SS-520 로켓
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1. 개요
SS-520 로켓은 일본 우주항공연구개발기구(JAXA)가 개발한 소형 로켓이다. 1998년 처음 발사되었으며, 2단 고체 로켓으로 최대 140kg의 화물을 준궤도까지 올릴 수 있다. 2017년 4호기 발사 시도에서 기술적 문제로 실패했으나, 2018년 5호기 발사에 성공하여 인공위성을 궤도에 진입시켰다. SS-520 로켓은 3단 로켓으로 개조되어 지구 저궤도에 위성을 발사할 수 있으며, C-130 수송기를 이용한 공중 발사 계획도 연구되었다.
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SS-520 로켓 | |
---|---|
기본 정보 | |
![]() | |
명칭 | SS-520 |
원형 | S-520 |
공식 페이지 | 관측 로켓 SS-520 JAXA |
일반 제원 | |
개발자 | 우주과학연구소 |
운용 기관 | 우주항공연구개발기구 |
사용 기간 | 1998년 - |
사격장 | 우치노우라 우주 공간 관측소 안도야 로켓 발사 장 |
발사 횟수 | 5 |
성공 횟수 | 4 |
단수 | 고체 2단 (관측) / 고체 3단 (관측/발사) |
총 질량 | 2.6t |
전체 길이 | 9.54 - 9.65m |
직경 | 0.52m |
저궤도 (3단식) | 4kg |
2. 역사
SS-520 로켓은 1998년 2월 5일 1호기(SS-520-1)가 처음 발사되었다. 이 로켓은 2단 고체연료 로켓으로, 140kg의 화물을 준궤도 최대 고도 800km까지 운반하는 성능을 보였다. 2000년 12월 4일에는 2호기(SS-520-2)가 노르웨이 스발락에서 발사되어 최대 고도 1040km에 도달했다.
이후 SS-520 로켓은 초소형 위성 발사체로 활용하기 위해 3단 로켓으로 개조되었다. 2017년 1월 15일, JAXA는 3단으로 개조된 4호기(SS-520-4)에 초소형 위성 'TRICOM1'을 탑재하여 발사했으나, 1단 연소 후 발생한 통신 문제로 인해 2단 점화가 취소되면서 위성을 궤도에 올리는 데 실패했다.[35][36]
2018년 2월 3일, 4호기의 실패 원인을 개선한 5호기가 발사되어 탑재된 초소형 위성 TRICOM-1R을 성공적으로 지구 저궤도에 안착시켰다. 이 성공으로 SS-520 5호기는 당시 인공위성을 성공적으로 발사한 세계에서 가장 작은 로켓이라는 기록을 세웠다.
2021년 3호기 발사 시점까지 SS-520 로켓은 초기 형태인 2단 구성으로 3기, 위성 발사 실험을 위해 개조된 3단 구성으로 2기가 발사되었다.
2. 1. 초기 개발
SS-520 로켓은 고도 1000km 상공에서 과학 관측 장비를 운용하기 위한 목적으로 개발되었다. 기본적으로 S-520 로켓을 1단으로 사용하고, 여기에 새로 개발된 2단 로켓(SS-520B2)을 추가한 2단식 구조를 가진다. 2단 로켓은 CFRP(탄소 섬유 강화 플라스틱) 소재를 사용하여 경량화하고 스핀 안정성을 확보했으며, 고압 연소를 통해 성능을 높였다.최초 발사는 1998년 2월 5일에 이루어진 SS-520-1 로켓이었다. 이 2단 고체연료 로켓은 140kg의 탑재체를 준궤도 최대 고도 800km까지 운반하는 데 성공했다.
이후 2000년 12월 4일 오후 6시 16분, 노르웨이 스발락에서 SS-520-2 로켓이 발사되었다. 발사 당시 앙각은 86°, 방위각은 192°였다. 1단 로켓은 67초, 2단 로켓은 69초간 연소하며 총 600초 동안 비행하여 최대 고도 1040km에 도달했다. 이후 탄도 비행으로 하강하여 발사 후 1,100초 만에 지상에 추락했다.
