륙을 시작할 예정입니다.

우주선에 대해 더 깊이 알고 싶다면, 이 단독 기사에서 다루고 있습니다: Flight 12, SpaceX의 다음 우주선 진화 첫 준비

39호선이 비행을 위해 출항 중(출처: NSF의 맥스 에반스)

마지막으로, 이번 비행에서는 랩터 2에 비해 큰 업그레이드인 랩터 3를 소개합니다. 랩터 3는 스페이스X가 항공기 터보팬 엔진처럼 작동할 만큼 신뢰성 있게 만든 또 다른 도약으로, 순간적으로 가동할 수 있고 매우 신뢰할 만합니다. 이를 위해 엔지니어들은 터보펌프 주변의 플랜지를 제거하고 전체 설계를 단순화하여 엔진 제조를 용이하게 만들었습니다.

기타 변경 사항으로는 완전히 새로운 음향 점화 시스템 사용이 포함됩니다. 이 점화기들은 내연기관의 점화기나 랩터 2의 토치 점화기와 달리 움직이는 부품이나 불꽃을 발생시키지 않습니다.

음향 점화기는 노즐에서 나오는 초음속 제트 흐름과 하류 가까이에 위치한 공진관 간의 상호작용에 의존하여 공진관 내 온도를 극적으로 상승시킵니다. 이 온도 상승은 가스에 점화를 일으켜 점화기를 만듭니다. 이 점화 방식을 사용하면 스파크 점화 시스템에 필요한 전기 시스템을 없애고 점화 과정을 단순화할 수 있습니다.

점화기가 추진제만 사용하면서, SpaceX는 랩터 3의 스핀업 가스도 전환했습니다; 과거에는 랩터가 헬륨이나 질소를 사용했습니다. 하지만 랩터 3에서는 각각 터보펌프를 가동하기 위해 가스 산소와 메탄을 사용하는 방식을 바꿨습니다.

랩터 3의 다른 개선점으로는 내부 챔버 압력 증가, 추력 증가, 무게 감소가 있습니다. 더 높은 추력은 챔버 압력 증가에서 비롯됩니다. 랩터 3 해수면 엔진은 250톤(551,000 lbf)에서 시작해 최종 목표는 280톤(617,000 lbf)이며, 랩터 3 진공 엔진은 현재 275톤(606,000 lbf)입니다.

무게도 줄어들어 엔진 자체가 1,630kg(3,593파운드)에서 1,525kg(3,362파운드)으로 줄었습니다. 그러나 실질적인 무게 절감은 차량 측면에 있는데, 부스터 후방의 대부분의 엔진 차폐막이 제거되면서 각 엔진은 약 2,000파운드(907kg)의 질량을 감량했습니다.

랩터 3의 부스터 19 (출처: NSF의 맥스 에반스)

이 엔진은 모든 변화와 함께 SpaceX가 더 나은 것을 내놓기 전까지 프로그램의 미래가 될 예정이다. 이 엔진이 인간을 다시 달로, 어쩌면 화성에 착륙시키는 엔진이 될 것이다.

이번 비행을 준비하기 위해 스페이스X는 새 발사대뿐만 아니라 차량 자체와 여러 시험 탱크에 대해서도 많은 테스트를 진행했습니다. 부스터 후방 시험 장비인 B18.1은 16회의 냉동 테스트를 완료했습니다. S39.1 우주선 후방 시험 장치는 지금까지 13회의 냉동 방수 테스트를 완료했습니다. B18.3 부스터 전방 및 착륙 탱크 부착 하드웨어 시험 탱크도 지금까지 16회의 냉동 방수 테스트를 완료했습니다.

