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아폴로 4호

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1. 개요

아폴로 4호는 1967년 11월 9일 발사된 새턴 V 로켓의 첫 번째 무인 비행 시험이었다. 이 임무는 S-IC, S-II, S-IVB 로켓 단의 성능을 시험하고, 사령선의 대기권 재진입을 검증하는 것을 목표로 했다. 아폴로 4호는 새턴 V 로켓의 완전한 비행을 처음으로 선보였으며, 발사 준비 과정에서 아폴로 1호 화재 사고로 인한 일정 지연과 기술적 난관을 겪었다. 임무는 성공적으로 완료되었으며, 달 착륙선 테스트 기체와 사령선, 그리고 로켓 분리 장면을 촬영한 카메라가 탑재되었다. 아폴로 4호의 성공은 아폴로 계획에 대한 자신감을 높였으며, 현재 사령선은 미시시피주의 인피니티 과학 센터에 전시되어 있다.

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아폴로 4호
미션 개요
이름아폴로 4호
새턴 V 발사
새턴 V 발사체의 첫 비행
미션 유형무인 지구 궤도 CSM 비행 (A)
운영 기관NASA
COSPAR ID1967-113A (사령 및 서비스 모듈)
1967-113B (S-IVB)
SATCAT3032
미션 기간8시간 36분 59초
궤도 횟수3
우주선아폴로 CSM-017
아폴로 LTA-10R
제조사노스 아메리칸 록웰
발사 질량81253 lb (36856 kg)
발사 날짜1967년 11월 9일 12:00:01 UTC
발사 로켓새턴 V SA-501
발사 장소케네디 우주 센터 LC-39A
착륙 날짜1967년 11월 9일 20:37:00 UTC
착륙 지점북태평양
30
궤도 기준 시점1967년 11월 9일
궤도 레짐고타원 궤도
궤도 근지점-204 km (-110 nmi)
궤도 원지점18092 km (9769 nmi)
궤도 경사31.9 도
궤도 주기314.58 분 (초기)
궤도 종류지구중심
이전 미션아폴로 1호
다음 미션아폴로 5호
프로그램아폴로 계획

2. 목적

아폴로 4호의 주된 목적은 새턴 V 로켓의 제1단 로켓인 S-IC와 제2단 로켓 S-II의 발사 시험이었다. 또한, 제3단 로켓 S-IVB를 처음으로 우주 공간에서 재점화하여, 사령선을 에서 귀환할 때와 비슷한 속도로 대기권에 재돌입시키는 목적도 있었다. 이를 위해 우주선과 로켓에는 4,098개의 계측 기기가 설치되었다.[4]

새턴 V 로켓이 완성된 형태로 비행하는 것은 아폴로 4호가 처음이었다. 다단식 로켓의 모든 단을 한 번에 발사하는 방식은 존 F. 케네디 대통령이 표명한 '1960년대가 가기 전에 인간을 에 보낸다'라는 목표를 달성하기 위해 1963년에 채택되었다.

아폴로 4호의 주요 탑재물은 아폴로 사령선·기계선과 LTA-10R 두 가지였다. 아폴로 사령선·기계선에는 신형 방열판과 해치가 사용되었다. LTA-10R은 밸러스트의 일종으로, 실제 아폴로 달 착륙선을 탑재했을 때와 동일한 무게와 무게 중심을 갖도록 만들어졌다.

3. 발사 준비

크롤러 운반차 (2004년 12월 촬영)


발사체 조립 건물(VAB) 내부의 아폴로 4호


아폴로 4호 발사체(오른쪽)가 발사체 조립 건물(가장 왼쪽)에서 모바일 서비스 구조물을 지나 발사 지점으로 이동하고 있다.


최초로 케네디 우주 센터에 도착한 것은 제3단 로켓(S-IVB)으로, 구피 수송기에 의해 공중 수송되었다. 이어서 제1단(S-IC), 제2단(S-II) 로켓이 각각 수송선으로 반입되어 VAB(Vehicle Assembly Building, 동체 조립 건물) 내에서 조립되었다.[7]

우주선 반입일은 1966년 12월 24일, 제2단 로켓 반입일은 1967년 1월 12일로 예정되어 있었지만, 그로부터 15일 후인 1967년 1월 27일아폴로 1호 화재 사고로 우주비행사 3명이 희생되었다.[7] 검사 결과, 전기 배선에 1,407개의 문제가 발견되어 사령선은 근본적인 설계를 재검토하게 되었다. 이 사고로 아폴로 계획 일정은 대폭 늦춰졌다.

