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STS-133

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목차

1. 개요

STS-133은 2011년에 진행된 우주왕복선 디스커버리의 마지막 임무로, 6명의 승무원이 탑승했다. 주요 임무는 영구 다목적 모듈(PMM) "레오나르도"를 국제 우주 정거장(ISS)에 설치하고, 익스프레스 보급 캐리어 4(ELC-4)를 장착했으며, 로보노트 2를 ISS로 운송하는 것이었다. 이외에도 다양한 과학 실험과 탑재체 운송이 이루어졌다. 발사 전 외부 연료 탱크의 기술적 문제로 인해 여러 차례 발사가 연기되었으며, 두 차례의 우주 유영을 통해 ISS의 유지 보수 및 설치 작업을 수행했다.

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STS-133
개요
Canadarm2가 PMM 레오나르도를 설치하는 모습
Canadarm2가 PMM 레오나르도를 설치하는 모습
임무 명칭STS-133
다른 명칭우주왕복선-133
임무 유형ISS 조립
운영 주체NASA
COSPAR ID2011-008A
SATCAT37371
이동 거리5304140 마일 (8536190 km)
임무 기간12일, 19시간, 4분, 50초
발사 질량Orbiter: 268620 lbs (121845 kg)
Stack: 4525220 lbs (2052626 kg)
건조 질량204736 lbs (92860 kg)
발사 정보
발사 장소케네디 우주 센터, LC-39A
발사 일자2011년 2월 24일, 21:53:24 UTC
착륙 정보
착륙 일자2011년 3월 9일, 16:58:14 UTC
착륙 장소케네디, SLF Runway 15
승무원 정보
승무원 수6
승무원스티븐 W. 린지
에릭 A. 보
니콜 M. P. 스콧
앨빈 드루
마이클 R. 배럿
스티븐 G. 보웬
STS-133 공식 승무원 사진
왼쪽부터 앨빈 드루, 니콜 스콧, 에릭 보, 스티븐 린지, 마이클 배럿, 스티븐 보웬
도킹 정보
도킹 대상ISS
도킹 유형도킹
도킹 포트PMA-2 (Harmony forward)
도킹 일자2011년 2월 26일, 19:14 UTC
분리 일자2011년 3월 7일, 12:00 UTC
도킹 시간8일, 16시간, 46분
궤도 정보
원지점gee
궤도 기준점2011년 2월 25일
궤도 기준지구 중심
궤도 영역낮은 지구 궤도
궤도 근지점208 km
궤도 원지점232 km
궤도 주기88.89 분
궤도 경사51.6°
프로그램 정보
프로그램우주 왕복선 프로그램
이전 미션STS-132
다음 미션STS-134

2. 승무원

역할우주 비행사
선장스티븐 W. 린지 (5)
파일럿에릭 보 (2)
임무 전문가알빈 드루영어 (2)
임무 전문가스티븐 보웬 (우주비행사)영어 (3)[77]
임무 전문가마이클 배럿 (2)
임무 전문가니콜 스톳 (2)


  • 괄호 안의 숫자는 이번 비행을 포함한 총 비행 횟수이다.

2. 1. 승무원 구성



미국 항공우주국(NASA)은 2009년 9월 18일 STS-133 승무원을 발표했으며, 2009년 10월 훈련이 시작되었다.[21] 최초 승무원은 사령관 스티븐 린지, 조종사 에릭 보, 임무 전문가 앨빈 드류, 티모시 코프라, 마이클 배럿, 니콜 스톳으로 구성되었다. 그러나 2011년 1월 19일, 발사 약 한 달 전 코프라가 자전거 사고로 부상을 입어 스티븐 보웬이 코프라를 대체하게 되었다.[21] 승무원 6명은 모두 이전에 최소 한 번의 우주 비행을 경험했으며, 사령관 스티븐 린지를 제외한 5명은 2000년에 선발된 NASA의 우주 비행사 그룹 18 소속이었다.[22]

스티븐 린지는 임무 지휘를 위해 우주 비행사 사무소장 직을 페기 휘트슨에게 넘겼다.[23] 원정 20호 승무원이었던 니콜 스톳과 마이클 배럿은 승무원 배정 발표 당시 우주에 체류 중이었다.[23] STS-133의 앨빈 드류는 STS-134와 STS-135에 흑인 승무원이 없어 우주왕복선에 탑승한 마지막 아프리카계 미국인 우주 비행사가 되었다. ''아틀란티스'' STS-132 미션에 탑승했던 보웬은 STS-135 발사 이후 2020년 5월 크루 드래곤 데모-2에 탑승한 더그 헐리 전까지 두 번 연속 미션에 발사된 최초이자 유일한 NASA 우주 비행사였다.

