AS-201
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1. 개요
AS-201은 새턴 IB 로켓의 첫 시험 비행이자, 실물 크기의 아폴로 사령선 및 기계선을 처음으로 우주 공간에 보내 성능을 시험한 임무였다. 1966년 2월 26일 발사되어 새턴 IB 로켓, 아폴로 사령선 및 기계선의 성능을 시험하고, 기계선 엔진의 우주 재점화 가능성을 확인했다. 비행 중 기계선 엔진 문제, 사령선 전력 중단, 계측 장비 정지 등의 문제점이 발생했으나, 배선 불량 등은 개선되었다. AS-201에 사용된 사령선은 현재 전략 공군 및 우주 박물관에 전시되어 있다.
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2. 목적
AS-201은 새턴 IB 로켓의 첫 시험 비행일 뿐만 아니라, 실물의 아폴로 사령·기계선을 처음으로 우주 공간에 보내는 실험이었다. 새턴 IB 로켓은 아폴로 계획의 초기 단계에서 벌써 10회의 시험 비행에 성공한 새턴 I 로켓의 발전형이며, 제 1단 로켓의 출력은 새턴 I 의 5,800 kN 로부터 7,100 kN까지 높아졌다. 또 제 2단 로켓에는, 새턴 V 로켓의 제 3단으로 사용되는 S-IVB 가 사용되었다. S-IVB 는, 새턴 V 로켓의 2단에도 사용되고 있는 액체 수소를 연료로 하는 J-2 로켓 엔진을 1기 탑재하고 있어, 우주 공간에서의 재점화가 가능했다.
미션의 목표는 다음과 같았다.
- 새턴 IB 발사체 추진, 유도 및 전기 시스템을 시연한다.
- 발사체와 CSM 간의 구조적 호환성을 입증하여 우주선의 설계 하중을 초과하지 않도록 한다.
- 모든 차량 요소의 적절한 분리를 시연한다.
- CSM의 열 차폐, 서비스 추진 시스템([우주 재시동] 포함), CM 및 SM 반응 제어 시스템, 객실 압력 및 온도 환경 제어, 부분 통신, 안정성 및 제어, 지구 착륙 시스템 및 전기 동력 서브 시스템을 시연한다.
- 개루프 제어 구성에서 비상 감지 시스템을 평가한다.
- CM 열 차폐 어블레이터를 200 BTU/ft2/sec의 열 전달률로 시연한다.
- 발사, 미션 통제 및 회수를 위한 지원 시설을 시연한다.
미션 프로파일에 따르면 새턴 IB는 동남동쪽 방향으로 높은 탄도 궤도로 우주선을 발사한 후 CSM이 SLA에서 분리된다. 서비스 모듈 엔진은 두 번 점화된 다음, 사령 모듈이 재진입하여 남대서양에 착륙할 예정이었다.
AS-201 계획의 또 다른 중요한 목적은 사령선의 열 차폐판의 성능 시험이었다.
2. 1. 새턴 IB 로켓 성능 시험
새턴 IB 로켓은 아폴로 계획의 초기 단계에서 사용된 발사체로, 이전의 새턴 I 로켓을 개량한 것이다. 1단 로켓의 추력을 5,800 kN에서 7,100 kN으로 높이고, 2단 로켓에 S-IVB를 사용하여 성능을 향상시켰다. S-IVB는 액체 수소를 연료로 사용하는 J-2 엔진을 탑재하여 우주 공간에서 재점화가 가능하도록 설계되었다. 새턴 V 로켓의 제3단으로 사용되는 S-IVB는 우주에서 재시동 가능한 J-2 엔진을 탑재하였다. 또한 새턴 V에도 사용된 계측 장치라고 알려진 새로운 모델의 유도 및 제어 시스템을 사용했다.2. 2. 아폴로 사령·기계선 성능 시험
AS-201은 새턴 IB 로켓의 첫 시험 비행이자, 실물 크기의 아폴로 사령선 및 기계선을 처음으로 우주 공간에 보내 성능을 시험하는 임무였다. 특히, 기계선 엔진의 우주 공간 재점화 기능과 사령선의 열 차폐 성능을 중점적으로 검증했다.새턴 IB 로켓은 아폴로 계획 초기 단계에서 10회의 시험 비행에 성공한 새턴 I 로켓의 발전형으로, 1단 로켓 출력이 5,800 kN에서 7,100 kN으로 향상되었다. 2단 로켓에는 새턴 V 로켓의 3단으로 사용되는 S-IVB가 사용되었으며, 액체 수소를 연료로 하는 J-2 로켓 엔진을 탑재하여 우주 공간에서 재점화가 가능했다.
