수성-레드스톤 발사체

수성-레드스톤 발사체

1961년 1월 31일 침팬지 함을 태운 머큐리 레드스톤 2호 발사.
기능.	인간 등급 서브클라이언트 발사체
제조원	크라이슬러
원산지	미국
크기
높이	25.41 m (83.38 피트)
직경	1.78 m (5.83 피트)
덩어리	30,000 kg (66,000파운드)
스테이지	1
용량
궤도 아래 궤도에 대한 페이로드
덩어리	1,800 kg (4000파운드)
기동 이력
상황	은퇴한
사이트 시작	플로리다 케이프 커내버럴 5단지 발사
기동 총수	6
성공	5
장애	1
첫 비행	1960년 11월 21일
마지막 비행	1961년 7월 21일
사람 또는 화물 수송	수성 우주선
싱글 스테이지
전원 공급자	로켓다인 A-7 1대
최대 추력	350kN(78,000lbf)
특정 임펄스	215초 (2.11km/s)
굽는 시간	143.5초
추진제	LOX/에틸알코올
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NASA의 머큐리 프로젝트를 위해 고안된 머큐리-레드스톤 발사체는 최초의 미국 승무원 우주 부스터였다.그것은 1960-1961년 6회의 궤도 이착륙 비행에 사용되었고, 첫 번째, 그리고 11주 후에 두 번째 미국인 (그리고 두 번째와 세 번째 인간)이 우주로 발사되면서 절정에 달했다.그 후 네 번의 수성 인간 우주 비행은 지구 저궤도에 진입하기 위해 더 강력한 아틀라스 부스터를 사용했다.

레드스톤 로켓 계열의 일원인 이 로켓은 미 육군의 레드스톤 탄도 미사일과 관련 주피터-C 발사체의 1단계에서 파생되었지만, 인체 평가를 위해 구조와 시스템을 수정하여 안전성과 신뢰성을 향상시켰다.

레드스톤 미사일의 개조품

NASA는 1953년 이후 활동해^[1] 온 미 함대 중 가장 오래된 것으로 미 육군의 액체연료 탄도미사일을 ^[2]준궤도 비행용으로 선택했다.

표준 군사용 레드스톤은 수성 캡슐을 ^[2]이 프로젝트에 필요한 탄도 궤도 아래 궤도로 끌어올리기에 충분한 추진력이 부족했다. 그러나 주피터-C의 1단계는 연장된 탱크를 가진 변형 레드스톤으로, 원하는 궤도에 도달하기에 충분한 추진제를 운반할 수 있었다.따라서, 이 목성-C 1단은 수성-레드스톤 설계의 ^[3]출발점으로 사용되었습니다.그러나 주피터-C의 엔진은 육군에 의해 단계적으로 폐기되었고, 따라서 부품 부족이나 디자인 수정과 같은 잠재적 문제를 피하기 위해 머큐리-레드스톤 설계자들은 최신 군용 레드스톤에 ^[4]사용된 로켓다인 A-7 엔진을 선택했다.육군 탄도미사일국(ABMA)의 추진 엔지니어인 한스 폴과 윌리엄 데이비슨은 승무원 비행에 안전하고 신뢰할 수 있도록 A-7을 개조하는 임무를 맡았다.

1959년 동안, 대부분의 ABMA는 토성 프로젝트에 몰두했지만, 그들의 스케줄에서 충분한 자유 시간을 찾을 수 있는 엔지니어들은 목성-C를 인간 등급으로 평가하는 작업에 초대되었다.그 출발점으로, 가장 명백한 단계는 수성-레드스톤이 상단을 이용하지 않기 때문에 그것의 스테이징 능력을 없애는 것이었다.더 진보된 목성-C 성분들 중 많은 것들이 신뢰성이나 수성 프로젝트에 필요하지 않다는 이유로 제거되었다.

표준 Redstone은 기본적으로 V-2와 동일한 추진제인 75 % 에틸알코올과 25% LOX 용액으로 연료를 공급받았지만, Jupiter-C 1단계는 60% 비대칭 디메틸히드라진(UDMH)과 40% 디에틸렌트리아민(DETA)^[5] 혼합인 하이다인 연료를 사용했습니다.이것은 에틸알코올보다 더 강력한 연료였지만 더 독성이 ^[6]강해서 발사대 비상시 ^[7]우주인에게 위험할 수 있었다.게다가 하이딘은 새로운 A-7 ^[8]엔진에 사용된 적이 없다.Mercury-Redstone 설계자들은 하이다인을 거부하고 표준 에틸 알코올 연료로 돌아왔습니다.따라서 더 강력한 ^[9]연료를 사용하는 대신 연장된 추진제 탱크도 필요했다.

