비상 탈출 시스템

비상 탈출 시스템(launch escape system, 런치 이스케이프 시스템, LES) 또는 발사 중단 시스템(launch abort system, LAS)은 우주 캡슐에 연결된 승무원 안전 시스템이다. 이는 임박한 폭발과 같이 발사 중단이 필요한 비상 상황 발생 시, 캡슐을 우주발사체로부터 신속하게 분리하기 위해 중요한 비상 상황에서 사용된다. LES는 일반적으로 자동 로켓 고장 감지 기능과 승무원 사령관의 수동 활성화 기능이 결합되어 제어된다. LES는 발사체가 발사대에 있거나 상승 중에 사용될 수 있다. 이러한 시스템은 일반적으로 세 가지 유형이 있다.

 섬네일|제미니의 발사 탈출 시퀀스 다이어그램|265x265px캡슐 위에 탑재된 탑에 장착된 고체 연료 로켓은 단기간에 비교적 큰 추력을 제공하여 캡슐을 우주발사체로부터 안전한 거리로 떨어뜨린 후, 캡슐의 낙하산 회수 시스템을 사용하여 지상이나 수면에 안전하게 착륙할 수 있도록 한다. 탈출 탑과 로켓은 더 이상 필요 없거나 비행을 효과적으로 중단하는 데 사용할 수 없는 지점에서 일반 비행 시 우주선에서 분리된다. 이 시스템은 머큐리, 아폴로, 소유스, 선저우 캡슐에 사용되었다.
군용 항공기에 사용되는 것과 같이 승무원이 스스로 탈출하는 좌석(사출 좌석)에 앉으며, 각 승무원은 개별 낙하산을 사용하여 지구로 귀환한다. 이러한 시스템은 제한된 고도 및 속도 범위에서만 효과적이다. 이 시스템은 보스토크 및 제미니 캡슐과 시험 단계의 우주왕복선 컬럼비아에 사용되었다.
 크루 드래곤, 스타라이너, 뉴 셰퍼드의 경우처럼 탈출 탑과 동일한 기능을 하는 캡슐 또는 분리 가능한 서비스 모듈에 통합된 추진기.

역사
섬네일|위로 긴|실패한 머큐리-레드스톤 1호 임무에서 머큐리 우주선에서 의도치 않게 발사된 탈출 시스템
섬네일|위로 긴|선저우가 사용하는 탈출 탑
우주선에서 캡슐을 분리하기 위해 로켓을 사용하는 아이디어는 막심 파젯이 1958년에 개발했다. 우주 캡슐 상단에 로켓을 수용하는 탑을 사용하는 이 시스템은 1959년 3월 머큐리 계획 캡슐 시험에 처음 사용되었다. 역사적으로 LES는 미국의 머큐리와 아폴로 우주선에 사용되었다. 두 설계 모두 고체 연료 로켓 모터를 사용했다. 머큐리 LES는 레들랜즈에 있는 그랜드 센트럴 로켓 컴퍼니(이후 록히드 추진 컴퍼니가 됨)에서 제작했다. 아폴로는 머큐리 시스템과 많은 유사점을 가진 설계를 사용했다. LES는 러시아의 소유스와 중국의 선저우 우주선에서 계속 사용되고 있다. 스페이스X의 드래곤 2는 캡슐에 통합된 접촉점화성 액체 연료 발사 중단 시스템을 사용하고 보잉 CST-100 스타라이너는 서비스 모듈에 중단 추진기를 사용한다.

관련 시스템
섬네일|왼쪽|upright=0.6|비상 탈출 시스템의 하위 시스템 (인도 우주 연구 기구, 2023)
소련의 보스토크 우주선과 미국의 제미니 우주선은 모두 사출 좌석을 사용했다. 유럽 우주국의 헤르메스와 소련의 부란급 스페이스플레인도 승무원을 태우고 비행했더라면 이를 사용했을 것이다. 소유스 T-10a에서 볼 수 있듯이 LES는 승무원 구획을 발사대에서 낙하산이 펼쳐질 수 있는 충분한 높이까지 운반할 수 있어야 한다. 결과적으로 이들은 크고 강력한 (그리고 무거운) 고체 로켓을 사용해야 한다. 소유스 발사 탈출 시스템은 러시아어/전사된 러시아어  또는 에서 파생된  또는 SAS라고 불리며, 이는 비상 구조 시스템을 의미한다.