CM-009는 달 착륙선과의 도킹 기능이 없는 블록 I 버전의 사령선이었다. 생산 구성과는 달리 유도 및 항법 시스템, 승무원 좌석, 디스플레이 및 관련 장비가 생략되었고, 제어 프로그래머 및 개방 루프 비상 감지 시스템이 추가되었다. SM-009는 최초의 생산 블록 I 서비스 모듈이었으며, 연료 전지 대신 배터리를 사용하고 S-밴드 통신 장비를 생략했다.
AS-201의 주요 목표는 다음과 같았다.
- 새턴 IB 발사체 추진, 유도 및 전기 시스템 시연.
- 발사체와 CSM 간의 구조적 호환성 입증 및 설계 하중 초과 방지.
- 모든 차량 요소의 적절한 분리 시연.
- CSM의 열 차폐, 서비스 추진 시스템(우주 재시동 포함), CM 및 SM 반응 제어 시스템, 객실 압력 및 온도 환경 제어, 부분 통신, 안정성 및 제어, 지구 착륙 시스템 및 전기 동력 서브 시스템 시연.
- 개루프 제어 구성에서 비상 감지 시스템 평가.
- CM 열 차폐 어블레이터를 200 BTU/ft2/sec의 열 전달률로 시연.
- 발사, 미션 통제 및 회수를 위한 지원 시설 시연.
AS-201 계획에 따라 새턴 IB는 우주선을 동남동쪽 방향으로 높은 탄도 궤도로 발사한 후, CSM이 SLA에서 분리되었다. 서비스 모듈 엔진은 두 번 점화된 다음, 사령 모듈이 재진입하여 남대서양에 착륙할 예정이었다.
3. 준비
1965년 8월 14일 수송선 콘프로마이스호에 탑재된 1단 로켓이 케네디 우주 센터에 도착했다. 1단 로켓은 크라이슬러에서 제작하고 로켓다인에서 제작한 H-1 엔진 8개를 탑재했다. 2단 로켓 S-IVB는 9월 18일에, 비행 제어 장치는 10월 22일에, 사령선은 10월 27일에 각각 도착했다. 1단 로켓은 도착 직후 발사대에 설치되었고, 2단 로켓은 10월 1일에, 비행 제어 장치는 10월 25일에, 사령선 및 기계선은 12월 26일에 각각 조립되었다.
10월 7일에는 로켓 테스트 및 자동화에 사용될 RCA 110A 컴퓨터가 예정보다 10일 늦어져 11월 1일 전에 도착하지 못할 것으로 예상되면서 문제가 발생했다. 컴퓨터가 도착한 후에도 펀치 카드와 커패시터 문제로 인해 어려움을 겪었지만, 결국 발사체 테스트는 예정대로 진행되었다. 12월에는 24시간 테스트가 진행되었으며, 기술자들은 낮에는 CSM의 연료 시스템을, 밤에는 로켓을 테스트했다.
AS-201 발사 준비 과정에서 여러 기술적인 문제들이 발생했다. 특히 RCA 110A 컴퓨터는 10일이나 늦게 도착했고, 펀치 카드와 커패시터 작동 문제까지 발생했다. 이 컴퓨터에서는 시간이 2400에서 0001로 바뀔 때 처리하지 못하는 Y2K 버그와 유사한 문제도 발생했다.
