아르테미스 2호, 고질적인 수소 누출로 발사 연기

연료 주입 리허설 중단, 미세 분자가 달 탐사 계획의 발목을 잡다

월요일, Kennedy Space Center에서 진행된 NASA의 Artemis II 모의 카운트다운이 익숙한 문제에 봉착했습니다. 엔지니어들이 Space Launch System(SLS) 로켓과 이동식 발사대 사이의 연결부에서 발생한 수소 누출을 해결하지 못한 것입니다. 이틀간 진행된 습식 드레스 리허설(WDR)은 여러 단계를 순조롭게 통과했으나, 액체 수소 누출률이 급증하면서 관제사들은 T-5분 15초에 카운트다운을 중단하고 기체의 연료 배출을 시작했습니다. NASA 관리자들은 팀이 원격 측정 데이터를 검토하고 두 번째 습식 드레스 리허설을 계획하는 동안, Artemis II의 가장 빠른 발사 기회로 3월 — 첫 번째 발사창은 동부 표준시 기준 3월 6일 오후 8시 29분(UTC 기준 3월 7일 오전 1시 26분)에 열립니다 — 을 목표로 할 것이라고 밝혔습니다.

수소 누출 해결 실패 — 무엇이 문제였나

누출은 Artemis I 당시 NASA를 괴롭혔던 것과 동일한 지점인 Tail Service Mast Umbilicals(TSMUs)에서 발생했습니다. TSMU는 지상 탱크의 초저온 액체 수소와 액체 산소를 SLS 코어 스테이지로 공급하는 약 30피트 길이의 암(arm) 한 쌍입니다. 발사대에서 TSMU 커넥터 플레이트는 기체의 인터페이스와 결합하며, 이륙 시 깨끗하게 분리되어야 합니다. 액체 수소는 영하 253°C(영하 423°F) 근처로 유지되어야 하기 때문에, 씰(seal)과 연성 부품들의 크기와 강성이 변하면서 미세한 누출 경로가 생길 수 있습니다. 수소 분자는 화학 종 중 가장 작고 가벼워서 상온에서는 사실상 보이지 않는 아주 작은 결함을 통해서도 빠져나갈 수 있습니다.

NASA 엔지니어들은 미세한 누출은 정상적인 것으로 간주하고 인터페이스 주변의 수소 농도를 모니터링합니다. 관계자들은 커넥터 하우징 내 수소 농도가 약 4%를 넘으면 작업을 중단해야 한다는 엄격한 안전 임계값을 설정해 두었습니다. 이번 주 리허설 동안 이 임계값이 여러 차례 초과되었습니다. 팀은 리허설 중 액체 수소 흐름을 중단하고 인터페이스를 가온하여 씰이 다시 자리를 잡게 하거나 추진제 유량을 조절하는 등의 완화 조치를 시도했습니다. 연료 주입 팀은 한때 75만 갤런 이상의 추진제를 기체에 완전히 충전하는 데 성공하기도 했으나, 이후 누출률이 다시 급증하면서 로켓이 내부 전원으로 전환되고 탱크를 가압하기 직전에 연습 카운트다운 중단 결정을 내릴 수밖에 없었습니다.

수소 누출 해결 실패: 안전 및 일정에 미치는 영향

수소 누출은 인력과 대중의 안전에 직접적인 영향을 미치고, 일정 지연 리스크로 이어지기 때문에 매우 중요합니다. 수소 농도가 안전 한계치 위로 올라가면 지상 팀은 발사대에서 철수하고 민감한 작업을 중단해야 하며, 이번 WDR에서도 정확히 그 상황이 발생했습니다. 이 리허설은 이륙 직전까지의 모든 발사 이벤트 체인을 연습하기 위한 것이었으며, 여기에는 최종 폐쇄 절차도 포함되었습니다. 지상 팀은 Orion 캡슐의 해치를 닫고 고정했으며, 카운트다운이 최종 단계에 도달할 수 있도록 발사대를 비울 준비를 하고 있었습니다. 이러한 폐쇄 작업 중 Orion 해치 가압 밸브의 토크를 다시 조절해야 했고, 지상 통신 시스템은 추운 날씨의 영향으로 오디오 끊김 현상이 발생하기도 했습니다. 누출 급증으로 인해 보조 동력 장치 활성화와 코어 엔진 조향 점검을 포함한 마지막 비행 전 점검 항목들이 수행되지 못한 채 남게 되었습니다.

WDR은 발사 시점이 아닌 지상에서의 문제를 드러내기 위해 설계된 예행 연습이므로, 이번 지연은 신중한 대응으로 보아야 합니다. NASA 관리자들은 데이터를 검토하고 결함을 완화하며 또 다른 전체 리허설을 완료할 때까지 확정된 발사 날짜를 정하지 않을 것입니다. 이 과정은 발사대에서 처리될 수도 있고, 수리 및 추가 테스트를 위해 로켓을 조립동(Vehicle Assembly Building)으로 다시 옮겨야 할 수도 있습니다. 어떤 선택이든 시간적 비용이 따릅니다. 조립동 이동 및 수리에는 보통 수주가 소요되며, 반복되는 발사대 시도는 Orion의 계획된 궤도를 위한 좁은 발사창 일정 내에 맞춰야 합니다.