소련의 프로톤 발사체는 존드 프로그램과 TKS 프로그램에 따라 탈출 탑을 장착하고 수십 번 비행했다. 모든 비행은 무인으로 이루어졌다.

우주왕복선은 초기 시험 비행에서 두 명의 조종사를 위한 사출 좌석이 장착되었으나, 운용 가능하다고 판단되고 추가 승무원을 태우게 되면서 제거되었다. 이들은 탈출 해치를 제공받을 수 없었다. 1986년 챌린저 재앙 이후, 모든 생존한 궤도선은 주 진입/탈출 해치를 통해 승무원 대피를 허용하도록 개조되었다(우주복 위에 착용할 수 있는 특별히 개발된 낙하산 시스템 사용). 그러나 이는 왕복선이 제어된 활공 상태에 있을 때만 가능했다.

섬네일|왼쪽|upright=1.2|2015년 5월 6일 패드 중단 테스트를 진행 중인 드래곤 2, "푸셔" LAS 시연.
우주왕복선 프로그램을 계승하기 위해 개발된 오리온 우주선은 머큐리 및 아폴로 스타일의 탈출 로켓 시스템을 사용하는 반면, 맥스 발사 중단 시스템 (MLAS)이라는 대체 시스템NASA Spaceflight: Orion MLAS .은 조사되었으며, 탄도형 보호 발사 슈라우드에 통합된 기존의 고체 로켓 모터를 사용했을 것이다.

NASA의 상업 승무원 개발 (CCDev) 프로그램에 따라 블루 오리진은 혁신적인 '푸셔' LAS 개발을 위해 370만 달러를 지원받았다. 이는 뉴 셰퍼드 크루 캡슐에 사용된다.

또한 NASA의 CCDev 프로그램에 따라 스페이스X는 자체 "푸셔" LAS 개발을 위해 7,500만 달러를 지원받았다. 드래곤 2 우주선은 발사 중단 시나리오에서 수퍼드라코 엔진을 사용한다. 탑이 없기 때문에 종종 "푸셔" 배열이라고 불리지만, 드래곤 2 LAS는 캡슐과 트렁크를 함께 발사체에서 분리한다. 이 시스템은 보다 전통적인 트랙터 LAS와 같이 중단 스택 상단에 있는 수퍼드라코 엔진으로 중단되도록 설계되었다. 이 개념은 2015년 5월 6일 SLC-40, 케이프 커내버럴 공군 기지에서 수행된 패드 중단 테스트에서 처음 시험되었다. 스페이스X는 2020년 1월 19일 케네디 우주 센터 제39발사단지에서 팰컨 9 로켓 오작동의 실물 크기 시뮬레이션을 통해 이 시스템을 테스트했으며, 이후 이곳에서 국제 우주 정거장으로 승무원을 발사했다.

NASA가 CCDev 프로그램에서 선정한 두 번째 유인 우주선은 보잉의 CST-100 스타라이너로, 스페이스X의 드래곤 2 우주선과 마찬가지로 "푸셔" 발사 탈출 시스템을 사용한다. 이 시스템은 서비스 모듈에 장착된 4개의 발사 중단 엔진으로 구성되어 발사대 또는 상승 중 비상 상황 발생 시 우주선을 아틀라스 V 발사체에서 멀리 떨어뜨릴 수 있다. 이 엔진은 접촉점화성 추진제를 사용하며 각각 의 추력을 생성하며 에어로젯 로켓다인에서 제공한다. 이 중단 시스템은 2019년 11월 4일 화이트샌즈 미사일 실험장에서 스타라이너의 패드 중단 테스트 중에 성공적으로 시험되었다.

오비털 사이언스 코퍼레이션은 컨스텔레이션 프로젝트가 취소됨에 따라 오리온 우주선을 위해 제작 중이던 LAS를 미래의 상업 승무원 운반체 제공업체에 판매할 계획이다.