하지만, 12월 동안 24시간 테스트를 통해 낮에는 CSM의 연료 시스템을, 밤에는 로켓을 테스트하며 문제점을 해결해 나갔다. 결국 테스트 일정을 완료하고 로켓이 자체적으로 작동할 수 있음을 증명하는 플러그 아웃 테스트를 완료했다. 이러한 노력으로 1965년 8월 14일 크라이슬러 사가 제작하고 로켓다인 사의 H-1 엔진 8기를 탑재한 제 1단 로켓이 케네디 우주 센터에 도착한 것을 시작으로, 제 2단 S-IVB는 9월 18일, 비행제어장치는 10월 22일, 사령선은 10월 27일에 각각 도착하여 설치를 완료할수 있었다.
3. 1. 부품 수송 및 조립
1965년 8월 14일 수송선 콘프로마이스호에 탑재된 1단 로켓이 케네디 우주 센터에 도착했다. 1단 로켓은 크라이슬러에서 제작하고 로켓다인에서 제작한 H-1 엔진 8개를 탑재했다. 2단 로켓 S-IVB는 9월 18일에, 비행 제어 장치는 10월 22일에, 사령선은 10월 27일에 각각 도착했다. 1단 로켓은 도착 직후 발사대에 설치되었고, 2단 로켓은 10월 1일에, 비행 제어 장치는 10월 25일에, 사령선 및 기계선은 12월 26일에 각각 조립되었다.10월 7일에는 로켓 테스트 및 자동화에 사용될 RCA 110A 컴퓨터가 예정보다 10일 늦어져 11월 1일 전에 도착하지 못할 것으로 예상되면서 문제가 발생했다. 컴퓨터가 도착한 후에도 펀치 카드와 커패시터 문제로 인해 어려움을 겪었지만, 결국 발사체 테스트는 예정대로 진행되었다. 12월에는 24시간 테스트가 진행되었으며, 기술자들은 낮에는 CSM의 연료 시스템을, 밤에는 로켓을 테스트했다.
3. 2. 문제점 해결
AS-201 발사 준비 과정에서 여러 기술적인 문제들이 발생했다. 특히 RCA 110A 컴퓨터는 10일이나 늦게 도착했고, 펀치 카드와 커패시터 작동 문제까지 발생했다. 이 컴퓨터에서는 시간이 2400에서 0001로 바뀔 때 처리하지 못하는 Y2K 버그와 유사한 문제도 발생했다.하지만, 12월 동안 24시간 테스트를 통해 낮에는 CSM의 연료 시스템을, 밤에는 로켓을 테스트하며 문제점을 해결해 나갔다. 결국 테스트 일정을 완료하고 로켓이 자체적으로 작동할 수 있음을 증명하는 플러그 아웃 테스트를 완료했다. 이러한 노력으로 1965년 8월 14일 크라이슬러 사가 제작하고 로켓다인 사의 H-1 엔진 8기를 탑재한 제 1단 로켓이 케네디 우주 센터에 도착한 것을 시작으로, 제 2단 S-IVB는 9월 18일, 비행제어장치는 10월 22일, 사령선은 10월 27일에 각각 도착하여 설치를 완료할수 있었다.
4. 비행
AS-201은 예정보다 한 달 가까이 늦은 1966년2월 26일 16:12:01 (UTC) 케네디 우주 센터 34번 발사대에서 발사되었다. 1단 로켓은 완벽하게 작동하여 고도 57km에서 분리되었고, 이어서 2단 로켓이 고도 425km에 도달할 때까지 연소했다. 고도 488km에 도달한 시점에서 사령·기계선이 분리되었다.
또한 기계선 엔진을 184초 동안 분사하고, 10초 간격을 두고 다시 10초 동안 분사하여 우주선을 가속했다. 이로 인해 달 비행에서 결정적으로 중요한 요소가 되는 기계선 엔진의 우주에서의 재점화가 가능하다는 것을 확인했다.
사령선은 초속 8,300m로 대기권 재진입하여, 발사 후 37분 만에 예정 지점에서 72km 떨어진 해상에 착수했고, 두 시간 후에 항공모함 복서(USS Boxer)에 의해 회수되었다.
