전편: https://gall.dcinside.com/mgallery/board/view?id=singlebungle1472&no=1082617
오늘은 우주왕복선이라는 우주선이 대체 어떻게 작동하는지 알아보도록 하겠다.
사진이 작아서 미안, 우주왕복선이 작동하는 전체 시퀸스를 하나로 그려둔 그림이다. 이제 이 그림을 한번 풀어서 설명해보도록 하자.
먼저, 우주왕복선은 다른 미국의 발사체들이 그러하듯 플로리다의 케네디 우주센터에서 발사된다. 왜 거기서 발사되냐고? 미국 본토에서 가장 적도에 가까운 지역이라서 그렇다.
왜 적도에서 가까이 발사를 해야하냐고? 지구의 자전방향으로 발사를 하면 지구의 자전속도 때문에 가속에 드는 힘을 줄일 수 있는데다, 미국 입장에서 플로리다 동쪽은 대서양이기 때문에 사고가 일어나도 지상에 떨어지는 불상사가 없기 때문이다.
그런데 문제는 미국의 우주왕복선 제작시설은 온갖 곳에 따로 위치되어 있다는 점이다.
그래서 SRB는 조각조각 내어서 기차로 수송하고
조각내면 큰일나는 연료탱크는 바지선으로 실어다가 플로리다로 배달된다.
그리고 케네디 우주센터의 VAB에서는 이 둘을 결합해서 조립시킨 뒤에 셔틀이 도착하기를 기다린다.
셔틀은 생산공장이 있는 캘리포니아나 플로리다의 메리트섬에 있는 셔틀 착륙시설, 뉴 멕시코 등에 자주 착륙했기에 비행기 등을 이용해 수송한다.
보통은 셔틀 착륙시설이나 에드워드 공군기지 등에 착륙했다. 뭐, 에드워드 기지가 캘리포니아에 있어서 셔틀 캐리어가 자주 활약했고.
어쨌든 셔틀 오비터가 도착하면 이렇게 크레인을 이용해서 연료탱크와 결합시킨다.
그리고 크롤러를 이용해서 발사대로 운반시킨다.
보통 3~5일 전 운반되고, 이때 발사를 위한 최종 확인과 연료전지 충전, 승무원들의 브리핑 등이 이루어진다.
발사 6시간 전 최종 발사 여부가 점검되며, 완전히 먼지가 제거된 화이트룸에서 여압복을 입은 우주인들이 마지막 브리핑을 받고, 셔틀 내부로 들어간다.
발사 직전 우주선의 발사 소음과 분진, 가공할 엔진의 화염으로부터 지상을 보호하는 물 분출 시스템이 활성화된다.
발사대에서 스파크를 흘리면 우주왕복선의 주 엔진이 활성화되고, 부스터가 작동되며...
2천톤짜리 돼지새끼가 하늘로 날아가게 된다.
우주왕복선은 일정 고도 이상까지는 똑바로 올라가다가, 발사 약 10초 후에 연료탱크를 등에 업은 것 처럼 회전해서 날아간다. (사진) 이를 롤-회전 혹은 롤 프로그램이라고 부른다.
이런 회전을 하는 이유는 여러가지가 있다. 첫번째는 우주왕복선은 날개를 가지고 있기 때문에 그대로 날아가면 날개가 만들어내는 양력으로 인해 궤도가 틀어지므로 발사 후 방향을 틀어 대기가 만들어내는 유체역학적인 스트레스를 줄이고 우주인들이 지구라는 거대한 기준점을 시각적으로 확인하고 우주선을 조종하기 위해.
그리고 두번째는 발사대는 완벽하게 북쪽을 향해있는데, 보통 우주왕복선은 ISS나 다른 임무를 수행하기 위해 발사되고 이들이 위치한 궤도의 방향이 제각각이기 때문에 방향을 미리 틀어주기 위해 회전하는 두가지 이유가 있다.
뭐, 어쨌든 발사tl 우주왕복선은 최대 추력으로 발사되지만, 발사 약 1분 후, 우주왕복선은 Max Q 혹은 최대 동적 압력 조건에 도달한다.
이때는 우주선의 속력과 공기밀도 등의 다양한 이유로 인해 우주선이 가장 엄청난 스트레스를 견뎌야하는 시점이며, 이 시점에서 우주왕복선은 추력을 약 72%로 줄이고 (최저 65%) 고체 부스터 역시 이 시점에서 추력이 줄어들도록 미리 설계를 해놓았다.
고도 약 45~46km 높이에서 고체 로켓엔진은 연료를 모두 소모한다. 이때 고체 로켓엔진을 그냥 떼어낼 경우 우주왕복선과 충돌할 우려가 있으므로 엔진 노즐 부분과 맨 위의 뾰족한 꼬깔 모양 부분에 소형 고체로켓엔진 4개가 각각 붙어있으며 고체 로켓엔진 분리명령이 내려올 경우 소형 고체엔진들이 가동, SRB를 떼어낸다.
뭐, 어쨌든 이렇게 분리된 SRB는 지금까지의 가속력으로 인해 약 67km 고도까지 올라간 다음 지구로 떨어지기 시작하며, 지구로 떨어질 때 낙하산 3개가 가동되며 바다로 추락한다.
이렇게 추락한 SRB는 나사에서 회수해다가 씼어서 말리고 다시 재사용한다.
발사 약 8분 30초 후, 우주왕복선은 주 엔진차단 (MECO) 이후 외부 연료탱크를 분리시킨다. 약 110km 고도 이상에서 투하되기 때문에, ET는 회수되지 못하고 그대로 버려진다.
물론, 투하를 위해 우주왕복선은 다시 원래 자세로 몸을 돌린다.
재미있는 사실 중 하나로, 초기 우주왕복선은 다른 우주선들과 동일하게 하얀색으로 페인트칠 되었다. 단순히 주황색의 단열재 폼이 햇빛을 받아 내부의 액화수소와 산소를 들끓게 만들어 폭발하지 않을까 우려를 불러일으킨 것 때문이었는데, 정작 그 단열재 폼의 성능이 예상 이상으로 뛰어나다는 것이 알려진 이후에는 페인트칠을 하지 않아 272kg의 무게를 절약했다고 한다.
반대로 말하면, 저 연료탱크를 도색하는데 무려 페인트 무게가 272kg이나 들었다는 이야기다.
어쨌든 연료탱크를 떼어낸 후, 우주왕복선은 더이상 주 엔진들을 사용하지 않는다. 정확히 말하면, 못한다가 더 정확하리라.
주 엔진들은 우주왕복선 그 자체가 가진 연료를 1초만에 모두 소모시켜버릴정도로 엄청난 추력을 가진 돼지새끼들이기에, 우주에서 기동할 때 우주왕복선은 우주선 옆구리에 붙어있는 "궤도 기동 시스템" 을 이용해서 궤도 기동과 재진입 연소 등을 수행한다.
이러한 과정을 거쳐 우주왕복선은 새 위성을 궤도에 올리거나, ISS에 물건을 배달하는 등 다양한 활동을 수행한다.
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