HTV-7

1. 개요

HTV-7은 일본의 국제 우주 정거장 보급선으로, HTV 시리즈의 7번째 기체이다. 이전 기체들에 비해 기술적 개선이 이루어졌으며, 특히 소형 회수 캡슐(HSRC) 탑재가 주요 특징이다. 2018년 9월 22일 H-IIB 로켓에 실려 발사되어 국제 우주 정거장(ISS)에 화물을 전달하고, 2018년 11월 지구 대기권에 재진입하여 소형 회수 캡슐을 회수했다. HTV-7은 ISS로 약 6.2톤의 화물을 운송했으며, HSRC를 통해 ISS에서 수행된 실험 결과물을 지구로 안전하게 회수하는 데 기여했다.

2. 특징

HTV-7은 이전의 고노토리 우주선들에 비해 여러 가지 기술적 개선이 이루어졌다. HTV-5와 HTV-6에 이어 HTV-7에서도 일본 전국으로부터 식료품을 지원받아, 다양한 조건에 맞는 과일과 채소 4종류가 선정되어 탑재되었다.

국제우주정거장(ISS) 승무원들이 긴급 상황 발생 시 사용하는 명령 송신 장치가 HTV 전용 명령 단말기(HCP)에서 미 항공우주국(NASA)의 국제우주정거장 포터블 컴퓨터(PCS)로 변경되었다. 또한, 소형 회수 캡슐 탑재를 위해 가압부 격벽을 추가하는 등 HTV-6에 비해 18가지 항목이 변경되었다.

HSRC 회수를 위해 고노토리 7호의 파괴적 재진입과 HSRC의 해상 착수는 이전 임무에서 사용했던 남태평양 대신 태평양 북서부, 미나미토리시마 (마커스 섬) 근처, 오가사와라 제도와 북마리아나 제도 동쪽에서 계획되었다.

2.1. 주요 변경 사항

* HTV 소형 재진입 캡슐(HSRC) 포함: 국제우주정거장(ISS)에서 수행한 실험 결과물(단백질 결정 샘플 등)을 지구로 안전하게 회수하기 위한 캡슐이다. 이 캡슐은 미르 우주 정거장으로 가는 프로그레스 우주선에 탑재된 VBK-라두가와 기능이 유사하다. 캡슐은 총 20kg의 물질을 담을 수 있었고(페이로드가 냉장을 필요로 하는 경우 5kg), 직경은 84cm, 높이는 66cm, 질량은 180kg 미만이었다. 타이거는 보온병에 사용된 기술을 적용하여 캡슐의 이중 진공 단열 용기를 개발했다.
* 주 배터리 감소: 고노토리 6의 6개에서 5개로 주 배터리 수를 줄였다. 참고로 고노토리 2호부터 고노토리 5호까지는 7개였다.
* 제어 시스템 변경: 하드웨어 제어 패널(HCP)을 국제우주정거장 포터블 컴퓨터(PCS)로 교체했다. 이를 통해 국제우주정거장 승무원들은 노트북 컴퓨터를 통해 고노토리에 제어 명령을 보낼 수 있게 되었다.
* 가압부 격벽 추가: 소형 회수 캡슐 탑재를 위해 가압부 격벽을 추가했다.

2.2. 소형 회수 캡슐 (HSRC)

HTV 소형 회수 캡슐(HSRC)은 국제우주정거장(ISS)에서 실험 샘플을 지구로 안전하게 가져오기 위한 핵심 장비이다. 이 캡슐은 미르 우주 정거장으로 가는 프로그레스 우주선에 탑재된 VBK-라두가와 유사한 기능을 가진 재진입 캡슐이다. 캡슐은 직경 84cm, 높이 66cm, 무게 약 180kg (실험 재료 제외)의 원뿔형이다.

HTV-7이 국제우주정거장을 떠난 후, 지상 관제 센터는 고도 300km 지점에서 캡슐을 방출하도록 명령했다. 캡슐은 저온 질소 가스 반응 제어 시스템을 이용해 자동으로 하강 중 자세 제어를 실시하여 충격 대비 자세를 취했다. 이 시스템은 3D 프린팅 노즐을 사용했다. 오가사와라 제도 앞바다에 착수한 캡슐은 선박으로 회수되었으며, 미나미토리시마를 경유하여 이바라키 공항을 통해 연구자들에게 샘플을 전달했다.