알코올 사용은 흑연 추력 벡터 베인이 상당히 긴 연소 시간으로 인해 침식될 수 있다는 점에서 수성-레드스톤에 문제를 일으켰고, NASA는 발사체에 고품질 베인이 필요하다는 요구를 내놓았다.

수성-레드스톤은 추진제 탱크가 레드스톤 미사일보다 크기 때문에 탱크 가압을 위해 질소병을 추가하고 연소 시간이 길어 터보펌프를 구동하기 위해 과산화수소 탱크를 추가했다.

머큐리-레드스톤을 우주비행사에게 적합한 운송수단으로 만드는 데 있어 가장 중요한 변화는 자동 비행중 중단 감지 ^[10]시스템의 추가였다.로켓이 치명적인 고장을 겪을 위기에 처했을 때, 로켓이 중단되면 수성 캡슐에 부착된 발사 탈출 시스템이 활성화되어 로켓을 부스터에서 빠르게 꺼낼 수 있다.우주 비행사 또는 지상 관제사는 수동으로 ^[11]중지를 시작할 수 있지만, 비행 중 일부 잠재적 고장은 수동으로 ^[12]중지를 촉발하기 전에 재앙으로 이어질 수 있다.

수성-레드스톤의 자동 비행 중 중단 감지 시스템은 비행 중 로켓의 성능을 모니터링함으로써 이 문제를 해결했다.만약 그것이 비행 제어, 엔진 추력, 또는 전기 동력의 상실과 같이 우주 비행사를 위협할 수 있는 이상을 감지한다면, 그것은 자동적으로 중단되고 엔진을 끄고 캡슐의 ^[13]탈출 시스템을 작동시킬 것이다.발사 중지 시스템은 발사 후 최소 30초까지 엔진을 끄지 못해 오작동하는 발사체가 패드 위 또는 그 근처에 내려오는 것을 막았습니다. 최초 30초 동안은 오직 Range Safety Officer만이 ^[14]비행을 종료할 수 있었습니다.1953년 이후 60회 이상의 Redstone과 Jupiter C 발사에 대한 비행 데이터 검토는 이 발사체 제품군의 가장 가능성이 높은 고장 모드를 분석하는 데 사용되었다.단순성을 위해, 중단 감지 시스템은 가능한 한 단순하게 유지되어야 했고 부스터 작동에 필수적인 매개변수만 모니터링해야 했습니다.자동 중단은 다음 조건 중 하나에 의해 트리거될 수 있으며, 이 모든 상황은 치명적인 발사체 오작동을 나타낼 수 있다.

• 피치, 요 또는 롤링 각도가 프로그래밍된 비행 ^[15]프로파일에서 너무 멀리 벗어납니다.
• 피치 또는 요 각도가 너무 ^[16]빠르게 변화함
• 엔진 연소실의 압력이 위험 ^[17]수준 아래로 떨어집니다.
• 비행 제어 ^[18]시스템의 전력 손실 또는
• 일반적인 전원(중지 감지 시스템 자체의 전원 포함)의 손실은 치명적인 ^[19]고장을 나타낼 수 있습니다.

발사 시 추력 상실과 같은 특정 기능 상실 모드(1954년 5월 세 번째 레드스톤 시험 비행)는 즉각적인 치명적인 상황을 초래할 수 있기 때문에 즉각적인 중단 능력이 중요했다.적절한 비행 경로에서 이탈하거나 상승 중 엔진실 압력의 하락과 같은 다른 고장 모드는 우주비행사의 안전에 즉각적인 위험을 초래하지 않으며, 그는 캡슐의 레버를 당겨서 수동 중지를 시작하여 발사 탈출 시스템을 작동시키거나 지상 제어를 통해 명령을 보낼 수 있다.그것을 주입하세요.

사거리 안전 시스템은 엔진 차단과 미사일 파괴 사이에 3초 지연이 발생한다는 점에서 약간 수정되어 탈출 타워가 캡슐을 ^[20]꺼낼 수 있는 충분한 시간을 갖게 되었다.

