아틀라스-센타우르
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1. 개요
아틀라스-센타우르는 컨베이어가 제작하고 아틀라스 로켓과 센타우르 로켓 상단을 결합하여 개발된 로켓이다. 액체 수소와 액체 산소를 추진제로 사용했으며, 1960년대 초반 초기 개발 단계를 거쳐, 1960년대부터 2000년대까지 다양한 파생형이 개발되었다. 아틀라스-센타우르는 여러 차례의 발사 실패를 겪었지만, NASA의 여러 행성 탐사 프로젝트에 활용되었으며, 한국 정부가 이 로켓 관련 기술을 입수하려 한다는 주장이 제기되기도 했다.
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| 아틀라스-센타우르 | |
|---|---|
| 개요 | |
 | |
| 제작 정보 | |
| 제조사 | 컨베이어 (제너럴 다이내믹스) |
| 기능 | 일회용 발사 시스템 |
| 원산지 | 미국 |
| 발사 정보 | |
| 상태 | 퇴역 |
| 발사 장소 | 케이프 커내버럴 우주군 기지, LC-36 |
| 실패 횟수 | 13회 |
| 성공 횟수 | 181회 |
| 부분 성공 횟수 | 3회 |
| 총 발사 횟수 | 197회 |
| 최초 발사 | 1962년 5월 8일 |
| 마지막 발사 | 2004년 8월 31일 |
2. 초기 개발
컨베어는 아틀라스 로켓에 맞춰 센타우르를 개발했다. 센타우르는 액체 수소와 액체 산소를 추진제로 사용하여 높은 성능을 가졌지만, 극저온 추진제 처리의 어려움과 낮은 밀도로 인한 대형 연료 탱크 필요 등의 기술적 난제가 있었다. 초기에는 미국 공군의 기밀 정찰기 프로그램인 록히드 CL-400 선탠의 기술적 진보를 흡수하여 개발되었다. 원래 센타우르는 SM-65 아틀라스 미사일 프로그램에 대한 집중을 방해하지 않기 위해 더 크고 강력한 로켓 단에 대한 경험을 개발하기 위한 순수한 실험 프로젝트로 구상되었다. 센타우르 개발은 기존 아틀라스 부품을 수정하려는 고집으로 인해 어려움을 겪었는데, 이는 시간과 예산상의 이유, 그리고 센타우르가 컨베어의 기존 아틀라스 조립 라인에서 제조될 수 있었기 때문이었다. 엔진은 프랫 & 휘트니에서 제조했다.
2. 1. 기술적 특징
컨베어는 아틀라스를 제조했으며, 압력 안정 탱크 구조를 공유하며 해당 로켓에 맞춰 센타우르 상단을 개발했다.
센타우르는 액체 수소(LH2)와 액체 산소(LOX)를 추진제로 사용한 최초의 로켓 단이었다. 높은 성능을 자랑했지만, LH2는 극도로 낮은 온도(LOX보다 낮음)로 냉각해야 했고, 낮은 밀도로 인해 대형 연료 탱크가 필요했다.
LH2/LOX 추진 엔진 사용에 대한 첫 번째 시도는 1950년대 중반 미국 공군의 기밀 정찰기 프로그램인 록히드 CL-400 선탠이었다. 중단된 벤처를 통해 얻은 진전은 로켓 단 사용을 위해 컨베어와 다른 회사에 의해 흡수되었다. 원래 센타우르는 컨베어의 중요한 SM-65 아틀라스 미사일 프로그램에 대한 집중을 방해하지 않기 위해 더 크고 강력한 로켓 단에 대한 경험을 개발하기 위한 순수한 실험 프로젝트로 구상되었다.
컨베어는 센타우르 단과 결합하기 위해 아틀라스 D 차량의 특별히 개선된 버전을 개발했다. 아틀라스는 각 부스터 엔진에 트윈 터보 펌프가 장착된 MA-5 (로켓 단)인 상향된 부스터 섹션과 대형 상단 단을 위한 강화된 구조, 그리고 연장된 연료 탱크를 갖추고 있었다. 센타우르 개발은 완전히 새로운 부품을 개발하는 대신 아틀라스 부품을 수정하려는 고집으로 인해 다소 어려움을 겪었다. 이는 시간과 예산상의 이유로 이루어졌으며, 센타우르가 컨베어의 기존 아틀라스 조립 라인에서 제조될 수 있었기 때문이다. 엔진은 프랫 & 휘트니에서 제조했다.