캡슐에는 타이거가 보온병에 적용되는 기술을 응용해 개발한 이중 진공 절연 기술이 적용되었다. 이를 통해 국제우주정거장의 미세 중력 환경에서 생산되어 쉽게 손상될 수 있는 단백질 결정 샘플 등을 안전하게 보호하고 빠르게 지구로 회수할 수 있다.

HSRC의 성능 검증을 위해 여러 차례의 고고도 낙하 실험이 진행되었다.

3. 화물

고노토리 7호는 총 6.2ton의 화물을 국제우주정거장(ISS)으로 운송했다. 가압부에 약 4.3ton, 비가압부에 약 1.9ton을 탑재했다.

가압부에는 NASA EXPRESS 랙 9B 및 10B, NASA 생명 과학 글러브 박스(LSG), ESA 생명 유지 랙(LSR), JAXA HTV 소형 재진입 캡슐(HSRC) 등이 탑재되었다. JAXA 실험 루프 히트 파이프 라디에이터(LHPR)와 큐브위성 SPATIUM-I, RSP-00, STARS-Me도 가압부에 실려 ISS에서 궤도로 배치되었다.

비가압부에는 ISS의 기존 니켈-수소 배터리를 교체하기 위한 리튬 이온 배터리 6개를 궤도 교체 유닛(ORU) 형태로 탑재했다. 배터리 교체 운송은 고노토리 6호 임무에서 시작되어 고노토리 9호까지 계속되었다.

3.1. 가압부

고노토리 7호는 약 6200kg의 화물을 운반했으며, 이 중 4300kg이 가압부에 탑재되었다. 가압부에는 국제우주정거장(ISS) 운용 및 실험을 위한 다양한 장비와 물품이 실렸다. 주요 탑재 화물은 다음과 같다:

* 미국 실험 랙 (Express Rack 9B: ER9B)
* 미국 실험 랙 (Express Rack 10B: ER10B)
* 미국 생명과학 글로브박스 (Life Sciences Glovebox:LSG)와 LSG 발사 전용 랙
* 냉동·냉장고 MELFI의 예비 부품 (MELFI Electronics Unit)
* ESA 생명 유지 랙 (Life Support Rack: LSR)
* 키보 모듈 정비용 부품
* 소형 위성 방출 기구 (JEM Small Satellite Orbital Deployer：J-SSOD#10)
* 큐브위성 3대
* SPATIUM-I (규슈 공업 대학, 난양 이공 대학(Nanyang Technological University, 싱가포르)), RSP-00, STARS-Me (시즈오카 대학)
* HTV 탑재용 소형 회수 캡슐 (HTV Small Re-entry Capsule: HSRC) (직경 84cm, 높이 66cm의 원추형 캡슐, 실험 재료를 제외하고 약 180kg.)
* 소형 회수 캡슐 탑재용 단백질 결정 생성 실험 샘플
* 소형 회수 캡슐 탑재용 정전 부유로 샘플
* 루프 히트 파이프 방열기 (LHPR) 기술 실증 시스템 (열 제어 실험 장치)
* 프로바이오틱스 실험 기구 (섭취품, 검체 채취 키트)
* 기타 실험 관련품
* 식료품, 우주인 생활 용품 등 승무원 관련품 (홋카이도산 양파, 미야기현산 파프리카, 오카야마현산 샤인머스켓 등. )

JAXA 실험 루프 히트 파이프 라디에이터(LHPR), 큐브위성 ISS에서 궤도로 배치될 SPATIUM-I, RSP-00, STARS-Me도 가압 격실에 탑재되었다.

3.2. 비가압부

비가압 물류 운반체(ULC)에는 궤도 교체 유닛(ORU) 6개가 탑재되었는데, 이는 ISS의 기존 니켈-수소 배터리를 교체하기 위한 리튬 이온 배터리였다. 교체용 배터리 운송은 이전 고노토리 6호 임무에서 이어졌으며, 고노토리 9호까지 계속되었다. 주요 탑재 화물은 다음과 같다.

* 국제우주정거장용 신형 리튬 이온 전지 6개

4. 운용

고노토리 7호는 2018년 9월 22일 17시 52분 27초(UTC)에 다네가시마 우주 센터에서 H-IIB 로켓 7호기에 실려 발사되어 약 14분 59초 후 로켓에서 정상적으로 분리되었다. 2018년 9월 27일 11시 36분(UTC)에 ISS의 로봇 팔에 포획되었고, 18시 08분(UTC)에 도킹이 완료되었다. ISS 승무원은 19시 42분(UTC)에 고노토리 7호에 입실했다.

