페이로드 페어링

섬네일|팰컨 9의 클램셸 페어링 시험 예시, 2013년 5월 27일

페이로드 페어링(payload fairing) 또는 노즈 페어링(nose fairing)은 대기를 통해 발사하는 동안 우주선의 페이로드를 동압과 공력가열의 영향으로부터 보호하는 데 사용되는 노즈콘이다. 일부 비행에서는 정밀 기기를 위한 청정실 환경을 유지하는 추가 기능을 수행하기도 한다.Arianespace, 2016, Ariane 6 User Manual, page 3-11 대기권을 벗어나면 페어링은 투하되어 페이로드를 우주 공간에 노출시킨다.

표준 페이로드 페어링은 공기역학적 고려 사항으로 인해 일반적으로 원뿔-원통 조합이지만, 다른 특수 페어링도 사용된다. 투하 시 두 개의 절반으로 분리되는 페어링 유형은 조개의 양분된 껍데기에 비유하여 클램셸 페어링이라고 불린다. 경우에 따라 페어링은 아틀라스 V와 프로톤 MA Conceptual Design for the Space Launch capability of the peacekeeper ICBM  처럼 페이로드와 로켓의 상단부를 모두 둘러쌀 수 있다.

페이로드가 부스터의 핵심 구조물과 페어링에 모두 부착된 경우, 페이로드는 페어링의 굽힘 하중뿐만 아니라 돌풍 및 버핏팅으로 인한 진동으로 인한 관성 하중의 영향을 받을 수 있다.Thomas P. Sarafin, Wiley J. (1995) "Spacecraft Structures and Mechanisms--from Concept to Launch",  p. 47 

항공우주 산업에서 프러스텀은 다단 로켓(예: 새턴 V)의 두 단계 사이에 있는 페어링으로, 절두체(기하학적으로는 일종의 절두체) 모양이다.

페어링 회수 및 재사용
페이로드 페어링은 보통 대기권에서 불타거나 바다에 충돌하여 파괴되었지만, 스페이스X는 2010년대에 페어링 회수 프로그램을 통해 이를 회수하기 시작했다. 2017년 3월 30일, 스페이스X는 역사상 처음으로 페어링을 온전히 회수하는 데 성공했다. 2019년 6월 25일, 스페이스X는 STP-2 발사에서 팰컨 헤비 페어링을 두 번째로 성공적으로 잡을 수 있었다. 그 후 스페이스X는 궤도 발사당 6백만 달러의 비용으로 제조되는 페어링을 재사용하기 시작했다. 일론 머스크 최고경영자는 페어링이 바닷물에 닿기 전에 회수하는 것이 "재정비를 더 쉽게 만든다"고 밝혔다.Wall, Mike. "Watch SpaceX boat catch falling payload fairing in giant net (video)" , Space.com, August 19, 2020

재래식 페이로드 페어링은 일반적으로 발사체에서 투하되어 바다에서 회수되지만, 로켓 랩의 뉴트론 로켓은 차량에 통합된 페어링을 사용할 것을 제안한다. 이 부착된 페어링은 단계 분리 중에 열려 2단계와 페이로드를 방출하고, 단계 분리 후에 다시 닫힌 다음, 첫 번째 단계와 함께 지구로 돌아온다.

페이로드 페어링으로 인한 임무 실패
일부 경우 페어링은 상단부 차단 후에 분리되도록 계획되어 있으며, 다른 경우에는 차량이 대기의 가장 밀도가 높은 부분을 통과한 후, 하지만 차단 전에 분리가 발생한다. 이러한 경우 페어링 분리 실패는 추가 질량으로 인해 우주선이 궤도에 도달하지 못하게 할 수 있다.

