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아틀라스 LV-3B

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목차

1. 개요

아틀라스 LV-3B는 미국 머큐리 계획에 사용된 발사체로, SM-65D 아틀라스 미사일을 기반으로 설계되었다. 1962년 존 글렌의 유인 궤도 비행에 성공하며, 총 9기가 발사되었다. 유인 우주 비행을 위해 로켓의 설계와 신뢰성이 개선되었으며, 발사 중단 감지 시스템, 자이로스코프 패키지 재배치 등 시스템 수정이 이루어졌다.

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아틀라스 LV-3B
개요
[[머큐리-아틀라스 6]] 발사
머큐리-아틀라스 6 발사 장면
기능유인 소모성 발사 시스템
제조사콘베어
원산지미국
물리적 특성
높이94.3 피트 (28.7 미터)
지름10.0 피트 (3.0 미터)
부스트 페어링 폭16 피트 (4.9 미터)
질량260,000 파운드 (117,934 킬로그램)
단1½
성능
저궤도1,360 킬로그램 (2,998 파운드)
탑재체머큐리 아틀라스-5
머큐리 아틀라스-6
머큐리 아틀라스-7
머큐리 아틀라스-8
머큐리 아틀라스-9
부스터 단계
종류부스터
숫자1
엔진2 × 로켓다인 XLR-89-5
추력341,130 lbf (1,517 kN)
연소 시간135 초
연료RP-1/LOX
1단계
종류단계
엔진1 × 로켓다인 XLR-105-5
추력81,655 lbf (363 kN)
연소 시간5 분
연료RP-1/LOX
발사 이력
상태퇴역
발사장케이프 커내버럴 공군 기지 (CCAFS)
케이프 커내버럴 공군 기지 발사 단지 14 (LC-14)
성공 횟수7
실패 횟수2
총 발사 횟수9
최초 발사1960년 7월 29일
마지막 발사1963년 5월 15일

2. 역사

머큐리 계획은 소련이 1957년 10월 4일 세계 최초의 인공위성 스푸트니크 1호를 발사한 것에 대항해 1958년에 시작되었다. 1959년 미국 최초로 우주비행사 7명을 공모하여 선발했으며, 이들을 머큐리 세븐이라고 부른다. 머큐리 세븐 중 앨런 셰퍼드, 버질 그리섬은 30톤 머큐리-레드스톤 로켓으로 발사했고, 나머지 5명은 120톤 머큐리-아틀라스 로켓으로 발사했다.[1]

1962년 2월 20일, 머큐리-아틀라스 6 우주비행 임무가 실시되었다. 플로리다주 케이프커내버럴 공군 기지 14번 발사대에서 아틀라스 LV-3B 로켓에 프랜드쉽 7 유인우주선이 발사되었다. 존 글렌 우주비행사가 미국 최초로 유인 궤도 비행에 성공했다.[1]

3. 설계

머큐리-아틀라스 로켓은 SM-65D 아틀라스 미사일을 기반으로 제작되었다. 아틀라스 미사일은 당시 미국에서 유일하게 우주선을 궤도에 올릴 수 있는 발사체였다.[2] 유인 임무를 위해 아틀라스 미사일의 설계 및 신뢰성을 대폭 개선해야 했는데, 이는 아틀라스가 원래 무기 시스템으로 설계되어 100% 완벽할 필요가 없었고, 발사 실패가 잦았기 때문이다.

아틀라스의 1.5단 구성은 모든 엔진이 발사 시 점화되어 발사 전 점검 중에 하드웨어 문제를 테스트하기가 더 쉽다는 점에서 2단 타이탄보다 선호되었다.[3]

1959년 초, 머큐리 우주 비행사들은 아틀라스 시험 발사가 1분 만에 폭발하는 것을 목격했다. 이는 아틀라스의 신뢰성에 대한 의문을 제기했지만, 컨베어는 1961년 말까지 85%의 신뢰성을 달성할 것으로 예상했다. NASA는 아틀라스 개발과 프로젝트 머큐리를 동시에 진행하면서 많은 시험 발사를 통해 데이터를 얻고 머큐리용으로 개조된 장비를 시험할 수 있었다.[2]

프로젝트 머큐리를 위해 컨베어사에서 제작한 아틀라스 LV-3B는 유인 우주 비행을 위해 다음과 같은 주요 시스템을 수정했다.