2. 2. 초소형 위성 발사체로의 전용
SS-520 로켓은 관측 로켓으로서 성능이 뛰어나 초소형 위성 발사체로 활용하는 방안이 과거부터 여러 방식으로 검토되었다. 특히 1990년대 개발 초기부터 제3단이나 "제0단"[4]을 부착하여 인공위성을 궤도에 올릴 수 있다는 구상이 있었다[5]. 당시 우주 개발 관계자들 사이에서는 S-520과 SS-520에서 착안하여 'SSS-520'이라는 별칭으로 불리기도 했다.이러한 구상은 기존 2단 로켓의 상단에 3단을 추가하는 방식으로 구체화되어, 2017년 1월 4호기가 처음 발사되었고, 2018년 2월에는 5호기가 인공위성 궤도 진입에 성공했다. 그러나 4호기와 5호기 발사는 모두 기술 실증을 위한 실험이었으며[3], SS-520을 위성 발사체로서 지속적으로 운용할 계획은 고려되지 않고 있다.
2. 2. 1. 4호기 실험 (2017년)
2016년 5월, JAXA는 문부과학성·우주 개발 이용부회 조사·안전 소위원회에서 SS-520 로켓의 2/3단 연결부, 제3단, 위성 연결부 등을 새로 개발하고 일부 부품을 개량하여 4호기로 초소형 위성을 발사할 계획임을 보고했다.[6] 이어 2016년 6월에 이 계획을 공식 발표했다.[7] 기존 2단 로켓에 3단을 추가하여 지구 저궤도에 4kg 이상의 탑재체를 올릴 수 있도록 성능을 개선하는 것이 목표였다. 경량화를 위해 1단과 2단 사이 부분을 짧게 만들어 전체 길이도 줄였다. 발사 과정은 1단 상승 후 분리, 램 라인 자세 제어 장치로 방향 전환, 제어 장치 분리, 상황 판단 후 2단 점화, 2단과 3단으로 수평 가속하는 순서로 계획되었다.[8] 기존 설계를 최대한 유지했기 때문에 투입 가능한 궤도는 근지점이 낮아 실용적이지는 않았다. 이 로켓에는 도쿄대가 개발한 약 3kg의 초소형 위성 TRICOM-1을 탑재하여 지구 저궤도에 투입할 예정이었다.[30]원래 발사는 2017년 1월 11일로 예정되었으나[30], 기상 악화로 인해 1월 15일로 연기되었다. 1월 15일 오전 8시 33분, JAXA는 가고시마현 우치노우라 우주공간 관측소에서 SS-520 4호기(SS-520-4)를 발사했다. 하지만 발사 약 20초 후, 로켓 1단 연소가 끝난 뒤 기체 상태 데이터를 보내는 원격 측정 장치와의 통신이 두절되었다.[9] 이로 인해 안전 확보가 불가능하다고 판단되어 2단 점화가 취소되었고, 위성의 궤도 투입은 실패로 돌아갔다.[35][36] 로켓 제조와 발사에는 약 5억엔 (약 51억원)이 소요되었다.[35] 발사 7분 30초 뒤 고도 200km 지구 저궤도에 위성을 올리는 것이 목표였다.[36] 비록 궤도 투입에는 실패했지만, 탄도 비행 중이던 로켓에서 타이머에 의해 예정대로 발사 450초 후에 위성이 분리되었고, 지상에서는 분리된 위성으로부터 원격 측정 데이터를 수신하여 위성 자체는 정상적으로 작동하고 있음을 확인했다.[10][11]
2017년 2월 13일, JAXA는 기자회견을 열어 실패 원인에 대한 추정 결과를 발표했다. 통신 두절 직전까지 수신된 데이터에서 변형 센서의 이상 신호가 감지되었고, 통신 두절 시점을 고려할 때 전원 계통의 문제일 가능성이 높다고 추정했다. 실제 비행 환경을 모사한 지상 실험 결과, 기체 상부에 위치한 데이터 송신 장치의 전원 케이블 피복이 비행 중 발생하는 열 때문에 녹아내려 쇼트되는 현상이 재현되었다. JAXA는 경량화를 통한 성능 향상을 위해 해당 부분의 구조물 재료를 기존의 스테인리스강에서 알루미늄으로 변경했는데, 이로 인해 열이 더 쉽게 전달되었고, 사용된 케이블 피복 또한 얇았던 것이 문제의 원인으로 지목되었다. 개별 부품 변경에 대한 검토는 이루어졌지만, 이러한 변경들이 조합되었을 때 발생할 수 있는 복합적인 요인에 대한 확인이 부족했던 것으로 분석되었다.[12]
같은 해 2월 17일, JAXA의 오쿠무라 나오키 이사장은 기자회견에서 정확한 시기는 미정이지만 재발사를 추진하기 위해 예산을 조정할 의향이 있다고 밝혔으며[13][14], 4월 정례 회견에서는 2017년도 내(2018년 3월 이전) 발사를 목표로 한다는 구체적인 시기를 제시했다.[15] 이후 2017년 11월에는 실패한 4호기의 문제점을 개선한 5호기의 발사가 공식 발표되었다.