목성-C 1단과 수성-레드스톤의 가장 눈에 띄는 차이는 수성 캡슐 바로 아래 부분과 추진제 탱크 위에 있었다.이 구역은 군대 레드스톤에서 물려받은 용어인 후미 구역으로 알려져 있었다.(로켓의 실제 뒷부분은 꼬리부분이라고 불렸습니다.)뒷부분에는 수은 ^[21]캡슐용 어댑터뿐만 아니라 유도 시스템을 포함한 대부분의 수은-레드스톤의 전자 장치와 계측 장치가 있었다.군용 레드스톤과 주피터-C 1단계에서는 로켓이 연소될 때 로켓 엔진과 추진제 탱크가 들어 있는 하부 부분이 후미 부분에서 분리돼 폐기되고 후미 부분은 유도 시스템을 통해 로켓의 윗부분을 무출력 탄도 비행 시 유도하도록 했다.그러나, 수성-레드스톤에서는,^[22] 뒷부분이 로켓의 하부에 영구적으로 부착되어 있었다.로켓이 정지했을 때, 수성 캡슐은 후미 부분에서 분리되었고 자체 안내에 의존할 것이다.

수성-레드스톤의 신뢰성을 향상시키기 위해 다른 변화들이 이루어졌다.레드스톤의 ST-80 관성 유도 시스템은 수성-레드스톤에서 보다 단순한 LEV-3 자동 조종으로 대체되었다.LEV-3는 독일제 V-2 미사일로 거슬러 올라가며 ST-80만큼 정교하거나 정밀하지는 않았지만, 수성 임무에 충분히 정확하고 단순하기 때문에 ^[23]더 신뢰할 수 있었다.유도 시스템, 중단 및 파괴 시스템, 원격 계측 장치 및 전력 공급 장치를 포함한 가장 중요한 계측 장치와 전자 장치를 보관하기 위해 "후부"에 특수 계기실이 구축되었습니다.이 장비의 고장 가능성을 줄이기 위해 이 격실은 발사 전에 냉각되어 비행 중에 ^[24]가압된 상태로 유지되었습니다.

발사 중 닫힐 경우 중단 상태가 발생할 수 있기 때문에 신뢰도 향상을 위해 수성-레드스톤에서 연료 유병대를 삭제했다.세 번의 미개척 비행에서 수성-레드스톤은 초당 8°의 롤링 과도현상을 보이는 반면 레드스톤 미사일은 4°의 롤링 과도현상을 보였다.비록 이것이 낙태를 트리거하는 데 필요한 초당 12° 미만의 롤링 속도였지만, 우발적인 중단 가능성을 줄이기 위해 롤 레이트 센서가 두 개의 승무원 비행에서 제거되었다(부스터는 여전히 10°에서 트리거되는 롤 자세 각도 센서를 유지함).

Mercury-Redstone 1A와 Mercury-Redstone 2는 모두 비행 중에 과가속 현상을 경험했는데, 전자는 가속도계에 문제가 있었고 후자는 엔진에 산화제를 과다 공급하여 1.2초 일찍 추력 종료를 발생시킨 LOX 조절기 문제로 인해 발생하였습니다.ASIS 시스템이 작동되고 탈출탑이 캡슐을 끌어당겨 승객인 함이 높은 G 하중을 받게 했다.세 번째 비행인 Mercury-Redstone BD는 부스터가 인간 등급으로 간주되기 전에 이러한 문제를 해결하기 위한 공학 테스트로 설계되었다.

가압된 계기실과 캡슐 사이의 공간은 원래 로켓의 낙하산 회수 시스템을 장착하기 위한 것이었으나 이 시스템이 폐기된 후 비어 있었다.세 번의 미조립 수성-레드스톤 비행은 어댑터 부분에 높은 진동 수준과 구조적 굴곡을 나타냈기 때문에 Alan Shepard의 비행에는 추가 브레이싱 및 보강제와 함께 어댑터 부분에 340파운드의 납 주입 플라스틱이 포함되었습니다.쉐퍼드가 발사 중 여전히 현저한 진동을 보고한 후, 거스 그리섬의 부스터에는 더 많은 밸러스트가 포함되어 있었다.궤도 수성 비행에 사용된 Atlas 부스터도 이 문제를 겪었지만, 수성-Atlas ^[25]1이 캡슐 어댑터와 결합하는 지점에서 과도한 굴곡으로 인한 구조적 결함으로 인해 비행 중 파괴되었기 때문에 더 치명적인 결과를 초래했다.