  • 발사 중단 감지 및 실행 시스템 (ASIS): 로켓의 오작동을 감지하고 필요시 발사를 중단시키는 발사 중단 감지 및 실행 시스템(ASIS)을 개발했다. ASIS는 다음과 같은 상황에서 발사 중단을 유발할 수 있었다.


  • 기타 수정 사항:
  • 각속도 자이로스코프 패키지 위치를 액체 산소(LOX) 탱크 앞으로 변경하고, 발사 전 자이로스코프 작동을 보장하는 모션 센서를 추가했다.[2]
  • 엔진 정지 후 파괴 장약 활성화 사이에 3초의 지연 시간을 두어, 머큐리 발사 탈출 시스템이 작동할 시간을 확보했다. 발사 후 처음 30초 동안은 엔진 정지 및 파괴 명령을 차단했다.[2]
  • 구형 전기 기계식 자동 조종 장치 대신 최신 트랜지스터식 자동 조종 장치를 사용했다.[2]
  • 무게가 가볍고 전력 소비가 적은 트랜지스터식 텔레메트리 시스템으로 교체했다.[2]
  • 신호 간섭을 줄이기 위해 안테나를 개조했다.[2]
  • C-시리즈 아틀라스의 LOX 보일오프 밸브를 사용했다.[2]
  • 연소 불안정 문제를 해결하기 위해 엔진에 추가 센서를 설치했고, "습식 시동" 방식을 사용했다.[2]
  • 추진 시스템 전기 회로 및 LOX 연료 공급 시스템에 배선 중복성을 추가했다.
  • 중간 벌크헤드 폼 단열재를 제거했다.
  • MA-9 이후 LOX 터보펌프 내부에 플라스틱 라이너를 추가했다.[2]
  • 헬륨 유량을 제한하고, 버니어 솔로 축압기를 제거했으며, 추진제 활용 (PU) 시스템을 수정했다.
  • 더 두꺼운 게이지의 연료 탱크 스킨을 사용했다.
  • 베르니어 단독 단계를 제거했다.
  • 포지그레이드 로켓 모터를 머큐리 캡슐 자체로 옮겼다.
  • MA-9 이후 발사 시 회전 경향을 최소화하기 위해 엔진 정렬을 오프셋했다.[2]

3. 1. 품질 보증

컨베어는 유인 우주 프로그램의 중요성을 고려하여 머큐리-아틀라스 로켓 전용 조립 라인을 별도로 마련하고, 최고 품질의 작업을 수행할 수 있도록 특별 교육을 받은 인력을 배치했다. 머큐리-아틀라스 로켓에 사용되는 부품은 철저한 검사를 거쳤으며, 작동 시간이 과도하거나 성능이 기준에 미치지 못하거나 검사 기록이 의심스러운 부품은 사용이 금지되었다. 머큐리 프로그램용 부품은 다른 아틀라스 프로그램용 부품과 별도로 보관되었고, 손상 방지를 위해 특별 취급 절차가 적용되었다.

머큐리 로켓의 공장 검사는 아틀라스 하드웨어에 대한 경험과 지식이 풍부하고, 긍정적인 태도와 직업 윤리를 가진 컨베어 직원들이 특별히 선발되어 수행했다. 추진 시스템은 로켓다인 MA-2 엔진의 표준 D-시리즈 아틀라스 모델을 사용했으며, NASA의 사양에 맞는 중간 수준의 성능을 가진 엔진을 선택하여 안전성을 높였다. NASA는 보수적인 입장을 유지하고 필요한 것 이상의 수정을 피했으며, 조종사의 안전을 개선하는 데 필요한 수정만을 진행했다. 최신 아틀라스 미사일에 적용된 개선 사항 대신, 이미 검증되어 잘 알려진 구식 장비와 절차를 머큐리 로켓에 적용했다. 새로운 장비나 하드웨어 변경 사항은 NASA의 승인을 받기 위해 최소 3번의 아틀라스 R&D 테스트를 거쳐야 했다. 머큐리 로켓 설계는 신중하고 조심스럽게 진행되었지만, 프로그램이 진행됨에 따라 품질 관리의 중요성이 강조되면서 많은 변경 사항이 발생했다.

