아폴로 6호
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1. 개요
아폴로 6호는 1968년 4월 4일 발사된 새턴 V 로켓의 마지막 무인 시험 비행이었다. 이 임무는 유인 비행을 위한 로켓의 성능을 시험하고, 달 귀환 시 사령선의 대기권 재진입 능력을 검증하는 것을 목표로 했다. 발사 과정에서 로켓 엔진의 이상과 진동 문제로 인해 목표 궤도에 도달하지 못하고, 엔진 일부가 정지하는 등 여러 기술적 결함이 발생했다. 이러한 문제점들을 분석하고 개선하여, 이후의 아폴로 계획에 반영했다. 아폴로 6호의 사령선은 현재 조지아주 애틀랜타의 펀뱅크 과학 센터에 전시되어 있다.
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새턴 V는 미국의 아폴로 계획과 스카이랩 계획에 사용된 다단식 액체 추진 로켓으로, NASA에 의해 13회 발사되어 인류 최초의 달 착륙에 핵심적인 역할을 했으며, 현재 3기가 박물관에 전시되어 있다.
| 아폴로 6호 | |
|---|---|
| 개요 | |
| 명칭 | 아폴로 6호 |
| 원어 명칭 | Apollo 6 |
| 임무 유형 | 무인 지구 궤도 사령/기계선 비행 (A) |
| 운영 기관 | NASA |
| COSPAR ID | 1968-025A |
| SATCAT | 3170 |
| 임무 기간 | 9시간 57분 20초 |
| 궤도 횟수 | 3 |
| 우주선 | 아폴로 CSM-020 아폴로 LTA-2R |
| 제조사 | 노스 아메리칸 록웰 |
| 발사 질량 | 전체: 37,837 kg CSM: 25,140 kg |
| 임무 세부 정보 | |
| 발사 일자 | 1968년 4월 4일 12:00:01 UTC |
| 발사 로켓 | Saturn V SA-502 |
| 발사 장소 | 케네디 우주 센터 LC-39A |
| 착수 일자 | 1968년 4월 4일 21:57:21 UTC |
| 착수 지점 | 27 |
| 회수 | (오키나와함) |
| 아폴로 계획 | |
| 이전 임무 | 아폴로 5호 |
| 다음 임무 | 아폴로 7호 |
| 이미지 | |
 | |
2. 목적
새턴 V 로켓의 유인 비행(아폴로 8호)에 대비한 마지막 무인 발사 실험이었다(그 전의 아폴로 7호에는 새턴 V 로켓보다 한층 작은 새턴 IB 로켓이 사용되었다). 주된 목적은 사령선을 달로부터 귀환할 때의 최악의 상태를 가정하여 대기권에 재돌입시키는 실험이었으나, 로켓 엔진의 이상으로 실행되지 않았다.[1][2]
1967년 3월 13일, 1단 로켓 S-IC와 3단 S-IVB, 로켓 자동 조종 장치가 케이프 커내버럴에 도착했고, S-IC는 즉시 로켓 조립 건물(VAB) 안에 설치되었다. 5월 24일에는 2단 S-II 로켓이 도착했고, 7월 7일 설치되기 전까지 덤벨 형태의 스페이서가 1단과 3단 로켓 사이에 설치되어 전기 계통 점검 등이 이루어졌다.
이 임무는 새턴 V 발사체가 전체 아폴로 우주선을 달로 보낼 수 있는 능력을 테스트하기 위한 것이었다. 특히 달 착륙선(LM)에 가해지는 스트레스와 거의 전체 하중을 가진 전체 새턴 V의 진동 모드를 테스트하기 위한 것이었다. 아폴로 4호 임무(새턴 V의 첫 번째 비행)를 통해 우주선이 유인 비행에 적합하다는 것이 입증되었으므로, 초점은 발사체의 완전한 자격 획득에 맞춰졌다. 초기 주차 궤도 도달, S-IVB의 재시동을 통해 달 궤도 너머 계획된 거리까지 우주 비행체를 추진하는 것과 같은 계획된 임무 이벤트의 정상적인 완료는 아폴로 6호의 주요 목표를 달성하기에 충분하다고 간주되었다.