역할우주 비행사
선장스티븐 W. 린지 (5)
파일럿에릭 보 (2)
임무 전문가앨빈 드루영어 (2)
임무 전문가스티븐 보웬 (우주비행사)영어 (3)[77]
임무 전문가마이클 배럿 (2)
임무 전문가니콜 스톳 (2)


  • 괄호 안의 숫자는 이번 비행을 포함한 총 비행 횟수이다.


좌석[9]발사착륙

좌석 1–4: 비행 갑판
좌석 5–7: 중간 갑판
1마이클 린지
2에릭 보
3니콜라스 패트릭 스토트팀 드류
4팀 드류니콜라스 패트릭 스토트
5마이클 바랏
6스티븐 보웬
7미사용


2. 2. 승무원 변경

스티븐 보웬은 원래 임무 전문가로 예정되었던 티모시 코프라가 자전거 사고로 부상을 입어 발사 약 한 달 전에 교체된 것이다.[77]

3. 주요 임무

STS-133 임무는 크게 세 가지 주요 목표를 달성했다.


  • 영구 다목적 모듈(PMM) "레오나르도" 설치: 국제 우주 정거장(ISS)에 저장 공간을 추가하기 위해 다목적 물류 모듈(MPLM) 중 하나인 ''레오나르도''를 PMM으로 설치했다.[10][11]
  • 익스프레스 물류 탑재체(ELC) 4 설치: 우주 정거장의 외부 탑재체를 지원하는 강철 플랫폼인 ELC-4를 설치하여 예비 부품을 제공했다.
  • 로보넛2 (R2) 운송: 우주 최초의 휴머노이드 로봇인 R2를 ISS로 운송하여 미세 중력 환경에서 우주 비행사와 함께 작업할 수 있는 가능성을 시험했다.[13]


이 외에도, 스페이스X의 드래곤 우주선에 사용될 LIDAR 탐지 및 거리 측정 센서인 DragonEye를 시험하고, 50만 명 이상의 학생들이 참여한 2010년 학생 서명 in Space 프로그램의 서명과 우주왕복선 임무와 관련된 기념품들을 운송했다.[17][18]

3. 1. 영구 다목적 모듈 (PMM) "레오나르도" 설치

우주정거장 처리 시설(SSPF)에 있는 PMM ''레오나르도''.


STS-133은 3개의 다목적 물류 모듈(MPLM) 중 하나인 ''레오나르도''(이탈리아의 유명한 르네상스 발명가 레오나르도 다 빈치의 이름을 따서 명명)를 영구 다목적 모듈(PMM)로 우주 정거장에 남겨두었다.[10][11] PMM ''레오나르도''는 ISS에 절실히 필요한 저장 공간을 추가했으며, 거의 가득 찬 화물을 싣고 발사되었다.

이탈리아 우주국은 1996년 4월 ''레오나르도'' MPLM의 제작을 시작했다. 1998년 8월, 주요 제작이 완료된 후 ''레오나르도''는 케네디 우주 센터(KSC)에 인도되었다. 2001년 3월, ''레오나르도''는 STS-102 비행의 일부로 ''디스커버리''에서 첫 번째 임무를 수행했다.

STS-131 임무 후 ''디스커버리''가 착륙하면서 ''레오나르도''는 케네디 우주 센터의 우주 정거장 처리 시설로 다시 옮겨졌다. ''레오나르도''는 우주 정거장에 영구적으로 부착하고 궤도상 유지 보수를 용이하게 하기 위해 즉시 개조 및 재구성을 시작했다.[12] ''레오나르도''의 전체 무게를 줄이기 위해 일부 장비를 제거했다. 이러한 제거로 178.1lbs의 순 무게 감소가 발생했다. ''레오나르도''에 대한 추가 개조 작업에는 업그레이드된 다층 단열재(MLI) 및 미세 유성체 궤도 파편(MMOD) 차폐를 설치하여 PMM이 미세 유성체 또는 궤도 파편의 잠재적인 충격을 처리할 수 있는 능력을 향상시키는 작업이 포함되었으며, 일본 우주 항공 연구 개발 기구(JAXA)의 요청에 따라 평면 반사기가 설치되었다.

