팔콘 1의 발사에 성공하자 엘론 머스크는 당초의 계획을 변경해서 팔콘 1보다 9배 이상 무거운 팔콘 9를 개발했다.
팔콘 9로 본격적인 위성 발사서비스 산업에 뛰어들겠다는 계획이었다.
팔콘 1의 개발에 성공하면 무게 1톤의 위성을 저궤도에 발사할 수 있는 팔콘 1e 발사체를 개발하고 그 다음으로 팔콘 5를 개발한 뒤 팔콘 9를 단계적으로 개발할
계획이었다.
팔콘 5는 1단에 머린1C 엔진을 5개 설치하고 2단 로켓에는 머린 1C 엔진 1개를 달아 지구 저궤도에 4톤 무게의 위성을 발사할 수 있고 정지궤도에 무게 1 톤짜리
위성을 발사 할 수 있는 성능이었다.
현재 위성 산업 발사시장에서 가장 수효가 많고 사업성이 있는 것은 정지궤도에 위성을 발사이다.
초기의 팔콘 9 로켓(v 1.0)은 1단 로켓에 머린 1C 엔진 9개를 붙이고 2단에 같은 엔진 1개를 사용해 저궤도에 무게 10톤의 위성을,정지궤도에 무게 3.4톤까지
올릴 수 있는 성능이었다.
2톤 무게의 위성 두 개를 한 번에 정지궤도에 발사할 수 있는 성능이다.
이 정도 성능은 돼야 위성 발사서비스 시장에서 어느 정도 경쟁력을 가질 수 있다.
 | | ▲ 지난 6월 28일 발사된 팔콘 9. /NASA |
팔콘 9의 1단 로켓은 2008년 11월, 178초의 연소시험에 성공했다.
2009년 10월에는 2단 로켓으로 40초 짜리 연소 시험에, 2010년 1월 2일에는 329초짜리 연소 시험에 각각 성공했다.
2010년 3월 13일에는 팔콘 9 로켓을 발사대에 세우고 실시한 1단 로켓의 3.5초 연소시험을 성공적으로 마쳤다.
그리고 2010년 6월 4일 첫 시험비행에 성공하였다.
이날 발사에서 팔콘 9은 드래곤 우주선을 235~276㎞의 지구 저궤도에 성공적으로 올려놨다.
스페이스X는 2010년 12월 8일 오전 10시 43분, 무인우주선 드래곤(Dragon)을 지구궤도로 발사한 후 오후 2시 회수하는데 성공하였다.
팔콘 9호의 이륙 10분후 드래곤 우주선이 궤도에 진입 하였다.
그리고 지구를 2바퀴 회전하고 멕시코 해안에서 805㎞ 떨어진 태평양에 귀환하였다.
드디어 민간 발사체 회사가 처음으로 우주선을 발사하고 회수에 성공한 것이다.
당시 1회 발사서비스 가격은 6000만 달러(약 620억원)였다.
스페이스 X는 미국 동부 여름 시간 4월 14일 오후 4시 10분 미국 항공 우주국(NASA)의 드래곤 보급선 6호기(Dragon CRS-6)와 초소형 지구 관측 위성(Flock
-1e) 14대 등을 실은 팔콘 9로켓을 플로리다 주 케이프 커내버랄 공군기지 제40발사대(SLC-40)에서 쏘아 올렸다.
로켓은 순조롭게 비행하여 발사 약 10분 후에 Dragon CRS-6을 궤도에 성공적으로 투입했다.
그 후 드래곤은 태양 전지판을 펼치는데 성공하고 우주정거장으로 비행을 계속하여 미국 동부시간 4월 17일 오전 7시 국제우주정거장에 성공적으로 도킹하였다.
드래곤 보급선 6호기에는 국제정거장에 체류하는 우주 비행사를 위한 물이나 식량,의복,일용품과 우주정거장 내 실험에 사용하기 위한 기기나 재료,또 우주정거장
에서 방출되는 초소형 지구 관측 위성 군‘Flock-1e’ 등 약 2200㎏의 보급 물자가 실려 있었다.
 | | ▲ 드래곤 보급선 /위키미디어 |
드래곤 보급선 6호기는 국제우주정거장에 약 5주일간 머물면서 국제 우주 정거장에서 만든 성과물이나 발생한 쓰레기 등 약 1360㎏을 싣고 캘리포니아 앞바다의
태평양상에 5월 21일 착수(着水)했다.
드디어 사상 최초로 민간 발사체회사에서 우주정거장에 화물을 보내고 우주정거장에서 보내는 화물을 싣고 지구로 돌아온 것이다.
팔콘 9의 초기형 로켓은 5번 발사에 모두 성공하였다.
스페이스 X사는 초기 팔콘 9의 엔진을 머린 1C 에서 성능이 향상된 1D로 교체하고 더 큰 규모의 발사체로 개량하였다.
개량된 팔콘 9(v 1.1)는 이륙무게가 333톤에서 506톤으로 173톤 늘어났고 저궤도에 무게 13톤의 위성을 그리고 정기궤도에 4.85톤의 위성을 발사할 수 있는
성능으로 향상되었다.
