아폴로 11호 발사: "시뮬레이션만 버티면, 임무는 식은 죽 먹기입니다"
아폴로 11호는 1969년에 발사되어 최초의 달 착륙인들을 실었습니다.
1962년, 존 F. 케네디 대통령은 미국이 달에 사람을 착륙시키고 안전하게 지구로 돌아오게 하겠다는 야심 찬 목표를 공표했습니다.
그 이후로, NASA는 결국 1969년 7월에 닐 암스트롱, 버즈 올드린, 마이클 콜린스를 우주로, 그리고 역사책으로 이끌 프로젝트에 엄청난 인력과 기술, 그리고 창의력과 끈기를 동원했습니다.
이 우주비행을 위해 NASA는 믿을 수 없을 만큼 정교한 시뮬레이터 시스템을 구축했습니다. 이 시뮬레이터 덕분에 승무원들은 아폴로 우주선의 복잡한 세부 사항을 익히고, 미션 컨트롤은 발사부터 달 착륙, 재진입까지 모든 단계에서 철저히 연습할 수 있었습니다.
패리와 버크가 묶여 있던 장치는 콜롬비아라는 별명을 가진 명령 모듈 안에 있고 그것을 조종하는 느낌을 재현했습니다. 이 장치는 우주 캡슐과 동일한 비행 제어 장치와 디스플레이를 갖추고 있었으며, 미션 중 발생할 수 있는 모든 반응과 출력을 생성할 수 있었습니다. 또한 우주비행사들이 결국 사용할 장치와 정확히 같은 "느낌"을 갖도록 설계되어 근육 기억을 발달시킬 수 있었습니다.
"이 우주선 안에 있을 우주비행사들은 최대 14일 동안 갇혀 있을 수 있으며, 그 시간 동안 교대로 8시간씩 이 제어판에서 계기와 기기를 보고 스위치를 조작할 것입니다, "라고 패리는 말했습니다.
제임스 버크는 "우주선이 깊은 우주에서 회전할 때 아폴로의 창문을 부드럽게 지나가는 1353개의 중요한 별들이 서로 정확한 크기로 보입니다, "라고 덧붙였습니다.
우주에 있는 느낌을 만들기 위해, NASA는 지구의 3D 축소 모형과 정교한 광학 시스템을 정성스럽게 제작하여 미션의 각 단계에서 지구와 아폴로 우주선이 회전할 때 창 밖의 현실적인 모습을 투영했습니다. 우주선은 태양을 마주하는 쪽이 과열되지 않도록, 그리고 반대쪽이 우주의 추운 온도에서 얼지 않도록 천천히 회전해야 했습니다. 우주비행사들은 이 조작을 "바베큐 모드"라고 불렀습니다.
"우주선의 모든 미세한 움직임이 여기에서 반영되며, 프리즘이 회전할 때 우주비행사는 수백 마일 아래의 지구를 생생하게 느낄 수 있습니다. 스페인과 북아프리카 해안선 – 여섯 명의 예술가가 주로 위성사진을 참고하여 여섯 달 동안 모든 세부 사항을 손으로 그렸습니다. 이 지도상의 일부 지역은 반 마일 단위로 정확합니다, "라고 버크는 말했습니다.
승무원이 우주선의 위치를 확인하고 항해할 수 있도록, 또 다른 텔레비전 카메라가 시야에 들어올 별들의 현실적인 모습을 투영했습니다. "우주선이 깊은 우주에서 회전할 때 아폴로의 창문을 부드럽게 지나가는 1353개의 중요한 별들이 서로 정확한 크기로 보입니다."
발사 예정인 우주선은 매우 복잡하여 추진, 항법, 통신, 전기, 우주비행사들의 생명 유지에 이르기까지 달 비행의 모든 측면을 관리하는 정교한 시스템들을 갖추고 있었습니다.
NASA는 비행 중 매 순간 다양한 시스템을 관리하고 모니터링하는 콘솔에 앉아 있는 비행 통제관들의 군대를 조직했습니다. 이들 통제관들 중 많은 수가 대학을 갓 졸업한 젊은이들로, 평균 연령이 27세에 불과했습니다.
"이 시뮬레이션 비행 중 캡슐에서 일어나는 모든 일은 이 주 제어실과 1,500마일 떨어진 텍사스주 휴스턴의 우주 행정 본부에 있는 또 다른 제어실에서 감시됩니다, "라고 버크는 말했습니다.
