SA-4
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1. 개요
SA-4는 새턴 I 로켓의 1단 로켓 마지막 시험 비행으로, 1963년 3월 28일에 발사되었다. 주요 목적은 발사 후 약 100초 후에 엔진 하나를 정지시키고, 남은 엔진으로 연료를 재분배하여 로켓의 궤도 진입을 시험하는 것이었다. 이 실험은 성공적으로 수행되었으며, 이후 아폴로 6호 및 아폴로 13호 비행에 활용되었다. SA-4는 최고 고도 129km, 최고 속도 시속 5,906km에 도달했으며, 역추진 로켓 분사 시험도 이루어졌다.
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| SA-4 | |
|---|---|
| 기본 정보 | |
 | |
| 임무 유형 | 시험 비행 |
| 운영자 | NASA |
| 임무 기간 | 15분 |
| 준궤도 정점 | 129 |
| 이동 거리 | 400 |
| 발사 날짜 | UTC |
| 발사 로켓 | Saturn I |
| 발사 장소 | 케이프 커내버럴 LC-34 |
| 붕괴 날짜 | UTC |
| 이전 미션 | Saturn I SA-3 |
| 다음 미션 | Saturn I SA-5 |
| 프로그램 | 아폴로 계획 무인 테스트 |
| 발사 질량 | 52480 |
2. 목적
SA-4 비행은 새턴 I 로켓의 S-I 1단 로켓에 대한 마지막 시험 비행이었다. 이 시험의 주요 목적 중 하나는 발사 후 약 100초가 지났을 때 엔진 1기를 의도적으로 정지시켜 엔진 고장 상황에 대한 로켓의 대처 능력을 검증하는 것이었다. 이를 통해 엔진 고장 시 연료를 재분배하여 비행을 지속하는 능력을 확인하고자 했으며, 이 기술은 이후 아폴로 계획의 아폴로 6호와 아폴로 13호 임무에서 성공적으로 사용되었다. 이 외에도 실제 2단의 공기역학 설계를 모방한 모형과 블록 II 버전에 사용될 안테나를 탑재하여 시험하는 목적도 포함되었다.
2. 1. 1단 로켓 시험
SA-4는 새턴 I 로켓의 S-I 1단만을 시험하는 마지막 비행이었다. 이전 세 번의 발사와 마찬가지로 이 비행은 준궤도 비행이었으며, 로켓의 구조적 완전성을 확인하는 것을 목표로 삼았다.이번 비행의 주요한 특징 중 하나는 발사 약 100초 후 엔진 중 하나를 의도적으로 정지시키도록 프로그래밍하여, 비행 중 엔진 고장 상황 발생 시 로켓의 대처 능력을 시험했다는 점이다. 계획대로라면, 로켓은 정지된 엔진에 공급되던 연료를 다른 엔진으로 전환하고, 연소 시간을 늘려 가속도 손실을 보상하도록 설계되었다. 이 기능은 이후 아폴로 6호 및 아폴로 13호(두 임무 모두 새턴 V 로켓 사용) 비행에서 성공적으로 사용되었다.
또한, 이번 비행에서는 실제 2단의 공기역학적 설계를 모방한 가짜 2단을 사용했다. 여기에는 통풍 덕트, 페어링, 그리고 모형 카메라 포드 등이 포함되었다. 로켓에는 이후 블록 II 버전의 로켓에 적용될 안테나도 장착하여 시험 비행을 진행했다.
2. 2. 엔진 정지 시험
SA-4 발사의 주요 목적 중 하나는 비행 중 엔진 고장 상황에 대비하는 능력을 시험하는 것이었다. 이를 위해 발사 후 약 100초가 지났을 때 엔진 중 하나를 의도적으로 정지시키도록 계획되었다.
시험이 성공적으로 진행될 경우, 정지된 엔진에 공급될 예정이었던 연료는 나머지 작동 중인 엔진들로 재분배되어 연소 시간을 늘리게 된다. 이를 통해 로켓은 가속 손실을 보상하고 예정된 궤도를 유지할 수 있었다. 이러한 엔진 고장 대처 및 연료 재분배 기술은 이후 새턴 V 로켓을 사용한 아폴로 6호와 아폴로 13호 임무에서 실제 엔진 문제가 발생했을 때 성공적으로 활용되어 중요한 역할을 수행했다.