우주 정거장에 정박한 후 ''레오나르도''의 내용은 비워지고 ISS의 적절한 위치로 옮겨졌다. JAXA의 고노토리 2(HTV-2)가 2011년 2월에 도착하자 ''레오나르도''의 불필요해진 발사 하드웨어는 지구 대기권에서 궁극적으로 파괴되기 위해 HTV2로 옮겨졌다.

STS-133 이후 ''레오나르도''를 재구성하는 활동은 여러 우주정거장 승무원 증분 기간에 걸쳐 진행되었다.

비행 6일차에는 ''레오나르도'' 영구 다목적 모듈(PMM)을 국제 우주 정거장(ISS)의 ''유니티'' 모듈의 지구 방향 포트에 설치했다.

비행 8일차에, ''레오나르도'' PMM의 화물 이송이 국제 우주 정거장(ISS) 내부로 시작되었다.

10일 비행 동안 ''레오나르도'' 다목적 보관 모듈(PMM)의 내부 설비 작업이 계속되었다.[72]

3. 2. 익스프레스 보급 캐리어 4 (ELC-4) 설치

익스프레스 물류 탑재체(ELC)는 우주 정거장의 우현 및 좌현 트러스에 장착된 외부 탑재체를 지원하도록 설계된 강철 플랫폼으로, 심우주 또는 지구 방향의 시야를 제공한다. STS-133에서 ''디스커버리''는 ELC-4를 정거장으로 운반하여 우현 3(S3) 트러스의 하부 내측 수동 부착 시스템(PAS)에 배치했다. ELC-4의 총 중량은 약 약 3735.33kg이다.

ELC-4는 여러 개의 궤도 교체 장치(ORU)를 탑재했다. 이 중에는 ELC의 한쪽 전체를 차지하는 열 거부 시스템 방열기(HRSR) 비행 지원 장비(FSE)가 있었다. 다른 주요 ORU는 ExPRESS 팔레트 제어기 항공 전자 장치 4(ExPCA #4)였다. ELC-4에서 발사된 HRSR은 스테이션의 외부 능동 열 제어 시스템의 일부인 6개의 방열기 중 하나가 필요한 경우 예비품이었다.

니콜 스토트와 마이클 바라트가 우주 정거장 원격 조작기(SSRMS)를 조종하여 ELC-4를 ''디스커버리''의 화물칸에서 꺼냈다. SSRMS는 ELC-4를 우주 왕복선 원격 조작 시스템(SSRMS)에 넘겼고, 보와 드류가 SSRMS를 조종하는 동안 이동 기지 시스템(MBS)으로 이동했다. 그곳에서 SSRMS는 다시 ELC-4를 받아 S3 트러스 위치에 설치했다. ELC-4는 2월 27일 UTC 03시 22분에 최종 위치에 설치되었다.[68]

SSPF에서 작업대에서 들어올려지는 ELC-4


발사 구성의 ELC-4

3. 3. 로보넛 2 (R2) 운송

''디스커버리''호는 휴머노이드 로봇인 로보넛2 (R2)를 국제 우주 정거장(ISS)으로 운송했다.[13] 이는 우주 최초의 휴머노이드 로봇으로, ''레오나르도'' PMM에 탑재되었다.

R2는 우주 정거장의 미세 중력 환경에서 우주 비행사와 함께 작업할 수 있는 이상적인 기회를 제공받았다. R2의 주요 초기 임무는 엔지니어들에게 손재주가 뛰어난 로봇이 우주에서 어떻게 작동하는지 가르치는 것이었지만, 업그레이드와 발전을 통해 우주 정거장에서 기능이 확인되면 우주 유영 중인 우주 비행사가 과학 작업을 수행하는 데 도움을 줄 수 있었다.[13]

로보넛2는 지구에서 사용하기 위한 프로토타입으로 설계되었으나, ISS로의 여행을 위해 몇 가지 업그레이드를 받았다.