모든 발사체는 케이프 커내버럴에 인도될 때 부품 누락이나 예정되지 않은 수정 없이 완벽한 비행 준비 상태를 갖추어야 했다. 인도 후에는 종합적인 검사가 수행되었고, 발사 전에는 비행 검토 위원회가 소집되어 각 발사체의 비행 준비 상태를 승인했다. 위원회는 모든 발사 전 점검, 하드웨어 수리 및 수정을 검토하고, 이전의 NASA 및 공군 프로그램에서 수행된 아틀라스 비행을 검토하여 머큐리 계획과 관련된 구성 요소나 절차에 오류가 없는지 확인했다.

NASA 품질 보증 프로그램으로 인해 머큐리-아틀라스 로켓의 제조 및 조립에는 무인 임무용 아틀라스보다 두 배의 시간이 소요되었고, 비행 테스트 및 검증에는 세 배의 시간이 소요되었다.

3. 2. 시스템 수정

프로젝트 머큐리를 위해 컨베어사에서 제작한 아틀라스 LV-3B는 유인 우주 비행을 위해 여러 가지 중요한 시스템을 수정했다.

  • 발사 중단 감지 및 실행 시스템 (ASIS): 로켓의 오작동을 감지하고 필요시 발사를 중단시키는 발사 중단 감지 및 실행 시스템(ASIS)을 개발했다. ASIS 자체 고장에 대비하여 전원 손실 시에도 발사 중단이 이루어지도록 중복성을 추가했다. ASIS는 다음과 같은 상황에서 발사 중단을 유발할 수 있었다.

조건
부스터 비행 경로가 계획된 궤도에서 크게 벗어남
엔진 추력 또는 유압 압력이 특정 수준 이하로 떨어짐
추진제 탱크 압력이 특정 수준 이하로 떨어짐
중간 탱크 격벽의 구조적 무결성 상실 징후
부스터 전기 시스템 작동 중단
ASIS 시스템 작동 중단


  • 각속도 자이로스코프 및 모션 센서: 각속도 자이로스코프 패키지 위치를 LOX 탱크 앞으로 변경했고, 발사 전 자이로스코프 작동을 보장하는 모션 센서를 추가했다.[2]
  • 사정 안전 시스템: 엔진 정지 후 파괴 장약 활성화 사이에 3초의 지연 시간을 두어, 머큐리 발사 탈출 시스템이 작동할 시간을 확보했다. 발사 후 처음 30초 동안은 엔진 정지 및 파괴 명령을 차단했다.[2]
  • 자동 조종 장치: 구형 전기 기계식 자동 조종 장치 대신 최신 트랜지스터식 "사각" 자동 조종 장치를 사용했다.[2]
  • 텔레메트리 시스템: 무게가 가볍고 전력 소비가 적은 트랜지스터식 텔레메트리 시스템으로 교체했다.[2]
  • 유도 안테나: 신호 간섭을 줄이기 위해 안테나를 개조했다.[2]
  • LOX 보일오프 밸브: C-시리즈 아틀라스의 밸브를 사용했다.[2]
  • 엔진: 연소 불안정 문제를 해결하기 위해 엔진에 추가 센서를 설치했고, "습식 시동" 방식을 사용했다. 초고속 점화기를 사용하는 방식을 개발했으나, 존 글렌의 비행에는 적용하지 않았다.[2]
  • 추진 시스템: 전기 회로에 중복성을 추가했고, LOX 연료 공급 시스템에도 배선 중복성을 추가했다.
  • 중간 벌크헤드: 폼 단열재를 제거했다.
  • LOX 터보펌프: MA-9 이후 액체 산소(LOX) 터보펌프 내부에 플라스틱 라이너를 추가했다.[2]
  • 헬륨 유량: 초당 1파운드로 제한했다.
  • 버니어 솔로 축압기: 제거했다.
  • 추진제 활용 (PU) 시스템: SECO 10초 전에 지속 엔진으로의 산소 유입량을 증가하도록 수정했다.
  • 연료 탱크: 더 두꺼운 게이지의 스킨을 사용했다.
  • 유도 프로그램: 베르니어 단독 단계를 제거했다.
  • 포지그레이드 로켓 모터: 머큐리 캡슐 자체로 옮겼다.
  • 엔진 정렬: MA-9 이후 발사 시 회전 경향을 최소화하기 위해 엔진 정렬을 오프셋했다.[2]

