1970년 4월 11일, 미국 항공우주국의 아폴로 13호 (Apollo 13, 1970년 4월 11~17일) 발사
아폴로 13호 (Apollo 13)는 1970년 4월 11일 13시 13분 (미국 중앙 표준시)에 발사하였다.
아폴로 계획에서 세 번째로 달에 착륙할 예정이었으나, 고장으로 인해 달을 선회만 했으며, 4월 17일 무사히 지구로 귀환하였다.
달에 가던 중간에 산소탱크 폭발 등 사고로 달에 착륙하지 못하고 지구로 귀환하게 된다.
아폴로 1호와 함께 아폴로 계획에서 실패로 끝난 2개 임무 중 하나이다.
그나마 다행인 것은 대부분의 우주선 사고가 비극으로 끝난 것과는 달리 지구에서 가장 멀리 떨어진 장소에서 사고가 발생했음에도 승무원 전원이 무사 생환한, 그야말로 우주 탐사 역사에서도 보기 드문 사례다.
사람들은 아폴로 13호가 달에 착륙하지 못한 것은 호수가 13이었고, 미 중부시각 기준, 13시 13분에 발사했다는 이유 때문이라는 등의 주장으로 임무 실패를 13 공포증과 연관시키기도 하였다.
아폴로 13호의 사고 및 무사 귀환에 관한 내용은 1995년에 영화 ‘아폴로 13’으로 만들어졌다.
○ 승무원
제임스 러벨(James Lovell) – 사령관
캔 매팅리(Ken Mattingly) – 사령선 조종사
프레드 헤이스(Fred Haise) – 달 착륙선 조종사
- 백업 승무원
존 영(John Young) – 사령관
잭 스위거트(Jack Swigert) – 사령선 조종사
찰스 듀크(Charles Duke) – 달 착륙선 조종사
- 지원 승무원
밴스 브랜드
잭 루스마
조셉 커윈
- 비행 지휘자
진 크랜즈 화이트 팀
밀트 윈들러 마룬 팀
글린 룬네이 블랙 팀
게리 그리핀 골드 팀
○ 계획의 초점
아폴로 13호의 착륙 지점은 직경 80km의 프라 마우로 크레이터가 있는 프라 마우로 고지로 예정되어 있었다. 이곳은 과거에 거대한 운석이 충돌했을 때 지하의 용암이 분출한 것에 의해서 형성되었다고 생각할 수 있는 작은 언덕에서 지질학적으로 대단히 흥미로운 샘플을 채집할 수 있다고 기대되었기 때문에 후보로써 선택되었던 것이다.
프라 마우로의 착륙은 아폴로 14호에 의해 이루어졌다.
아폴로 13호는 발사 직후부터 문제가 생겼다.
우선 제2단 로켓 S-II의 중앙엔진이 예정보다 2분 빨리 연소를 멈추었다. 그렇지만 이때는 나머지 4기의 엔진이 스스로 연소시간을 늘려 궤도를 수정했기 때문에 위험상태까지는 가지 않았다.
이후 분석에 의하면 고장의 원인은 공진에 의한 것으로, 엔진의 진동은 68G, 16Hz라는 위험한 수준까지 달하고 있었다. 엔진을 지지하는 프레임은 76mm 비뚤어져 어쩌면 제2단 로켓을 공중분해시킬 수도 있었지만 이 진동에 의해 센서가 압력을 과도하게 낮게 표시했기 때문에 컴퓨터가 스스로 엔진을 멈추었다.