  • ISS의 엄격한 인화성 요구 사항을 충족하도록 외부 피부 재료를 교체했다.
  • 전자기 간섭을 줄이기 위해 실드를 추가했다.
  • R2의 방사선 내성을 높이기 위해 온보드 프로세서를 업그레이드했다.
  • 스테이션의 제한적인 소음 환경을 수용하기 위해 원래 팬을 더 조용한 팬으로 교체했다.
  • 전원 시스템은 스테이션의 직류 시스템에서 작동하도록 재배선했다.


로봇이 우주의 혹독한 조건을 견딜 수 있는지, 그리고 손상을 입히지 않고 존재할 수 있는지 확인하기 위한 테스트 및 ''디스커버리''호 탑승 중 겪을 조건들을 시뮬레이션한 진동 테스트를 받았다.

로봇의 무게는 약 136.08kg이며, 니켈 도금 탄소 섬유와 알루미늄으로 만들어졌다. R2의 허리에서 머리까지의 높이는 약 0.91m이고, 어깨 너비는 약 0.61m이다. R2는 54개의 서보 모터를 갖추고 있으며 42 자유도를 가지고 있다.[14] 38개의 PowerPC 프로세서로 구동되며 R2의 시스템은 120볼트 DC에서 작동한다.

로보넛2는 포장을 해제한 후 작동 테스트를 위해 ''데스티니'' 모듈 내부에서 초기 작동을 시작했지만, 시간이 지남에 따라 위치와 적용 분야가 모두 확장될 수 있었다.

3. 4. 기타 탑재체

제26차 원정대 대원이 촬영한 DragonEye 센서


우주왕복선 ''디스커버리''는 Advanced Scientific Concepts, Inc.의 DragonEye 3D 플래시 LIDAR 탐지 및 거리 측정 센서를 사용하는 개발 테스트 목표 (DTO) 701B 탑재체를 탑재했다. 이는 STS-127 및 STS-129에 이어 우주왕복선이 상업용 우주 회사 스페이스X(SpaceX)를 지원한 세 번째 사례였다. STS-133에 탑재된 DragonEye는 STS-127에서 사용된 버전보다 성능 향상을 위해 몇 가지 설계 및 소프트웨어 개선 사항을 통합했으며, 2010년 12월에 첫 비행을 한 스페이스X 드래곤(SpaceX Dragon) 우주선에 완전히 적용되기 전의 최종 테스트였다.[15]

이 항법 센서는 센서에서 대상까지, 그리고 다시 돌아오는 단일 레이저 펄스의 비행 시간을 기반으로 3차원 이미지를 제공한다. 가압 결합 어댑터 2(PMA2) 및 스테이션의 일본 ''키보'' 실험실과 같이 빛을 반사할 수 있는 대상의 거리와 방위 정보를 모두 제공한다.

DragonEye DTO는 ''디스커버리''의 기존 궤도 제어 시스템 캐리어 어셈블리에 궤도선의 도킹 시스템에 장착되었다. 스페이스X는 ''디스커버리''의 궤도 제어 센서(TCS) 시스템과 병렬로 데이터를 수집했다. TCS와 DragonEye는 모두 스테이션에 있는 반사경을 "관찰"했다. 임무 후, 스페이스X는 DragonEye가 수집한 데이터를 TCS가 수집한 데이터와 비교하여 DragonEye의 성능을 평가했다. 센서는 테스트 중 레이저 로드 고장으로 인해 계획보다 2주 늦게 ''디스커버리''에 설치되었다.[16]

STS-133은 NASA와 록히드 마틴이 공동 후원한 2010년 학생 서명 in Space 프로그램에 참여한 50만 명 이상의 학생들의 서명을 운송했다. 학생들은 매년 열리는 우주 기념일 행사의 일환으로 2010년 5월에 포스터에 서명을 추가했으며, 참여를 통해 우주를 주제로 한 표준 기반 수업도 받았다. 학생 서명 in Space는 1997년부터 활동해왔으며, 그동안 6,552개 학교에서 약 700만 명의 학생 서명이 10번의 우주왕복선 임무에 실려 보내졌다.[17]