레드스톤을 수성 계획에 맞게 개조하는 과정에서 총 800여 개의 수정이 이루어졌다.레드스톤의 인간 등급 부여 과정은 매우 광범위해서 NASA는 기성 로켓이 아니라 사실상 완전히 새로운 로켓을 사용하는 것을 발견했고, 따라서 이전의 레드스톤과 주피터-C 발사에 대한 모든 하드웨어와 비행 테스트 데이터를 부정했다.이것은 ABMA에 있는 Von Braun의 팀과 NASA 사이에 일련의 논쟁을 일으켰는데, 전자는 우주 비행사가 고장난 발사체로부터 구조될 것을 보장하기 위해 가능한 한 쉽게 낙태 시스템을 만드는 것을 선호했고, 후자는 우주 비행 중단의 가능성을 최소화하기 위해 최대 부스터 신뢰성을 선호했기 때문이다.모든.

낙하산 회수 시스템 제안

수성-레드스톤 설계자들은 원래 로켓이 수성 캡슐에서 분리된 후 낙하산으로 회수될 계획이었다.이는 회수가 가능한 발사체를 개발하기 위한 첫 번째 중요한 노력이었으며 테스트 ^[26]단계에 도달한 첫 번째 시도였습니다.

로켓의 꼭대기에 있는 회수 시스템은 두 단계의 낙하산을 사용했을 것이다.1단계에서는 직경 17피트(5.2미터)의 낙하산 한 개가 로켓의 추락을 안정시키고 하강 속도를 늦출 수 있다.이 낙하산은 그 후 각각 지름 20m인 3개의 주요 낙하산 세트를 끌어낸다.그 로켓은 대서양으로 내려가 ^[27]배로 회수될 것이다.

이 시스템의 타당성을 판단하기 위해, 실물 크기의 레드스톤에 대해 물 충격과 부양 시험, 그리고 떠다니는 레드스톤을 해군 회수선에 의해 건져 올리는 해상 훈련을 포함한 몇 가지 테스트를 수행했다.이 모든 테스트들은 ^[28]로켓의 회수가 가능하다는 것을 보여주었다.그러나 자금 부족으로 추가 개발이 중단되어 낙하산 시스템은 ^[29]시험되지 않았다.

비행편

Mercury-Redstone 비행은 접두사 "MR-"로 지정되었다. 혼란스럽게, 이러한 비행에 사용된 Mercury-Redstone 부스터는 대개 다른 번호로 지정되었다. (사진에서 이 명칭은 때때로 로켓의 꼬리 끝에서 볼 수 있다.)MR-4와 MR-6 두 개의 로켓은 비행하지 않았다.비록 NASA가 머큐리 프로젝트 초기에 궤도 아틀라스 비행을 시작하기 전에 각각의 우주 비행사들을 궤도 이착륙 임무로 발사할 계획이었다는 소문이 있었지만, 그들은 8개의 머큐리-레드스톤 부스터만 구입했는데, 그 중 하나는 MR-1 발사에 실패하여 재사용되지 않았고, 다른 하나는 MR-BD 비행에 사용되었다.당초 일정은 무정차 수성-레드스톤 비행 1회, 침팬지 비행 1회, 승무원 비행 6회였다.)앨런 셰퍼드와 거스 그리섬의 비행은 성공적이었고 소련은 1961년 늦여름까지 두 번의 궤도 유인 우주 비행을 했기 때문에 레드스톤 ^[30]임무를 계속할 필요가 없었다.

비행 지정	로켓 명칭	발매일	평.
MR-1	MR-1	1960년 11월 21일	빈 캡슐, 발사 중지, 전기적 고장으로 발사 시 로켓 정지
MR-1A	MR-3	1960년 12월 19일	빈 캡슐
MR-2	MR-2	1961년 1월 31일	침팬지 햄을 옮기다
MR-BD	MR-5	1961년 3월 24일	비어 있는 보일러 플레이트 캡슐
MR-3	MR-7	1961년 5월 5일	운반 우주인 앨런 셰퍼드
MR-4	MR-8	1961년 7월 21일	운반 우주인 거스 그리섬

갤러리

메모들

레퍼런스

• Cassidy, J. L.; Johnson, R. I.; Leveye, J. C.; Miller, F. E. (December 1964). The Mercury-Redstone Project (PDF). NASA.
• Swenson Jr., Loyd S.; Grimwood, James M.; Alexander, Charles C. (1966). This New Ocean: A History of Project Mercury. NASA.