2. 2. 프로그램
ARPA의 감독을 받던 센타우르는 프로그램 시작 11개월 후인 1959년 7월에 NASA로 이관되었다.[1] 공군은 센타우르를 ADVENT로 알려진 군사용 통신 위성 네트워크를 발사하는 데 사용할 의도였기 때문에 전체적인 감독권을 유지했다.[1] 10개의 위성으로 구성된 이 시스템은 미국 군대의 3개 주요 부서에 연중무휴 즉각적인 통신을 제공할 예정이었다.[1] 처음 3기는 아틀라스-아게나 로켓으로 발사하고 나머지는 센타우르 로켓으로 발사할 예정이었다.[1] ADVENT 계획은 구상 단계에서 벗어나지 못했지만, 센타우르는 마리너 및 서베이어를 포함한 여러 NASA의 행성 탐사 프로젝트에 즉시 활용되었다.[1]초기 자금 부족으로 인해 이 프로젝트는 계획보다 훨씬 더 오래 걸렸다.[1] 원래 일정에 따르면 센타우르는 1961년 1월에 첫 비행을 할 예정이었다.[1]
3. 연구 개발 (R/D) 비행
아틀라스-센타우르의 초기 연구 개발 비행은 여러 차례의 실패와 성공을 겪으며 진행되었다.
- AC-1 (1962년 5월 8일): 케ープ커내버럴 우주군 기지에서 발사되었으나, 센타우르 단열 패널 문제로 발사 후 1분도 채 되지 않아 파괴되었다.
- AC-2 (1963년 11월 27일): 센타우르 2단 재설계 후 성공적으로 발사되어 정지 천이 궤도(GTO)에 도달했다. 단열 패널 문제는 해결되지 않아 2단에 영구 부착되었다.
- AC-3 (1964년 6월 30일): 센타우르-2 엔진 유압 짐벌 액추에이터 고장으로 대서양에 추락했다.
- AC-4 (1964년 12월 11일): 센타우르 재시동 실패로 임무가 실패했다. 얼리지 모터 크기 축소가 원인이었다.
- AC-5 (1965년 3월 2일): 발사 직후 부스터 엔진 베어링 고장으로 폭발했다.
1962년 6월, 의회 조사 결과 센타우르 프로그램 관리가 취약하다는 평가가 내려졌다. NASA는 센타우르 개발을 글렌 연구 센터로 이관하여 문제 해결에 나섰다. 존 F. 케네디 대통령은 센타우르 취소를 제안했으나, 액체 수소 로켓 엔진 기술이 아폴로 계획에 필수적이라는 설득에 따라 계획은 유지되었다.
3. 1. 첫 번째 비행 (AC-1)
1961년 10월, 최초의 아틀라스-센타우르 (차량 비행-1: 아틀라스 104D와 센타우르 F-1)가 케ープ커내버럴에 도착하여 새로 완공된 LC-36A에 세워졌다. 기술적인 문제, 특히 추진제 탱크를 분리하는 중간 격벽을 통한 액체 수소 누출과 유도 및 추진 시스템의 문제로 인해 발사대에 7개월 동안 차량이 대기했다.
1962년 5월 8일 오후 2시 49분(그리니치 표준시(GMT) 18:49)에 발사되었으며, 부분적으로 연료가 채워진 센타우르의 단일 연소를 수행할 예정이었다. 발사 후 1분도 채 되지 않아 센타우르 단이 파열되어 산산조각 났고, 몇 초 만에 아틀라스도 함께 파괴되었다. 처음에는 실패 원인이 불분명했으나, 텔레메트리 데이터 분석과 발사 필름 검토를 통해 센타우르가 문제의 원인임이 밝혀졌다.