이 시험들 중 다수는 액추에이터, 크러시 캡 및 기타 시험 장비를 사용하여 데이터를 수집하여 블록 3를 전반적으로 더 나은 차량으로 만드는 데 도움을 주었다. 차량 자체에 관해서는, 39호선은 3회의 극저온 방수 시험, 점화기 시험이 포함된 몇 차례의 탱크 시험, 스핀 프라임, 그리고 52초간 지속되는 6엔진 정적 점화 시험을 완료했다. 일부 선박 시험에는 새로운 트러스 구조를 이용한 매시에서 진행된 젓가락 시뮬레이션 시험과 플랩 스트레스 시험이 포함되었다.

왼쪽에서 오른쪽: B18.1, 부스터 착륙 시험 탱크, 40호선, S39.1, B18.3 (출처: NSF용 Gage (Rough Riders Show)

그 후 부스터 19는 4회의 냉저 방수 시험, 3회의 탱크 주입 시험(2회는 점화기 시험 포함), 2회의 스핀 프라임, 10엔진 1회와 33회 엔진 정적 점화 1회, 지상 문제로 중단된 두 가지 정적 점화, 15초간 진행된 33발 정적 점화, 마지막으로 SpaceX가 부스터를 액체 메탄(LCH4)과 액체 산소(LOX)로 완전히 채운 부스터 습식 드레스 리허설(WDR)을 완료했습니다.

전체 스택은 수요일 발사 전날 완전한 WDR을 완료하는 것도 목표로 했으나, 중간에 작업이 중단된 것으로 보인다. 분명히 스페이스X는 이러한 설계 변경을 진지하게 받아들이고 있으며, 이를 검증하기 위해 많은 부분을 테스트하고 있습니다.

연대표

새로운 발사대와 로켓을 도입하면서 SpaceX는 발사 전 전체 일정과 발사 일정의 여러 요소도 변경했습니다. 우선, 추진제 적재 결정은 이제 T-00:50:00에 이루어지는데, 이는 비행 11편의 T-1:15:00보다 훨씬 늦은 시간입니다. 이는 스페이스X가 스타십의 추진제 적재 시간을 크게 단축했기 때문입니다.

11편에서는 추진제 주입이 T-00:53:00 무렵에, 부스터는 T-00:41:15 부전부터 시작됩니다. 12편에서는 우주선이 T-00:38:53에 출발하고, 부스터는 T-00:35:00에 출발할 예정입니다. 이 급유 시간 단축은 2번 발사대 탱크 농장의 새로운 설계와 관련이 있습니다. 과거 스페이스X는 두 우주선 추진제를 모두 위한 펌프가 하나뿐이었으며; 이제 각 팀마다 4개의 팀이 있습니다.

비행 12 사전 발사 일정 (출처: 스페이스X)

또 다른 변화는 함선이나 부스터에서 LOX와 LCH4 적재가 거의 동시에 시작되는 대신, 이제는 단계적으로 시작된다는 점입니다. 함선 LOX 적재가 시작되고, 그 다음 부스터 LOX 적재, 부스터 LCH4 적재가 시작되며, 마지막으로 적재하는 부분이 함선 LCH4입니다. 추진제 적재 시점에 랩터 3의 냉각 시간이 T-00:21:30경에 시작되는데, 이는 플라이트 11보다 약간 이른 카운트입니다.

전체 스택의 추진제 적재는 T-00:02:10에 종료되며, 이는 36분 43초에 불과해 팔콘 9보다 약간 느린 수치입니다. 비교하자면, 플라이트 11의 추진제 주입은 50분 10초가 걸렸습니다.

그리고 카운트가 T-0에 가까워지면, T-17초에 새로운 화염 도랑 내부의 화염 분향기가 작동되며, 여기에는 양동이와 능선이 포함됩니다. 그리고 이륙에 훨씬 가까워지면, 로켓이 발사 마운트를 벗어나면 상부 갑판 침수판이 작동하여 최대 출력에 도달합니다.

비행 중에도 몇 가지가 달라집니다: 로켓에 가해지는 최대 공기역학적 응력 모멘트(MAX-Q)는 T+45초에 발생하며, 이는 11편의 T+00:01:02와 비교됩니다. 이는 무려 17초 앞당겨진 것으로, 블록 3이 블록 2에 비해 추력과 추력 대비 무게비가 얼마나 증가했는지를 보여줍니다.