4. 1. 발사
1966년 2월 26일 16:12:01 UTC, AS-201은 케네디 우주 센터 34번 발사대에서 발사되었다. 1단 로켓은 고도 57km에서, 2단 로켓은 고도 425km에서 연소 후 분리되었다. 고도 488km에서 사령·기계선이 분리된 후, 기계선 엔진을 184초간 분사하고 10초 간격을 두고 다시 10초간 분사하여 우주선을 가속했다. 이는 달 비행에 필수적인 기계선 엔진의 우주 재점화 가능성을 확인한 것이다.사령선은 초속 8,300m로 대기권에 재진입하여 발사 37분 후 예정 지점에서 72km 떨어진 해상에 착수했고, 2시간 후 항공모함 복서(USS Boxer)에 의해 회수되었다.
최초 발사 시도는 1966년 2월 26일로 예정되었으나, S-IVB 연료 탱크 압력 문제로 발사 4초 전에 중단되었다. 이후 모의 발사 및 150초 비행을 통해 연료 탱크의 낮은 압력에서도 로켓 작동이 가능함을 확인하고 발사가 재개되었다.
4. 2. 궤도 비행 및 분리
1966년 2월 26일 16:12:01 UTC에 케네디 우주 센터 LC-34 발사대에서 발사된 AS-201은 1단 로켓과 2단 로켓이 순차적으로 작동하여 고도 488 km에서 사령·기계선을 분리했다. 1단 로켓은 고도 57 km에서, 2단 로켓은 고도 425 km까지 연소했다. 기계선 엔진은 184초간 분사 후, 10초 간격을 두고 10초간 재분사하여 우주선을 가속, 달 비행에 필수적인 우주 공간 재점화 기능을 입증했다.4. 3. 대기권 재진입 및 착수
사령선은 초속 8,300 m 로 대기권에 재돌입해 발사로부터 37 분 후에 예정지점으로부터 72 km 떨어진 해상에 착수했고, 2시간 후에 회수 항공모함 복서(USS Boxer)에 의해 회수되었다.5. 문제점
AS-201 비행 중 다음과 같은 문제점들이 발생했다.
첫 번째는 기계선의 엔진이 80초간밖에 작동하지 않았던 것이다. 원인은 산화제 계통이 파손되어 압력 가스인 헬륨이 산화제에 섞여 버린 것이었다. 연료 탱크에 압력을 가하는 데 사용되는 헬륨은 연소실에는 없어야 했다.
두 번째는 대기권 재돌입 시에 사령선의 전력이 정지해 제어 불능 상태에 빠진 것이고, 세 번째는 대기권 재돌입 시 회로에 이상이 발생해 계측 기기가 정지해 버린 것이었다. 전기 계통에 관한 문제는 배선의 불비 때문인 것이 곧바로 판명되었으므로 즉시 개선되었다.
5. 1. 기계선 엔진 문제
AS-201에서는 세 가지 문제점이 있었다. 첫 번째는 기계선의 엔진이 80초간밖에 작동하지 않았던 것이다. 원인은 산화제 계통이 파손되어 압력 가스인 헬륨이 산화제에 섞여 버린 것이었다. 연료 탱크에 압력을 가하는 데 사용되는 헬륨은 연소실에는 없어야 했다. 두 번째는 대기권 재돌입 시에 사령선의 전력이 정지해 제어 불능 상태에 빠진 것이고, 세 번째는 대기권 재돌입 시 회로에 이상이 발생해 계측 기기가 정지해 버린 것이었다. 전기 계통에 관한 문제는 배선의 불비 때문인 것이 곧바로 판명되었으므로 즉시 개선되었다.5. 2. 전기 계통 문제
AS-201 비행 중 전기 계통과 관련하여 두 가지 문제점이 발생했다. 대기권 재진입 시 사령선의 전력 공급이 중단되어 제어 불능 상태에 빠졌고, 회로 쇼트로 인해 계측 장비가 정지했다. 이 문제들은 모두 배선 불량으로 인해 발생한 것으로 밝혀져 즉시 개선되었다.6. 사령선 위치
AS-201에 사용된 사령선(CM-009)은 비행 후 화이트 샌즈 미사일 레인지에서 낙하 시험에 사용되었다. 현재는 네브래스카주 애쉴런드의 전략 공군 및 우주 박물관에 전시되어 있다.
7. 의의 (대한민국의 관점)
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