스페이스X 드래곤 2

1. 개요

스페이스X 드래곤 2는 스페이스X가 개발한 재사용 가능한 유인 및 무인 우주선으로, 크루 드래곤과 카고 드래곤 두 종류가 있다. 크루 드래곤은 최대 7명의 승무원 또는 승무원과 화물을 수송할 수 있으며, 국제 우주 정거장(ISS)과의 도킹이 가능하다. 카고 드래곤은 화물 수송 전용으로 설계되었으며, ISS의 궤도 이탈 및 잔해 처리를 위한 변종인 미국 궤도 이탈 우주선 개발도 추진 중이다. 2020년 유인 시험 비행 성공 이후, NASA의 상업 승무원 수송 프로그램 및 상업 화물 수송 서비스의 일환으로 ISS를 왕복하며 다양한 임무를 수행하고 있다.

2. 개발 및 종류

스페이스X는 2014년 5월 29일 캘리포니아주 본사에서 언론 행사를 통해 드래곤 2를 최초로 공개했다. 드래곤 2는 2010년부터 사용된 CRS 드래곤 우주선과는 외형적인 차이가 있으며, 유인 우주선이므로 사고 위험성을 낮추기 위해 여러 개선이 이루어졌다. 2015년 5월에는 케이프 캐너버럴 공군기지에서 수퍼드라코 엔진을 사용한 긴급탈출 테스트에 성공했다.

드래곤 2는 크게 유인 우주선인 '[[크루 드래곤]]'과 무인 우주선인 '[[카고 드래곤]]' 두 가지 형태로 나뉜다.

* 크루 드래곤: 초기에는 "드래곤라이더"라고 불렸으며, 최대 7명의 승무원 또는 승무원과 화물을 함께 수송할 수 있도록 설계되었다. 국제 우주 정거장(ISS)에 자율 도킹이 가능하며, 최대 210일 동안 ISS에 머물 수 있다.
* 카고 드래곤: 좌석, 조종석 제어 장치, 생명 유지 장치, 슈퍼드라코 엔진 등이 제거된 화물 전용 버전이다.

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드래곤 2는 구형 드래곤에 비해 비행 컴퓨터와 항공 전자 공학이 새로워졌고, 기체 형태도 변경되었으며, 큰 창이 설치되었고 태양 전지 어레이가 재설계되는 등 변화가 있었다. 특히 크루 드래곤에는 독특한 발사 탈출 시스템이 채택되었다.

2019년 3월, 드래곤 2의 무인 시험 비행(SpX-DM1)이 성공적으로 수행되었고, 2020년 5월에는 최초의 유인 시험 비행(SpX-DM2)도 성공했다. 2020년 11월에는 스페이스X 크루-1 미션이 예정되어 있다.

NASA는 상업 승무원 수송 개발 (CCDev) 계획과 상업 화물 운송 서비스 (CRS2) 계획에 따라 드래곤 2를 국제 우주 정거장(ISS)으로의 수송에 사용할 예정이다. 또한 크루 드래곤은 저궤도를 넘어 달로의 우주 여행에 사용될 수도 있다.

2011년에는 드래곤 2의 생명 유지 장치 개발에 파라곤 스페이스 디벨롭먼트가 참여하는 것이 공표되었다. 2012년에는 발사 및 재진입 시 사용되는 우주복을 개발하고 있다는 사실도 밝혀졌다.

NASA 자료에 따르면, 소유스 우주선의 발사 비용(약 76/인)과 비교하여 드래곤 2의 발사 비용은 약 58/인으로 더 저렴하고 경제적이다.

2024년 7월, NASA와 스페이스X는 2030년 이후로 예정된 ISS의 운영 종료 및 폐기를 위해 ISS를 견인하여 대기권에 진입시키기 위한 우주선(USDV)을 드래곤 2를 기반으로 공동 개발하는 방침을 밝혔다. USDV는 총 중량이 약 450톤이나 되는 ISS를 견인하기 위해 추력과 추진제가 대폭 강화되며, 개발비는 최대 843이다.