상승 중 단열 패널이 센타우르에서 떨어져 나가 LH2가 과열되면서 탱크 압력이 급증하여 실패가 발생했다. T+44초부터 공압 시스템이 추진제를 배출하여 압력을 낮추려 했지만, T+54초에 LH2 탱크의 구조적 강도를 초과하여 센타우르가 파손되었다. LOX 탱크가 파열되어 수소 구름과 혼합되면서 폭발을 일으켰고, 2초 후 비행 잔해가 아틀라스의 LOX 탱크를 파열시켜 발사체가 완전히 파괴되었다. 패널은 공기가 희박해지는 고도 약 78.86km에서 제거되도록 설계되었지만, 패널을 고정하는 메커니즘이 부적절하게 설계되어 조기 분리되었다.
3. 1. 1. 조사
1962년 6월, 의회 조사에서 센타우르 프로그램의 전반적인 관리가 "취약하다"는 평가를 받았다. 베르너 폰 브라운은 아제나 상단을 갖춘 새턴 I을 사용하여 행성 탐사를 하는 것이 더 낫다고 권고했다.[1]NASA는 센타우르 개발을 MSFC에서 오하이오에 있는 루이스 연구 센터로 이관했으며, 에이브 실버스타인이 이끄는 팀이 단열 패널 문제와 기타 다양한 설계 결함을 수정하기 위해 노력했다.[1]
1962년 11월, 케네디 대통령은 센타우르를 완전히 취소할 것을 제안했지만, 액체 수소 로켓 엔진으로 얻은 경험이 아폴로 계획의 성공에 필수적이라는 이유로 설득되었다.[1]
3. 2. 두 번째 비행 (AC-2)
1963년 11월 27일 19시 03분 23초(GMT), AC-2 (아틀라스 126D와 센타우르 2단)가 케네디 대통령 암살 5일 후에 발사되었다.[3] 재설계된 센타우르 2단은 아무 문제 없이 작동하여 정지 천이 궤도(GTO) (474km x 1586km 궤도, 30.4° 경사 및 105.8분 주기)까지 한 번의 연소를 수행했으며, 2021년 현재까지 이 궤도에 머물러 있다.[3] 단열 패널은 투기 문제가 여전히 해결되지 않아 2단에 영구적으로 부착되었다.[3] 진동 데이터는 패널을 볼트로 고정하지 않았다면 조기에 분리되었을 것임을 증명했다.[3] 패널 문제의 궁극적인 해결책은 센타우르에 더 많은 건조 질량을 추가하여 탑재량 용량을 더욱 감소시켰다.[3]이 아틀라스-센타우르 2호 발사체는 성능 및 구조적 무결성 테스트에 사용되었다.[3] 4621kg의 탑재체를 운반했으며, 907kg의 센서, 장비 및 원격 측정 장치로 계측되었다.[3]
3. 3. 세 번째 비행 (AC-3)
AC-3 비행(아틀라스 135D 및 켄타우루스 #3)은 1964년 6월 30일 14시 04분 22초(GMT)에 4815kg의 탑재체를 싣고 발사되었다. 아틀라스의 성능은 정상에 가까웠으며, 서스테이너는 비행 처음 70초 동안 약간 산소 과다 상태로 작동했고, 궤적은 예상보다 더 높게 솟아올랐다. 단열 패널과 탑재체 덮개 방출이 처음으로 테스트되었다. 켄타우루스 단 분리 및 엔진 시동 후, 두 번째(C-2) 엔진이 롤 제어를 잃기 시작했다. C-1 엔진이 한동안 보상했지만, 결국 켄타우루스는 제어 능력을 상실하고 회전하기 시작했다. 추진제 고갈로 인한 조기 엔진 정지는 T+496초에 발생했으며, 켄타우루스는 대서양(남대서양)에 추락했다. 비행 후 조사에서 오작동 원인이 켄타우루스-2 엔진 유압 짐벌 액추에이터의 고장으로 밝혀졌다.[4]