이보다 작은 진동은 아폴로 13호 이전의 비행에서도 일어나고 있었지만 (또 그것은 제미니 계획 초기의 무인 비행의 단계로부터 발생하고 있어 로켓 고유의 현상이라고 생각되고 있었지만), 아폴로 13호에서는 터보 펌프 안에서 공동현상이 발생한 것에 의해 진동이 확대된 것이다. 이 때문에 다음 비행에서는 아폴로 13호의 시점에서는 아직 개발 중이던 진동억제장치가 설치되었다. 또한, 압력진동을 감소시키기 위해 액체산소의 공급라인 안에 헬륨가스의 저장탱크를 설치해 고장이 발생했을 때 중앙엔진을 자동으로 정지시키는 장치를 마련했고, 모든 엔진의 연료밸브를 간소화하는 등의 개선이 이루어졌다.
○ 사고 원인
사고 원인의 분석에는 예상 외로 시간이 걸렸지만, 제조 기록의 상세한 추적에 의해 탱크의 폭발은 여러 가지의 요인이 겹친 것에 의해서 발생했던 것이 밝혀졌다.
원래 액체 산소나 액체 수소와 같은 극저온 물질을 저장하려면 기화에 의해서 발생하는 과다한 압력을 피하기 위한 배기 계통이나, 열적 절연 방법을 확립하는 것이 중요하게 된다. 기계선의 탱크의 성능은 지극히 높고, 극저온의 액체 산소나 액체 수소를 몇 년에 걸쳐 보존할 수 있지만, 탱크 내에 내용물이 있는 상태에는 내부를 보는 것은 구조상 불가능했다.
사고에 관계된 부품 및 요인은 아래와 같다.
.잔량계
잔량을 정확하게 계측하기 위한 교반용 팬
.액체 산소를 필요분만큼 증발시키기 위한 가열기(히터)
.가열기를 제어하기 위한 온도 유지 장치(자동 온도조절장치)
.온도계
.충전 및 배출용의 밸브와 파이프
원래 기계선의 산소 탱크의 히터와 자동온도조절장치의 규격은 사령선의 28볼트에 맞추어 설계되어 있었다. 그런데 발사대 상에서 탱크의 충전과 가압의 작업을 행할 때 65볼트의 전원이 사용되고 있었다. 이 때문에 기계선의 제작사인 노스 아메리칸 사는 하청업체인 비치 크라프트사에 대해 히터를 65볼트의 규격에 맞추도록 지시해 비치 크라프트는 거기에 따라서 탱크를 개조했지만 이 때(원인은 불명하지만) 자동온도조절장치에는 아무것도 변경이 더해지지 않았다.
또 산소 탱크의 온도계 표시의 상한은 38°C로, 그 이상은 표시되지 않게 되어 있었다. 그러나 보통 27°C에 이르면 스스로 자동온도조절장치가 작동해 히터가 멈추기 때문에 특별히 문제가 되는 것은 아니었다.
아폴로 13호에 사용된 산소 탱크 및 그 부속 기기들을 탑재한 선반은 원래 아폴로 10호에 사용되어야 할 것이었지만, 전자파 간섭의 문제가 발생했기 때문에 부속기기마다 떼어내져서 수리하게 되었다. 그런데 크레인으로 끌어올릴 때, 선반을 기체에 설치하고 있는 네 개의 볼트 중 하나가 떼어지지 않았었다. 이 때문에 2인치(5cm) 정도 들어올렸더니 와이어가 빗나가 선반은 원래 있던 장소에서 떨어져 버렸다. 이 때의 충격에 의해 탱크 안의 산소를 빼낼 때 사용되는 파이프가 원래 설치된 위치로부터 빗나가버렸던 것이다.
이 사고 이후 지상에서 훈련을 할 때 탱크에 액체 산소가 충전되었다. 그런데 훈련 종료 후, 앞의 사고로 방출용의 파이프가 빗나가 버렸기 때문에 안의 산소를 빼낼 수 없게 되었다. 지금부터 탱크를 다시 설계하면 계획은 큰 폭으로 늦어진다. 그 때문에 담당 기술자는 히터로 액체 산소를 가열해 기화시켜 방출하는 것을 제안했고, 짐 러벨 선장도 이것을 승인했다. 히터의 스위치를 넣어 탱크 안의 온도가 상승해 27°C에 이른 순간 자동온도조절장치가 작동했다. 그런데 회로에 흐르고 있던 65볼트의 전류가 28볼트용으로 만들어진 자동온도조절장치를 한순간에 녹여 붙여버려 이 결과 히터의 스위치는 켜져 버렸다.