"여기에서 실제 우주 비행의 신체적, 심리적 스트레스를 재현하는 것 외에는 모든 것을 현실감 있게 만들려고 노력했습니다. 모든 것이 기록되어 나중에 제어실 직원과 장비를 시험하는 우주비행사들이 연구할 수 있도록 합니다."
이 비행 통제관들은 임무에 매우 중요했습니다. 그들은 사실상 우주선의 공동 조종사 역할을 하며, 승무원들에게 지속적으로 정보를 전달하고 생체 신호를 모니터링하며, 정확한 로켓 발사 타이밍을 계산하여 항로를 유지했습니다.
"시뮬레이션 비행 중에 통제 직원들은 컴퓨터화된 방대한 정보를 확인하느라 우주비행사들만큼 바쁩니다, "라고 버크는 말했습니다.
"그들은 폐쇄 회로 텔레비전 모니터 뱅크를 지켜보며 텍사스에 있는 동료들과 끊임없이 연락을 주고받습니다. 벽면에 있는 항법 제어 장치들은 완전히 작동하며, 승무원은 항로를 변경하기 전에 모든 결정을 온보드 컴퓨터와 교차 확인해야 합니다."
스윙바이
스윙바이(Swing-by) 또는 중력 도우미(Gravity Assist)는 우주선을 목표 궤도로 보내기 위해 행성이나 달의 중력을 이용하는 항법 기법입니다. 이 방법은 우주선의 속도와 궤도를 변경하는 데 사용되며, 연료 소비를 최소화하면서 장거리 우주 탐사를 가능하게 합니다.
원리와 개념
스윙바이는 우주선이 행성 또는 달에 접근할 때 해당 천체의 중력을 이용해 가속 또는 감속하는 방식입니다. 이는 마치 물체를 던질 때 물체가 가속되는 것과 같은 원리로 작동합니다. 이 과정에서 우주선은 천체의 중력장을 통과하면서 운동 에너지를 얻거나 잃게 됩니다.
스윙바이 과정
- 접근: 우주선은 목표 천체(행성 또는 달)에 접근합니다.
- 중력 영향: 우주선이 천체의 중력장에 진입하면 천체의 중력에 의해 궤도가 휘어집니다.
- 가속/감속: 천체의 중력장 내부에서 우주선의 속도가 변합니다. 천체를 지나면서 우주선은 가속하거나 감속할 수 있습니다.
- 이탈: 우주선은 천체의 중력장을 벗어나며 새로운 궤도와 속도를 얻게 됩니다.
스윙바이의 효과
- 속도 증가: 우주선은 천체의 중력을 이용해 더 빠른 속도로 이동할 수 있습니다.
- 속도 감소: 필요에 따라 우주선의 속도를 줄일 수도 있습니다.
- 궤도 변경: 천체의 중력을 이용해 우주선의 궤도를 변경할 수 있습니다.
스윙바이의 활용 예
- 보이저 미션: 보이저 1호와 2호는 목성과 토성의 중력을 이용한 스윙바이를 통해 태양계를 벗어나기 위한 충분한 속도를 얻었습니다.
- 갈릴레오 탐사선: 갈릴레오 탐사선은 금성과 지구를 이용한 두 번의 스윙바이를 통해 목성까지 도달했습니다.
- 카시니 탐사선: 카시니 탐사선은 금성, 지구, 그리고 목성을 이용한 스윙바이를 통해 토성까지 도달했습니다.
- 뉴 허라이즌스: 뉴 허라이즌스 탐사선은 목성을 이용한 스윙바이를 통해 명왕성까지의 긴 여행을 단축했습니다.
스윙바이의 장점
- 연료 절약: 스윙바이는 연료 소비를 줄이면서 우주선의 속도와 궤도를 조정할 수 있습니다.
- 장거리 탐사: 이 방법을 사용하면 멀리 떨어진 천체까지 탐사하는 데 필요한 에너지를 확보할 수 있습니다.
- 비용 절감: 연료 절감은 미션의 전체 비용을 줄이는 데 기여합니다.
스윙바이의 도전과제
- 정확한 계산: 스윙바이는 매우 정밀한 궤도 계산이 필요합니다. 천체의 위치와 속도, 우주선의 접근 각도 등이 정확해야 합니다.
- 위험 요소: 천체에 너무 가까이 접근하면 충돌 위험이 있으며, 너무 멀리 접근하면 충분한 중력 도움을 받을 수 없습니다.