S-II 설치 작업은 1967년 2월 23일에 행해졌다. 이것은 매우 정밀한 조작을 필요로 하는 일이었다.[7] 우주선은 1967년 6월 20일에 최종 조립되었다.[7] 기체는 크롤러 운반차에 탑재되어 이동식 발사대와 함께 VAB에서 1967년 8월 26일에 나왔는데, 이는 당초 예정보다 6개월 늦은 것이었다.[7]

4. 비행

1967년 11월 6일 연료 주입이 시작되었다. 총량은 액체 산소 트레일러 89대 분, 액체 수소 트레일러 28대 분, 1단 로켓 연료인 등유 화차 27대 분이었다. 1단 로켓의 소음은 예상보다 훨씬 컸다. 발사대로부터 4마일이나 떨어진 NASA의 VAB도 격렬하게 떨렸고, CBS 캐스터 발터 크론카이트가 중계를 하던 보도 부스의 천장 타일이 떨어질 정도였다.[17] 이 경험을 바탕으로 NASA는 다음 발사부터는 발사 시 연소 가스 아래에 수천 갤런을 방출해 소음을 줄였다. 이 방법은 현재 우주왕복선 발사 때에도 계속 사용되고 있다.

콘솔에 앉아 화면을 보고 있는 여러 명의 사람들
미션 컨트롤러들이 아폴로 4호가 궤도로 진입하는 것을 지켜보고 있다.


발사는 완벽하게 진행되었고, S-IVB와 아폴로 우주선은 예정대로 고도 185 km 궤도에 진입했다. 지구를 2회 돈 후 S-IVB를 재점화하고, 우주선은 원지점 17,000 km 이상의 타원 궤도에 진입했다. 그 후, S-IVB를 분리하고, 기계선의 주 엔진을 점화해 고도 18,000 km까지 도달했다. 원지점을 통과한 후, 에서의 귀환을 상정해 주 엔진으로 다시 가속해 사령선은 대기권에 재돌입했다. 착수 지점은 예정 지점에서 불과 16 km 밖에 떨어지지 않았기 때문에, 아폴로 4호의 회수 항공모함 USS ''베닝턴'' 함상에서도 아폴로 4호의 낙하 모습을 확인할 수 있었다.

5. 탑재 장비

아폴로 4호는 아폴로 사령선·기계선(CSM-017)과 LTA-10R이라는 두 가지 주요 탑재체를 가지고 있었다. CSM-017은 유인 비행은 불가능했지만, 신형 방열판과 해치가 적용되었다. LTA-10R은 실제 아폴로 달 착륙선과 동일한 무게 및 무게 중심을 갖도록 설계된 밸러스트였다.[2]

또한, 아폴로 4호에는 새턴 V 로켓 시험, S-IVB 로켓 재점화, 사령선 대기권 재돌입 시험 등을 위해 4,098개의 계측 기기가 설치되었다.[2]

5. 1. 아폴로 사령선 및 서비스 모듈 (CSM-017)

CSM-017은 아폴로 초기 지구 궤도 비행 시험용으로 설계된 사령/사령선 모듈인 블록 I 디자인을 사용했다. 달 착륙선(LM)과의 도킹 기능은 없었지만,[11] 블록 II 표준으로 업그레이드된 열 차폐막, 블록 II CM-to-SM 연결기, 블록 II 스타일의 VHF 및 S-band 안테나를 포함하는 등 중요한 블록 II 수정 사항이 적용되었다.[11]

CM-017은 NASA에 인도된 두 번째 완전 기능 CM이었으며, 첫 번째 CM-012는 아폴로 1호에 배정되었으나 화재로 심하게 손상되었다.[2] SM-020은 원래 두 번째 새턴 V 테스트에 사용될 CSM-020에 사용될 예정이었으나, CSM-017의 일부가 될 예정이었던 SM-017이 폭발로 손상되어 폐기된 후 변경되었다.[10]

아폴로 1호 화재 참사로 인해 비상시 쉽게 열 수 없는 우주선 해치가 문제점으로 지적되었고, 이에 따라 해치 재설계가 이루어졌다. 아폴로 4호에서는 새로운 해치의 씰(seal)이 비행 자격을 얻었으며, 해치 창은 씰과 외부 열 차폐를 시뮬레이션하는 테스트 패널로 교체되었다. 아폴로 4호는 달 귀환을 시뮬레이션할 예정이었기 때문에 열 차폐는 블록 II 표준으로 업그레이드되었다.