MAX-Q가 훨씬 빨리 진행되면서, 대부분의 엔진 차단(MECO)과 핫스테이징이 시간선에서 더 빨리 일어나는데, 이는 부스터가 우주선을 원하는 속도와 고도로 도달시키는 데 걸리는 시간이 더 짧기 때문입니다.

타임라인에서 제외된 사건 중 하나는 핫 단계 분리인데, 블록 3 부스터는 이제 전방 돔의 일부로 통합된 핫 스테이지와 트러스를 갖게 되었습니다.

12편 발사 일정 (출처: 스페이스X)

다음은 슈퍼헤비 착륙 연소로, 플라이트 11보다 다소 늦은 시기에 일어납니다. 이는 새로운 부스터 글라이드 백 프로파일 때문인데, 이 프로파일은 부스터가 더 높은 받음각으로 활공되도록 만듭니다.

부스터가 착륙을 완료한 후, 우주선 엔진 차단은 T+00:08:11경에 발생합니다. 이는 11편보다 47초 빠른 속도입니다. 이것은 랩터 3가 블록 3에 가져다주는 추력 증가를 다시 한 번 보여줍니다.

T+00:17:37에서 T+00:27:15 사이에 페이로드가 배치되며, 약 T+00:38:37경에 랩터 3를 이용한 랩터 재점화 시연이 처음으로 진행됩니다. 스타쉽이 재진입을 통과했다고 가정하면, 재진입은 약 T+00:47:47 시절에 시작되며, 39번 우주선은 T+01:05:06 경에 착륙 연소를 완료할 것입니다. 이 착륙은 엔진 3개로 시작해 2개로 줄여 단일 엔진으로 마무리됩니다.

전체 임무는 약 T+01:05:26, 즉 39호선이 인도양에 착수할 때 완료될 것으로 예상됩니다.

임무 목표

플라이트 12의 성공에는 많은 것이 걸려 있습니다: 새로 건설된 발사대의 완전한 시험과 비행체용 세 가지 주요 부품의 도입입니다. 이들은 블록 3 부스터, 쉽, 랩터 3입니다. 이 모든 신제품 실험과 동시에 스페이스X는 이번 비행에서 몇 가지 다른 것들도 테스트할 예정입니다.

이 부스터는 완전히 새롭게 설계된 설계 부스터이기 때문에, SpaceX는 부스터 19로 캐치를 시도하지 않고 대신 걸프 지역에서의 착수에 도전할 예정입니다. 이는 새로운 설계를 검증하는 데 도움이 되며, 문제가 발생하더라도 착륙 연소가 실패해도 부스터가 발사대를 손상시키지 않을 것입니다. 부스터 20이 13편에서 잡힐 가능성도 있지만, 부스터 19의 성능에 달려 있습니다.

우주선을 위해 SpaceX는 페이로드 배치 시연과 랩터 재조명 시연을 수행할 예정입니다. 탑재체는 다시 한 번 더미 위성 세트가 될 예정이지만, 이번 임무에서는 8개 대신 20개를 탑재했고, 개조된 스타링크 2개를 추가해 총 22개의 위성을 탑재했습니다. 마지막 두 대는 계획된 스타링크 버전 3 하드웨어를 시험하고 재진입 전 우주선 39의 열 차폐막을 스캔하도록 개조될 예정입니다.

이는 스페이스X가 재진입 전에 우주선의 열 차폐막을 촬영해 아직 온전한지 확인하려는 시도입니다. 이러한 이미지는 선박이 육지로 재진입할 때 부서져 손상을 일으키지 않도록 하는 데 매우 중요합니다.

