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| 운용 여부 | 퇴역 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 용도 | 물자 및 승무원 수송 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 최대 승무원 수 | 3명 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 발사체 | 새턴 V, 새턴IB | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 높이 | 11.0m | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 직경 | 3.9m | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 건조 중량 | 11,900 kg | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 발사 중량 | 14,690 ~ 28,800kg | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 설계 수명 | 14일 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
1. 개요
아폴로 계획과 스카이랩에서 사용된 우주선.2. 아폴로 CSM(Command and Service Module)
2.1. 사령선(CM)
종 모양의 지름 3.9m, 길이 3.5m의 모듈이며, 3명의 승무원이 거주한다. 표면은 재진입시 발생하는 열로부터 사령선을 보호하기 위해 알루미늄 허니콤 구조물에 에블레이터를 코팅하였다. 내부는 100%의 산소로 0.3기압으로 가압되어 있다.[1] 꼭대기 부분에는 낙하산과 도킹 장치가 있다.
컴퓨터, 배터리, 공기순환장치, 환경 조절장치가 장비되어 있으며 12개의 자세제어 로켓이 있다. 자세제어 로켓들은 기당 400N의 추력을 내며, 사산화이질소, 에어로진 50을 연료로 사용한다. 사령선의 RCS는 3축 회전만을 위해 설계되었지만, 주 엔진이 고장나는 경우 부분적인 추진력을 제공할 수 있었다.
사령선의 EPS[2]는 전자장비에 전력을 공급하는 역할을 하였다. EPS는 115V 400Hz AC와 30V DC 전력을 공급했는데, DC 전원은 기계선의 연료 전지와 사령선의 배터리가 전력을 공급하였고 AC 전원은 사령선에 설치된 3대의 인버터가 DC 전원을 받아 변환하여 교류전원을 공급하였다. 사령선에는 3개의 40Ah 주 배터리와 2개의 750mAh 기폭장치용 배터리, 총 5개의 산화은-아연 배터리가 내장되어 있었다. 주 배터리는 기계선 분리 후 사용되었고 기폭장치용 배터리는 분리와 낙하산 전개 등을 위한 기폭장치를 작동시킬 때 사용되었다. 주 배터리는 충전이 가능한 이차 전지였다.
사령선의 전면부에 장착된 도킹 장치는 프로브 앤 드로그(Probe and Drogue) 방식으로, 도킹 시 승무원이 조준경을 통해 달 착륙선과 정렬한 뒤 접근하는데, 사령선의 튀어나온 프로브가 달 착륙선의 드로그에 접촉하면 서로 걸려서 연결된 상태가 된다. 이 상태에서 프로브가 드로그를 당겨 도킹 링이 접촉하면 래치를 잠궈 사령선과 착륙선이 완전히 결합한 형태가 된다. 언뜻 보면 사령선의 프로브로 인해 어떻게 착륙선으로 이동하나 싶겠지만, 도킹이 끝나면 내부에서 프로브를 빼내면 착륙선으로 통하는 터널을 이용할 수 있다. 빼낸 프로브는 사령선에 보관하다 도킹을 해제하기 전에 다시 조립한다. 착륙 후 복귀한 착륙선에서 도킹을 해제할 때에는 도킹 장치를 통째로 분리하는데, 이는 더이상 사령선이 달 착륙선과 도킹할 일이 없었기 때문이다. 여담으로 소유즈 우주선도 비슷한 방식으로 작동하는 프로브 앤 드로그 도킹 장치를 이용한다.
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| 아폴로 PGNCS의 구성 요소 | 관성 측정 장치(IMU)가 작동하는 모습 |
사령선의 하단 장비 베이에는 28배율에 1.8도의 화각을 가지는 육분의(SXT)가 설치되어 랜드마크나 별을 추적하는데 사용되었다. 육분의는 컴퓨터랑 연동되어 승무원이 별이나 랜드마크를 조준한 뒤 마킹하면 자동으로 위치가 기록되었으며, 반대로 육분의를 컴퓨터를 통해 제어하여 원하는 곳을 가르킬 수 있었다. 육분의의 주된 용도는 시간이 지남에 따라 누적되는 관성 측정 장치의 각도 오차[6]를 보정하거나 항법 장치를 재가동하여 우주선의 자세를 다시 알아내야 할 때, 2개 이상의 미리 입력된 별 위치를 기록하면 컴퓨터가 우주 공간 상에서 해당 별의 위치를 찾아내어 우주선의 자세를 정확하게 알아낼 수 있게 된다.