3. 4. 네 번째 비행 (AC-4)
AC-4 비행(아틀라스 146D 및 센타우르 #4)은 1964년 12월 11일 14시 25분 02초(GMT)에 서베이어 우주선의 질량 모델(2,993kg)을 싣고 발사되었다. 악천후로 인해 두 차례 발사가 취소된 후 추진 및 단 분리 테스트를 수행했다.[5] 이 비행에서는 유도 시스템이 처음으로 폐쇄 루프로 작동되었으며, 바다에 녹색 마커 염료를 방출하는 풍선이 달린 탑재체 덮개를 회수하려 했으나, 덮개는 회수팀에 의해 발견되었지만 바다에 가라앉아 찾을 수 없었다. 아틀라스와 센타우르 비행의 초기 단계는 순조롭게 진행되었으나, 센타우르의 재시동이 설계 수정으로 인해 실패하면서 임무가 실패했다. 얼리지 로켓의 크기가 무게를 줄이기 위해 축소되었지만, 탱크의 추진제를 안정시키는 데 충분하지 않았다. 그 후, 수소 배출로 인해 차량이 통제 불능 상태로 회전했다. 센타우르는 10번의 궤도 비행 후, 1964년 12월 12일 남태평양 상공에서 재진입했다.[6]3. 5. 다섯 번째 비행 (AC-5)
1965년 3월 2일 13시 25분(GMT)에 케네디 케이프에서 발사된 AC-5 비행(아틀라스 156D)은 951kg의 탑재체(서베이어 SD-1)를 싣고 매우 타원 궤도로 진입할 예정이었다. 이 임무는 서베이어 달 착륙선 프로그램을 지원하기 위해 센타우르 C의 완전 연소를 연습하도록 설계되었다. 정상적인 임무에서 센타우르는 탑재체를 달로 직접 상승 궤도로 올려놓았을 것이다. 이 시험 비행에서 NASA는 SD-1이라는 비기능 동적 모델인 탑재체를 167 × 926.625km 궤도로 투입하여 달 전이 궤도를 시뮬레이션할 계획이었다.
3. 5. 1. 조사
AC-5의 실패는 의회 조사를 불러왔다. NASA 관계자는 센타우르의 벌룬 탱크를 제조할 경험이나 기술적 능력을 갖춘 다른 항공우주 회사가 없기 때문에 제조사 변경은 불가능하다고 주장했다.[7]4. 후기 비행
LC-36B 발사대가 급하게 가동되었고, AC-6(차량 151D)이 1965년 8월 11일 14:31:04(GMT)에 성공적으로 발사되었다. 서베이어 계획은 지연되었다. 차량 AC-7과 AC-10은 첫 번째 서베이어 임무에 지정되었고, AC-8은 1966년 4월 8일 01:00:02(GMT)에 771kg의 서베이어 질량 모델 M-1을 탑재하여 추가 시험을 수행했다.[9] 센타우르의 얼리지 모터는 임무에 충분한 추진제가 없어 다시 고장났다. 1966년 5월 5일에 궤도에서 이탈했다. 일곱 대의 서베이어 탐사선이 모두 아틀라스-센타우르에 실려 발사되었다.[10]
AC-13 (서베이어 5호)부터 아틀라스-센타우르 차량은 표준화된 SLV-3 아틀라스 코어로 전환되었다.[11]
5. 운용 발사
초기에 LV-3C로 지정된 개조된 아틀라스 D가 1단으로 사용되었다. 이후 SLV-3C, 표준 아틀라스 SLV-3 로켓에서 파생된 SLV-3D로 대체되었다.[11] 목성, 토성으로 향하는 파이오니어 10호와 파이오니어 11호 우주 탐사선과 태양계를 벗어나는 두 번의 우주 비행은 약 1121.73kg의 무게와 우주선의 속도에 8000mph를 기여하는 스핀 안정화된 "스타-37E" 고체 추진제 최종 단계를 사용했다.