2018년 11월 7일 16시 50분(UTC)에 ISS에서 분리되었고, 11월 10일 21시 38분(UTC)에 대기권에 재진입했다. 11월 10일 22시 06분(UTC)에는 소형 회수 캡슐이 오가사와라 제도 앞바다에 착수했으며, 11월 11일 01시 25분(UTC)에 선박을 이용해 회수되었다.

4.1. 발사 및 ISS 랑데부

HTV-7은 당초 2018년 9월 10일 22시 32분(UTC)에 발사될 예정이었으나, 괌 지상 추적소의 기상 악화로 연기되었다. 2018년 9월 13일 21시 20분(UTC)로 발사 일정이 재조정되었으나, 다네가시마 우주 센터의 악천후 예보로 인해 2018년 9월 14일 20시 59분 14초(UTC)로 연기되었다.

발사 전 점검 중 로켓 2단 산소탱크의 밸브(Blowoff valve) 문제로 발사가 중지되었다. 문제 해결 후 발사는 2018년 9월 21일 18시 15분(UTC)로 변경되었고, 악천후로 인해 2018년 9월 22일 17시 52분 27초(UTC)에 H-IIB 로켓 7호기로 발사되었다. 발사 약 14분 59초 후, 고노토리 7호는 로켓에서 정상 분리되었다.

2018년 9월 27일, 고노토리 7호는 국제 우주 정거장(ISS)에 접근, 11시 36분(UTC)에 ISS의 우주 정거장 원격 조작 시스템(SSRMS)에 포획되었고, 18시 08분(UTC)에 도킹, 19시 42분(UTC)에 ISS 승무원이 고노토리 7호에 입실했다.

4.2. ISS 체류 및 분리

2018년 9월 28일, SSRMS(Canadarm2)을 이용해 고노토리 7호의 비가압 물류 운반선(ULC)에서 노출 팔레트(EP)를 꺼내 ISS의 MBS에 옮겼다. 이 EP에는 ISS 교체용 배터리가 탑재되어 있었다. 소유즈 MS-10 발사 실패로 인해, 고노토리 7호가 ISS에 도킹해 있는 동안 계획되었던 배터리 교체 우주 유영은 수행되지 못했다. 노출 팔레트는 고노토리 7호가 떠난 후에도 ISS에 남아 있었다.

2018년 11월 7일 16시 50분(UTC) (11월 8일 1시 50분(JST))에 ISS에서 분리되었다.

4.3. 지구 대기권 재진입 및 회수

HTV-7은 2018년 11월 7일 16시 50분(UTC)에 국제우주정거장(ISS)에서 분리되었다. 이후 궤도 제어 기동을 거쳐 11월 10일 21시 14분(UTC)에 최종 감속 연소를 완료했다. HTV 소형 재돌입 캡슐(HSRC)의 분리는 21시 24분(UTC)에 확인되었고, HTV-7 본체는 21시 38분(UTC)에 지구 대기권에 재진입했다.

HSRC는 22시 06분(UTC)에 오가사와라 제도 앞바다에 착수하여, 11월 11일 02시 25분(UTC)에 선박으로 회수되었다. 회수된 캡슐은 미나미토리시마를 경유하여 11월 13일 00시 42분(UTC)에 쓰쿠바 우주 센터에 도착하여 연구자들에게 전달되었다.

HSRC는 미르 우주 정거장으로 가는 프로그레스 우주선에 탑재된 VBK-라두가와 유사한 기능을 가진 재진입 캡슐로, HTV-R 캡슐의 소형화 버전이다. 캡슐은 질소 콜드 가스 반작용 제어 시스템을 사용했으며, 3D 프린팅 노즐을 사용했다. 하강 중에는 자동 자세 제어를 통해 충격에 대비했다. 캡슐은 보온병에 사용되는 기술을 적용한 이중 진공 단열 용기를 사용하여 최대 20kg(냉장이 필요한 경우 5kg)의 물질을 담을 수 있었다. 캡슐의 직경은 84cm, 높이는 66cm, 질량은 180kg 미만이었다. 이번 비행에서는 국제우주정거장에서 제조한 단백질 결정화 샘플 등을 싣고 성능을 검증했다.

HSRC의 고고도 낙하 시험은 2015년부터 2017년까지 총 4차례에 걸쳐 홋카이도 다이키정 앞바다에서 성공적으로 진행되었다.