또한 ''디스커버리''에는 우주왕복선이 지구로 귀환했을 때 배포된 수백 개의 깃발, 책갈피 및 패치가 실려 있었다. 이 임무는 레고와 NASA 간의 교육적 파트너십을 기리기 위해 두 개의 작은 레고 우주왕복선도 포함했다. 우주 비행사들은 학교나 군 경력과 관련된 메달, 윌리엄 셰익스피어의 인형을 비롯한 개인적인 기념품들을 가지고 갔다. 텍사스 대학교 영어과의 셰익스피어 인형, 텍사스 대학교의 허먼 어린이 병원의 기린 마스코트, 텍사스 라 포르테의 로맥스 주니어 고등학교의 티셔츠, NASA 존슨 우주 센터 교육 사무실의 파란색 하와이안 셔츠, 자원 소방서의 셔츠 등이 있었다.[18]

4. 발사 지연 및 기술적 문제

2010년 11월 1일로 예정되었던 STS-133 발사는 궤도 제어 엔진의 헬륨 가스 누출과 메인 엔진 제어 장치 이상, 그리고 기상 악화로 인해 여러 차례 연기되었다.[51][52][53][54][55][56][57] 11월 5일에는 외부 연료 탱크에 연결된 수소 가스 배출 장치에서 수소 누출 및 외부 연료 탱크 단열재 균열이 발견되어 발사가 추가로 연기되었다.[59]

이후 발사대에서 균열 부분 단열재를 제거하고 검사한 결과, 탱크 간 구조(인터탱크) 보강용 금속재에서 다수의 금이 발견되어 대규모 수리가 필요하게 되었다. 12월 21일, 디스커버리는 발사대에서 조립동으로 이동하여 X선 검사와 수리를 받았다. 조사 결과, 사용된 금속재의 로트가 제조 불량으로 강도가 정상 제품의 65%에 불과하다는 사실이 밝혀졌다. 이에 1월 27일, 보강용 금속판을 추가하는 수리가 완료되었고, 2월 1일 발사대로 복귀하여 발사 준비가 재개되었다.

발사 직전 케네디 우주 센터 발사대 안전 관리 컴퓨터 문제로 발사가 3분 지연되었으나, 비행에는 지장이 없었다.[60][61]

4. 1. 발사 지연

STS-133 임무는 여러 차례 발사가 지연되었다. 2010년 10월 12일, STS-133 승무원은 케네디 우주 센터에 도착하여 터미널 카운트다운 시연 시험(TCDT)을 수행했다.[33] 2010년 10월 28일에는 최종 발사 전 준비를 위해 케네디 우주 센터로 돌아왔다.[24]

2011년 1월 15일, 주요 우주 유영사였던 티모시 코프라가 자전거 사고로 부상을 입어 스티븐 보웬으로 교체되었다.[25] 이는 우주왕복선 승무원이 예정된 발사에 가장 근접하게 교체된 사례이다.[25]

당초 발사는 2010년 11월 1일에 예정되어 있었지만, 여러 기술적 문제와 기상 조건으로 인해 지연되었다. 11월 5일에는 외부 연료 탱크에 연결된 수소 가스 배출 장치에서 수소 누출이 발생하고, 외부 연료 탱크 단열재에 균열이 발견되어 발사가 추가로 연기되었다.[59]

이후 조사에서 탱크에 사용된 보강용 금속재의 제조 불량으로 인한 강도 문제가 발견되어 대규모 수리가 진행되었다. 2011년 2월 24일, 사정 안전 담당관 콘솔의 컴퓨터 문제로 잠시 지연되었으나, 최종적으로 발사에 성공했다.[60][61]

날짜 (EDT/EST)결과사유비고
2010년 11월 1일 16:40:00발사 취소[51]기술적 문제[52]OMS 포드 누출[52]
2010년 11월 2일 16:18:00발사 취소[53]기술적 문제[53]OMS 포드 누출[53]
2010년 11월 3일 15:52:00발사 취소[54]기술적 문제[54]백업 SSME 컨트롤러의 전기적 결함
2010년 11월 4일 15:29:54발사 취소[55]기상 조건[56][57]비
2010년 11월 5일 15:04:01발사 취소기술적 문제지상 엄빌리컬 캐리어 플레이트(GUCP)에서 수소 누출 감지[59]
2011년 2월 24일 16:53:24성공사정 안전 담당관 콘솔에서 컴퓨터 문제를 해결하기 위해 시계가 T-5분에서 멈춤[60][61]


4. 2. 외부 연료 탱크 문제

2010년 11월 5일, 디스커버리의 발사 시도 중 외부 연료 탱크(ET-137)에 극저온 추진제가 주입되면서 폼 단열재에 균열이 처음 발견되었다. 추가 검사 결과, "스트링거"라고 불리는 기본 구조 리브에서 여러 개의 금속 균열이 발견되었다.[43][44] 이 균열은 내부 탱크와 액체 산소 탱크 사이의 플랜지 영역에 위치했다.