미션 통제에서 CSM의 시스템을 원격으로 작동할 수 있도록 특수 장비가 설치되었고, CM의 창 중 하나에는 마지막 궤도에서 자동으로 사진을 찍는 카메라가 있었다. 아폴로 4호는 승무원을 태우지 않았기 때문에 CM에는 의자, 제어 장치 및 디스플레이가 없었다.[2]

5. 2. 달 착륙선 테스트 기체 (LTA-10R)

LTA-10R은 달 착륙선 테스트 기체로, 실제 아폴로 달 착륙선의 무게 및 무게 중심과 동일하도록 설계되었다.[2] 밸러스트 역할을 수행했으며, 착륙 장치가 없는 비행형 하강 단계와 그 위에 알루미늄으로 만들어진 상승 단계 모형으로 구성되었다. 하강 단계의 연료 및 산화제 탱크에는 물, 글리콜, 프레온 혼합물이 들어 있었고, 상승 단계 모형에는 밸러스트가 있었지만 비행 시스템은 없었다.[2] SLA와 LTA는 새턴 V가 궤도에 진입할 때 받는 스트레스를 측정하기 위해 계측되었다. LTA-10R은 S-IVB가 대기권으로 재진입할 때 함께 파괴되었다.[2]

5. 3. 카메라

Two cameras captured the staging event; one clip is shown. The first stage falls away, followed by the interstage ring.
1, 2단 분리 과정을 촬영한 영상. 첫 번째 클립에서는 1단이 분리되고, 이어서 중간 단계 링이 분리되는 모습을 보여준다.


아폴로 4호에는 새턴 V 로켓의 1단 분리 및 중간 단계 분리 과정을 촬영하기 위한 두 대의 동영상 카메라가 탑재되었다. 이 카메라는 발사 후 배출되어 낙하산과 무선 비콘이 장착된 포드에 담겨 대서양으로 낙하했으며, 케네디 우주 센터(KSC)에서 약 470nmi 떨어진 해상에서 회수되었다.

Earth, photographed from Apollo 4
아폴로 4호에서 촬영한 지구


사령선에는 자동 중형 포맷 70 mm 필름 카메라가 장착되어 지구 전체를 촬영했다. 우주선이 원지점에 접근하고 통과하는 동안, 고도 7295nmi에서 9769nmi 사이에서 총 755장의 컬러 이미지가 촬영되었다. 이 사진들은 당시 가장 높은 고도에서 촬영된 컬러 이미지였으며, 지구 과학 관련자들에게 흥미로운 자료가 되었다.

다큐멘터리 프로그램 등에서 자주 사용되는 로켓 분리 장면을 촬영한 [http://history.nasa.gov/ap08fj/video/staging.mpg 이 영상]은 아폴로 4호 및 아폴로 6호에서 촬영된 것이다.[11] 이 영상에서 보이는 흰색 빛은 액체 산소, 액체 수소 로켓의 배기가스인 고온의 수증기이며, 붉은 불꽃은 분리용 고체 연료 로켓의 배기가스이다. 이 영상은 15배속으로 촬영되었다. 필름을 수납한 캡슐은 로켓이 분리된 후 즉시 버려져 낙하산으로 해상에 착수하여 회수되었다.

6. 성과 및 평가

아폴로 4호는 모든 발사체 및 우주선 시스템이 성공적으로 작동하여 임무 목표를 완벽하게 달성했다.[11] 이 성공은 NASA의 아폴로 계획에 대한 자신감을 크게 높였으며, 1969년 중반까지 유인 달 착륙이 가능할 것이라는 전망을 제시했다.[2]

발사 시 발생한 엄청난 소음은 예상보다 훨씬 강력하여, 발사 시설 및 주변 건물에 영향을 미쳤다. NASA는 이후 발사부터 발사 시 연소 가스 아래에 수천 갤런의 을 방출해 소음을 줄이는 방법을 도입했으며, 이는 현재 우주왕복선 발사에도 계속 사용되고 있다.[17] 특히, 발사 당시 CBS 해설자 월터 크롱카이트는 천장 타일이 떨어지는 것을 막기 위해 트레일러 관측 창에 손을 댔을 정도로, 아폴로 4호는 그가 취재한 가장 무서운 우주 임무였다고 회고했다.[17]

린든 B. 존슨 대통령은 아폴로 4호 발사를 "전 세계가 이제까지 비행한 가장 큰 로켓의 첫 발사라는 엄청난 광경을 보았다. 이는 이 국가가 평화로운 우주 탐험을 위해 활용하고 있는 힘을 상징한다."라고 묘사했다. 베르너 폰 브라운은 이 임무를 "정시 이륙부터 모든 단계의 성능까지, 처음부터 끝까지 완벽한 발사"라고 평가했다.[2] 로저 E. 빌스타인은 새턴 V 역사에서 "아폴로 4호의 완벽한 임무는 NASA 조직 전체에 활력을 불어넣었고, 모두가 밝은 마음으로 앞날을 내다보게 했다"고 기록했다.

아폴로 4호의 성공적인 임무 수행은 이후 아폴로 계획 진행에 중요한 이정표가 되었다.