사령선의 ECS[7]는 사령선 내부, 여압복 및 장비의 온도를 조절하고 산소 및 이산화탄소를 제어하여 승무원의 생명을 유지하는 역할을 하였다. ECS는 글리콜 순환을 통해 실내 공기 온도를 조절하고 전자 장비를 냉각하였으며, 대기 순환을 통하여 이산화탄소와 냄새를 제거하고 공기의 수분을 분리하여 냉각수로 이용하였다. 또한 실내 압력과 산소를 적당하게 조절하여 생활가능한 환경을 조성하였다. 냉각에 사용된 글리콜은 엄빌리컬을 통해 기계선으로 보내져 라디에이터에서 냉각된 뒤 다시 사령선으로 보내지는데, 발사나 재진입 시에는 라디에이터를 이용할 수 없으므로 기화기에 물을 분사하여 글리콜을 냉각하였다. 대기의 이산화탄소 제거는 2개의 수산화리튬 캐니스터로 이루어졌으며 캐니스터는 12시간 간격으로 교체되었다. 산소는 기계선의 산소 탱크로부터 공급을 받았는데, 기계선을 분리한 뒤에는 사령선의 PLSS[8]에 저장해둔 산소를 이용하여 산소 공급을 유지하였다.
사령선의 무게중심은 무거운 장비가 한쪽으로 치우쳐 있는 관계로 정면에서 보았을때 중심에서 아래쪽으로 치우쳐 있는데, 이로 인해 재진입 시 기체가 살짝 기울어지게 된다. 선체가 기울어지므로써 약간의 양력이 발생하게 되는데 이를 이용하여 선체를 회전하므로써 어느정도 재진입 궤도를 제어 할 수 있다. 재진입 중 선체의 회전은 낙하 궤적에 따라 자동으로 이루어지는데, 만약 PGNCS에 문제가 경우 사령선 조종사가 계기를 통하여[9] 재진입 상태를 확인하고, 수동으로 선체를 제어할 수 있었다. 재진입 도중 선체가 약간 기울어지는 관계로, 선체의 하단을 감싸는 애블레이터는 나머지 부분에 비해 살짝 더 두껍다.
사령선의 재진입이 끝나면 ELS[10]를 통하여 낙하산을 전개하고 착수하게 되는데, ELS는 2개의 드래그 슈트와 파일럿 슈트, 3개의 메인 슈트로 이루어져 있다. 드래그 슈트는 24000피트에서 전개되어 사령선의 속도를 늦추고 안정화시키며, 파일럿 슈트와 주 낙하산은 10000피트에서 전개되어 사령선의 낙하 속도를 35km/h 까지 낮춘다. 사령선에는 전면과 후면에 부표가 내장되어 있어 착수 후 사령선이 가라앉는 것을 방지하고 뒤집어진 채로 착수한 경우 사령선을 다시 세우는 용도로 사용 되었다. 착수 후에는 VHF 안테나와 형광 도료를 이용하여 사령선의 위치를 알린다.
사령선의 하단 밑쪽에는 기계선과의 전기적, 유체 호스 연결을 위한 엄빌리컬 커넥터가 위치하여 있다. 기계선 분리 시 케이블과 호스를 절단하기 위한 폭약 길로틴이 내장되어 있다. 사령선의 바닥면에는 기계선과의 기계적 결합을 위한 3개의 스테인레스 스틸 타이로 연결된 결합장치가 있었으며, 마찬가지로 길로틴을 통하여 타이를 끊으므로써 분리되었다.
2.2. 기계선(SM)
우주비행사들이 우주공간에서 생명을 유지하기 위한 장비들과 연료 전지, 추진용 엔진이 여기에 달려있다. 사령선이 이 위에 올라간다.
기계선의 전면에는 사령선 결합 장치, 전력장치 라디에이터, 엄빌리컬 조립체, 외부 조명이 위치하여 있고 중간에는 SIM베이, VHF 시미터 안테나, RCS 블록이 장착되어 있으며 후방에는 환경 조절 장치 라디에이터, 조향식 S밴드 안테나, SPS 엔진 노즐이 장착되어 있다.
기계선에는 400N의 추력을 가진 R-4D 16개가 자세제어 로켓으로 장착되어 있다. 4개의 자세제어 로켓이 하나의 조를 이루며 각각 독립적인 연료 시스템을 가지고 있다. 사령선과 마찬가지로 하이드라진과 사산화 이질소를 연료로 이용하였다. RCS는 최대 500초 동안 작동할 수 있어 추진 엔진이 고장날 경우 제한적으로 추진력을 제공할 수 있었다. 또한 RCS는 기계선이 분리된 후 연료가 소진될 때 까지 점화되어 기계선을 멀리 떨어뜨려 놓아 기계선과 사령선과 충돌하는 것을 방지하였다.[11]
기계선의 전방 하단부에는 사령선과 기계선의 전기적 연결 및 산소 및 식수 공급, 글리콜 순환을 위한 엄빌리컬 조립체가 있는데, 이것이 RCS의 화염으로 인해 소손되는 것을 방지하기 위해 RCS 블록이 시계 방향으로 살짝 치우쳐서 장착 되었다.
