[21년 2월]SpaceX소식: 스타쉽 SN-9 발사
21년 2월 스타쉽 SN-9 발사성공 착륙실패 등
2021년 2월 스페이스엑스가 진행했던 로켓 발사, 개발 준비 등에 대하여 알아보자.
2021년 스페이스엑스의 최대 목표는 가능한 많은 스타링크 위성을 지구 저궤도에 투입하여 스타링크를 통한 위성인터넷 서비스를 지구 전체의 고객들에게 소개하고 가입시키는 것이다. 현재 일부 미국, 캐나다 등지에서 임시 위성 인터넷 서비스를 진행하고 있으나, 스타링크 서비스가 본격화된다면 매년 최소 30조 원 이상의 수입을 올릴 것으로 예측하고 있다. 따라서 전 지구를 커버하는 스타링크 위성을 빨리 궤도에 투입할수록 일론 머스크가 생각하고 있는 우주활용 전체 생태계 시스템 구축이 더욱 빨리 현실화되는 것이다.
1. 21년 2월 발사 기록 (Launch Log)
▲ 21년 4번째 발사 : Falcon9 + 스타링크(18번째)
- 시간 : (EST 미동부표준시간) 2월 4일(목) 오전 1시 19분
- 발사체(로켓) : Falcon9
- 발사체 1단 : B1060 (5회차)
- 페이로드(인공위성): 스타링크 위성 60기 (Starlink V1.0-L18)
21년도 4번째 발사이자, 2월 첫번째 발사는 스페이스엑스의 자회사 스타링크의 위성 60기 발사 및 1단 부스터 회수에 성공하였다. 이번 발사는 스타링크 18번째인데, 지난 1월에 16번째 스타링크 발사 성공 이후 1월 말에 예정되었던 17번째 발사가 계속 연기가 되는 바람에 결국 18번째 발사를 먼저 수행하게 되었다(결국 17번째 발사는 19번째 스타링크 발사 이후인 3월 초에 발사성공함).
이번에 사용된 1단 부스터는 21년 1번째 터키위성 발사 시 사용되었던 B1060 인데, 사용 후 다시 발사까지 1개월이 걸리지않았다. 이것은 스페이스엑스 상 최단기간 1단 부스터 재사용이다. 스페이스엑스는 신규 부스터 제작은 제일 비싼 위성 시에만 사용하고, 낮은 발사비용에는 모두 재사용 1단 부스터를 사용하고 있는데, 올해 벌써 8번 발사성공한 1단 부스터가 탄생했다. 이제 2회만 더 발사 및 회수 성공시 인류 최초의 10회 재사용 부스터 타이틀을 획득하게 될 1단 부스터도 올해 내 등장할 듯 하다.
21년 2월 첫발사. 스타링크 18 미션▲ 21년 5번째 발사 : Falcon9 + 스타링크(19번째)
- 시간 : (EST 미동부표준시간) 2월 15일(일) 오후 10시 59분
- 발사체(로켓) : Falcon9
- 발사체 1단 : B1059 (8회차)
- 페이로드(인공위성): 스타링크 위성 60기 (Starlink V1.0-L19)
21년 5번째 발사이자, 21년 2월 2번째 발사도 스타링크다. 일론 머스크는 올해 내 약 1500기 이상의 스타링크 위성을 추가로 발사할 예정이라고 밝힌 바 있다(작년까지 약 1000기 스타링크 위성 투입). 이번 발사 후 2월 내 2회 더 스타링크 발사가 예정이 되어있었다. 하지만 이번 발사체에서 1단 부스터로 사용된 B1059의 회수에 실패했고, 그 원인을 밝히기 위하여 예정된 모든 발사를 취소하였기 때문에, 이번 발사가 21년 2월의 마지막 발사가 되고 말았다. 1단 회수에는 실패를 하였지만, 다행이도 목표 고도에 60기의 스타링크를 투입하는 것은 성공을 하였다.
1단 회수 실패의 원인은 3월 초에 밝혀졌는데, 1단 부스터에 사용된 9기의 엔진 중 1기가 비행 중 셧다운(연소 중지)이 되었기 때문이라고 한다. 그래도 1단 부스터는 8기의 엔진 연소만으로 목표고도까지 2단 + 위성을 운송하였으나, 목표한 랜딩 지점으로는 도달할 수가 없었다.
21년 2월 첫발사. 스타링크 19 미션2015년 이래로 스페이스엑스는 전세계에서 유일하게 1단 부스터 회수 및 재사용을 하고 있으며, 이번 발사가 74회째 발사였고 1단 부스터 회수 시도였다. 특히 2020년 3월 이래로 24회 연속으로 1단 부스터 회수에 성공하였으나, 21년 2월 15일에는 회수에 실패하여 연속 성공 기록이 중단되었다. 하지면 여전히 스페이스엑스는 현재 기준으로 6기의 1단 부스터를 조립동에 보유하고 있기 때문에, 예정된 발사 수행에는 전혀 문제가 없다. 다만 실패의 원인을 분석하는데 몇 주의 시간이 필요할 뿐이다(물론 그 분석도 3월 초에 모두 완료하였음)
2. 스타쉽(Starship) 개발 현황
2021년 2월 2일 스페이스엑스에서는 달, 화성 탐사를 위하여 개발 중인 스타쉽 9번째 모델, 일명 SN9의 시험비행(고도 10 km까지 비행 후 다시 착륙하는 테스트)를 텍사스주 보카치카 발사장에서 진행하였다. 원래 SN9은 1월 중순에 시험 비행 예정이었으나, 하부에 장착된 3기의 랩터 엔진의 Static Fire 시험, 즉 3초 간 짧게 연소시험을 진행한 후, 2기의 랩터 엔진에 문제가 발생되어 교체하는 작업으로 발사를 연기할 수 밖에 없었다.