4. 발사

총 9기의 LV-3B가 발사되었다. 2기는 무인 준궤도 시험 비행, 3기는 무인 궤도 시험 비행, 4기는 유인 우주 비행에 사용되었다.[4][1] 발사는 플로리다주 케이프 커내버럴 공군 기지 제14발사대에서 진행되었다.[4]

1960년 7월 29일, 준궤도 머큐리-아틀라스 1 시험 비행이 처음으로 발사되었으나, 로켓은 발사 직후 구조적 결함으로 실패했다.[5] 1961년 4월 25일, 첫 궤도 발사인 머큐리-아틀라스 3도 실패했는데, 유도 시스템 문제로 사거리 안전 담당관이 로켓을 파괴해야 했다. 머큐리 우주선은 발사 탈출 시스템을 사용하여 분리되었고, 발사대에서 1.8km 떨어진 곳에서 회수되었다.

추가적인 머큐리 발사가 계획되었지만, 초기 임무의 성공으로 취소되었다.[6] 마지막 LV-3B 발사는 1963년 5월 15일 머큐리-아틀라스 9 발사였다.

5. 머큐리-아틀라스 로켓 목록

아틀라스 LV-3B는 총 9기가 발사되었으며, 2기는 무인 준궤도 시험 비행, 3기는 무인 궤도 시험 비행, 4기는 유인 우주 비행에 머큐리 우주선을 사용하였다.[4][1] 발사는 플로리다주 케이프 커내버럴 공군 기지의 제14발사대에서 진행되었다.[4]

1960년 7월 29일에 처음 발사된 머큐리-아틀라스 1은 발사 직후 구조적 결함으로 실패했다.[5] 1961년 4월 25일에 발사된 머큐리-아틀라스 3도 유도 시스템 문제로 실패했지만, 우주선은 발사 탈출 시스템으로 분리되어 회수되었다.

초기 머큐리 미션의 성공 이후 추가 발사는 취소되었고,[6] 마지막 LV-3B 발사는 1963년 5월 15일 머큐리-아틀라스 9 발사였다.

머큐리-아틀라스 로켓 목록
로켓임무사진날짜
10D빅 조
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1959년 9월 9일
20D파이오니어 P-3 (빅 조의 백업 로켓, 아틀라스-에이블 프로그램으로 재할당)
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1959년 11월 26일
50D머큐리-아틀라스 1
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1960년 7월 29일
67D머큐리-아틀라스 2
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1961년 2월 21일
77D미발사 (원래 머큐리-아틀라스 3용 로켓이었으나, 머큐리-아틀라스 1 발사 후 조사 결과에 따라 아틀라스 100D로 대체됨)
88D머큐리-아틀라스 4
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1961년 9월 13일
93D머큐리-아틀라스 5
150x150px
1961년 11월 29일
100D머큐리-아틀라스 3
149x149px
1961년 4월 25일
103D미발사
107D머큐리-아틀라스 7 (오로라 7)
150x150px
1962년 5월 24일
109D머큐리-아틀라스 6 (프렌드십 7)
150x150px
1962년 2월 20일
113D머큐리-아틀라스 8 (시그마 7)
150x150px
1962년 10월 3일
130D머큐리-아틀라스 9 (페이스 7)
153x153px
1963년 5월 15일
144D머큐리-아틀라스 10 (취소됨)
152D미발사
167D미발사


참조

[1] 웹사이트 Atlas LV-3B / Mercury http://www.astronaut[...] Encyclopedia Astronautica 2011-11-24
[2] 웹사이트 Mercury Project Summary (NASA SP-45) Chapter 5 Mercury-Atlas Launch Vehicle Development and Performance https://history.nasa[...] 1963-10
[3] 웹사이트 Stock Photo – The Mercury Atlas rocket (officially designated the Atlas LV-3 B) was an Atlas D missile modified for Project Mercury launches https://www.alamy.co[...]
[4] 웹사이트 Atlas rocket family http://www.astronaut[...] 2022-11-19
[5] 웹사이트 Project Mercury's Successful Failure https://www.whiteeag[...] 2013-04-29
[6] 웹사이트 Project Mercury » Bricks in Space https://bricksin.spa[...] 2020-11-07
[7] 웹사이트 Atlas SLV-3 Agena D http://www.astronaut[...] 2023-10-25


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