추진 시스템(SPS)은 91.2kN의 추력을 내는 AJ-10 로켓 엔진이 달려 있다.[12] 에어로진 50과 사산화이질소를 추진제로 사용하며, 2800m/s의 dV를 제공하였다. 또한 추력편향장치가 달려 있어 추력중심을 유지할 수 있다. 엔진은 컴퓨터나 승무원에 의해서 제어되며, 최대 52번 까지 재점화 될 수 있었다. 기계선에 장착된 SPS는 그 어떤 우주선보다 추력이 강했는데, 우주왕복선의 OMS가 총합 53kN, 오리온 우주선이 26.6kN의 추력을 내는 것을 감안하면 91kN의 추력을 내는 SPS는 정말로 막강한 것이다.[13]
기계선 중간 내부에는 전력 생산을 위한 3기의 연료 전지와 산소, 수소 탱크가 장착되어 있다. 연료 전지는 기당 최대 2300W를 생산할 수 있었으며, 부산물로 생산되는 물은 식수나 냉각수로 이용되었다. 연료 전지는 한번 꺼지면 재시동할 수 없었기에 충격이 발생할 때 실수로 반응재 밸브가 잠기는 것을 막기 위해 밸브는 래치가 장착되어 있었다. 아폴로 13호에서 이 전력 생산 계통에 문제가 생겨 곤혹을 치른 적이 있다.
SIM[14] 베이는 원래 무게중심 유지를 위한 무게추가 있던 공간이지만, 마지막 3번의 아폴로 미션에서 SIM 베이로 개조되어 과학 장비나 소형 위성을 내장하였다.
3. 달착륙선 (LM)
달착륙선 문서 참조.
4. 기타
• 아폴로 사령 및 기계선의 마지막 미션은 스카이랩 4호였다. 스카이랩 은 컬럼비아 우주왕복선의 발사만을 기다리다가, 컬럼비아의 수송도중 단열타일 100개 이상이 떨어져나가는 바람에, 미션이 2년가량 지연, 1979년에 대기권에 진입해서 소멸했다.5. 관련 문서
[1]
발사 시에는 질소 40%의 대기로 조성되었다 점점 감압하여 0.3기압의 산소 대기를 유지한다.
[2]
Electrical Power System; 전력 시스템
[3]
Primary Guidance, Navigation and Control System.
[4]
IMU; Inertial Measurement Unit.
관성항법을 위한 선체의 회전과 가속도를 측정하여 컴퓨터에 제공하던 장비이다. 아폴로의 관성 측정 장치는 각 변화량을 측정하는 RIG 자이로스코프와 가속도계가 플랫폼(혹은 Stable Member)에 부착되어 있는 방식을 이용하였다. 플랫폼은
서보 모터가 내장된 3축 짐벌에 연결되어 RIG 출력이 0이 되도록 모터를 구동시켜 선체의 회전과 상관 없이 플랫폼을 일정한 각도로 유지시켰으며 필요에 따라 플랫폼의 회전각을 수정하였다. 선체의 회전각은 플랫폼을 기준으로 각 짐벌의 각도로 측정되었다. 사령선이 참조하는 특정 좌표계는 REFSMMAT(Reference to Stable Member Matrix)이라 불렸으며, 이것은 곧 플랫폼의 회전 각도로 정의되었다. REFSMMAT은 일반적으로 특정 별, 지표면을 기준으로 설정되었다. 현대의 우주선들은 링 레이저나 광섬유 자이로스코프를 이용하여 기계적으로 작동하는 부품이 없지만, 소프트웨어 상으로 구동될 뿐 기본 작동 개념은 같다.
[5]
Stabilization and Control System
[6]
아폴로의 관성 측정 장치는 시간당 0.058도 정도의 드리프트가 발생하였다.
[7]
Environmental Control System; 환경 조절 장치
[8]
Portable Life Support System
[9]
![파일:emspanel.jpg]()
Entry Monitoring System; 선체의 재진입 상태를 표시하는 장치로 G-V 그래프, 양력 벡터 표시기 및 숫자 디스플레이를 통하여 재진입 중 시각적인 정보를 제공한다. 속도 변화(ΔV) 측정 및 VHF 거리 측정 기능이 있어 궤도 수정이나 랑데뷰 시에도 이용된다.
[10]
Earth Landing System; 지구 착륙 시스템
[11]
그럼에도 불구하고 재진입 도중 기계선이 모종의 이유로 충분히 멀어지지 않아 사령선 근처에서 분해되는 모습이 종종 보이곤 했다고 한다.
#
[12]
추후에 우주왕복선의 OMS에서도 사용된 엔진이다.
[13]
이는 원래의 아폴로 계획은 CSM을 통째로 착륙시키는 것이였지만, 중간에 착륙선을 이용하는 방식으로 바뀌면서 이미 개발된 엔진을 재개발할 시간이 부족하여 CSM 착륙용으로 만들어진 엔진을 그냥 사용했다는 추측이 있다.
[14]
Scientific Instrument Module