스페이스 클럽 일본의 H3가 가장 가벼운 구성으로 첫 발사로 비행 재개를 앞선다

[발사총책임자]

일본의 H3 로켓은 금요일에 성공적으로 비행 재개를 했으며, 이 발사는 소형 탑재체에 최적화된 새로운 구성의 첫 선이기도 했다. 발사는 00:53 UTC(현지 시간 오전 9:53)에 다네가시마 우주센터에서 이루어졌다.

금요일 발사는 H3의 여덟 번째 비행이었으며, 작년 12월 QZS-5 항법 위성이 손실된 실패 이후 첫 번째 비행이었다. 그 임무 중 로켓의 2단은 두 번째 계획된 연소를 위해 비정상적으로 시동되었고, 이후 조기 정지가 이루어졌으며; 조사 결과 실패는 임무 초기에 발생한 것으로 밝혀졌다.

고장의 근본 원인은 위성과 로켓 상단 단계를 연결하는 탑재체 어댑터의 제조 결함으로 의심받고 있다. 이 장치는 H3용으로 재설계되어 볼트 대신 접착식 구조를 사용하여 비용과 무게를 줄였습니다. 이로 인해 분리된 것으로 추정되며, 1단계 연소 후반 페어링 분리 지점의 응력이 결합되어 어댑터의 구조적 파손을 초래했습니다.

이 이상 현상으로 위성이 로켓에서 분리되었으나, 1단 연소 종료 시점까지 로켓의 가속 덕분에 위성은 제자리에 남아 있었고, 2단의 수소 탱크 가압 시스템이 손상되었다. 위성은 1단 종료와 2단 점화 사이의 구간에서 떨어졌고, 2단은 첫 연소 당시 성능이 부진했지만, 탑재체가 없어 예상보다 질량이 적어 이를 상쇄했다.

금요일 발사에 앞서 탑재체 어댑터는 박리 여부를 점검하고 수리했으며, 향후 비행을 위한 데이터 수집을 위해 성능을 모니터링했습니다. 향후 비행에서는 일본 우주항공연구개발기구(JAXA)가 임무와 성능 요구에 따라 같은 방식을 채택하거나 어댑터를 고정장치로 보강할 계획입니다.

https://www.youtube.com/live/HSiaGTea1rc?si=57jWYM2kkx_UtaM9

H3의 비행 재개를 기념하는 것 외에도, 금요일 발사는 H3-30 구성의 첫 비행이었다. 이 로켓은 다른 버전에서 사용된 두 개 대신 세 개의 LE-9 엔진을 장착한 수정된 1단을 특징으로 합니다. 이로 인해 1단은 이륙 시 더 많은 추력을 전달할 수 있어 비행 초기 단계에서 고체 로켓 부스터의 필요성을 없애게 됩니다. 다른 H3 구성과 비교할 때, H3-30은 저지구 궤도에 더 작은 탑재체를 운반하도록 설계되었습니다.

참고

• H3-30S F6 업데이트
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• 일본군 부문
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H3는 미쓰비시 중공업에서 제작한 2단 로켓으로, 액체 수소와 액체 산소라는 극저온 추진제를 연소하는 2단 로켓입니다. 1단은 LE-9 엔진으로 구동되며, 2단 또는 4개의 SRB-3 부스터가 2단 엔진 버전 발사를 위해 추가 추력을 제공합니다. 2단은 단일 LE-5B-3 엔진을 탑재하며, 탑재체는 상단에 장착되어 로켓의 페이로드 페어링 안에 감싸 있습니다. H3는 10.4m 길이의 짧은 페어링, 더 긴 16.4 페어링, 또는 더 넓은 페어링을 장착해 비행할 수 있습니다. 금요일 발사는 짧은 페어링을 사용했으며, 특정 구성은 H3-30S로 지정되었다. 3글자 변형 번호는 1단 엔진 3개, 부스터 없음, 짧은 페어링을 나타낸다.

이번 임무가 고체 로켓 부스터 없이 진행된 최초의 H3 임무였던 만큼, 일본이 최초로 전액 액체 추진제 로켓을 발사한 것도 의미가 있다. 이전의 모든 액체 연료 로켓은 이륙 시 1단을 보조하기 위해 고체 모터를 사용했다.

H3-30의 첫 비행은 H3의 총 8번째 발사였으며, 임무는 H3 비행 6번(F6)으로 지정되었으며, F7과 F8 임무는 이미 발사된 상태입니다. 이전 7회의 발사 중 5회는 성공적이었으며; 2023년 3월 로켓의 첫 비행도 실패했다.

금요일 발사의 주요 목표는 1,600kg 질량 시뮬레이터인 Vehicle Eval‎uation Payload 5(VEP-5)를 주 탑재체로 탑재하는 새로운 H3-30 구성을 시연하는 것이었습니다. VEP-5는 로켓에서 분리되도록 설계되지 않았으며, 임무 기간 내내 탑재물 부착 장치에 고정되어 있었습니다. 6개의 소형 위성이 보조 탑재체로 임무에 탑재되어 2단이 궤도에 진입한 후 배치되었다.