8시간 후, 액체 산소는 모두 기화해 빼내졌지만 히터의 스위치는 켜져 있었다. 그 때문에 탱크 내의 온도는 538°C까지 이르렀지만 온도계는 38°C까지밖에 표시되지 않게 되어 있었기 때문에, 비정상을 알아챈 사람은 아무도 없었다.
이것에 의해 교반용 팬의 전선을 가리는 테플론제의 피막이 거의 소실해 전선이 노출되어 있었다.
탱크 내에 액체 산소가 재충전되었을 때 그것은 이미 폭탄과 같은 상태가 되어 있었다. 비행사가 궤도상에서 저온 교반의 조작을 하기 위해서 팬의 스위치를 넣었을 때 노출이 되어있던 전선으로부터 불꽃이 발생해 남아있던 테플론이 발화했다. 100% 순수한 액체산소 안에서 발생한 불길은 300파운드(136kg)의 액체산소를 일순간에 기화시켜, 팽창한 가스가 탱크를 날려버렸다.
이 폭발에 의해 문제가 없던 제1번 탱크도 손상을 입어 쓸모없게 되었다. 이 사고를 교훈으로 다음 비행에서는 두 개의 탱크의 거리를 충분히 떼어놓아 비상용 전원을 다른 구획에 설치하는 개량이 더해졌다.
○ ‘성공적인 실패’ 아폴로 13호 (Apollo 13)
1970년 4월 11일, 미국의 아폴로 계획에 의해 세 번째로 달에 착륙할 예정이던 ‘아폴로 13호’ (Apollo 13)가 발사됐다. 아폴로 13호 (Apollo 13)는 발사 직후 고장이 나 비상조치를 통해 달 궤도를 선회한 후 지구로 귀환했다. 우주에서의 사고라는 극한 상황을 극복하고 지구로 귀환한 이야기는 1995년에 영화 ‘아폴로 13’ (Apollo 13)으로 만들어지기도 했다.
아폴로 13호 (Apollo 13)는 과거 달에 운석이 충돌했던 것으로 추정되는 지역인 ‘프라 마우로’에 착륙하는 것이 목표였다. 하지만 발사 직후부터 문제가 발생하며 계획에 차질이 생겼다. 2단 로켓 중앙엔진이 예정보다 2분 빨리 연소가 정지됐지만, 다른 엔진의 추가 작동으로 위기를 넘겼다. 하지만 달에 다가가는 중에 기계선의 산소탱크 중 하나가 폭발하는 큰 사고가 발생한다. 폭발 원인은 내부 전선의 합선이었는데, 당시 탑승했던 비행사들은 운석이 부딪친 것으로 생각했었다.
사고가 나자 지상 관제센터가 바쁘게 움직였다. 사령선의 기능을 정지시키고, 달착륙선으로 비행사들을 피난시켰다. 또 달 착륙이 불가능해지면서 지구로 귀환하는 방법을 최우선으로 추진했다. 관제센터는 달의 중력을 이용해 자유귀환 궤도를 이용하는 방법을 선택했다. 기계선 엔진을 분사해 가속해야 했지만, 고장 상태가 확인되지 않아 착륙선의 엔진을 사용하는 대안을 실행했다.
산소와 물 부족, 저 전력으로 인한 저온 등 여러 어려움을 이겨내고 아폴로 13호 (Apollo 13) 비행사들은 태평양으로 무사히 귀환했다. 한 비행사가 요로감염에 걸리기는 했지만, 건강도 큰 문제가 없었다.