사용법
섬네일|ISRO ISRO 유인 우주선 더미 모듈이 2018년 7월 5일 발사 탈출 시스템 패드 중단 테스트 중 이륙하는 모습.

1960년 11월 21일 머큐리-레드스톤 1호 임무 중, 레드스톤 부스터 엔진이 발사대에서 점화 직후 꺼진 뒤 탈출 시스템이 머큐리 우주선에서 의도치 않게 발사되었다. 우주선은 지상에서 부스터에 계속 붙어 있었다.

무인 소유스 7K-OK 1호 우주선의 발사 시도 중이던 1966년 12월 14일에 발사 탈출 시스템이 우발적으로 발사대에서 작동했다. 발사체의 스트랩온 부스터는 점화되지 않아 로켓이 발사대를 떠나지 못했다. 약 30분 후, 발사체가 고정되는 동안 LES 엔진이 발사되었다. 분리 장약은 로켓의 3단에서 화재를 일으켰고, 이는 발사대 작업자 한 명을 사망에 이르게 한 폭발로 이어졌다. 발사 시도 중 부스터는 정상적으로 외부 전원에서 내부 전원으로 전환되었고, 이는 비상 감지 시스템을 활성화했다. 원래 LES 발사는 로켓을 7도 이상 기울게 한 갠트리 암에 의해 유발되어 정의된 비행 중 비상 조건 중 하나를 충족했다고 생각되었다.

섬네일|소련 장교들이 소유스 T-10 캡슐이 발사대에서 비상 탈출하는 모습을 지켜보고 있다 (1983년 9월).
승무원 임무에 처음 사용된 것은 1983년 9월 26일 소유스 T-10-1 발사 시도 중이었다. 발사 직전 로켓에 불이 붙었고, 로켓이 폭발하기 몇 초 전 LES가 승무원 캡슐을 안전하게 분리했다. 승무원들은 5초 동안 14~17g (140~170 m/s2)의 가속도에 노출되어 심한 타박상을 입었다. 보고에 따르면 캡슐은  고도에 도달했고 발사대에서  떨어진 곳에 착륙했다.

2018년 10월 11일, 소유스 MS-10의 승무원들은 상승 중 50km 고도에서 부스터 로켓 분리 실패가 발생한 후 발사체에서 분리되었다. 그러나 임무의 이 시점에서는 LES가 이미 분리되어 승무원 캡슐을 나머지 발사체에서 분리하는 데 사용되지 않았다. 백업 모터를 사용하여 승무원 캡슐을 분리하여 승무원은 발사 후 약 19분 만에 안전하고 부상 없이 착륙했다.

2022년 9월 12일 블루 오리진의 뉴 셰퍼드 비행 NS-23 중, 부스터의 BE-3 엔진이 비행 약 1분 만에 고장을 겪었다. 비상 탈출 시스템이 작동되었고 캡슐은 성공적으로 분리되어 정상적으로 착륙했다. 이 비행은 승무원 없이 캡슐에 미세 중력 과학 페이로드를 운반하고 있었다.

 같이 보기 
 비행 종료 시스템
 아폴로 비상 탈출 모드
 소유스 비상 탈출 모드
 패드 어보트 테스트-1 – 아폴로 더미 페이로드 BP-6와 함께 발사대에서 비상 탈출 시스템 (LES) 비상 탈출 테스트.
 패드 어보트 테스트-2 – 아폴로 더미 페이로드 B-23A와 함께 거의 블록-I CM의 LES 패드 비상 탈출 테스트.
 ISRO 패드 중단 테스트 – ISRO 승무원 모듈의 패드 중단 테스트
 크루 드래곤 비행 중단 테스트 – 스페이스X 크루 드래곤 캡슐과 팰컨 9의 발사 중단 테스트.

 각주 

 외부 링크 

 발사대 탈출 시스템 설계 (유인 우주 비행). NASA.gov
 소유스 T-10-1
 NASA 오리온 패드 중단 1차 시험 비행 사진 
 NASA 패드 중단 1차 시험 비행 비디오 하이라이트

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