연방 항공국(FAA)과 SpaceX의 두 가지 보도 자료에 이어 SpaceX의 책임자인 Elon Musk는 회사가 Starship 테스트 비행 중에 완료해야 하는 63가지 변경 사항의 전체 목록을 공유했습니다. 올해 4월, SpaceX의 Starship Super Heavy 부스터는 위의 최종 단계 우주선과 함께 하늘로 날아갔습니다. 비행 테스트 6개월 후 SpaceX는 또 다른 궤도 테스트 시도를 준비하고 있는 것으로 보입니다.
슈퍼헤비 부스터의 33개 엔진은 지난달 시험 발사 전부터 선명하게 드러났다. 사진: SpaceX Space Exploration Technologies Corporation
처음으로 "스타십"을 궤도에 올리는 것은 매우 까다롭습니다. 왜냐하면 SpaceX는 "스타쉽" 로켓 시스템의 가장 복잡한 구성 요소인 "슈퍼 헤비" 부스터의 테스트 비행을 단 한 번만 수행했기 때문입니다. SpaceX와 NASA의 긴밀한 관계로 인해 Starship 테스트 프로그램의 초기 단계는 2단계 우주선 비행에 중점을 두었습니다. NASA는 SpaceX에게 우주 비행사를 달에 착륙시키기 위한 수십억 달러 규모의 계약을 체결했습니다. 이는 전 세계 어느 회사에게도 전례 없는 기회입니다.
슈퍼 헤비 부스터는 우주선의 구조에 중요한 궤도 추진제 창고에 연료를 공급하는 데 필요합니다. 추진제 은행은 달이나 화성 탐사 임무를 수행하는 미래 우주선에 연료를 제공할 것입니다. 다행히 SpaceX는 FAA에서 요구하는 63개 항목 중 57개 항목을 완료했으며 다음 비행을 준비하고 있습니다. 머스크에 따르면 6개 프로젝트는 두 번째 시험 비행의 일부가 아니지만 FAA는 이전 시험 비행이 발사 현장에 큰 영향을 미쳐 많은 사람들을 놀라게 한 이후 개발 중인 세계 최대 로켓이 환경과 인간에게 안전한지 확인하기로 결정한 것 같습니다.
로켓이 SpaceX에 여러 장애물을 가져오는 중요한 이유는 랩터 로켓 엔진입니다. 개방형 가스 발생기 설계인 Falcon 9 로켓의 Merlin 엔진과 달리 Falcon 9 로켓의 Raptor 엔진은 완전 흐름 단계적 연소 및 메탄 연료 로켓 엔진입니다. 이로 인해 멀린 엔진보다 훨씬 더 강력해지고, 이를 통해 흐르는 모든 가스가 연소실로 방향이 바뀌기 때문에 효율성도 향상됩니다.
이러한 높은 효율성의 대가는 엔진이 더 복잡하고 누출이 더 쉽다는 것입니다. 머스크가 공유한 최신 내용으로 볼 때, 스페이스X가 스타쉽의 첫 시험 비행 이후 수리해야 하는 63개 수정 프로젝트 중 누출 관련 프로젝트만 남아 있다.
Falcon 프로그램 초기에 제작된 SpaceX 최초의 엔진 중 일부는 설계 및 제작이 더 쉽기 때문에 절제 챔버 압력을 사용했습니다. 그러나 이러한 연소실은 사용 후 결국 교체해야 하므로 엔진의 재사용 가능성을 높이기 위해 회사는 이 설계를 변경했습니다. 이제 연소실은 시스템 주위를 흐르는 초저온 추진제에 의해 냉각되고 Raptor는 이러한 가스를 연소실 내부로 다시 방향을 바꿔 엔진 성능을 향상시킵니다.
Raptor 시스템의 또 다른 주요 장점은 연료 옵션입니다. '멀린'은 등유를 연료로 사용하여 그을음이 발생하는 반면, 전자는 메탄을 사용하여 깨끗하게 연소되고 엔진 유지 관리가 향상됩니다.
머스크가 공유한 목록에는 6개 항목이 체크 해제된 상태로 남아 있는데, 그 중 5개는 엔진이나 부품과 직접적인 관련이 있습니다. 6개 항목에는 점화기 씰 설계, 산소 밸브 및 씰, 고온 가스 매니폴드 및 항공전자공학이 포함됩니다. 가스 매니폴드는 머스크가 지난 4월 시험 비행 후 처음으로 언급한 문제 중 하나였습니다.
Musk는 다음과 같이 설명했습니다. "마지막 로켓의 엔진은 약간 엉망이었고 그 엔진을 제작하고 테스트하는 데 1년이 걸렸습니다... 그래서 우리는 뜨거운 가스 매니폴드라고 불리는 것을 가지고 있습니다. 이는 연료 포인트 동력 헤드에서 메인 가스 챔버 위 영역으로 연료가 풍부한 가스를 전달한 다음 이를 산소가 풍부한 가스와 혼합하여 메인 가스로 들어갑니다. 엔진의 중심이라고 할 수 있는 핫가스 매니폴드에 대한 일련의 개선이 이루어졌습니다.이 부분은 핫가스 누출의 주요 장소이기도 합니다. 즉, 메탄이 풍부한 핫가스가 연료 매니폴드의 볼트 구멍을 통해 누출되기 때문에 온도가 매우 높을 것이며, 따라서 핫가스 매니폴드의 설계를 개선하고 가스 매니폴드 볼트의 토크를 높여야 합니다. 고압에서 고온가스 연료 누출 가능성을 최소화합니다. "
지난 스타쉽 비행 이후 수많은 변경 사항이 있었습니다. 천 개가 훨씬 넘는 변경 사항입니다. 그래서 저는 다음 비행의 성공 확률이 궤도에 진입할 확률이 지난 번보다 훨씬 높다고 생각합니다. 단계 분리를 얼마나 잘 수행하느냐에 따라 아마도 60% 정도 될 것입니다. "
다음 Starship 비행을 위한 Raptor 엔진 업그레이드에는 엔진 나셀에 더 많은 메탄 센서 추가, 발생할 수 있는 누출을 "잡기 위한" 구성 요소 추가, 더 많은 펌프 온도 센서 추가 및 개선된 짐벌 시스템이 포함됩니다. 요구 사항에서 4월 테스트가 실패한 또 다른 이유는 로켓의 짐벌 시스템이었습니다. 이제 SpaceX가 전체 짐벌 어셈블리에 윤활유를 발라야 하기 때문에 엔진 시스템이 예상대로 작동하지 않았습니다.
물론 63개 항목에는 추가 항목이 많이 추가되어야 합니다. 예를 들어 향후 비행에 포함될 수 있는 일부 업그레이드의 경우 SpaceX는 매니폴드, 플랜지 및 밸브를 교체해야 합니다. 업그레이드가 완료되었으며 회사는 약 400피트 고도에서 로켓의 누출을 모니터링하기 위해 90개 이상의 카메라를 추가했습니다.
이러한 누출과 그에 따른 화재를 관리하는 것이 Starship의 4월 시험 비행 완화 보고서의 핵심 기능이었다는 점은 주목할 가치가 있습니다. SpaceX는 다음 비행을 위해 화재 진압 시스템을 재설계하여 15배 더 강력하게 만들었습니다. 엔진 나셀 화재는 상부 우주선이 포함된 스타쉽 시험 비행의 첫 번째 배치에서 흔히 발생했습니다.