2014년 유럽 Galileo 위성의 궤도 에러

유럽 Galileo 위성의 궤도 진입 에러

• Galileo 프로젝트는 미국 GPS와 러시아 GLONASS에 대한 의존을 끊기 위해 유럽 연합이 구축 중인 위성 위치 확인 시스템(global positioning system). 133억 달라 이상의 비용이 투입되었으며, 2019년 프로젝트가 완료되면 지구에서 약 23,500km 떨어진 궤도에 자리잡은 30개 위성이 가용할 것으로 기대. 현재는 2011년과 2012년에 발사된 4개의 데모 위성이 Galileo 시스템의 전반 개념을 테스트하기 위한 궤도 내 확인(In-Orbit Validation) 단계에서 사용되고 있음
• 2014년 8월 22일 금요일 12:27 GMT, Doresa와 Milena라는 이름의 5번째와 6번째 Galileo 위성이 러시아가 생산한 Soyuz VS09 로켓에 실려서 French Guiana의 Kourou 기지에서 발사됨
• 처음엔 발사가 완전히 성공적인 것으로 생각되었지만 두 위성이 잘못된 궤도로 보내진 것이 약 2시간 후쯤 확인됨. 원래 목표했던 원형 궤도가 아닌 더 낮은 위치의 타원형 궤도에 있음이 판명됨에 따라 애초의 미션(“fully operational” GPS 항행 위성)을 수행할 수 있을지 여부가 불확실해짐

에러 원인 – 러시아 Fregat 상단 로켓의 설계 결함(design flaw)

• 이 궤도 에러 원인을 찾기 위해 러시아와 유럽의 두 개의 조사위원회가 꾸려졌고, 조사 결과 3-스테이지 Soyuz 로켓은 계획대로 정상 작동했지만 Fregat 상단 로켓(upper stage)에 문제가 있었던 걸로 밝혀짐. 이륙 후 약 35분쯤 러시아 업체 NPO Lavochkin가 설계하고 생산한 Fregat 로켓의 4번째 스테이지 비행에 이상(anomaly)이 발생함
• Fregat의 두 개의 자세 제어 추진기(attitude control thrusters)가 발화되어야 할 시점에 발화에 실패. 이는 Fregat의 하이드라진(hydrazine) 연료가 공급선에서 얼면서 추진기로의 연료 공급을 일시적으로 막았기 때문이고, 연료가 동결된 이유는 Fregat의 하이드라진 연료 공급선과 차가운 헬륨을 나르는 또 다른 공급선이 너무 가깝게 동일한 지지구조물에 의해 연결되어 있어서 열교 현상(a thermal bridge)이 생겼기 때문
• 실제 이런 열교가 PO Lavochkin에서 현재 생산 중인 다른 Fregat 스테이지에서도 일부 발견됨에 따라 Fregat 설계 문서의 애매함(ambiguities in the design documents)이 두 공급선 사이에 이런 타입의 열교가 설치되는걸 허용한 근본 원인으로 식별됨. 또한 이 설계 모호성은 스테이지 시스템 설계 동안 수행된 열 분석(thermal analyses)에서 관련된 열 전사(thermal transfers)를 고려하지 않은 결과라고 지적됨
• 2014년 8월 22일 실패가 있기 전까지는 Fregat 상단 로켓이 2000년에 첫 비행을 한 이후로 45건의 미션에서 연속해서 성공적으로 사용되어 왔음

해당 이슈에 의해 영향을 받는 모든 영역을 식별하기 위해 시스템 열 분석이 면밀히 재검토되었으며, Fregat의 비행 복귀를 위해 NPO Lavochkin가 아래의 시정 조치(corrective actions)를 기 생산된 로켓에 즉시 적용함

- 시스템 열 분석 개정

- 설계 문서에서 관련된 부분 수정

- 연료 공급선의 제조, 조립, 통합 및 인스펙션 절차를 위한 문서 변경 

[2015년 3월 9일, 잘못된 궤도의 Galileo 위성 복구에 성공했음을 알리는 유럽우주국(ESA) 영상]