섬네일|궤도상의 증강 표적 도킹 어댑터와 여전히 부착된 페이로드 페어링
제미니 9A호 유인 임무에 사용될 증강 표적 도킹 어댑터는 1966년 6월 아틀라스 SLV-3에 의해 성공적으로 궤도에 진입했다. 그러나 제미니 승무원이 이 어댑터와 랑데부했을 때, 페어링이 열리지 않고 분리되지 않아 도킹이 불가능하다는 것을 발견했다. 비행 전에 제거되었어야 할 두 개의 끈이 여전히 제자리에 있었다. 원인은 발사 승무원의 오류로 판명되었다.

1990년대에는 페이로드 페어링 문제로 인해 창정 2E 발사체의 수많은 실패가 발생했다.

1999년, 아테나 II 로켓의 페이로드 페어링이 제대로 열리지 않아 이코노스-1 지구 관측 위성이 궤도에 도달하지 못하고 발사에 실패했다.Athena Investigation Points to Payload Fairing 

2009년 2월 24일, 미국 항공 우주국의 궤도 탄소 관측위성 위성은 이륙 후 궤도 도달에 실패했다. 해당 기관은 타우루스 XL 발사체의 페어링이 분리되지 않아 차량이 너무 많은 질량을 유지하고 결과적으로 지구로 떨어져 남극 근처의 인도양에 착륙했다고 결론지었다.

2009년 우주비행에 발사된 대한민국 최초의 우주발사체 나로호에도 동일한 일이 발생했다. 발사 중 페이로드 페어링의 절반이 분리되지 않아 로켓이 경로를 벗어났다. 위성은 안정적인 궤도에 도달하지 못했다.

2011년 3월 4일, 미국 항공 우주국의 글로리 위성은 오비탈 사이언시스의 타우루스 XL 발사체에서 페어링 분리 실패로 이륙 후 궤도 도달에 실패하여 인도양에 추락했다.Buck, Joshua (February 19, 2013). "NASA Releases Glory Taurus XL Launch Failure Report Summary ". 미국 항공 우주국. Retrieved March 16, 2014. 이 실패는 오비탈 사이언시스의 타우루스 XL 차량에서 페어링이 2회 연속으로 실패한 것을 의미한다. 미국 항공 우주국은 이후 궤도 탄소 관측위성의 대체 위성인 OCO-2의 발사체를 타우루스에서 델타 II 로켓으로 변경하기로 결정했다.

2017년 8월 31일, ISRO의 IRNSS-1H 위성은 PSLV-C39 로켓의 페이로드 페어링이 분리되지 않아 배치에 실패했다. 추가 질량으로 인해 각 단계의 성능은 정상이었음에도 불구하고 로켓은 원하는 궤도에 도달할 수 없었다. 페이로드는 내부적으로 분리되었지만 열 차폐막(페어링의 대체 이름) 내부에 박혔다.

2021년 8월 3일, 하이퍼볼라-1 로켓이 실패했다. 발사 다음날 iSpace는 페이로드 페어링이 제대로 분리되지 않아 단일 위성이 의도한 궤도에 도달할 수 없었다고 밝혔다.

2022년 2월 10일, 아스트라 3.3 발사가 실패했다. 페어링 분리 실패가 원인으로 의심된다.

제조사

 취리히에 본사를 둔 루아그 스페이스는 유럽 우주 계획의 협력의 일환으로 아리안의 페어링 제조사이며,Brian Harvey, "Europe's Space Programme: To Ariane and Beyond", ,  p. 150 아틀라스 V용 5m 페어링을 생산한다.
 스페이스X는 자사의 발사체에 사용되는 페어링을 제조한다.
 인도 발사체의 페이로드 페어링은 힌두스탄 항공(Hindustan Aeronautics Ltd)에서 제조한다.
 H-IIA 및 엡실론과 같은 일본 발사체는 가와사키(Kawasaki)에서 만든 페이로드 페어링을 사용한다.

이미지 갤러리

 같이 보기 
 사보
 우주발사체
 스페이스X 페어링 회수 프로그램

 각주 

 외부 링크 


분류:우주발사체