팰컨 9 풀 스러스트

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팰컨 9 풀 스러스트 Falcon 9 Full Thrust
<colbgcolor=#005288><colcolor=#ffffff> 기능	중형 리프트 발사체
제조업체	스페이스X
원산지	[[미국| 미국 ]][[틀:국기| 행정구 ]][[틀:국기| 속령 ]]
발사당 비용	지출: 6,200만 달러 재사용 가능: 미화 5천만 달러
크기
높이	69.8 m (229 ft)(페이로드 페어링 포함) 65.7 m (216 ft)(크루 드래곤) 63.7 m (209 ft)(드래곤 포함)
직경	3.7 m (12 ft)
질량	549,000 kg (1,210,000 lb)
단수	2단
용량
LEO 페이로드
궤도 경사	28.5°
질량	소비량: 22,800 kg (50,300 lb) 재사용 가능: 18,500 kg (40,800 lb)
GTO 페이로드
궤도 경사	27°
질량	소비량: 8,300 kg (18,300 lb) 재사용 가능: 7,000 kg (15,000 lb)
TMI 페이로드
질량	4,020 kg (8,860 lb)
관련 로켓
계열	팰컨 9
기반	팰컨 9 v1.1
파생 작업	팰컨 9 블록 5 팰컨 헤비
비교 대상	아리안 5 아틀라스 V H-IIB 창정 3B/E 프로톤-M
발사 기록
상태	운영 중
발사장	케이프 커내버럴, SLC-40 케네디 우주센터, LC-39A 반덴버그 우주군기지, SLC-4
총발사	371회
성공	370회
실패	1회
주목할 만한 결과	1회(AMOS-6 발사 전 파괴)
착륙	348/355 시도
첫 발사	2015년 12월 22일 (오브콤-OG2-2)
마지막 발사	운영 중
승객/화물 유형	드래곤 보잉 X-37 이리듐 넥스트 테스 주마 스타링크
1단
높이	41.2 m (135 ft)
지름	3.7 m (12 ft)
엔진	9 x 멀린 1D
최대추력	해수면: 7,607 kN (1,710,000 lbf) 진공: 8,227 kN (1,850,000 lbf)
비추력	해수면: 282초 (2.77 km/s) 진공: 311초 (3.05 km/s)
연소시간	162초
추진제	LOX/RP-1
2단 로켓
높이	13.6 m (45 ft)
지름	3.7 m (12 ft)
엔진	1 x 멀린 1D
최대추력	934 kN (210,000 lbf)
비추력	348초 (3.41 km/s)
연소시간	397초
추진제	LOX/RP-1

1. 개요

2. 디자인

• 새로운 설계는 다양한 임무에서 부스터의 재사용성을 향상시키는 것을 목표로 함
• 여기에는 대형 통신 위성을 정지궤도에 올려놓는 것도 포함됨
• 이전 팰컨 9 버전 및 아폴로 프로그램의 새턴 시리즈와 유사하게, 이 설계는 여러 개의 1단 엔진을 갖추고 있음
• 여러 개의 엔진은 이중화 기능을 제공하여 비행 중 엔진 하나가 고장 나더라도 임무를 완수할 수 있음