LC-36B 발사대는 1965년 8월 11일 14:31:04(GMT)에 AC-6(차량 151D) 발사로 가동되었다. 센타우르는 비행 준비가 된 것으로 보였지만, 서베이어 계획은 지연되었다. AC-7과 AC-10은 첫 번째 서베이어 임무에 지정되었고, AC-8은 1966년 4월 8일 01:00:02(GMT)에 771kg의 서베이어 질량 모델 M-1을 탑재하여 추가 시험을 수행했다.[9] 센타우르의 얼리지 모터는 임무에 충분한 추진제가 없어 고장났고, 1966년 5월 5일에 궤도에서 이탈했다. 일곱 대의 서베이어 탐사선은 모두 아틀라스-센타우르에 실려 발사되었다.[10]
| 명칭 | 초도 발사 | 최종 발사 | 발사 횟수 | 성공 | 실패 | 부분 실패 | 특기 사항 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 아틀라스 LV-3C 센타우르-A | 1962년 5월 8일 | 1 | 0 | 1 | 0 | ||
| 아틀라스 LV-3C 센타우르-B | 1963년 11월 27일 | 1 | 1 | 0 | 0 | ||
| 아틀라스 LV-3C 센타우르-C | 1964년 6월 30일 | 1965년 3월 3일 | 3 | 0 | 2 | 1 | |
| 아틀라스 LV-3C 센타우르-D | 1965년 8월 11일 | 1967년 7월 14일 | 7 | 7 | 0 | 0 | |
| 아틀라스 SLV-3C 센타우르-D | 1967년 9월 8일 | 1972년 8월 21일 | 17 | 14 | 3 | 0 | 스타 37E를 상단에 사용한 구성으로 한 번 발사 |
| 아틀라스 SLV-3D 센타우르-D1A | 1974년 3월 5일 | 1975년 5월 22일 | 6 | 5 | 1 | 0 | 스타 37E를 상단에 사용한 구성으로 한 번 발사 |
| 아틀라스 SLV-3D 센타우르-D1AR | 1975년 9월 26일 | 1983년 5월 19일 | 26 | 24 | 1 | 1 | |
| 아틀라스-센타우르 파생형 로켓 | |||||||
| 아틀라스 G | 1984년 6월 9일 | 1989년 9월 25일 | 7 | 5 | 2 | 0 | (Atlas G Centaur-D1AR) |
| 아틀라스 I | 1990년 7월 25일 | 1997년 4월 25일 | 11 | 8 | 3 | 0 | |
| 아틀라스 II | 1991년 12월 7일 | 2004년 8월 31일 | 63 | 63 | 0 | 0 | |
| 아틀라스 III | 2000년 5월 24일 | 2005년 2월 3일 | 6 | 6 | 0 | 0 | |
| 아틀라스 V | 2002년 8월 21일 | 현재 | 14 | 13 | 0 | 1 | |
5. 1. AC-33 실패 (1975)
1975년 2월 20일, AC-33은 인텔샛 IV F-6(Intelsat IV F-6) 통신 위성을 탑재하여 발사되었다. 부스터 분리 과정에서 부스터 부분에 전원을 공급하는 전기 플러그를 뽑도록 설계된 스위블 랜야드가 분리되지 않았다. 이로 인해 전압이 급증하여 아틀라스의 유도 컴퓨터가 재설정되었다. 궤적이 궤도 대신 대서양으로 향하는 것이 분명해지자, 사거리 안전 담당관(RSO)은 T+413초에 자폭 명령을 보냈다.[12]5. 2. AC-43 실패 (1977)
1977년 9월 29일, AC-43은 인텔샛 IVA F-5를 탑재하고 발사되었다. 발사 직후, 아틀라스 추진부에서 비정상적인 온도가 감지되었고, 부스터가 상승하면서 온도는 계속 상승했다. T+55초에 서스테이너 추력 방향 제어 유압이 손실되어 차량 제어가 완전히 불가능해졌다. T+60초에 추진부 화재가 추진제 탱크에 닿으면서 아틀라스가 폭발했다. 켄타우르는 몇 초 후에 사거리 안전 책임자에 의해 파괴될 때까지 자유 비행했다. 부적절한 파이프 브레이징으로 인한 가스 발생기 누출이 아틀라스 추진부의 과열 및 화재를 유발한 것으로 결론지어졌다.[12]5. 3. AC-67 실패 (1987)
1987년 3월 26일, AC-67은 해군 FLTSATCOM 위성 발사에 실패했다.[1] 당시 기상 조건은 짙은 구름과 "중간에서 강한" 강수량으로 좋지 않았다.[1] 기상팀은 이를 번개 위험이 아닌 결빙 문제로 보고했다.[1] 아틀라스는 발사 후 약 48초에 번개를 맞았다.[1] 부스터의 제어가 실패하기 시작했고, T+50초에 구조적 하중으로 인해 파괴되었다.[1] 아틀라스의 비행 컴퓨터 조사 결과, 유도 프로그램에서 단어 하나를 변경한 전자기 펄스 유도로 인해, 부스터 엔진을 바로잡기 위해 짐벌을 강하게 움직이라는 신호였다는 것이 밝혀졌다.[1]6. 파생형