2. 3. 추가 시험
이번 비행에서는 실제 새턴 I 2단의 공기역학적 설계를 적용한 모형 2단을 사용하였다. 이 모형에는 통풍 덕트, 페어링, 모형 카메라 포드 등이 포함되어 공기역학적 특성을 시험했다. 또한, SA-4 로켓은 이후 개량될 블록 II 버전의 로켓을 위해 설계된 새로운 안테나를 장착하고 비행하여 성능을 확인했다.
3. 비행
1963년 3월 28일에 발사된 SA-4는 예정된 비행 시험을 성공적으로 수행했다. 비행 중 주요 시험으로는 계획된 엔진 조기 정지 및 역추진 로켓 점화 등이 있었으며, 이를 통해 클러스터 엔진 설계와 향후 로켓 분리 기술의 중요한 데이터를 확보했다. 로켓은 최고 고도 129km 및 최고 속도 시속 5,906 km에 도달했다.
3. 1. 발사 및 초기 단계
SA-4는 54일이라는 짧은 점검 기간을 거쳤으며, 발사 당일에는 120분 동안 가장 긴 발사 연기를 겪었다.1963년 3월 28일, SA-4는 발사 후 처음 100초 동안 완벽하게 작동했으며, 계획대로 발사 100초 후에 5번 엔진을 정지시켰다. 엔진 정지 후 연료는 나머지 엔진에 적절히 재분배되었고, 로켓은 올바른 궤도에 진입했다. 5번 엔진은 냉각 시스템(연료를 엔진 외벽의 파이프에 통과시켜 열을 빼앗는 시스템)이 작동하지 않아 다른 엔진의 열로 파괴될 것이라는 예상도 있었으나, 실제로는 파괴되지 않았다. 이 실험은 여러 개의 엔진을 묶어 사용하는 클러스터 방식 로켓 설계의 중요한 기능을 검증하는 계기가 되었다.
로켓은 최고 고도 129km까지 도달했으며, 최고 속도는 시속 5,906 km였다. 연소 종료 후에는 향후 로켓 단 분리에 사용될 역추진 로켓을 점화하는 시험을 진행했다. SA-4는 단 분리 기능이 설계되지 않았기 때문에 역추진 로켓이 반드시 필요한 것은 아니었지만, 시험 결과 정상적으로 작동하는 것이 확인되었다. SA-4 발사는 새턴 I 로켓의 마지막 1단 로켓 발사 시험이었다.
3. 2. 엔진 정지 및 연료 재분배
1963년 3월 28일, SA-4는 발사 후 100초가 되었을 때 계획대로 5번 엔진을 정지시켰다. 엔진 정지 후, 추진제 시스템은 남은 엔진들로 연료를 성공적으로 재분배하여 로켓은 올바른 궤도를 유지할 수 있었다.일부에서는 정지된 5번 엔진이 냉각용 연료 공급이 중단되면서 다른 엔진에서 발생하는 열 때문에 파괴될 것이라고 예측했다. 냉각 시스템은 연료를 엔진 외벽의 파이프로 통과시켜 열을 식히는 방식이었기 때문이다. 그러나 예상과 달리 엔진은 파괴되지 않았다.
이 실험은 여러 개의 엔진을 묶어 사용하는 클러스터 방식 로켓 설계의 중요한 기능을 실제로 검증하는 계기가 되었다. 로켓은 최고 고도 129km에 도달했으며, 최고 속도는 시속 5,906km를 기록했다.
또한, 연소가 끝난 후에는 미래의 다단 로켓 분리 기술에 사용될 역추진 로켓을 시험 삼아 분사했다. SA-4 자체는 단 분리 기능이 설계되지 않았기 때문에 역추진 로켓이 반드시 필요하지는 않았지만, 이 시험을 통해 역추진 로켓이 정상적으로 작동함을 확인했다.
