한국항공우주연구원

[그림] 소유즈 로켓 발사 장면

2014년 8월 22일 Guiana 우주센터에서 발사된 Soyuz 로켓(비행명: VS09)은 갈릴레오 위성항법시스템을 위한 위성을 궤도에 투입하는데 실패하였다. 이를 조사하기 위한 독립적인 위원회가 구성되었고, 프랑스 파리 근처 Envy시에 위치한 Arianespace의 본사에서 일련의 회의를 거친 후 2014년 10월 7일, 최종적인 결론에 도달했다고 발표하였다. 이 위원회는 유럽우주기구(European Space Agency), 유럽집행위원회(European Commission)와 함께 Arianespace에 의해서 2014년 8월 25일에 구성이 되었다. 의장은 전직 유럽우주기구 감찰관이었던 Peter Dubock 맡았다. 이 결론은 러시아 파트너에 의해서 제공된 자료를 바탕으로 나왔으며, 러시아 우주기구 Roscosmos에 의해서 구성된 다른 위원회의 최종 결론과도 일치하고 있다.

위원회의 결론은 임무가 진행되는 첫 번째 부분은 예정대로 진행됨을 확인시켜 주었다. 즉 3단형 소유즈 로켓은 문제가 없었다는 뜻이다. 또한 위원회는 갈릴레오 위성의 비정상 기동에 의해서 문제가 발생할 수 있었다는 가능성을 일축하였다. 비정상상황은 NPO Lavochkin에 의해 설계/제작된 발사체 4단 즉 Fregat의 비행동안 발생하였다. 이는 4단의 2번째 연소에 의한 궤도 비행이 시작할 즈음인 이륙 후 35분에 발생하였다.

위성투입이 실패한 비정상 상황에 대한 시나리오가 다시 재구성되었고, 그 내용은 아래와 같다.  
● Freqat의 2차 연소 비행구간동안 주 엔진의 추력축이 어긋나 궤도오차가 발생하였다.
● 추력축의 오차는 그 단의 관성 기준 정보의 부재에서 비롯되었다.
● 추력비행구간 중 Fregat에 있는 2기의 자세제어 추력기가 고장이 났고, 이것이 관성항법시스템을 규정된 운용환경을 벗어나게 해 관성 기준 정보의 부재를 일으켰다.
● 추력기의 고장은 연료인 Hydrazine 공급시스템에서 추력기로 연료가 공급되는 중 일시적인 흐름에 문제가 발생하여 발생하였다.
● 연료의 공급의 문제점은 Hydrazine의 냉각이 원인이었다.     
● Hydrazine의 냉각현상은 hydrazine line과 차가운 Helium 공급라인이 너무 가까이 있어서 발생하였다. 이 두 라인은 같은 구조물에 연결되어 있어 열교현상(thermal bridge)이 발생한 것이다.
● 설계문서상 모호한 점이 열교현상이 염려되는 두 개의 라인을 조립이 가능하게 만들었다.  실제 이러한 문제점은 현재 NPO Lavochkin에서 생산중이 다른 Fregat에서도 확인할 수 있었다.
● 설계상 모호성은 단 시스템 설계 기간 동안 수행한 열해석 과정에서 근접한 시스템간의 열에너지 이동을 고려하지 않아서 발생하였다.

 
결국 VS09 비행에서의 비정상상태의 근본원인은 시스템 열 해석과정에서의 오류 즉 설계상의 문제이며, 시스템 조립과정에서의 작업자 실수는 아니었다. 이러한 이슈와 연관된 모든 영역에서 깊이 있는 시스템 열 해석이 다시 수행되었다. 이러한 식별되고, 완벽하게 확인된 설계 오류를 바탕으로, 위원회는 다음 비행을 위해 아래와 같은 개선명령을 선택하였다.
● 시스템 열 해석의 재해석
● 관련된 설계 문서들의 수정
● 공급라인과 관련된 제작, 조립, 시험 그리고 검사 문서들에 대한 수정

이러한 정정 조치는 즉시 NPO Lavochkin에 의해 이미 제작이 끝난 단에 대해서도 적용되었다. 결론적으로 다음 임무를 위한 Guianan 우주센터에서의 Soyuz 로켓에 의한 비행은 2014년 12월에 가능할 것이다. 이러한 정정조치 이 외에도, NPO Lavotchin은 비행 속개를 위해 충분할 정도의 Fregat 설계의 강건성에 대한 유용한 정보를 Arianesapce에 제공할 것이다. Fregat은 이번 비정상 사건을 제외하면 45회 연속 성공적인 비행을 통해 검증된 바 있다.

※ 이 글은 아래의 링크 기사들을 참조하여 작성하였습니다.
http://www.space-travel.com/reports/Soyuz_Flight_VS09_Report_999.html