7. 미디어의 관심과 대중의 반응

새턴 V의 첫 번째 비행이었던 아폴로 4호는 언론의 집중적인 관심을 받았다. 기자들은 발사체의 크기를 대중에게 전달하기 위해 자유의 여신상보다 훨씬 더 높고 무게가 13배나 더 나갈 것이라고 보도했다.[14] 노스 아메리칸은 언론 배포 자료에서 3,000톤의 새턴 V가 "상당한 크기의 해군 구축함"보다 훨씬 무겁다고 언급했다.

발사 전날, 뮬러, 필립스, 폰 브라운, 부청장 로버트 C. 시먼스와 케네디 우주 센터 소장 쿠르트 데부스[16]는 새턴 V를 배경으로 천 명 이상의 기자들(심지어 소련 기자 포함) 앞에서 야외 기자 회견을 열었다.

NASA는 코코아 비치에 언론 대표 등록용 기자 회견장을 설치하고, 방문 기자들에게 KSC 투어와 30분 간격 셔틀 서비스를 제공했다. LC-39 근처 언론 현장에는 자체 비용으로 광범위한 전화 시설을 설치했다.[14]

NASA 임원, 업계 관계자, 국회의원, 외교관들이 발사를 보러 왔고, 각 NASA 센터와 워싱턴 NASA 본부의 VIP 명단은 중복 정리 후 각 센터장이 직접 손님을 초대했다. 이들은 조립동(VAB) 근처 덮개 없는 관람석에서 발사를 지켜봤다. KSC 직원과 가족들은 업무 위치 근처에서, "유인 우주 비행 인식" 표창을 받은 43명의 계약업체 직원들은 KSC VIP 투어, 6명 우주비행사와의 사교, 발사 관람 기회를 얻었다.[15]

8. 사령선 위치

아폴로 4호 사령선은 현재 미시시피주 펄링턴에 있는 인피니티 과학 센터에 전시되어 있다.[23]

참조

[1] 웹사이트 Master Satellite List http://planet4589.or[...] Jonathan's Space Pages 2014-03-23
[2] 웹사이트 Apollo 11 Mission Overview https://www.nasa.gov[...] NASA 2019-02-14
[3] 서적 Moonport: A History of Apollo Launch Facilities and Operations https://www.hq.nasa.[...] NASA 2021-09-28
[4] 서적 Moonport: A History of Apollo Launch Facilities and Operations https://www.hq.nasa.[...] NASA 2021-09-28
[5] 서적 Moonport: A History of Apollo Launch Facilities and Operations https://www.hq.nasa.[...] NASA 2021-09-28
[6] 웹사이트 NASA Apollo Mission Apollo-1-- Phillips Report https://history.nasa[...] NASA History Division
[7] 서적 Moonport: A History of Apollo Launch Facilities and Operations https://www.hq.nasa.[...] NASA 2021-09-28
[8] 간행물 'Fire in the Cockpit!' http://www.americanh[...] American Heritage Publishing 1998-03-01
[9] 서적 Moonport: A History of Apollo Launch Facilities and Operations https://www.hq.nasa.[...] NASA 2021-09-28
[10] 웹사이트 Apollo/Skylab ASTP and Shuttle Orbiter Major End Items https://s3.documentc[...] NASA 1978-03-01
[11] Webarchive "''Apollo 4'' and Saturn V" http://www.hq.nasa.g[...] 2016-11-07
[12] 서적 The Apollo Spacecraft: A Chronology http://www.hq.nasa.g[...] NASA 2011-03-03
[13] 웹사이트 Apollo 11 30th Anniversary: Manned Apollo Missions https://history.nasa[...] NASA History Office 2011-03-03
[14] 서적 Moonport: A History of Apollo Launch Facilities and Operations https://www.hq.nasa.[...] NASA 2021-09-28
[15] 서적 Moonport: A History of Apollo Launch Facilities and Operations https://www.hq.nasa.[...] NASA 2021-09-28
[16] 웹사이트 Apollo 4 pre-launch press conference https://uah.contentd[...] NASA 2021-10-15
[17] 뉴스 'That roar is terrific ... look at that rocket go!' It's been 52 years since first Saturn V left the pad https://www.theregis[...] 2019-11-11
[18] 뉴스 Saturn V places Apollo in Orbit in Smooth Test https://timesmachine[...] 2021-02-22
[19] 서적 Analysis of Apollo AS-501 Mission Earth Photography http://apollo.sese.a[...] Lyndon B. Johnson Space Center 1968-02-01
[20] 웹사이트 The curious case of the Apollo 4 Earth images https://www.planetar[...] The Planetary Society 2018-05-23
[21] 웹사이트 Command Module, Apollo 4 https://airandspace.[...] 2020-07-19
[22] 웹사이트 Apollo/Skylab ASTP and Shuttle Orbiter Major End Items https://s3.documentc[...] NASA 1978-03-01
[23] 웹사이트 Apollo 4 Capsule From 1st Saturn V Launch Lands at Infinity Science Center https://www.space.co[...] 2017-10-31



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