2.1. 크루 드래곤

드래곤 2에는 크루 드래곤과 카고 드래곤 두 가지 종류가 있다. 크루 드래곤은 초기에는 "드래곤라이더"(DragonRider)라고 불렸으며, 처음부터 7명의 승무원 또는 승무원과 화물을 함께 수송할 수 있도록 설계되었다. 국제 우주 정거장(ISS)에 정박되던 이전 우주선과 달리, 드래곤 2는 국제 도킹 어댑터 포트에 도킹하기 위해 IDSS 호환 도킹 포트를 갖추고 있어 자율적인 랑데부 및 도킹을 수행할 수 있으며, 수동 제어도 가능하다. 일반적인 임무에서 크루 드래곤은 ISS에 180일 동안 도킹하지만, 러시아의 소유스 우주선과 동일하게 최대 210일 동안 정거장에 머물도록 설계되었다.

크루 드래곤은 자율 운용이 가능하다. 스페이스X와 NASA는 7명의 우주비행사를 태울 수 있다고 밝혔지만, 통상 2~4명의 승무원을 수송하며, 현재까지 4명 이상을 수송한 적은 없다.

크루 드래곤은 비상 상황에서 8개의 SuperDraco 엔진으로 캡슐을 발사체로부터 분리할 수 있는 통합형 푸셔 발사 탈출 시스템을 갖추고 있다. 스페이스X는 원래 SuperDraco 엔진을 사용하여 크루 드래곤을 육지에 착륙시키려 했으며, 낙하산을 이용한 정밀 해상 착수는 NASA에 크루 드래곤의 "첫 몇 번의 비행에 대한 기본 귀환 및 회수 접근 방식"으로 제안되었다. 그러나 추진 착륙은 취소되었고, 낙하산을 이용한 해상 착수만 유일한 선택으로 남았다.

우주복의 경우, 2012년 스페이스X는 발사 및 재진입 시 착용할 우주복 개발에 대해 Orbital Outfitters와 협의했다. 각 승무원은 드래곤 내부에서 냉각 기능을 제공할 뿐만 아니라 제어 불능 감압 시 착용자를 보호할 수 있는 맞춤형 우주복을 착용한다. 데모-1 미션에서는 테스트용 인체 모형에 우주복과 센서를 장착했는데, 이 우주복은 케블라와 유사한 내화성 직물인 노멕스로 제작되었다.

우주선의 디자인은 2014년 5월 29일, 캘리포니아주 호손에 있는 스페이스X 본사에서 열린 기자 회견에서 공개되었다. 2014년 10월, NASA는 상업 승무원 프로그램에 따라 미국 우주비행사를 국제 우주 정거장으로 수송할 후보 중 하나로 드래곤 우주선을 선정했다.

스페이스X의 CCtCap 계약은 크루 드래곤 비행당 각 좌석의 가치를 약 88로 평가했으며, NASA의 감사관실(OIG)은 각 좌석의 액면가를 약 55로 추정했다. 이는 2014년 NASA 우주비행사를 위한 소유즈 발사 가격인 좌석당 76와 대조된다.

2022년 3월, 스페이스X 사장 그윈 숏웰은 "마지막 (캡슐)을 마무리하고 있지만, 개조할 예정이므로 부품을 계속 생산하고 있습니다"라고 언급했다. 이후 스페이스X는 2024년까지 사용할 수 있도록 다섯 번째 크루 드래곤 캡슐을 건조하기로 결정했다. 또한, 스페이스X는 각 비행마다 새로운 소모성 트렁크를 제작한다.

2.2. 카고 드래곤

카고 드래곤은 좌석, 조종석 제어 장치, 생명 유지 시스템, 비상 탈출 엔진 등이 제거된 화물 전용 버전이다. 크루 드래곤과 마찬가지로 측면 해치를 통해 적재되며, 천장에는 IDSS 포트가 있다.