2.1. 팰컨 9 v1.1의 수정 사항

• 팰컨 9 세 번째 버전은 2014년과 2015년 사이에 개발되었으며 2015년 12월에 첫 비행이 이루어짐
• 팰컨 9 계열의 재사용 가능한 변형 버전으로, 팰컨 9 v1.1의 기능을 능가함
• 로켓은 정지 전이 궤도 (GTO) 임무를 위한 1단을 드론 우주선에 착륙시킬 수 있음
• 로켓은 발사체 단계의 신속한 재사용을 목표로 하는 스페이스X의 재사용 가능한 발사 시스템 개발 프로그램의 기술을 사용하여 설계되었음
• 기술은 그라스호퍼 데모기와 팰컨 9 v1.1 비행에서 제어 하강 테스트를 통해 테스트되었음
• 2015년에 스페이스X는 팰컨 9 v1.1을 수정하여 내부적으로 팰컨 9 v1.2, 향상된 팰컨 9, 풀 퍼포먼스 팰컨 9, 팰컨 9 업그레이드라고도 하는 팰컨 9 풀 스러스트 (Falcon 9 Full Thrust)라는 명칭을 붙었음
• 새로운 설계의 핵심 목표는 대형 통신 위성을 정지궤도로 발사하는 등 더 광범위한 임무에 대한 부스터 재사용성을 향상시키는 것이었음
• 업그레이드된 버전에서 변경된 사항은 다음과 같습니다:
• 밀도 (주어진 탱크 부피에 더 많은 연료와 산화제를 저장할 수 있을 뿐만 아니라 터보 펌프를 통해 추진제 질량 유량을 증가시켜 추력을 증가시킴)를 위해 66.5K (-206.7°C, 119.7°R, -340.0°F)로 냉각된 액체 산소 및 266.5K (-6.6°C, 479.7°R, 20.0°F)로 냉각된 RP-1을 사용함
• 1단 업그레이드 된 구조
• 2단 추진제 탱크가 더 길어짐
• 2단 엔진 노즐, 그리드 핀 및 자세 추진기를 수용하는 더 길고 강력한 인터스테이지
• 단분리를 위해 센터 푸셔 추가
• 그리드 핀의 디자인 진화
• 수정 된 옥타 웹
• 업그레이드된 착륙 다리
• 멀린 1D 엔진 추력 증가 과냉각으로 달성한 밀도 높은 추진제의 이점을 활용하여 멀린 1D의 최대 추력 변형으로 변경
• 추진제 과냉각으로 멀린 1D 진공 추력 증가
• 몇 가지 작은 질량 감소 노력
• 로켓의 수정된 설계로 높이가 1.2m 증가하여 페이로드 페어링을 포함하여 총 70 m (230 ft)에 도달함
• 로켓의 전반적인 성능은 33% 향상됨
• 새로운 1단 엔진은 무게 대비 추력비가 크게 향상된 것이 특징임
• 최대 추력 1단 부스터는 상단과 무거운 위성을 탑재하지 않을 경우 단일 단계로 지구 저궤도에 도달할 수 있음
• 2017년에 스페이스X는 페이로드 페어링 반쪽을 위한 실험적인 복구 시스템을 포함한 버전을 출시함
• 2017년 3월 30일, 스페이스X는 제어된 수상 착륙을 위해 추진기와 조종 가능한 낙하산을 사용하여 SES-10 임무에서 페어링을 성공적으로 회수함
• 2017년 6월 25일 비행 (이리듐 넥스트 11-20)에서는 알루미늄 그리드 핀을 티타늄으로 업그레이드하여 제어력을 향상하고 재진입 열을 견딜 수 있도록 함
• 엘론 머스크는 새로운 티타늄 그리드 핀은 비행 후 검사 후 비행 사이에 정비가 필요하지 않을 것이라고 말함

2.1.1. 자율 비행 종료 시스템

• 스페이스X는 60년 이상 미국 발사에 사용된 기존의 지상 기반 시스템을 대체할 자율 시스템을 개발하고 있음
• 자율 시스템은 텍사스의 VTVL 하위 궤도 비행과 여러 궤도 발사 중에 테스트됨
• 새로운 자율 비행 안전 시스템 (AFSS)을 사용한 첫 번째 운영 발사는 2017년 2월에 이루어진 스페이스X의 CRS-10이었음
• 기존의 지상 기반 시스템을 사용한 마지막 발사는 2017년 3월의 에코스타 23이었음
• AFSS는 지상 기반 임무 비행 제어를 온보드 위치, 내비게이션, 타이밍 소스 및 결정 로직으로 대체함
• AFSS의 이점은 다음과 같습니다:
• 공공 안전 강화
• 범위 인프라에 대한 의존도 감소
• 우주선 비용 절감
• 일정 예측 가능성 및 가용성 향상
• 운영 및 발사 슬롯 유연성 향상

2.1.2. 블록 4

• 2017년에 스페이스X는 “블록 4”라고 하는 팰컨 9 풀 스러스트 버전에 점진적인 변경을 적용하기 시작함
• 처음에는 두 번째 단계만 블록 4 표준으로 업그레이드되었고, 1단는 세 가지 임무를 위해 "블록 3"으로 유지됨:
• NROL-76, 인마샛-5 F4 (2017년 5월)
• 인텔샛 35e (2017년 7월)
• 블록 4는 풀 스러스트 v1.2 “블록 3”과 곧 출시될 팰컨 9 블록 5 사이의 과도기적 설계로 사용됨
• 블록 4 수정에는 엔진 추력에 대한 점진적인 업그레이드가 포함되어 블록 5의 최종 사양으로 이어짐
• 블록 4 설계의 첫 번째 완전 비행 (1단 및 2단 모두)은 2017년 8월 14일 NASA CRS-12 임무 중에 이루어짐