2. 2. 2. 5호기 실험 (2018년)
SS-520 5호기는 4호기의 실패 이후 개발된 대체 기체로, 실험 목적과 기본 구조는 4호기와 동일하며 탑재체는 TRICOM-1R이다. 4호기 실패의 원인이었던 전원 케이블 관련 부분을 중심으로 개량이 이루어졌으며, 이외에도 램 라인 자세 제어 일부 변경 등 4호기의 실험 결과가 반영되었다[16]。당초 2017년 11월 13일 발표에서는 12월 25일 발사 예정이었으나[17], 다른 실험과의 일정 조율 문제로 12월 28일로 한 차례 연기되었다[18][19]。이후 부품에서 결함이 발견되어 다시 12월 28일 이후로 미뤄졌고[20], 최종적으로 2018년 2월 3일로 발사일이 재설정되었다[21]。
2018년 2월 3일 14시 03분 00초에 성공적으로 발사되었으며, 발사 7분 30초 후에 탑재된 초소형 위성 TRICOM-1R을 성공적으로 분리했다. 발사 약 3시간 후[22], 예정대로 위성으로부터 신호 수신이 확인되어 발사 성공이 최종 확인되었다[23]。이에 따라 TRICOM-1R 위성은 "타스키"라는 이름으로 명명되었다[24]。
SS-520 5호기의 성공적인 위성 궤도 투입으로, 일본은 오스미 위성을 발사했던 L-4S 로켓 이후 48년 만에 "실제로 인공위성을 발사한 세계 최소형 로켓" 기록을 경신하게 되었다. 이 기록은 이후 기네스 세계 기록으로 공식 인증되었으며[1], 이는 JAXA의 로켓으로는 최초의 기네스 세계 기록 인증 사례이다[25]。
2. 3. 공중 발사형
C-130 허큘리스 수송기를 이용하여 공중에서 발사하는 계획으로, AL-520이라고 불린다. 이 계획을 통해 17kg의 인공위성을 발사할 수 있을 것으로 예상되었다. 이 구상은 1991년 제35회 우주 과학 기술 연합 강연회에서 처음 발표되었다.이와 유사한 계획으로 2007년경부터 9ton급 및 50ton급 로켓을 이용한 공중 발사 시스템의 검토가 시작되었으며[26], 경제산업성이[27] 2009년부터 관련 연구에 착수할 것이라고 보도되기도 했다[28].
3. 제원
SS-520 로켓의 기본 제원은 다음과 같다.
