소유즈 비상 탈출 시스템: 진화와 작동 원리
2018년 10월 11일, 소유즈 MS-10 우주선을 실은 소유즈-FG 로켓 발사 121초 만에 1단 분리 중 이상이 발생했습니다. 측면 부스터의 비정상적 분리로 인해 코어 스테이지와 충돌해 연료 탱크가 파열되었고, 안정성을 잃었습니다. 발사 탈출 시스템(LES)이 자동 작동해 유인선 모듈—우주비행사 알렉세이 오브치닌과 닉 헤이그—을 고장 난 로켓에서 끌어냈습니다. 승무원들은 카자흐스탄 초원에 무사히 착륙하며 심각한 부상 없이 귀환했습니다.
LES는 발사대에서 궤도 진입까지 전체 활성 상승 단계 동안 승무원 안전을 보장합니다. 고체연료 엔진, 자동화 시스템, 분리 메커니즘으로 구성된 정교한 장치로, 실제 비상 상황과 지상 테스트에서 입증되었습니다.
초기 개발: 보스토크에서 보스호드까지
최초의 유인 우주선은 승무원 안전을 위한 즉각적인 해결책이 필요했습니다. 보스토크는 사출석을 사용했습니다: 지상 명령으로 최대 40초, 엔진 컷오프 후 40~150초(고도 7km), 모듈 분리 150~700초, 전체 차량 700~730초. 처음 20초는 보호가 없었습니다.
다좌석 보스호드에서는 사출석이 레이아웃에 맞지 않았습니다. 처음 44초는 발사대에만 의존했습니다. 그 후 스프링 푸셔로 페어링을 분리하고, 탈출 타워의 네 개 고체연료 부스터가 작동한 뒤 모듈 분리가 이뤄졌습니다.
시스템의 주요 차이점:
- 보스토크: 개별 사출석, 제한된 궤적 커버리지.
- 보스호드: 전체 모듈 끌어내기, 강화된 페어링 분리 메커니즘.
소유즈 LES 개발: 설계 선택
1961년부터 OKB-1(후에 TsKBM, 현재 RSC 에너지)이 7K 우주선을 개발했습니다. 옵션은 분리형 발사 탈출 어셈블리(LEA) 또는 전체 사출이었습니다. 그들은 정적 안정성과 격자 핀을 가진 LEA를 선택해 g-력을 최소화했습니다. LES 엔진은 KB Khimavtomatiki 'Iskra'와 소유즈 고체연료 연구센터에서 공급받았습니다.
테스트는 모형과 리그를 사용했습니다. 세 가지 시나리오를 다루는 계획:
- 발사대에서의 고장.
- 비행 초기 안정성 상실.
- 최대 동압 구간.
최초 유닛 E1498은 1966년 12월 테스트를 통과했습니다. 공진과 이소옥탄 화재 문제를 수정—8번 차량부터 우주선 부동액으로 변경. 1966년 12월 14일 LES 오작동으로 그 가치가 입증됐습니다: 모듈은 안전 착륙했지만 발사대는 폭발했습니다.
1967년 프로톤에서의 7K-L1 블록 성공으로 비용이 많이 드는 동압 테스트가 불필요해졌습니다.
소유즈 MS 우주선의 현대 LES
위협 모니터링은 발사 30분 전부터 시작합니다. LES는 발사대 제어 신호, g-센서 데이터, 무선 명령으로 작동합니다. 상승은 네 단계로 나뉘며, 맞춤형 LEA 프로그램이 적용됩니다.
핵심 구성 요소:
- 발사대에서 LEA1을 끌어내는 855M 추진 시스템.
- 페어링의 860M 로켓 엔진(LES 분리 후 페어링 낙하를 위한 LEA1A).
- LES 자동화(ASAS).
- 조립-보호 유닛의 어셈블리.
작동 프로그램:
- 프로그램 1 (LEA1): 초기 고장, 중앙 엔진으로 전체 끌어내기.
- 프로그램 1A (LEA1A): 상승 중기, 860M 엔진.
ASAS가 순서를 처리합니다: 이상 감지 → 분리 → 감속 → 안정화 → 낙하산.
지상 테스트와 신뢰성
테스트 내용:
- E1498 시뮬레이션: 엔진 화염, 원통형 열 차폐 보호.
- 실제 발사: 1966년 오작동, 프로톤 고장.
승무원 g-부하는 순간 15~20g에 달하지만, 안정화로 급감합니다. 소유즈 MS LES는 1983년(소유즈 T-10-1), 1986년(소유즈 TM), 2018년(MS-10) 사건에서 승무원을 구했습니다.
주요 요점
- LES는 초기 버전에서 처음 20~44초를 제외한 전체 상승을 커버합니다.
- 자동화는 g-부하, 발사대 신호, 명령에 반응합니다.
- LEA는 격자 핀으로 측면 하중을 줄입니다.
- 고체연료 855M/860M 엔진이 100~200 m/s 충격을 제공합니다.
- 5회 이상 실제 작동에서 승무원 손실 제로로 신뢰성 입증.
— Editorial Team
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