NASA는 탱크에 사용된 경량 알루미늄-리튬 합금과 극저온 환경이 균열 발생의 원인 중 하나라고 판단했다.[45]

문제 해결을 위해 2010년 12월, 발사대에 있는 우주왕복선을 대상으로 Trilion Optical Strain 시스템(ARAMIS)을 사용한 전체 탱크 테스트가 수행되었다. 이 테스트에서 극저온 연료 공급 중 ET의 변위와 변형이 측정되었고,[42] 이 데이터를 통해 NASA는 고장 모드를 이해하고 수리 방법을 결정할 수 있었다.

수리는 "더블러"라고 불리는, 원래 스트링거 금속보다 두 배 두꺼운 새로운 금속 부품을 설치하여[45] 손상된 스트링거를 보강하고, 새로운 폼 단열재를 적용하는 방식으로 진행되었다.

5. 우주 유영

STS-133 임무 중에는 두 차례의 우주 유영(EVA)이 계획되었으며, 모두 성공적으로 완료되었다.[74]

EVA우주 유영자시작 (UTC)종료 (UTC)시간
EVA 1스티브 보웬, 알빈 드루2011년 2월 28일 15:462011년 2월 28일 22:206시간 34분
EVA 2스티브 보웬, 알빈 드루2011년 3월 2일 15:422011년 3월 2일 21:566시간 14분



첫 번째 우주 유영에서는 유니티와 트랭퀼리티 노드 사이에 예비 전력 케이블을 설치하고, 고장난 암모니아 펌프 모듈을 외부 보관 플랫폼 2로 옮겼다. 또한, S3 트러스에 카메라 쐐기를 설치하고, 일본 교육 탑재체를 위한 실험도 진행되었다.

두 번째 우주 유영에서는 콜럼버스 모듈의 부착 브래킷을 교체하고, 덱스트레 로봇에 카메라를 설치했으며, 화물 카트 조명 설치 및 트러스 단열재를 수리했다.

5. 1. EVA 1 (6시간 34분)

스티브 보웬과 알빈 드루는 STS-133 미션의 첫 번째 선외 활동(EVA)을 2011년 2월 28일 15:46 (UTC)에 시작하여 22:20 (UTC)에 종료했다. 이 우주 유영은 총 6시간 34분 동안 진행되었다.[71][74]

보웬과 드루는 ''유니티'' 모듈과 ''트랭퀼리티'' 모듈 사이에 비상 전원 공급을 위한 전원 케이블을 설치했다. 또한 2010년 8월 교체된 고장난 암모니아 펌프를 임시 위치에서 외부 저장 플랫폼 2로 옮겼다. 이후 SSRMS 로봇 팔 작업은 ''큐폴라'' 모듈의 로봇 제어 스테이션 문제로 지연되었다.[71]

이들은 ExPRESS 물류 운반체-2와의 간섭을 피하기 위해 통합 트러스 구조물 S3 트러스의 카메라 아래에 쐐기를 설치하고, "병 속의 메시지"라는 일본 실험을 통해 진공 샘플을 채취했다.

5. 2. EVA 2 (6시간 14분)

스티븐 보웬과 앨빈 드루는 STS-133 비행 7일째에 두 번째 우주 유영을 수행했다.[74] 드루는 플랫폼에서 단열재를 제거했고, 보웬은 콜럼버스 모듈의 부착 브래킷을 교체했다. 보웬은 덱스트레 로봇에 카메라 조립 장치를 설치하고 덱스트레의 전자 플랫폼에서 단열재를 제거했다. 드루는 화물 카트에 조명을 설치하고 트러스의 밸브에서 떨어져 나간 단열재를 수리했다.

우주 유영자시작 (UTC)종료 (UTC)시간
스티브 보웬
알빈 드루		2011년 3월 2일
15:42		2011년 3월 2일
21:56		6시간 14분


참조

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