아폴로 6호의 발사체는 AS-502로 지정되었으며, 두 번째 비행 가능한 새턴 V였다. 탑재체에는 블록 II 수정 사항이 있는 블록 I 사령/서비스 모듈(CSM)-020이 포함되었다. 블록 I CSM은 블록 II와 달리 달 착륙선과 도킹할 수 없었다. CSM-020의 수정 사항 중 하나는 달 귀환 조건에서 테스트하기 위한 새로운 승무원 해치였다. 이 새로운 해치는 1967년 1월 27일 아폴로 1호 화재로 세 명의 우주 비행사가 사망하는 데 기여한 비상시 개방이 너무 어려운 것으로 아폴로 1호 조사 위원회에서 비난한 해치를 대체했다. 사용된 사령 모듈은 CM-020이었으며, 원격으로 작동할 수 있도록 미션 프로그래머 및 기타 장비를 탑재했다.[2]
아폴로 6호에는 달 시험 기기가 탑재되었다. 이는 LTA-2R로 지정된 모의 달 착륙선이었다. 이 기기에는 착륙 장치가 없는 비행형 강하 단계가 포함되었으며, 연료 탱크에는 물과 글리콜 혼합물과 산화제 탱크에는 프레온이 채워져 있었다. 비행 시스템이 없는 상승 단계는 밸러스트 알루미늄으로 만들어졌으며 진동, 음향 및 구조적 무결성을 나타내도록 계측되었다. LTA-2R은 비행 내내 SLA-9로 번호가 매겨진 우주선-달 착륙선 어댑터 내부에 남아 있었다.[4]
3. 발사 준비
1967년 9월 29일 아폴로 사령선과 기계선이 도착했고, 12월 10일 로켓에 설치되었다. 이 우주선은 아폴로 1호 화재로 소실된 CSM-014 기계선과 탱크 폭발 사고로 파괴된 CSM-020 사령선을 조합한 것이었다.
1968년 2월 6일, 로켓 전체가 LC-39A 발사대에 설치되었다. 하지만, VAB에서는 아폴로 4호 준비도 동시에 진행되고 있었기 때문에, 아폴로 6호 작업은 지연되었다.
4. 비행
아폴로 6호는 1968년 4월 4일 오전 7시(협정 세계시 1200)에 케네디 우주 센터 발사 단지 39A에서 발사되었다.[2] 발사 후 처음 2분 동안 새턴 V 발사체는 정상적으로 작동했으나, S-IC 1단계 연소 중 포고 진동이 발생하여 발사체가 흔들렸다. 새턴 V는 설계상 최대치인 0.25g-force를 초과하는 ±0.6g-force를 경험했다.[6] 이로 인해 우주선-달 착륙선 어댑터(SLA) 패널 중 하나가 손실되었다.
1단계 분리 후, S-II 2단계 J-2 엔진에 문제가 발생했다. 2번 엔진은 발사 후 225초부터 성능 문제가 나타나 T+319초에 급격히 악화되었고, T+412초에 계측 장치가 완전히 차단되었다. 2초 후, 3번 엔진도 차단되었는데, 이는 전선 연결 문제로 인해 정상 작동하던 3번 엔진까지 함께 차단된 것이다.[1] 계측 장치는 이를 보상하여 남은 3개 엔진을 계획보다 58초 더 연소시켰다. S-IVB 3단계 역시 평소보다 29초 더 연소해야 했고, 약간의 성능 손실이 있었다.[1]
S-IC는 플로리다주 동쪽, 동경 74° 19', 북위 30° 12'의 대서양에, S-II는 동경 32° 11', 북위 31° 12'의 아조레스 제도(포르투갈령) 남쪽 북대서양에 낙하했다.
당초 우주선은 고도 160km의 원궤도가 아닌 근지점 178km, 원지점 367km의 타원 궤도에 진입했다. 지구를 두 바퀴 돈 후, 3단 로켓 재점화 실패로 예정된 달 궤도 진입에 실패했다.[1]
이에 기계선의 로켓을 442초간 분사하여 원지점 22200km의 타원 궤도에 진입하기로 결정했으나, 이는 실제 달 비행 계획에서는 불가능한 장시간 분사였다. 연료 부족으로 대기권 재진입 속도는 예정보다 낮은 10,000 m/s였다. 착수 지점은 예정 해역에서 80km 벗어났고, 강습상륙함 오키나와 (USS Okinawa)가 10시간 후 사령선을 회수했다. 3단 로켓은 1968년 4월 25일 대기권에 재진입했다.[1]
4. 1. 발사
아폴로 6호는 1968년 4월 4일 오전 7시(협정 세계시 1200)에 케네디 우주 센터 발사 단지 39A에서 발사되었다.[2] 처음 2분 동안 새턴 V 발사체는 정상적으로 작동했다. 그러다 새턴 V의 S-IC 1단계가 연소되면서 포고 진동이 발사체를 흔들었다. 추력 변화로 인해 새턴 V는 ±0.6g-force의 G-force를 경험했는데, 이는 설계상 최대 0.25g-force에 불과했다.[6] 발사체는 우주선-달 착륙선 어댑터(SLA) 패널 중 하나가 손실된 것 외에는 피해를 입지 않았다.