2.1.3. 블록 5

• 스페이스X는 2017년에 블록 4의 뒤를 잇는 팰컨 9 블록 5 버전을 개발한다고 발표함
• 블록 5의 주요 개선 사항은 다음과 같습니다:
• 모든 엔진에서 더 높은 추력
• 향상된 착륙 다리
• 1단 부스터의 복구 및 재사용성을 간소화하기 위한 수많은 작은 변경 사항
• 생산 속도와 재사용 효율성을 높이는 데 중점을 둠
• 스페이스X의 목표는 각 블록 5 부스터를 점검만으로 10회, 수리로 최대 100회까지 비행하는 것임
• 블록 5 2단에는 임무 연장 키트를 장착하여 더 긴 임무와 더 많은 엔진 시동을 할 수 있음

2.2. 로켓 사양

• 팰컨 9 풀 스러스트는 4.5 m 길이의 인터스테이지가 특징이며, 이는 팰컨 9 v1.1보다 더 길고 튼튼함
• 인터스테이지는 알루미늄 허니콤 코어와 탄소 섬유 페이스 시트가 있는 복합 구조로 만들어짐
• 발사 시 팰컨 9 풀 스러스트의 총 길이는 70 m이며, 총 연료 질량은 549,000 kg임
• 기체는 알루미늄-리튬 합금, 특히 2195-T8을 사용함
• 업그레이드된 팰컨 9에는 1단 회수 시스템이 포함되어 있어 스페이스X는 임무가 끝난 후 1단을 발사 장소로 회수할 수 있음
• 회수 시스템은 상승하는 동안 잠기는 4개의 전개 가능한 착륙 다리로 구성됨
• 회수를 위한 여분의 추진제는 필요한 경우 주 임무를 지원하기 위해 리디렉션되어 성능 마진을 확보할 수 있음
• 정지 정지 궤도에 대한 공칭 페이로드 용량은 1단 회수 시 5,500 kg (12,100 lb)이며, 발사당 가격은 6,200만 달러임
• 1단 소모품을 사용하면 페이로드 용량은 8,300 kg (18,300 lb)까지 증가함

3. 개발 역사

3.1. 개발

• 2014년 3월, 스페이스X의 팰컨 9 v1.1 로켓은 가격 및 페이로드 사양에 표시된 것보다 약 30% 더 높은 성능을 가짐
• 추가 성능은 고객의 페이로드 요구 사항을 충족하면서 재사용성 테스트에 활용됨
• 팰컨 9 v1.1 버전에서 1단의 재사용성 및 복구를 지원하기 위해 엔지니어링 변경이 이루어짐
• 스페이스X는 팰컨 9 풀 스러스트를 통해 페이로드 성능을 높이거나 발사 가격을 낮추거나 두 가지를 모두 달성할 수 있는 역량을 갖추게 됨
• 2015년에 스페이스X는 팰컨 9 v1.1의 수정 사항을 발표하여 다양한 이름으로도 불리는 팰컨 9 풀 스러스트의 개발을 이끌었음
• 2015년 3월, 그윈 샷웰 스페이스엑스 사장은 새로운 디자인이 생산 효율화와 성능 향상을 가져올 것이라고 설명함:
  
  그래서 우리는 더 높은 추력 엔진을 확보하고 개발을 완료했으며 [자격 테스트]를 진행 중입니다. 또한 구조를 약간 수정하는 작업도 하고 있습니다. 공장에서 두 가지 버전, 즉 두 개의 코어만 만들고 싶은데 그 이상은 고객 입장에서 좋지 않을 것 같아서요. 성능이 30% 정도 향상되었거나 조금 더 향상되었을 수도 있습니다. 이 코어가 하는 일은 드론 우주선에 GTO 임무를 위한 첫 번째 단계를 착륙시킬 수 있게 해주는 것입니다.
• 2015년 5월, 스페이스X는 팰컨 9 풀 스러스트가 미국 정부 계약에 대한 재인증이 필요하지 않을 것이라고 발표함
• 그윈 샷웰은 기관과의 인증 절차가 반복적이며 새로운 차량 버전에 대해서는 더 빨라질 것이라고 언급함
• 미 공군은 2016년 1월에 업그레이드된 팰컨 9을 군용 발사용으로 인증함
• 이 인증은 한 번의 성공적인 발사와 국가 안보 우주 위성을 위한 새로운 발사 시스템을 설계, 생산, 검증 및 납품할 수 있는 차량의 입증된 능력을 기반으로 이루어졌음