- 길이: 9.65m
- 직경: 520mm
- 발사 중량: 2.6ton
- 도달 고도: 200km (지구 저궤도)
- 화물 중량: 4kg
- 엔진: 2단 고체로켓, 3단 고체로켓 (4호기)
3. 1. 2단 로켓
고도 1000km까지 관측 장비를 올려 보내 고고도 과학 관측을 수행할 목적으로 개발되었다. 기존의 S-520 로켓을 1단 로켓으로 사용하고, 새로 개발된 2단 로켓 SS-520B2를 추가한 2단식 구성이다.2단 로켓은 탄소 섬유 강화 플라스틱(CFRP)으로 제작되어 무게를 줄였으며, 스핀 안정성을 확보하고 고압 연소를 통해 성능을 향상시켰다. 추가된 2단은 경량화되었음에도 S-520 로켓의 머리 부분보다 무게가 더 나가기 때문에, 공기역학적 안정성을 위한 여유를 충분히 확보하도록 설계되었다. 1단은 S-520 로켓과 마찬가지로 공기역학적으로 안정성을 유지하며, 꼬리 날개를 이용해 스핀을 발생시킨다. 2단은 이 스핀을 이용해 비행 중 자세를 안정시킨다. 만약 비행 중 자세 변경이 필요하다면, 람 라인 자세 제어 장치를 별도로 탑재할 수 있다.
1998년 첫 발사 이후, 2021년까지 2단 구성으로는 총 3기가 발사되었다. (위성 발사 시험용 3단 구성 로켓은 별도)
항목 | 제원 |
---|---|
전장 | 9.65m |
직경 | 520mm |
총 중량 | 2.6ton |
최대 고도 | 1000km |
탑재량 | 140kg |
엔진 | 2단 고체로켓 |
3. 2. 3단 로켓 (4호기, 5호기)
SS-520 로켓은 관측 로켓이지만 성능이 뛰어나 초소형 위성 발사체로 활용하는 방안이 과거부터 검토되어 왔다. 기존 2단 로켓의 상단에 3단을 추가한 3단 로켓 형태가 개발되었으며, 2017년 1월 4호기가 처음 발사되었고, 2018년 2월 5호기가 인공위성 궤도 진입에 성공했다. 하지만 4호기와 5호기 모두 기술 실증을 위한 발사였으며[3], 위성 발사체로서 지속적으로 운용할 계획은 없다.1990년대 SS-520 개발 초기부터 3단을 추가하여 인공위성을 궤도에 올리려는 구상이 존재했다[5]. 이는 S-520과 SS-520에서 이름을 따와 우주 개발 관계자들 사이에서 비공식적으로 'SSS-520'으로 불리기도 했다.
2016년 5월, 우주항공연구개발기구(JAXA)는 문부과학성 우주 개발 이용부회 조사·안전 소위원회에서 2단과 3단 연결부, 3단, 위성 연결부 등을 새로 개발하고 일부 부품을 개량하여 SS-520 4호기로 초소형 위성을 발사할 계획임을 보고했으며[6], 같은 해 6월 이 계획을 공식 발표했다[7]. 3단을 추가함으로써 지구 저궤도(LEO)에 4kg 이상의 탑재체를 올리는 것을 목표로 설정했다. 경량화를 위해 1단과 2단 사이의 연결 부분을 줄여 전체 길이를 단축시키는 설계 변경이 이루어졌다. 발사 과정은 1단 로켓으로 상승한 뒤, 1단과 2단을 분리하고 '램 라인 자세 제어 장치'를 이용해 로켓의 방향을 전환한다. 이후 제어 장치를 분리하고 상황을 판단한 뒤 2단 로켓을 점화하며, 2단과 3단은 수평 방향으로 가속하며 비행한다[8]. 기존 부품을 최대한 활용하는 방식으로 설계되어, 투입 가능한 궤도의 근지점이 낮아 실용성은 다소 떨어진다는 한계가 있다. 4호기에는 약 3kg 무게의 초소형 위성 TRICOM-1을 LEO에 투입할 예정이었다[30].
'''4호기 발사 및 실패'''
4호기는 당초 2017년 1월 11일 발사 예정이었으나[30], 기상 악화로 인해 1월 15일로 연기되었다. 1월 15일 오전 8시 33분에 발사되었지만, 발사 약 20초 후 로켓에서 보내는 원격 측정 데이터(텔레메트리) 수신이 중단되었다. 안전 확보가 불가능하다고 판단되어 2단 점화가 중지되었고, 결과적으로 위성의 궤도 투입은 실패로 돌아갔다[9]. 하지만 탄도 비행 중이던 로켓에서 타이머에 의해 예정된 시점(발사 450초 후)에 위성이 정상적으로 분리되었고, 분리된 위성에서 보내는 원격 측정 데이터가 수신되어 위성 자체는 정상 상태임이 확인되었다[10][11].
