소유스-TMA
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1. 개요
소유스-TMA는 러시아의 소유스 우주선 중 하나로, 3명의 우주비행사를 수용할 수 있으며 약 30일 동안의 생명 유지 시스템을 갖추고 있다. 궤도 모듈, 귀환 모듈, 서비스 모듈로 구성되며, 재진입 시 궤도 모듈은 분리되고 귀환 모듈이 대기권 재진입을 담당한다. 다양한 시스템을 통해 온도 조절, 생명 유지, 전력 공급, 통신, 제어 등을 수행하며, 자동 도킹 시스템과 발사 탈출 시스템을 갖추고 있다. 소유스-TMA-M은 소유스-TMA를 기반으로 개량된 우주선으로, 국제 우주 정거장의 우주비행사 교체를 위해 사용되었다.
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| 소유스-TMA | |
|---|---|
| 소유스 TMA | |
 | |
| 종류 | ISS 승무원 수송 |
| 운영 주체 | 로스코스모스 |
| 궤도 | 저궤도 |
| 수명 | ISS 도킹 시 최대 6개월 |
| 기반 | 소유스-TM |
| 파생형 | 소유스 TMA-M |
| 상태 | 퇴역 |
| 발사 횟수 | 22 |
| 첫 발사 | 2002년 10월 30일 (소유스 TMA-1) |
| 마지막 발사 | 2011년 11월 14일 (소유스 TMA-22) |
| 명칭 (러시아어) | (수송 개량 인체 측정) |
2. 설계
소유스 우주선은 앞에서부터 뒤로 다음과 같이 세 부분으로 구성된다.
- 구체형 궤도 모듈
- 작은 공기역학적 재진입 캡슐
- 태양 전지판이 부착된 원통형 승무원실
앞의 두 부분은 거주 가능한 생활 공간이다. 지구 대기 재진입 시 차폐되거나 감속될 필요가 없는 궤도 모듈로 가능한 한 많은 부분을 옮김으로써, 소유스 3부작 우주선은 2부작 아폴로 우주선의 사령 모듈보다 더 크고 가볍다. 아폴로 사령 모듈은 6㎥의 생활 공간과 5,000kg의 질량을 가졌고, 3부작 소유스는 같은 승무원에게 9㎥의 생활 공간, 에어록, 그리고 아폴로 캡슐만의 질량으로 서비스 모듈을 제공했다. 이는 아폴로 달 착륙선 대신 사용할 수 있는 궤도 모듈을 고려하지 않은 것이다.
소유스는 최대 3명의 우주비행사를 태울 수 있으며 약 30인 일 동안 생명 유지 장치를 제공할 수 있다. 생명 유지 시스템은 해수면 부분 압력에서 질소/산소 대기를 제공한다. 대기는 승무원이 생산하는 대부분의 이산화 탄소와 물을 흡수하고 산소를 재생하는 KO2 실린더와 남은 CO2를 흡수하는 LiOH 실린더를 통해 재생된다.
이 차량은 대기 통과 후 버려지는 노즈 페어링에 의해 발사 중에 보호된다. 자동 도킹 시스템을 갖추고 있다. 이 우주선은 자동적으로 또는 지상 제어와 독립적으로 조종사에 의해 작동될 수 있다.
2. 1. 궤도 모듈 (BO)
소유스 우주선의 앞부분은 궤도 모듈(비토보이 옷세크/бытовой отсекru)로, 거주 구역이라고도 한다. 이곳에는 실험 장비, 카메라, 화물 등 재진입에 필요하지 않은 모든 장비가 보관된다. 일반적으로 식사 공간과 화장실로 모두 사용된다. 또한 맨 끝 부분에는 도킹 포트가 있다. 이 모듈에는 화장실, 도킹 항법 장치 및 통신 장비도 들어 있다. 최신 소유스 버전에서는 승무원에게 앞쪽 시야를 제공하는 작은 창이 도입되었다.
이 모듈과 귀환 모듈 사이의 해치를 닫아 필요시 에어록 역할을 하도록 격리할 수 있다. 우주 비행사는 발사대에서 측면 포트(귀환 모듈 근처)를 통해 우주선에 들어간다.
이러한 분리는 생명과 관련된 귀환 모듈에 대한 위험을 줄이면서 궤도 모듈을 임무에 맞게 사용자 지정할 수 있게 해준다. 무중력 상태에서의 방향 설정 관례는 귀환 모듈과 다르며, 우주 비행사는 도킹 포트를 향해 머리를 두고 서거나 앉는다.