1987년 3월 26일, AC-67은 해군 FLTSATCOM 위성 발사에 실패했다. 당시 기상 조건은 짙은 구름과 "중간에서 강한" 강수량으로 좋지 않았다. 기상 조건은 발사 기준 중 하나("차량의 비행 경로는 얼어붙는 고도가 구름 속에 있을 때 깊이가 6,000피트 이상인 중간 고도 구름을 통과해서는 안 된다.")를 위반했지만, 기상팀은 이를 번개 위험이 아닌 결빙 문제로 보고했다.[14] 얼음이 야기하는 위험에 대한 논의 후, NASA 프로그램 책임자들은 발사 허가를 내렸다. 아틀라스는 발사 후 약 48초에 번개를 맞았다. 부스터의 제어가 실패하기 시작했고, T+50초에 구조적 하중으로 인해 파괴되었다. 사정 안전 책임자는 자폭 명령을 보냈지만, 부스터가 이를 수신했다는 증거는 없었다. 잔해는 구름 밖으로 떨어져 발사대 구역, 해안선 또는 바로 앞의 얕은 물에 떨어졌고, 쉽게 수거되었다. 페이로드 페어링의 일부에서 반복적인 번개로 인해 여러 개의 작은 구멍이 발견되었다. 주요 증거는 아틀라스의 비행 컴퓨터였으며, 온전하게 회수되어 조사되었다. 마지막으로 발령된 명령은 유도 프로그램에서 단어 하나를 변경한 전자기 펄스 유도로 인해, 부스터 엔진을 바로잡기 위해 짐벌을 강하게 움직이라는 신호였다는 것이 밝혀졌다.[14][15]
이 발사는 케이프 커내버럴의 기상 지침에 대한 상당한 재평가를 야기했다. 제45 기상 비행대대는 이 사건 이후 개발된 규칙을 사용하여 기상 조건이 발사를 허용하는지 판단한다.[16]
7. 대한민국과의 관계
1979년, 미국의 Anthony C. Beilenson 하원의원은 사이러스 번스 국무장관에게 서한을 보내 한국이 센타우르 로켓 관련 기술을 입수하려 한다고 주장했다.[20][21] 벨린슨 의원은 한국이 이미 대기권 재돌입 시 타지 않는 노즈콘의 재료, 합금, 유도 장치는 입수했다고 덧붙였다.[20][21]
참조
[1]
웹사이트
Atlas Centaur LV-3C Development
http://www.spacelaun[...]
Space Launch Report
2005-05-28
[2]
웹사이트
An Historical Meeting on Spaceflight: Background and Analysis
https://history.nasa[...]
NASA
2023-02-25
[3]
웹사이트
Display: Atlas-Centaur 2 1963-047A
https://nssdc.gsfc.n[...]
NASA
2021-04-05
[4]
간행물
Postflight Evaluation Report, Atlas-Centaur AC-3, NASA Lewis Research Center
[5]
웹사이트
Display: Atlas-Centaur 4 1964-082A
https://nssdc.gsfc.n[...]
NASA
2021-04-05
[6]
간행물
Postflight Evaluation Report, Atlas-Centaur AC-4, NASA Lewis Research Center
[7]
웹사이트
Beyond Earth, A Chronicle of Deep Space Exploration, 1958–2016
https://www.nasa.gov[...]
NASA
2022-11-05
[8]
웹사이트
Postflight Evaluation of Atlas-Centaur AC-5 (Launched March 2, 1965)
https://ntrs.nasa.go[...]
NASA
2023-02-25
[9]
웹사이트
PROJECT: CENTAUR (AC-8) Press Release
https://ntrs.nasa.go[...]
National Aeronautics and Space Administration
1966-03-24
[10]
웹사이트
Surveyor to the Moon (1966 - 1968)
https://nssdc.gsfc.n[...]
NASA
2018-11-21
[11]
학술지
The Surveyor Lunar Landings
http://www.jstor.org[...]
1969
[12]
웹사이트
Atlas Centaur
http://space.skyrock[...]
Gunter's Space Page
2016-04-15
[13]
웹사이트
STAR Performance and Summary Chart
http://www.thiokol.c[...]
Thiokol Propulsion
2000
[14]
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