3. 디자인

드래곤 2는 재사용 가능한 캡슐과 일회용 트렁크로 구성된 우주선이다. 캡슐은 승무원이나 화물을 운반하고, 트렁크는 태양 전지판, 방열기, 핀 등을 포함하여 우주선의 기능을 지원한다.

드래곤 2는 유인 비행에 대응하는 크루 드래곤과 구형 드래곤을 대체하는 무인 버전인 카고 드래곤 두 가지 종류가 있다. 크루 드래곤은 발사 탈출 시스템을 갖추고 있으며, 네 모서리에 각각 2기씩 장착된 엔진을 역분사하여 비상 탈출을 할 수 있다. 크루 드래곤과 카고 드래곤은 모두 국제 우주 정거장 (ISS)으로의 수송에 사용될 예정이며, 크루 드래곤은 달 탐사에도 사용될 수 있다.

크루 드래곤의 개발은 2010년 드래곤 라이더라는 이름으로 시작되었다. NASA의 상업 승무원 수송 개발 (CCDev) 계획에 따라 ISS로의 인원 수송을 민간에 위탁하는 방침에 따른 것이었다. 2014년 5월에 설계가 공개되었고, 같은 해 10월에는 보잉의 CST-100과 함께 CCDev 계획의 기체로 선정되었다. NASA는 크루 드래곤을 저비용 옵션으로 평가하여 26억 달러의 자금을 지원했다.

드래곤 2는 비행 컴퓨터와 항공 전자 공학이 새로워졌고, 기체 형태도 변경되었으며, 큰 창이 설치되었고 태양 전지 어레이가 재설계되었다.

2011년에는 파라곤 스페이스 디벨롭먼트가 드래곤 2의 생명 유지 장치 개발에 참여하는 것이 발표되었고, 2012년에는 발사 및 재진입 시 사용되는 우주복을 개발하고 있다는 사실도 밝혀졌다.

2015년 NASA의 자료에 따르면, 소유즈 우주선의 발사 비용이 1인당 7600인데 비해, 드래곤 2의 발사 비용은 1인당 5800로 더 저렴하다.

3.1. 기술적 특징

드래곤 2는 여러 번 재사용이 가능하도록 설계되어 우주 접근 비용 절감을 목표로 한다. 스페이스X는 재정비 없이 약 10회 재사용이 가능할 것으로 예상하며, 최대 15회 재사용을 목표로 하고 있다.

크루 드래곤은 비상 탈출 시스템에 8개의 측면 장착형 슈퍼 드라코 엔진을 사용한다. 각 엔진은 71kN의 추력을 생성한다. 이 엔진들은 2기씩 총 4개의 포드로 클러스터화되어 있으며, 3D 프린터를 이용해 인코넬을 이용해 연소실을 제조한다. 또한 각 포드에는 자세 제어 및 궤도 기동을 위한 16개의 드라코 엔진이 4기씩 탑재되어 있다.

국제 우주 정거장에 자동 도킹 능력을 갖추고 있으며, 구형 드래곤과 달리 자동 도킹이 가능하다. 필요시 수동 조작도 가능하다.

조작은 기존의 물리적 스위치 대신 태블릿형 컴퓨터를 갖춘 조종석에서 이루어진다. 이에 맞춰 스페이스X가 설계한 신형 우주복 "스타맨"은 손가락 끝이 터치 패널에 대응된다.

4. 임무 기록

드래곤 2는 2020년 5월 유인 시험 비행(데모-2)에 성공한 이후, NASA의 상업 승무원 수송 프로그램(CCP) 및 상업 화물 수송 서비스(CRS)의 일환으로 여러 차례 국제우주정거장(ISS)을 왕복했다. 2020년 5월 30일, SpX-DM2(C206엔데버)가 발사되어 19시간 후 ISS에 도킹했고, 8월 1일에는 ISS에서 분리되어 약 18시간 후 플로리다 연안에 성공적으로 착륙했다.