2. 2. 귀환 모듈 (SA)
귀환 모듈(스푸스카예미 아파라트(SA)/спускаемый аппарат (СА)ru)은 발사 및 지구 귀환에 사용된다. 재진입 시 보호를 위해 내열성 덮개로 덮여 있다. 대기권에 의해 초기 감속된 후, 제동 낙하산, 그리고 착륙을 위해 우주선을 감속시키는 주 낙하산의 도움을 받는다. 지상 1미터 높이에서, 열 차폐막 뒤에 장착된 고체 연료 제동 엔진이 발사되어 연착륙을 제공한다. 귀환 모듈의 설계 요구 사항 중 하나는 가능한 최대의 부피 효율(내부 부피를 선체 면적으로 나눈 값)을 갖는 것이었다. 이를 위한 최적의 모양은 구체이지만, 이러한 모양은 양력을 제공할 수 없으며, 이는 순수한 탄도 재진입으로 이어진다. 탄도 재진입은 높은 감속으로 인해 탑승자에게 가혹하며, 초기 궤도 이탈 연소 이상으로 조종할 수 없다. 이러한 이유로 소유스에서 사용하는 "헤드라이트" 모양, 즉 고전적인 구형 단면 열 차폐막에 거의 각이 없는 원뿔형 단면(7도)이 결합된 반구형 전방 영역을 사용하기로 결정했다. 이러한 모양은 불균등한 무게 분포로 인해 약간의 양력을 생성할 수 있게 한다. 이 별명은 거의 모든 자동차 헤드라이트가 원형 포물면이었던 시대에 생겨났다.
2. 3. 서비스 모듈 (PAO)
서비스 모듈(러시아어: приборно-агрегатный отсек, Priborno-Agregatniy Otsek (PAO))은 우주선의 뒤쪽에 위치한다. 서비스 모듈은 온도 조절, 전력 공급, 장거리 무선 통신, 무선 원격 측정, 그리고 자세 제어 및 제어 장치를 위한 시스템이 들어 있는 볼록한 모양의 압력 용기인 계기 격실(러시아어: приборный отсек, Priborniy Otsek (PO))을 가지고 있다. 서비스 모듈의 가압되지 않은 부분인 추진 격실(러시아어: агрегатный отсек, Agregatniy Otsek (AO))에는 궤도 기동 및 지구 귀환을 위한 액체 연료 우주선 추진 시스템인 주 엔진과 예비 엔진이 있다. 또한, 우주선에는 중간 격실(러시아어: переходной отсек, Perekhodnoi Otsek (PkhO))에 부착된 자세 제어를 위한 저추력 엔진 시스템이 있다. 서비스 모듈 외부에는 자세 제어 시스템을 위한 센서와 우주선을 회전시켜 태양을 향하게 하는 태양 전지판이 부착되어 있다.
3. 재진입 절차
소유스 우주선은 재진입 전에 특이한 일련의 과정을 거친다. 우주선은 엔진을 앞쪽으로 향하게 한 후 주 엔진을 점화하여 궤도 강하를 실시하며, 이는 착륙 예정 지점으로부터 180° 떨어진 지점에서 이루어진다. 이 방식은 재진입에 필요한 추진제를 최소화하며, 우주선은 호만 궤도를 따라 이동하여 대기권에 진입할 수 있을 만큼 충분히 낮은 지점에 도달한다.[2]
초기 소유스 우주선은 이때 귀환 모듈과 궤도 모듈이 동시에 분리되었다. 이들은 강하 모듈에 튜브와 전선으로 연결되어 있어, 분리를 돕고 강하 모듈의 방향이 바뀌는 것을 방지했다. 이후의 소유스 우주선은 주 엔진 점화 전에 궤도 모듈을 분리하여 추진제를 더욱 절약함으로써 강하 모듈이 더 많은 탑재체를 지구로 가져올 수 있게 했다. 어떠한 경우에도 궤도 모듈은 우주 정거장에 추가되어 궤도에 남아 있을 수 없는데, 에어록 역할을 하는 해치가 강하 모듈의 일부이기 때문이다.[2]
재진입 점화는 일반적으로 지구의 "새벽" 쪽에 이루어지는데, 이는 우주선이 해 질 녘 황혼에 하강할 때 구조 헬리콥터가 우주선을 볼 수 있도록 하기 위함이며, 지구의 그림자 위에 태양이 위치할 때 태양빛을 받게 된다. 국제 우주 정거장(ISS)에 대한 소유스 임무가 시작된 이후, 단 5번만 야간 착륙을 수행했다.[2]
4. 우주선 시스템
- '''열 제어 시스템''' – ''Система Обеспечения Теплового Режима, COTP/Sistema Obespecheniya Teplovogo Rezhima, SOTRru''
- '''생명 유지 시스템''' – ''Комплекс Средств Обеспечения Жизнедеятельности, KCOЖ/Kompleks Sredstv Obespecheniya Zhiznideyatelnosti, KSOZhru''
- '''전원 공급 시스템''' – ''Система Электропитания, CЭП/Sistema Elektropitaniya, SEPru''
- '''통신 및 추적 시스템''' – 라스벳(Рассвет/Rassvetru) 무선 통신 시스템, 탑재 측정 시스템(SBI), 콴트-V 우주선 제어, 클료스트-M 텔레비전 시스템, 궤도 무선 추적(RKO)
- '''탑재 복합 제어 시스템''' – ''Система Управления Бортовым Комплексом, СУБК/Sistema Upravleniya Bortovym Kompleksom, SUBKru''