추진제(액체메탄, 액체산소)를 충전 중인 SN9(우측), 그 옆에 SN10이 롤아웃되어 다음 비행을 기다리고 있음새롭게 랩터 엔진을 교체후 static fire 시험을 완료한 SN9은 2월 2일 연료를 충전하고 발사에 성공하였다. 일반적인 로켓이라면 발사만 하면 성공이라 할 수 있겠지만, 스페이스엑스의 SN9은 목표 고도 도달 후 다시 발사한 곳 옆에 위치한 착륙장으로 무사히 도착해야지만이 성공이라 할 수 있다. 즉 SN9은 다음과 같은 시퀀스로 착륙을 해야한다.
우선 10km 까지가 도달한 후 자유낙하 --> 엔진 점화 개수 조절하면서 플립들(날개들)을 이용한 매뉴버링(자세전환) --> 스타쉽 배 부분으로 엎어서 자유낙하하면서 시트 쉴드(단열재) 테스트 --> 다시 랩터 엔진 2기 점화하여 자세 전환(꼿꼿하게 처음 발사 시 모습으로) --> 엔진 1기로만 최종 점화 하여 착륙
그렇다면 결과는 어땠을까? 다음 사진 1장이 그 결과다.
착륙시 속도가 너무 빨라서 착륙 직후 터져버린 SN9. 그 옆에서 물끄러미 바라보고 있는 SN10RUD (Rapid Unscheduled Disassembly).
이유는? 문제는 바로 아래의 볼딕 문장 시퀀스에 문제가 발생한 것이다.
--> 다시 랩터 엔진 2기 점화하여 자세 전환(꼿꼿하게 처음 발사 시 모습으로) -->
엎어져 내려오는 스타쉽은 착륙을 위하여 다시 동체를 꼿꼿하게 세워야 한다. 그 자세로 전환하기 위해서 2기의 랩터 엔진을 다시 시동을 걸어야하는데, 이번 SN9의 경우 2기의 랩터 엔진을 점화하는 시그널을 줬지만, 안타깝게도 1기의 랩터 엔진만 점화가 되는 불상사가 벌어진 것이다. 1기의 랩터 엔진만 점화가 되어도 문제없는거 아닌가? 라고 생각할 수도 있으나, 1기의 랩터 만으로는 SN9을 착륙 시점에 부서지지 않을 만큼의 추력을 얻기가 힘들다. 생각보다 빠른 속도로 착륙지점에 도달했으며, 이는 바로 RUD, 즉 폭발로 이어진 것이다.
원인이 밝혀진 후 어느 분께서 일론 머스크에서 트위터로 해결책을 알려주었다. 그분 트위터 내용은
" 랩터 엔진 2기 대신 3기를 한꺼번에 점화한 뒤, 점화가 잘 된 2기는 계속 사용하고 1기는 끄면 되지 않냐?"
는 신박한 제안이었고, 이에 대하여 일론 머스크도 자기네 팀원들이 모두 바보라서 그걸 생각하지 못했다고 트윗을 날렸다. ㅎㅎ
그런데 엔진을 점화하는 기술이 사실 쉬운 것이 아니다. 자동차 시동을 거는 것과 같은 방법으로 로켓 엔진을 점화하고 멈추고 하는 기술은 일반적으로 사용할 수 없다. 로켓 엔진 점화를 다중(2회 이상)으로 할 수 있는 기술, 그것도 비행 중에 그러한 시도를 한다는 것, 더구나 그 대상이 로켓 1단이라면? 현재 이러한 기술을 보유한 곳이 스페이스엑스 외 다른 기업이나 국가에서는 시도해본 적도 없는 기술이다. 왜냐하면 일반적으로 로켓 1단은 1번 점화 후 버려지는 역할이 메인이기 때문에 재점화에 대한 필요성이 없었다. 이러한 금기를 깬 곳이 바로 1단 부스터 라는 개념으로 재사용 발사체를 만드는 스페이스엑스다. 개발하는데 수조원, 1회 제작 및 발사까지 최소 1천억원 이상이 필요한 로켓 1단을 1번만 쓰고 버린다? 일론의 개념으로는 이해가 불가능한 분야가 바로 우주개발 분야였다. 그리고 그것을 현실로 바꾸기 위하여 필요한 여러가지 기술들을 분석했고 그것을 끊임없는 시도와 실패, 실패 원인 분석 후 적용 등으로 가능하게 만든 끈기와 노력으로 탄생한 것이 바로 팰컨-9 로켓의 1단 부스터이며, 1단 부스터 엔진의 재점화 기술도 바로 그 중 하나다.
스페이스엑스 스타쉽 개발조직이 무서운 것이 다음 호기들의 제작이 차질없이 제작이 진행되고 있다는 것이다. SN9 폭발 이후 폭발하는 곳 옆에 위치하고 있던 SN10은 바로 랩터 엔진 장착 작업에 들어갔다. 그리고 SN11 ~ 15까지의 제작이 일정에 차질없이 진행이 되고 있다.
SN10은 랩터엔진 3기를 장착했고, Static Fire 테스트까지 2월 내 진행을 완료하였다. 이제 남은 것은 발사 뿐 (SN10은 21년 3월 초에 발사했다... ^^)
참고자료(사이트)
3. https://www.nasaspaceflight.com/2021/02/starlink-l19/
4. https://spaceflightnow.com/2021/02/02/spacex-starship-prototype-lost-in-test-flight-landing-mishap/