2015년, NASA는 스페이스X와 보잉과 협력할 4명의 베테랑 우주 비행사(로버트 벤켄, 에릭 보, 수니타 윌리엄스, 더글러스 헐리)를 최초의 상업 승무원(Commercial Crew) 우주 비행사단으로 지명했다. 데모-1 미션은 상업 승무원 개발 프로그램의 마지막 단계를 완수하여, ISS 승무원 수송 서비스 계약에 따라 상업 서비스를 시작할 수 있는 길을 열었다.

드래곤 2는 구형 드래곤에 비해 비행 컴퓨터와 항공 전자 공학이 새로워졌고, 기체 형태도 변경되었으며, 큰 창이 설치되었고 태양 전지 어레이가 재설계되는 등 변화가 있었다.

드래곤 2의 특징은 다음과 같다.

* 재사용성: 여러 번 재사용이 가능하다. 스페이스X는 리퍼비시 없이 약 10회 재사용이 가능할 것으로 예상하고 있다.
* 적재량: 카고 드래곤: , 크루 드래곤: 7명.
* 귀환: 4개의 메인 낙하산을 이용한 해상 착수.
* 엔진(크루 드래곤만): 측면에 8기의 슈퍼 드라코가 2기씩 총 4개의 포드로 클러스터화되어 장착되어 있으며, 1기당 의 추진력을 가진다. 각 포드에는 4기의 드라코도 탑재되어 있다.
* [[3D 프린터]] 활용: 슈퍼 드라코의 연소실은 인코넬을 직접 금속 레이저 소결법으로 출력하여 제조한다.
* 도킹: 국제 우주 정거장에 자동 도킹 능력을 갖는다. 구형 드래곤은 자동 도킹 능력이 없어 ISS 도킹 시 캐나다암2에 의해 포획되어야 했다. 필요하다면 수동 조작도 가능하다.
* 연료 탱크: 엔진 압력용 헬륨과 슈퍼 드라코용 연료 및 산화제 탱크는 탄소계복합 재료와 티타늄으로 구성된다.
* 내열: 스페이스X가 개발한 SPAM 백쉘과 3세대 PICA-X 열 보호막을 사용한다.
* 조작: 기존의 물리적 스위치 대신 태블릿형 컴퓨터를 갖춘다. 스페이스X가 설계한 신형 우주복 "스타맨"은 손가락 끝이 터치 패널 대응이 된다.
* 감압 대책: 긴급 상황으로 인한 급격한 감압에 대비하여, 승무원은 "스타맨"을 착용한다. 개구부가 직경 6.35mm까지라면, 우주선은 안전하게 귀환할 수 있다.

4.1. 주요 임무

다음은 스페이스X 드래곤 2의 주요 임무 목록이다.

4.2. 목록

다음은 현재까지 완료되었거나 예정된 크루 드래곤 및 카고 드래곤의 임무 목록이다.

5. 문제점 및 논란

크루 드래곤 데모 2 캡슐이 2020년 8월 2일 플로리다 연안 해상에 성공적으로 착륙했다. 그러나 캡슐 주변에서 유독성 물질인 사산화 이질소 농도가 높게 측정되어 30분간 대기해야 했고, 이 과정에서 일반인 선박이 캡슐에 접근하는 일이 발생하여 논란이 되었다.

6. 미래 전망

드래곤 2는 2024년 현재 "크루 드래곤"과 "카고 드래곤" 두 가지 버전이 있으며, 추가적인 별도 버전 개발도 예정되어 있다.

2024년 7월, NASA와 스페이스X는 국제우주정거장(ISS)의 운영 종료 및 폐기(2030년 이후 예정)를 위해 ISS를 견인하여 대기권에 진입시키기 위한 우주선(USDV)을 드래곤 2를 기반으로 공동 개발하는 방침을 밝혔다. USDV는 총 중량 약 450톤에 달하는 ISS를 견인하기 위해, 추력이 통상의 4배, 추진제가 6배로 대폭 강화될 예정이다. 개발비는 최대 843이다.