람다 4S
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1. 개요
람다 4S는 일본의 고체 연료 우주 발사체로, 뮤 로켓의 인공위성 궤도 투입 기술 개발을 위한 테스트베드로 계획되었다. 1966년부터 1970년까지 5번 발사되어 1번 성공했으며, LEO(저궤도)에 26kg의 인공위성을 올릴 수 있다. 람다 4S는 4단 고체 추진제 로켓으로, 유도 제어 장치 없이 무유도 중력 턴 방식으로 궤도에 투입하는 방식을 사용했다.
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| 람다 4S | |
|---|---|
| 기본 정보 | |
 | |
| 기능 | 실험용 운반 로켓 |
| 제작사 | ISAS 닛산 자동차 |
| 원산지 | 일본 |
| 높이 | 16.5 m |
| 지름 | 0.74 m |
| 질량 | 9400 kg |
| 단수 | 4 |
| 계열 | 람다 |
| 파생형 | 람다 4SC |
| 상태 | 퇴역 |
| 발사 장소 | 가고시마 패드 L |
| 발사 횟수 | 5 |
| 성공 횟수 | 1 |
| 실패 횟수 | 4 |
| 최초 발사 | 1966년 9월 26일 |
| 마지막 발사 | 1970년 2월 11일 |
| 탑재체 | 오오스미 |
| 성능 | |
| LEO 탑재 중량 | 26 kg (제4단 모터 15 kg 포함) |
| 저궤도 상세 정보 | 350km / 약 31도 |
| 명칭 | |
| 명칭 | L-4S |
| 기타 | |
| 공식 페이지 | 위성 발사 로켓 L-4S-5 |
2. 개발 배경 및 특징
L-4S 로켓은 뮤 로켓의 인공위성 궤도 투입 기술을 개발하기 위한 시험용(테스트베드)으로 계획되었다.[7] 총 4단 고체 추진 로켓으로, 1단에 L753, 2단에 L753의 길이를 짧게 한 것, 3단에 L500, 4단에 L480S를 사용했다.[6] 2호기 이후에는 1단에 2기의 보조 부스터가 장착되었다.[8]
L-4S 로켓은 유도 제어 장치가 없는 세계 최초의 무유도 위성 발사 로켓이다. 당시 일본 사회당 등에서 유도 장치는 미사일 개발로 연결될 수 있는 군사 기술로 전용 가능하다는 지적이 제기되어 개발 착수 시기가 대폭 늦어졌기 때문이다.[9][10][11]
발사 시 중량은 9.4t으로, 2018년 1월까지 실제로 인공위성을 발사한 로켓으로서는 역사상 가장 소형 경량이었다. 이 기록은 2018년 2월 3일 SS-520 로켓 5호기가 무게 약 3kg의 초소형 위성 TRICOM-1R "타스키"[13]를 궤도에 올려, 실제로 인공위성을 발사한 사상 최소 로켓으로 기네스 세계 기록에 인증되면서 경신되었다.[14]
2. 1. 무유도 중력 턴 방식
L-4S 로켓은 유도 제어 장치가 없는 세계 최초의 무유도 위성 발사 로켓이다. 그러나 단순히 똑바로 로켓을 발사해서는 궤도에 오르지 않는다. 기체를 제어하여 지표면에 대해 수평으로 방향을 바꿔야만 위성을 궤도에 투입할 수 있다. 이는 개발 능력이 없어서가 아니라, 유도 장치는 미사일 개발로 연결될 수 있는 군사 기술로 전용 가능하다는 지적이 야당인 일본 사회당 등으로부터 제기되어 개발 착수 시기가 대폭 늦어졌기 때문이다.[9][10][11]이러한 상황의 대체책으로 고안된 "무유도 중력 턴 방식"은 다음과 같은 단계를 거친다.
1. 제1단과 제2단은 꼬리 날개에 의한 공력적 효과로 안정성을 유지한다.
2. 제2단과 제3단은 스핀 모터로 기체를 회전시켜 안정성을 유지한다.
3. 제3단 연소 종료 및 분리 후, 제3단은 레트로 모터로 비행 경로를 후퇴시킨다.
4. 제4단은 데스핀 모터로 회전을 정지시킨다.
5. 자세 제어 장치로 제4단을 수평 자세로 제어한다.
6. 리스핀 모터로 다시 회전을 건다.
7. 포물선의 정점에서 제4단의 연소를 시작하여 궤도에 투입한다.