NASA 유인 우주 비행 부국장 조지 뮬러는 의회 청문회에서 그 원인을 다음과 같이 설명했다.
1단계가 분리된 후, S-II 2단계에서 J-2 엔진에 문제가 발생하기 시작했다. 2번 엔진은 발사 후 225초부터 성능 문제가 발생하여 T+319초에 급격히 악화되었다. T+412초에 계측 장치가 완전히 차단했고, 2초 후 3번 엔진도 차단되었다.[1] 문제는 2번 엔진에 있었지만, 전선이 서로 연결되어 있어 계측 장치의 명령으로 정상적으로 작동하던 3번 엔진도 함께 차단되었다. 계측 장치는 이를 보상할 수 있었고, 남은 3개의 엔진은 계획보다 58초 더 연소되었다. S-IVB 3단계도 평소보다 29초 더 연소해야 했다. S-IVB 역시 약간의 성능 손실을 경험했다.[1]
S-IC는 플로리다주 동방 동경 74° 19', 북위 30° 12'의 대서양상에 낙하했고, S-II는 동경 32° 11', 북위 31° 12'의 북대서양 상 아조레스 제도(포르투갈령) 남부에 낙하했다.
4. 2. 궤도
우주선은 당초 예정되었던 고도 160km의 원궤도에서 크게 벗어나 근지점 178km, 원지점 367km의 타원 궤도에 진입했다. 지구를 두 바퀴 돈 후, 제3단 로켓이 재점화되지 않아 예정되었던 달 궤도에 진입할 수 없었다.[1]
그럼에도 불구하고 당초의 목적을 가능한 한 달성하기 위해 기계선의 로켓을 442초간 분사하여 원지점 22200km의 타원 궤도에 진입하기로 결정되었지만, 이러한 장시간의 분사는 실제 달 비행 계획에서는 있을 수 없는 일이었다. 연료 부족으로 대기권 재진입 속도는 예정되었던 11,270 m/s에 미치지 못하는 10,000 m/s였다. 착수 지점은 예정 해역에서 80km 벗어났기 때문에 강습상륙함 오키나와 (USS Okinawa)가 사령선을 회수한 것은 10시간 후였다. 제3단 로켓은 1968년 4월 25일에 대기권에 재진입했다.[1]
5. 문제의 원인
제1단 로켓의 공진 현상은 로켓 재조정을 통해 해결되었다. 연료와 산화제 펌프 및 공급 라인은 헬륨 가스로 채워져 있었으나, 진동 감소를 위해 압력이 낮춰졌다.[6]
J-2 엔진의 연소실 연료 공급 파이프 파단이 제2단 로켓 엔진 이상의 원인이었다. J-2 엔진 연소실은 팽창실(노즐) 격벽 위에 설치된 섬세한 구조물로, 액체 산소와 액체 수소가 가늘고 복잡하게 얽힌 파이프로 공급된다. 3번 엔진 연소 중 진동으로 액체 수소 파이프가 파괴되어 연소실에 산소만 공급되었다. J-2 엔진은 연소실 온도를 낮추기 위해 액체 수소를 과다 공급하는데, 수소 차단으로 산소가 많아져 연소실 온도가 국소적으로 상승해 파괴되었다.[1]
압력 저하는 자동 조종 장치에 감지되어 연소 정지 명령이 전달되었으나, 3번 엔진 명령 배선이 2번 엔진과 공통으로 사용되어 2번 엔진 정지 신호가 3번 엔진에도 전달되었다.[1]
우주선-로켓 접속 부분 문제는 벌집 구조가 원인이었다. 로켓 가속 중 달 착륙선 격납실이 대기압 저하로 팽창하려 했다. 이후 비행에서는 격납실에 감압용 창을 설치했다.[2]
6. 문제 해결 및 개선
제 1단 로켓의 공진 현상(포고 현상)은 연료와 산화제 펌프 및 공급 라인에 압력 조정 장치로부터 헬륨 가스를 채워 압력을 낮춤으로써 진동을 감소시키는 방식으로 해결되었다.[2]
J-2 엔진의 연소실에 연료를 공급하는 파이프가 파단된 것이 제 2단 로켓 엔진 이상의 원인이었다. J-2 엔진 연소실은 팽창실(노즐) 격벽 위에 설치된 섬세한 구조물로, 복잡하게 얽힌 파이프를 통해 액체 산소와 액체 수소가 공급된다. 아폴로 6호 비행에서는 3번 엔진 작동 중 진동으로 액체 수소 파이프가 파괴되어 연소실에 산소만 공급되었다. J-2 엔진은 연소실 온도를 낮추기 위해 액체 수소를 과다 공급하지만, 수소가 차단되고 산소가 많아지면서 연소실 온도가 국소적으로 상승해 파괴로 이어졌다.