우주에서는 작은 사고만으로도 큰 위험에 처할 수 있지만, 다행히 착륙선 물자가 충분한 상태에서 사고가 나 극복할 수 있었던 것으로 평가된다. 착륙선을 떼어낸 후 폭발이 발생했으면, 비행사들이 생존할 가능성이 거의 없었을 것으로 보인다.
원래 목적인 달 착륙에는 실패했지만, 아폴로 13호 (Apollo 13)는 다른 기록을 남겼다. 달의 뒤쪽 궤도를 돌 때 다른 달 비행보다 100㎞ 가량 높은 궤도를 이용하면서 인간이 지구로부터 가장 멀리 떨어진 기록을 세웠고, 기네스북에도 유인 우주비행 최고 고도로 기록됐다.
- 성공적인 실패, 아폴로 13호 (Apollo 13)
아폴로13호 (Apollo 13)는 달에 까지 갔지만 착륙에는 실패해 ‘성공적인 실패’라는 평가를 받았다.
아폴로 13호 (Apollo 13)는 1970년 4월 11일 발사돼 달에 착륙할 예정이었으나, 고장으로 인해 달을 선회한뒤 4월 17일 지구로 돌아왔다. 당시 아폴로 13호는 우주선이 달로 가던 중에 산소탱크가 폭발하면서 달 착륙에 실패했는데, 우주 비행사들이 지구로 귀환할 수 있을지 장담할 수 없는 상황이었다. 지상에 있는 관제센터와 관계자들이 노력을 기울여 아폴로 13호에 탑승했던 세 명의 우주 비행사를 무사히 지구로 돌아올 수 있게 하는 데 성공했다.
비록 달 착륙에는 실패했지만, 신속하고 과감한 대응으로 우주비행사들을 구해 낸 아폴로 13호 미션을 두고 ‘성공적인 실패’로 부르고 있다.
– 아폴로 13호 (Apollo 13)가 절체절명 위기 속에서 본 달의 뒷면
- 고더드 센터, 위성 자료로 재구성 영상 공개
아폴로13호 (Apollo 13)는 1970년 4월 11일 인류 역사상 세 번째 달 착륙을 목표로 발사됐지만 달로 가던 중간에 기계선의 산소탱크가 폭발하는 바람에 원래 계획을 접고 지구로 귀환했다.
연료가 부족해 바로 U턴을 하지 못하고 달의 중력을 이용하기 위해 달의 뒷면을 돌아 지구로 향하는 자유귀환 궤도에 올랐다.
아폴로 13호 (Apollo 13)에 탄 우주비행사 3명이 절체절명의 위기 속에서 지구와의 통신마저 끊긴 달의 뒷면에서 봤을 장면들이 2분여의 동영상으로 재구성돼 공개됐다.
미국항공우주국 (NASA) 고더드 우주비행센터는 달정찰궤도위성 (LRO)이 수집한 자료를 토대로 이 영상을 만들었다.
아폴로 13호 (Apollo 13)는 달의 뒷면으로 접근하면서 지구가 사라지고 태양이 나타날 때까지 약 8분간 어둠 속에 있게 되는데 이때부터 영상이 시작된다.
이후 배경음악과 함께 무수한 운석 충돌 자국이 남아있는 달 표면이 다양한 각도에서 펼쳐지다가 다시 지구가 나타나게 되는데 이때서야 다시 지구와 교신이 재개된다.
영상 마지막 부분에는 달의 뒷면을 도는 아폴로13호 (Apollo 13)의 자유귀환궤도가 표시됐다.
아폴로 13호 (Apollo 13) 승무원들은 발사 일주일만인 4월 17일 지구로 무사히 귀환했다.
아폴로 13호 (Apollo 13) 사고와 귀환 과정은 1995년 톰 행크스 주연의 ‘아폴로 13’ (Apollo 13)이라는 영화로 제작됐다.
참고 = 위키백과
크리스천라이프 편집부