- '''복합 추진 시스템''' – ''Комплексная Двигательная Установка, КДУ/Kompleksnaya Dvigatelnaya Ustanovka, KDUru''
- '''차이카-3 운동 제어 시스템''' – ''Cистема Управления Движением, СУД/Sistema Upravleniya Dvizheniem, SUDru''
- '''광학/시각 장치(OVP)''' – VSK-4(Визир Специальный Космический-4/Vizir Spetsialniy Kosmicheskiy-4ru), 야간 투시 장치(ВНУK-К, Визир Ночного Управления по Курсу/VNUK-K, Visir Nochnogo Upravleniya po Kursuru), 도킹 등, 조종사 시야(ВП-1, Визир Пилота-1/VP-1, Vizir Pilota-1ru), 레이저 거리 측정기(ЛПР-1, Лазерный Дальномер-1/LPR-1, Lazerniy Dalnomer-1ru)
- '''쿠르스(Kurs) 접근 시스템'''
- '''도킹 시스템''' – ''Система Стыковки и Внутреннего Перехода, ССВП/Sistema Stykovki i Vnutrennego Perekhoda, SSVPru''
- '''원격 조작 제어 모드''' – ''Телеоператорный Режим Управления, ТОРУ/Teleoperatorniy Rezhim Upravleniya, TORUru''
- '''재진입 작동기 시스템''' – ''Система Исполнительных Органов Спуска, СИО-С/Sistema Ispolnitelnikh Organov Spuska, SIO-Sru''
- '''착륙 보조 키트''' – ''Комплекс Средств Приземления, КСП/Kompleks Sredstv Prizemleniya, KSPru''
- '''휴대용 생존 키트''' – ''Носимый Аварийный Запас, НАЗ/Nosimiy Avariyniy Zapas, NAZru''
- '''소유스 발사 탈출 시스템''' – ''Система Аварийного Спасения, САС/Sistema Avariynogo Spaseniya, SASru''
4. 1. 주요 시스템
소유스-TMA 우주선은 다양한 핵심 시스템으로 구성되어 있다. 열 제어 시스템(SOTR)은 우주선 내부 온도를 조절한다. 생명 유지 시스템(KSOZh)은 승무원의 생존에 필요한 환경을 제공한다. 전원 공급 시스템(SEP)은 우주선 내부에 전력을 공급한다. 통신 및 추적 시스템으로는 라스벳(Rassvet) 무선 통신 시스템, 탑재 측정 시스템(SBI), 콴트-V 우주선 제어, 클료스트-M 텔레비전 시스템, 궤도 무선 추적(RKO)이 있다.탑재 복합 제어 시스템(SUBK)은 우주선의 전반적인 제어를 담당한다. 복합 추진 시스템(KDU)은 우주선의 궤도 변경 및 자세 제어를 위한 추진력을 제공한다. 차이카-3 운동 제어 시스템(SUD)은 우주선의 운동을 제어한다. 광학/시각 장치(OVP)에는 VSK-4, 야간 투시 장치(VNUK-K), 도킹 등, 조종사 시야(VP-1), 레이저 거리 측정기(LPR-1)가 포함된다. 쿠르스(Kurs) 시스템은 자동 도킹을 지원하며, 도킹 시스템(SSVP)은 다른 우주선과의 도킹을 수행한다. 원격 조작 제어 모드(TORU)는 수동 도킹을 위한 시스템이다. 재진입 작동기 시스템(SIO-S)은 지구 귀환 시 우주선의 자세를 제어한다. 착륙 보조 키트(KSP)는 착륙 과정을 돕고, 휴대용 생존 키트(NAZ)는 비상 상황에 대비한 장비이다. 소유스 발사 탈출 시스템(SAS)은 발사 중 비상 상황 발생 시 승무원을 안전하게 탈출시킨다.
5. 소유스-TMA-M
소유스-TMA-M은 에네르기아사가 소유스-TMA를 기반으로 개량한 우주선으로, 마지막 M은 Mordenized의 약자다. 2016년 3월 18일 소유스 TMA-20M을 마지막으로 퇴역했으며, 국제우주정거장의 우주비행사 교대를 위해 3개월마다 발사되었다. 2016년 6월에는 소유스 TMA-M의 개량형인 소유스 TMA-MS-01 우주선이 최초로 발사될 계획이었다.
6. 한국과의 관계
참조
[1]
웹사이트
Soyuz TMA
http://www.astronaut[...]
2023-03-20
[2]
뉴스
Soyuz Trio set for rare Nighttime Landing on Friday
http://spaceflight10[...]
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