JAXA는 2017년 2월 13일 기자회견을 열어 실패 원인에 대한 추정 결과를 발표했다. 통신 두절 직전까지 수신된 데이터에서 로켓의 변형을 측정하는 센서의 이상 신호가 감지되었고, 통신이 두절된 시점을 고려할 때 로켓 내부의 전원 공급이 끊겼을 가능성이 높다고 추정했다. 실제 비행 환경을 모방한 지상 실험에서도 로켓 상부에 위치한 데이터 송신 기기의 전원 케이블 피복이 열 때문에 녹아 합선(쇼트)되는 현상이 재현되었다고 밝혔다. 실패의 근본적인 원인으로는 경량화를 통한 성능 향상을 위해 해당 부분의 부품 재질을 기존 스테인리스강에서 열 전도율이 더 높은 알루미늄으로 변경한 점이 지적되었다. 이로 인해 케이블에 열이 더 쉽게 전달되었고, 여기에 더 얇은 피복의 케이블이 사용된 것이 복합적으로 작용한 것으로 분석되었다. 개별적인 설계 변경 사항에 대해서는 사전 검토 시 문제가 없다고 판단했지만, 이러한 변경들이 결합되었을 때 발생할 수 있는 복합적인 요인에 대한 확인이 부족했던 것으로 보인다[12].
'''재발사 및 5호기'''
실패 직후인 2017년 2월 17일, JAXA의 오쿠무라 나오키 당시 이사장은 재발사를 추진할 의향이 있음을 밝혔으며[13][14], 같은 해 4월 정례 회견에서는 2018년 3월 이전에 재발사하겠다는 구체적인 목표 시기를 제시했다[15]. 이후 2017년 11월, 4호기의 실패 원인을 보완한 5호기의 발사가 공식 발표되었다. 앞서 언급된 바와 같이, 5호기는 2018년 2월 발사에 성공하여 위성을 궤도에 올리는 데 성공했다.
'''제원 (3단 로켓 기준)'''
항목 | 내용 |
---|---|
길이 | 9.65m |
직경 | 520mm |
총 발사 중량 | 2.6ton |
도달 고도 | 200km (지구 저궤도) |
궤도 투입 가능 중량 | 4kg |
엔진 | 1단 고체로켓, 2단 고체로켓, 3단 고체로켓 (4호기, 5호기) |
4. 발사 기록
SS-520 로켓은 총 5차례 발사되었다.
- 1호기 (SS-520-1): 1998년 2월 5일 17시 30분 (JST), 우치노우라 우주공간 관측소에서 처음 발사되었다. 2단 고체로켓으로, 140kg의 화물을 준궤도 최대 고도 750km까지 올렸다. 소형 위성 발사용 자세 제어 장치 기술 시험 및 고속 중성 입자 관측이 목적이었다.
- 2호기 (SS-520-2): 2000년 12월 4일 18시 16분 (JST), 노르웨이 뉘올레순에서 발사되었다. 2단 고체로켓으로, 앙각 86°, 방위각 192°로 발사되었다. 1단은 67초, 2단은 69초 동안 연소하여 최대 고도 1000km에 도달했다. M-V 로켓용 노즐 재료 개량을 위한 설계 기법 검증 및 자기권 커스프 영역 관측을 수행했다.