그리고 1단 로켓의 엔진 배열도 3개씩 3줄로 배치하였던 것을 가운데에 엔진을 1개 배치하고 그 주변에 8개의 엔진을 배치하는 형태로 바뀌었다.
가운데 엔진은 1단 로켓을 재사용하기 위해 지구로 낙하할 때 속도를 줄이는 용도로 사용한다.
☞ Premium Chosun ☜ ■ 채연석 과학기술연합대학원대학 교수 gogospace@naver.com
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머스크, 생일 선물로 발사 성공을 받으려 했지만, 결과는 참혹
 | | ▲ 팔콘 9 /위키미디어 |
길이 68.4m, 직경 3.66m, 이륙무게 506톤이며 1단 로켓은 머린 1D 엔진 9개를 사용하여 이륙추력
5885kN을 발생하며 연소시간은 180초이다.
2단 로켓은 머린 1D 엔진을 개량하여 추력을 증가하고 노즐 면적비를 117:1로 확대했다.
진공추력은 801kN이고 비추력은 342초 연소시간은 375초이다.
성능은 저궤도에 무게 13.1톤의 위성을 올릴 수 있고 정지궤도에 무게 4.85톤의 위성을 발사할 수 있는
성능이다.
개량된 팔콘 9(v 1.1)로 발사된 첫 위성은 캐나다 우주국의 무게 500㎏ 짜리 CASSIOPE 위성인데 통신과
과학 실험이 임무이다.
이 위성은 태평양의 반덴버그 발사장에서 근지점 330㎞ 원지점 1408㎞의 남북 궤도로 발사되었다.
그리고 2013년 12월 3일에는 무게 3170㎏의 통신위성 Star-2.4를 성공적으로 3만5780㎞의 정지궤도에
올려놨다.
2014년에는 1월 6일 태국의 통신위성을 발사하고 9월까지 5번을 더 성공적으로 발사하였다.
팔콘 9(v 1.1)은 2015년 들어서는 4월까지 5회를 발사하여 매달 1회 이상을 성공적으로 발사하여 상업
위성발사시장의 강자가 되었다.
이렇게 잘나가던 팔콘 9(v 1.1)는 지난 6월 28일 국제우주정거장에 전달할 중요 화물 1867㎏을 싣고 우주
정거장으로 발사된 후 2분 19초에서 폭발했다.
이때 로켓은 고도 44.6㎞에서 시속 4685㎞로 비행하고 있었다. 발사 당시의 동영상을 살펴보면
- 발사 1분 10초 로켓의 비행속도가 초음속에 도달하며 잠시 후 max-Q가 되어 로켓의 기계적인 스트레스
가 최고에 도달함.
- 발사 1분 13초 드래곤 우주선이 있는 윗 부분에서 고압가스가 새는 소리가 7초 정도 들린다.
- 발사 2분 19초경 1단 로켓 추진제 탱크 윗부분에서 추진제가 로켓 밖으로 유출되기 시작하고,
- 발사 2분 27초 1단 로켓 폭발.
 | | ▲ 폭발 직전의 팔콘 9 /스페이스X |
이번 발사에서도 그동안 성공하지 못한 1단 로켓의 재사용을 위한 안전한 연착륙을 시도할 예정이었지만 모든 것이 수포로 돌아갔다.
1단 로켓의 연착륙은 사용이 끝나고 분리된 1단 로켓을 로켓의 중앙에 있는 로켓엔진을 이용하여 바닷가에 정박해있는 폭 30m, 길이 90m의 정사각형 부이에 착륙
시켜 재사용하는 것이다.
연착륙에 성공하여 1단 로켓을 재사용하게 되면 발사비용을 대폭 줄일 수 있게 되어 엘론 머스크가 가장 관심을 갖고 있던 문제이다.
그 동안 몇 번의 시도에도 불구하고 성공하지는 못했는데 이날은 엘론 머스크(Musk)의 멋진 44회 생일이었다.
생일 선물로 로켓의 발사 성공을 받고자 했지만, 큰 재앙이 된 것이다.
아직까지도 사고원인은 조사 중인데 최근 발표를 보면 1단 로켓 윗부분에 있는 추진제 가압용 헬륨고압 탱크 속에 있던 지지대가 부러지면서 추진제 탱크로 많은
가압가스가 들어가서 1단 로켓이 폭발됐다고 한다.
정확한 원인이 밝혀진다고 해도 팔콘 9 로켓으로 위성을 발사할 경우 발사보험료는 올라갈 것 같다.
2017년 유인우주선 발사를 꿈꾸고 있는 스페이스X사로서 이번 사고는 치명적이다.
팔콘 9 로켓으로 유인 우주선을 발사하기 위해서는 1단 로켓의 재사용보다 로켓의 발사안전성과 신뢰성을 높이는 것과 발사 중 로켓이 폭발했을 때에도 우주선을
안전하게 귀환시키는 연구도 필요해 보인다.
☞ Premium Chosun ☜ ■ 채연석 과학기술연합대학원대학 교수 gogospace@naver.com
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