H3 F6 임무의 탑재체 구성, VEP-5는 스택 상단의 은색 원반입니다 (출처: JAXA)

LCTF(PETREL), 즉 우미츠바메를 이용한 우주 및 지상 원격 검사 플랫폼은 도쿄 공대에서 제작한 65kg 위성으로, 실험용 영상 탑재체를 탑재하고 있습니다. 이 탑재체는 위성이 햇빛 아래에 있는지, 지구의 그림자 아래에 있는지에 따라 지구 관측과 자외선 천문학 모두에 사용될 것입니다.

시즈오카 대학교의 STARS-X, 즉 시라이토는 대학에서 수행한 일련의 우주 테더 실험 중 최신 프로젝트입니다. 또 다른 65kg 위성으로, 1킬로미터 길이의 테더로 두 구역으로 나뉘어 '클라이머' 로봇을 배치해 테더를 통과하도록 설계되었다. 이 임무는 우주 잔해 포획 기법도 시험할 예정입니다.

규슈 공과대학이 주도하는 큐브샛 가시광은하 배경복사 탐사(VERTECS) 임무는 우리 은하 외부에서 기원되는 배경 복사를 관측하여 초기 우주의 역사를 연구할 예정입니다. VERTECS는 6유닛(6U) 큐브샛입니다.

나머지 세 개의 탑재체는 상업 운용사를 위해 발사되었다. 허틀링 오빗 정상화기(HORN) 위성: HORN-L과 HORN-R은 일본 스타트업 BULL을 위해 탑재된 6U 큐브샛 두 개입니다. 이 두 우주선은 전개형 돛을 사용해 위성 궤도 이탈 기술을 시험하며, 두 우주선은 서로 다른 크기의 돛을 사용해 성능을 평가합니다. 프랑스 회사 언센랩스(Unseenlabs)를 위해 브레이즈 정찰 궤도선(BRO) 별자리의 일부로 운용된 BRO-22 위성은 선박에서 전자 신호를 탐지하여 불법 활동에 참여할 가능성이 있는 트랜스폰더 신호 없이 운항하는 선박을 식별하는 데 사용될 예정입니다.

2022년 H3 시험 발사 중 다네가시마의 요시노부 발사 단지. (출처: JAXA)

H3 F6는 규슈 남쪽 해안의 다네가시마 섬에 위치한 다네가시마 우주센터 요시노부 발사 단지 2차 발사대에서 발사되었다. 이 섬은 일본의 네 개 주요 섬 중 가장 남쪽에 위치한다. 요시노부 단지는 원래 H-II 계열 로켓을 위해 건설되었으며, H-II 및 H-IIA 발사는 1번 발사대를 사용했습니다. 2번 발사대는 2000년대 초 H-IIA의 예비 발사대로 건설되었으나, 대신 더 큰 H-IIB와 이후 H3 발사에 사용되었습니다.

지금까지 H3의 모든 발사는 이 발사대에서 이루어졌으며, 통합은 발사대에서 북서쪽으로 약 500m 떨어진 차량 조립 건물(VAB)에서 이루어진 후 로켓이 이동식 발사 플랫폼 위에 위치하도록 굴려 배치되었습니다.

일본 로켓의 발사 순간은 많은 서방 운용국에서 사용하는 더 익숙한 T0 대신 X0이라고 불립니다. 세 개의 LE-9 엔진은 카운트다운 지점 직전에 점화되었고, 로켓은 X0에서 발사대에서 상승하기 시작했다.

고체 로켓 모터를 분리할 필요가 없던 상황에서, 비행의 다음 주요 사건은 이륙 약 3분 12초 후 페이로드 페어링의 분리였으며, H3는 이미 125km 고도에 있었고 초당 3.1km의 속도로 비행 중이었다. 약 22초 후 1단 엔진이 정지하면서 주 엔진 차단(MECO)이 발생했습니다. H3-30은 다른 구성에 비해 비행 초기에 MECO가 일어나는데, 추가 엔진 덕분에 추진제가 더 빨리 소모됩니다.

https://youtu.be/5G67RoJ6DL4?si=MJ7IvfbxDClxSJnT

MECO 약 8초 후 1단과 2단이 분리되었고, 2단은 분리 12초 후에 점화되었다. 2단의 LE-5B-3 엔진은 저지구 궤도에 진입하기 위해 11분 21초간 연소했다. 보조 탑재체 배치는 연소 종료 약 61초 후 PETREL과 STARS-X로 시작되었으며, 임무 경과 30분 6초에 HORN-R로 마무리되었습니다.

탑재체 배치 후, 임무는 관성 단계에 진입한 후 2단이 X+1시간 44분 58초에 두 번째 연소를 위해 재점화되었습니다. 18초간의 연소로 상단 단계를 이탈시켰으며, VEP-5는 여전히 부착되어 인도양 상공에서 안전한 재진입을 할 수 있었습니다.

금요일 발사는 일본과 H3 로켓 모두에게 2026년 첫 발사였습니다. H3의 다음 발사는 앞으로 몇 달 내에 예정되어 있으며, F6 임무를 위한 가장 작은 구성에서 가장 무거운 구성으로 진행되며, H3-24W가 국제우주정거장으로 향하는 HTV-X2 화물선을 배치할 예정이다.

(주요 이미지: 다네가시마에서 H3-30S 발사. 출처: JAXA)

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