39호선은 열 차폐 타일 도색 (출처: NSF의 콜린 리트케)

개조된 스타링크 작업을 돕고 실험을 수행하기 위해, 여러 타일이 회색과 흰색으로 칠해져 이미지 소프트웨어가 우주선의 어디를 보고 있는지 확인하고 '가짜' 누락 타일을 감지할 수 있는지 판단할 수 있도록 했습니다. 열 차폐막에 대한 다른 실험으로는 전방 플랩 뒤에 있는 단일 타일을 제거하여 인접 타일에 공기역학적 하중이 가해지는지 시험하는 것이 있습니다.

마지막으로, 여러 타일과 여섯 개의 전체 패치가 배의 바람 아래쪽에 접착되어 최신 접착제를 시험했습니다.

최종 목표로는, 39번 함선은 이전 비행 시험에서 시험된 실험적 기동을 수행하여 함선의 포획 궤적을 시뮬레이션할 것이다. 예를 들어 의도적으로 후방 플랩에 힘을 주거나, 11편에서 본 것처럼 동적 뱅크 기동을 수행하는 것처럼요.

경력

모든 것이 이 비행을 바꾼다는 주제에 따라, 스타베이스를 떠나는 초기 경로도 바뀌었다. 이제는 플로리다, 바하마, 터크스 케이커스 제도 바로 남쪽, 쿠바, 히스파니올라, 푸에르토리코, 리워드 제도 바로 북쪽을 지나가는 스타쉽을 정확히 동쪽으로 향하는 대신,

신규 비행 구간과 이전 비행 비교

새로운 궤적은 스타쉽이 약간 남쪽으로 향하게 될 것입니다. 이 선박은 쿠바와 자메이카를 잇고, 히스파니올라와 푸에르토리코 남쪽을 지나며, 마지막으로 리워드 제도의 세인트빈센트와 그레나다 사이를 통과할 것입니다. 이 궤적 변화에는 몇 가지 이유가 있습니다. 우선, 미국과 북부 카리브해를 오가는 주요 항공 노선들을 방해하지 않기 때문입니다.

또한 SpaceX가 앞으로 스타베이스에서 출발하는 스타링크 비행에 필요한 궤적을 연습할 수 있게 해줍니다. 착륙 궤적은 거의 같은 위치이며, 인도양에 착륙하기 전 선박이 다이내믹 뱅킹 기동을 수행하는 구역 끝에 약간의 갈고리가 있습니다.

부스터 15-2와 우주선 38이 같은 기간 동안 비행 11을 위한 이륙 (출처: NSF의 잭 베이어 제공)

윈도우 출시

현재 스타쉽 12편은 5월 21일 목요일 오후 5시 30분(CDT)에 부스터 19와 39번 우주선을 이륙하는 것을 목표로 하며, 이륙 시간은 1시간 30분입니다. 스페이스X는 5월 22일에도 백업 창구를 마련했습니다. 하지만 추가 지연이나 취소가 있을 경우, 5월 23일, 24일, 25일은 메모리얼 데이 주말이기 때문에 5월 26일 화요일까지 기다려야 하며, 그 날에는 해변을 닫을 수 없습니다.

이제 도로 폐쇄 시간도 변경되었으며; 과거에는 늦은 오후 비행의 경우 SpaceX가 CDT 정오경에 도로를 폐쇄했습니다. 하지만 이 항공편은 오전 6시부터 오후 10시(CDT)까지 폐쇄가 계속됩니다. 폐쇄 종료는 발사대와 발사장이 그 시점에 일반인이 안전하게 돌아올 수 있다는 전제로 합니다.

플라이트 12가 언제 발사되든, 그것은 볼거리가 될 것입니다. 이 비행은 스페이스X와 우주 비행 전체를 위해 수년간 준비된 비행입니다. 12편의 성공적인 발사는 SpaceX가 블록 3 부스터와 심지어 우주선을 조속히 잡기 시작할 수 있는 길을 열어줍니다.

대표 이미지: 2번 발사대에 쌓인 39호선과 부스터 19호 (출처: NSF의 맥스 에반스)

https://youtu.be/v6HdFShafe0?si=blx4Don4Ky_8aGXx

스페이스 클럽(Space Club)