이와 같이 매우 정교한 발사 방식인 "무유도 중력 턴 방식"(중력 턴 방식#무유도 중력 턴)을 채택했다.
"무유도 중력 턴 방식"의 정교함을 보여주는 한 가지 예는 데스핀 모터이다. 고체 로켓은 한번 점화하면 연소를 중단할 수 없으므로, 데스핀 모터는 회전 방향과 반대 방향 모두에 노즐을 가지고 있다. 연소 직후에는 반 회전 방향 노즐에만 연소 경로를 열어 회전 정지를 위한 분사를 하고, 회전 정지를 감지하면 회전 방향 노즐에도 연소 경로를 열어 상대 추력을 0으로 만든다. 이 기술은 훗날 우주연 위성 발사 로켓에 채용되는 롤 제어 모터 "SMRC"로 결실을 맺는다.
2. 2. 구조 및 제원
람다 4S 로켓은 뮤 로켓의 인공위성 궤도 투입 기술 개발을 위한 시험용 로켓이었다.[7] 총 4단 고체 추진 로켓으로, 각 단의 구성은 다음과 같다.[6]| 단 | 구성 |
|---|---|
| 1단 | L753 |
| 2단 | L753의 길이를 짧게 한 것 |
| 3단 | L500 |
| 4단 | L480S |
람다 4S의 발사는 모두 가고시마 우주 공간 관측소에서 이루어졌다.
2호기부터는 1단에 2개의 보조 부스터가 장착되었다.[8]
L-4S 로켓은 유도 제어 장치가 없는 세계 최초의 무유도 위성 발사 로켓이었다. 유도 장치는 미사일 개발로 이어질 수 있다는 일본 사회당 등의 지적 때문에 개발이 늦어졌기 때문이다.[9][10][11] 그 대안으로 채택된 방식은 "무유도 중력 턴 방식"(중력 턴 방식#무유도 중력 턴)이었다. 이 방식은 다음과 같은 단계를 거친다.
1. 1단과 2단은 꼬리 날개로 안정성을 유지한다.
2. 2단과 3단은 스핀 모터로 기체를 회전시켜 안정성을 유지한다.
3. 3단 연소 종료 및 분리 후, 3단은 레트로 모터로 비행 경로를 후퇴시킨다.
4. 4단은 데스핀 모터로 회전을 멈추고, 자세 제어 장치로 수평 자세를 잡는다.
5. 리스핀 모터로 다시 회전을 건다.
6. 포물선의 정점에서 4단이 연소를 시작하여 궤도에 진입한다.
데스핀 모터는 스핀 방향과 반대 방향 모두에 노즐을 가지고 있어, 정교한 제어가 가능했다. 이 기술은 이후 롤 제어 모터 "SMRC"에 활용되었다.
발사 시 중량은 9.4t으로, 2018년 1월까지 인공위성을 발사한 로켓 중 가장 작고 가벼웠다. 이후 SS-520 로켓 5호기가 TRICOM-1R "타스키"[13]를 궤도에 올려 기네스 세계 기록에 등재되면서 이 기록을 경신했다.[14]
3. 발사 기록
날짜 (GMT) 비행 탑재체 결과 1966년 9월 26일 1 오스미 (1) 실패 1966년 12월 20일 2 오스미 (2) 실패 1967년 4월 13일 3 오스미 (3) 실패 1969년 9월 3일 L-4T — — 1969년 9월 22일 4 오스미 (4) 실패 1970년 2월 11일 5 오스미 (5) 성공
L-4T는 궤도 투입을 목표로 하지 않는 실험 비행이었다.[8]
3. 1. 시험기 (L-4T)
L-4T는 궤도 투입을 목표로 하지 않는 실험 비행이었다.[8] 1969년 9월 3일에 발사되었으며, 인공위성을 탑재하지 않고 이전까지의 문제점을 개선한 결과를 확인하기 위해 제4단의 추진약 양을 줄여 발사했다.[8] 3단이 잔류 추력에 의해 제4단에 추돌하여 자세 불안정은 조정할 수 있었지만, 제4단 점화 시간이 크게 어긋나는 문제가 발생했다.[8]
3. 2. 1호기 ~ 5호기 (오스미 위성 발사)
(GMT)(근지점-원지점)
궤도 경사각
02:58
02:20
02:10
04:25
원지점 5,151 km
경사각 31.0도