- 4호기 (SS-520-4): 2017년 1월 15일 오전 8시 33분 (JST), JAXA는 가고시마현 우치노우라 우주공간 관측소에서 발사했다. 도쿄대가 개발한 3kg급 초소형 위성 'TRICOM1'을 탑재했다. 로켓 1단 연소 후 데이터 수신 이상으로 2단 점화를 취소하여 위성 궤도 투입에 실패했다. 로켓 제조 및 발사 비용은 약 5억엔(약 51억원)이 소요되었다.[35] 목표 궤도는 근지점 180km × 원지점 1500km의 지구 저궤도였다.[36][30] 민생 기술을 활용한 로켓 및 위성 개발과 초소형 위성 발사 실증이 목적이었다.[29]
- 5호기 (SS-520-5): 2018년 2월 3일 14시 03분 (JST), 우치노우라 우주공간 관측소에서 발사되었다. 4호기와 동일하게 민생 기술[32]을 이용한 로켓 및 위성 개발과 3kg급 초소형 위성 발사 실증을 목표로 했으며, 성공적으로 위성을 근지점 187km × 원지점 2012km 궤도에 투입했다.[31]
- 3호기 (SS-520-3): 2021년 11월 4일 19시 09분 25초 (JST), 노르웨이 안도야 로켓 발사 기지에서 발사되었다. 최대 고도 756km에 도달했으며, 극지방 커스프 상공에서 발생하는 전리 대기 유출 과정 연구를 목적으로 했다.[33] 당초 2017년 12월 발사 예정이었으나 여러 차례 연기되었다.[34]
아래는 각 발사에 대한 요약 정보이다.
기체 번호 | 발사 일시(JST) | 발사 장소 | 도달 고도 | 실험 내용 |
---|---|---|---|---|
1호기 | 1998년 2월 5일 17시 30분 | 우치노우라 | 750km | 소형 위성 발사용 자세 제어 장치의 기술 시험, 고속 중성 입자 관측 |
2호기 | 2000년 12월 4일 18시 16분 | 뉘올레순 | 1000km | M-V 로켓용 노즐 재료 개량을 위한 설계 기법 검증, 자기권 커스프 영역 관측 |
4호기 | 2017년 1월 15일 8시 33분[29] | 우치노우라 | 근지점 180km × 원지점 1500km (계획치)[30] | 민생 기술을 사용한 로켓·위성 개발과 3kg 정도의 초소형 위성 발사 실증 비행 중 텔레메트리가 끊어져 2단 점화를 중지하고 위성 궤도 투입을 하지 못함 |
5호기 | 2018년 2월 3일 14시 03분[31] | 우치노우라 | 근지점 187km × 원지점 2012km | 민생 기술[32]을 사용한 로켓·위성 개발과 3kg 정도의 초소형 위성 발사 실증 |
3호기 | 2021년 11월 4일 19시 09분 25초[33] | 안도야 | 756km | 극역 커스프 상공에서 발생하는 전리 대기 유출 과정 연구 |
참조
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「電柱サイズ」打ち上げ 超小型衛星搭載
https://mainichi.jp/[...]
毎日新聞
2018-02-07
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간행물
SS-520 5号機による超小型衛星打上げの実証実験の結果について
https://www.jaxa.jp/[...]
JAXA
2018-02-07
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웹사이트
超小型衛星、愛称は「たすき」 宇宙に向かって、たすきつなぐ想い
https://www.huffingt[...]
ハフィントンポスト
2018-02-07
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뉴스
世界最小級ロケットがギネス世界記録に認定
http://www.mbc.co.jp[...]
MBCニュース
2018-04-28
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문서
マイクロ衛星打ち上げ用空中発射システムに関する調査報告書 (機械システム振興協会)
http://www.usef.or.j[...]
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웹사이트
世界最小宇宙ロケット、経産省とJAXAの協力で開発中
http://sorae.jp/02/2[...]
sorae.jp
2016-09-10
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뉴스
ロケットの空中発射、実用研究に着手 経産省が来年度
http://www.asahi.com[...]
朝日新聞
2008-09-13
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문서
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간행물
SS-520 4号機実験の実施について
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JAXA
2016-12-08
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문서
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문서
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간행물
観測ロケットSS-520-3号機 打上げ結果について
https://www.jaxa.jp/[...]
JAXA
2021-11-09
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간행물
観測ロケットSS-520-3号機実験の実施について
https://www.jaxa.jp/[...]
JAXA
2021-10-07
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뉴스
日 '세계 최소형' 로켓 발사 실패…통신 이상에 2단 점화 취소
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연합뉴스
2017-01-15
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뉴스
세계 최소 일본 위성 로켓 발사 도중 ‘퍽’
http://www.joongang.[...]
중앙일보
2017-01-15
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