3.2. 테스트

• 업그레이드된 로켓의 1단계는 2015년 9월에 스페이스X의 맥그리거 시설에서 승인 테스트를 시작함
• 첫 번째 정적 연소 테스트는 2015년 9월 21일에 완료됨
• 테스트에는 과냉각 추진제와 개선된 멀린 1D 엔진이 사용됨
• 로켓은 정적 연소 테스트 중에 최대 스로틀에 도달함
• 발사는 2015년 11월 17일로 예정되어 있음

3.3. 처녀 비행

• SES S.A.는 2015년 2월에 팰컨 9 풀 스러스트 로켓을 사용하여 SES-9 위성을 발사할 계획을 발표함
• 스페이스X는 오브콤 OG2 임무에 사용되었던 첫 번째 발사 대신 팰컨 9 풀 스러스트의 두 번째 비행에서 SES-9을 발사하기로 결정함
• SES-9 임무에는 2단 엔진 재시작을 포함하여 더 복잡한 2단 연소 프로파일이 필요함
• 오브콤 임무는 더 까다로운 SES-9 임무에 앞서 2단 엔진을 추가로 테스트할 수 있었음
• 팰컨 9 풀 스러스트는 2015년 12월 22일 처녀 비행을 완료하여 오브콤 위성 탑재체를 성공적으로 발사하고 1단을 케이프 커내버럴에 착륙시켰음
• SES-9 임무는 2016년 3월 4일에 진행됨

4. 발사 기록

4.1. 2015년

4.2. 2016년

4.3. 2017년

4.4. 2018년

5. 발사 및 착륙 장소

5.1. 발사 장소

• 스페이스X는 처음에 발사 단지 40과 우주 발사 단지 4E에서 팰컨 9 풀 스러스트 로켓을 사용함
• 2016년 사고 이후, 케네디 우주 센터의 LC-39A로 발사가 이전됨
• 2014년에 필요한 시설을 위한 공사가 시작됨
• 2017년에 LC-39A에서 첫 발사 성공
• 이 발사장은 스페이스X 드래곤 2의 크루 탑승 임무도 준비 중
• 텍사스에 또 다른 발사장이 계획되었지만 이제는 팰컨 9 또는 팰컨 헤비 발사 대신 스타쉽 호퍼 시험 비행에 사용될 것임

5.2. 착륙 장소

• 스페이스X는 케이프 커내버럴 공군기지에 직경 282피트 패드를 갖춘 LZ-1이라는 착륙 구역 건설을 완료함
• 이 구역에 처음으로 성공적으로 착륙한 것은 2015년 12월 16일에 팰컨 9 풀 스러스트 (Full Thrust)였음
• 2020년 6월 4일 현재 단 한 번의 착륙 시도가 실패했으며, 부스터가 해상에 착륙함
• 스페이스X는 LZ-1 옆에 팰컨 헤비 비행 후 동시 부스터 착륙을 위한 LZ-2를 건설하여 2022년 11월까지 4대의 부스터가 착륙할 예정임
• 또한 이를 위해 2014년에 철거된 반덴버그 공군 기지의 이전 발사 단지인 SLC-4W에 착륙장을 만듬
• 2018년 10월 8일, 팰컨 9은 처음으로 LZ-4라는 새로운 패드에 성공적으로 착륙함

5.3. 드론 선박

• 2014년부터 스페이스X는 엔진과 착륙 플랫폼을 갖춘 데크 바지선으로 자율 우주선(ASDS)을 제작했음
• 이 선박은 발사 지점에서 멀리 떨어져 있으며 고속 임무에서 1단 회수용으로 사용됨
• 스페이스X는 지침을 읽으십시오, 물론 나는 여전히 당신을 사랑합니다, 그리고 중력 부족이라는 세 가지 드론 선박을 운영함
• '지침을 읽어라'와 '그래비타스 부족'은 케이프 커내버럴에서 대서양으로 발사할 때 사용되며, '물론 나는 여전히 당신을 사랑합니다'는 반덴버그에서 태평양으로 발사할 때 사용함

6. 관련 문서

• 스페이스X
• 팰컨 9