압력 저하는 자동 조종 장치에 감지되어 연소 정지 명령이 내려졌지만, 3번 엔진에 명령을 보내는 배선이 2번 엔진과 공통으로 사용되어 압력 센서가 2번 엔진 정지 후 즉시 3번 엔진에도 신호를 보냈다.[1]
우주선과 로켓 접속 부분 문제는 하니컴 구조가 원인이었다. 로켓 가속 중 달 착륙선 격납실이 대기압 감소로 팽창하려 한 것이 파괴 원인으로 밝혀져, 이후 비행에서는 격납실에 감압용 창을 열도록 결정되었다.[2]
아폴로 6호에서 발생한 문제들은 유인 비행이었다면 비행사를 긴급 탈출시켜야 할 정도였지만, 이를 통해 얻은 데이터는 매우 귀중했다. 이후 발사된 11기의 새턴 V 로켓은 심각한 사고를 겪지 않았다.
7. 사회적 영향
아폴로 6호 발사 당일, 테네시주 멤피스에서 마틴 루터 킹 목사가 암살되어 사회적으로 거의 주목받지 못했다.[2] 5일 후에는 린든 B. 존슨 대통령이 재선 불출마를 선언했다.
이 사건은 대한민국이 민주주의와 인권의 중요성을 다시 인식하고, 사회 통합과 발전을 위한 노력을 강화하는 계기가 되었다.
8. 현재
현재 아폴로 6호의 사령선은 조지아주 애틀랜타의 펀뱅크 과학 센터에 전시되어 있다. 가까운 곳에는 마틴 루터 킹 목사의 묘지가 있다. 대한민국 국민들은 애틀랜타 방문 시, 아폴로 6호 사령선과 마틴 루터 킹 목사 묘지를 함께 방문하여 미국의 우주 개발 노력과 인권 운동의 역사를 동시에 체험할 수 있다.
9. 영상
다큐멘터리 프로그램 등에서 자주 사용되는 로켓 분리 촬영 영상은 아폴로 4호 및 아폴로 6호의 것이다. 이 중 후반부 'S-IV-B Staging'이 아폴로 6호의 것이다.[2] 영상 속 백색광은 액체 산소·액체 수소 로켓 배기가스인 고온의 수증기이며, 붉은 불길은 고체 연료 로켓의 배기가스이다. 이 영상은 15배속으로 촬영되었다. 필름 수용 캡슐은 우주 공간에서 분리, 대기권 재돌입 후 낙하산으로 착수했지만, 2개 중 1개는 회수하지 못했다.
아폴로 11호 등 발사 장면에 TV 프로그램에서 소개되는 새턴 V 로켓 본체, 배기가스 분사 엔진 근접 촬영 영상 대부분은 아폴로 6호의 것이다. 아폴로 6호 기계선은 유일하게 흰색이며, 다른 새턴 V 로켓은 은빛이었기에 영상 구별이 가능하다.
참조
[1]
서적
Saturn V Launch Vehicle Flight Evaluation Report - AS-502 Apollo 6 Mission
http://klabs.org/his[...]
NASA
1968-06-25
[2]
웹사이트
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https://www.nasa.gov[...]
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2021-04-04
[3]
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The Apollo Spacecraft: A Chronology
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Apollo/Skylab ASTP and Shuttle Orbiter Major End Items
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Moonport: A History of Apollo Launch Facilities and Operations
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Apollo: Where are they now?
http://nssdc.gsfc.na[...]
NASA
2013-07-07
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