3. 3. 최고 고도 및 속도
SA-4 로켓은 최고 고도 129km까지 도달했으며, 최고 속도는 5,906km/h에 달했다.3. 4. 역추진 로켓 시험
1963년 3월 28일 발사된 SA-4는 최고고도 129km, 최고속도 시속 5,906km에 도달했다. 로켓의 연소 종료 후, 향후 로켓의 단 분리 기술에 필요한 역추진 로켓 분사 시험이 이루어졌다. SA-4 자체는 1단과 2단을 분리하는 구조로 설계되지 않았기 때문에 이 시험이 필수적인 것은 아니었다. 하지만 역추진 로켓이 계획대로 점화되고 정상적으로 작동하는지 확인하기 위해 시험이 진행되었고, 성공적으로 작동함이 확인되었다. 이 시험은 역추진 로켓의 정상 작동을 확인하는 중요한 계기가 되었다.4. 의의
SA-4 시험 비행은 새턴 I 로켓 개발 과정에서 중요한 기술적, 역사적 의미를 지닌다. 이 비행을 통해 여러 개의 엔진을 동시에 사용하는 클러스터형 엔진 설계의 핵심적인 안정성이 입증되었다. 특히, 비행 중 엔진 하나가 고장 나는 상황을 모의하여 나머지 엔진만으로도 임무를 계속 수행할 수 있음을 성공적으로 보여주었다. 이는 복잡한 다중 엔진 시스템의 신뢰도를 높이는 중요한 성과였다.
또한, SA-4는 향후 다단 로켓 분리에 필수적인 역추진 로켓의 성능을 시험하는 기회도 제공했다. 비록 SA-4 자체는 단 분리 기능이 없었지만, 이 실험을 통해 얻어진 데이터는 후속 로켓 개발에 유용하게 활용되었다.
궁극적으로 SA-4의 성공적인 시험 비행은 아폴로 계획으로 대표되는 미국의 유인 달 탐사 계획 추진에 있어 기술적 난제를 해결하고 프로그램 전체의 신뢰도를 높이는 데 크게 기여했다. 엔진 고장 시 대처 능력은 실제 아폴로 임무 수행 중 발생한 위기 상황을 극복하는 데 결정적인 역할을 하기도 했다.
4. 1. 클러스터형 엔진 기술 검증
1963년 3월 28일, SA-4는 계획대로 발사 100초 후에 5번 엔진을 의도적으로 정지시키는 실험을 진행했다. 이 실험은 여러 개의 엔진을 묶어 사용하는 클러스터 방식 로켓 설계의 안정성을 검증하기 위한 것이었다. 엔진 하나가 정지된 상황에서도 연료는 나머지 엔진들에 문제없이 공급되었고, 로켓은 예정된 궤도에 성공적으로 진입했다.정지된 5번 엔진은 냉각 시스템(엔진 외벽 파이프를 통해 연료를 순환시켜 열을 식히는 방식)이 멈추면서 다른 작동 중인 엔진들의 열 때문에 파괴될 것으로 예상되었다. 하지만 예상과 달리 엔진은 파괴되지 않았고, 이는 클러스터 엔진 설계의 안정성을 보여주는 중요한 결과였다.
이 비행에서 SA-4는 최고 고도 129km에 도달했으며, 최고 속도는 시속 5,906 km를 기록했다. 또한, 1단 로켓 연소가 끝난 후에는 미래의 다단 로켓 분리 기술에 활용될 역추진 로켓의 성능 시험도 이루어졌다. SA-4 자체는 단 분리 기능이 없었기 때문에 역추진 로켓이 필수적인 것은 아니었지만, 실험 결과 정상적으로 작동함이 확인되었다. 이 실험들은 후속 새턴 로켓 개발에 중요한 기술적 데이터를 제공했다.
4. 2. 아폴로 계획 기여
SA-4는 새턴 I 로켓의 1단 로켓의 마지막 시험 비행이었다. 이 시험의 가장 중요한 목적 중 하나는 발사 후 약 100초가 지났을 때 엔진 1기를 의도적으로 정지시키는 것이었다. 이 실험이 성공할 경우, 정지된 엔진이 사용했을 연료를 나머지 엔진들에 배분하여 연소 시간을 늘림으로써 로켓이 계획된 궤도를 유지할 수 있도록 설계되었다.
이 엔진 정지 및 연료 재분배 기술은 이후 아폴로 계획에서 중요한 역할을 했다. 특히 아폴로 6호와 아폴로 13호 임무 수행 중 발생한 문제 상황에서 이 기술이 적용되어 위기를 극복하는 데 기여했다. 참고로 SA-4 발사 시 2단 로켓 부분에는 실제 작동하는 엔진 대신 모형(더미)이 탑재되었다.
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