미션 프로필과 3월 발사창이 중요한 이유

Artemis II는 인류를 달로 복구시키려는 NASA 계획의 첫 번째 유인 비행 시험입니다. 사령관, 조종사 및 미션 전문가 등 4명의 승무원이 Orion 우주선을 타고 달 근접 비행을 수행합니다. 이 미션은 문제가 발생할 경우 우주선이 지구로 안전하게 돌아올 수 있도록 달 뒷면을 도는 자유 귀환 궤도(free-return trajectory)를 이용합니다. 이 미션은 달에 착륙하지는 않지만, 향후 우주 비행사를 달 남극에 착륙시키는 것을 목표로 하는 후속 미션에 앞서 Orion, 유인 모드의 SLS 로켓, 그리고 통합 지상 운영 시스템을 검증하는 매우 중요한 단계입니다.

지구에 대한 달의 위치가 궤도를 제한하기 때문에, Artemis II는 계획된 자유 귀환 경로와 안전한 재진입 복도를 허용하는 발사 기회가 매달 며칠밖에 없습니다. 이번 주 WDR 이후 실질적으로 가장 빠른 기회는 3월 6일(동부 표준시 오후 8시 29분에 열리는 2시간의 발사창)이며, 이것이 NASA가 팀들이 두 번째 전체 리허설을 준비하는 동안 "가장 빠른 발사 기회"를 위해 공식 목표를 3월로 옮긴 이유입니다.

운영상 교훈 및 누출 문제의 역사

수소 취급은 우주 비행에 있어 오랫동안 까다로운 엔지니어링 과제였습니다. 2022년 Artemis I 캠페인 당시에도 유사한 누출 현상이 발생했으며, 당시 팀들이 수소 주입 절차를 조정하고 운영상의 우회책을 마련한 끝에 결국 발사에 성공했습니다. 이러한 역사가 현재의 접근 방식에 영향을 주고 있습니다. 발사를 서두르기보다 관리자들은 WDR 결과를 실행 가능한 데이터로 취급하고 있습니다. 이들은 엔지니어링 랩과 비행 관제 콘솔로 돌아가 TSMU 인터페이스의 센서 판독값, 밸브 동작, 그리고 이번 주 발사대 카메라와 오디오 시스템을 복잡하게 만든 추운 날씨와 같은 환경적 영향을 분석하고 있습니다.

현재 선택지는 수정 사항을 적용하여 WDR을 반복하거나, 하드웨어 교체 및 정밀 점검을 위해 기체를 조립동으로 되돌리는 것입니다. 조립동 이동에는 며칠이 걸리고 수정 작업에는 수주가 걸릴 수 있으며, 발사대 리허설을 반복하는 것 역시 허용 가능한 달 궤도 기하학적 조건과 관련된 한정된 시간을 소모합니다. 비행 안전 요구 사항도 제약을 더합니다. 예를 들어, 비행 종단 시스템(flight-termination system)을 가동하면 발사 준비와 연계된 20일간의 운영 창이 설정되어 후속 시도 타이밍에 영향을 미칩니다.

승무원과 프로그램에 미치는 의미

Artemis II 승무원들은 리허설을 앞두고 의료 격리 중이었습니다. NASA는 이들이 격리에서 해제되어 훈련을 재개하고 새로운 발사 날짜를 기다릴 것이라고 밝혔습니다. 이와 같은 지연은 우주 비행사의 일정, 미션 준비 태세 및 대중의 기대에 지장을 주지만, 이는 기체가 아직 지상에 있을 때 문제를 발견하고 해결한다는 WDR의 명확한 목적이기도 합니다. NASA는 우주 비행사, 작업자 및 대중의 안전이 최우선 순위이며, 하드웨어와 절차가 준비되었다는 확신이 들 때만 진행할 것임을 강조해 왔습니다.

프로그램 측면에서 이번 사건은 거대하고 복잡한 발사 시스템을 운영하는 데 따르는 절충점을 시사합니다. 노후된 발사대, 새로운 대형 로켓, 초저온 추진제는 각각 테스트를 통해 찾아내야 할 고장 모드를 유발합니다. Orion, SLS, 지상 시스템 및 새로운 운영 관행을 포함하는 아르테미스 아키텍처가 실시간으로 시험대에 오르고 있습니다. 이번 WDR에서 수집된 데이터는 NASA가 3월 발사를 추진할지, 추가 발사대 테스트를 위해 짧은 연장이 필요한지, 아니면 수리를 위해 조립동 이동을 계획해야 할지를 결정할 것입니다.

당분간 엔지니어들은 탱크와 엄빌리컬 센서의 원격 측정 데이터를 면밀히 분석하고, 극저온에서 씰과 밸브가 어떻게 작동했는지 검토하며, 하드웨어 랩에서 수정 사항을 테스트할 것입니다. 목표는 단순히 이번 특정 누출을 해결하는 것이 아니라, 인류를 다시 달 표면으로 보내는 더 높은 위험이 따르는 다음 미션을 수행하기 전에, 유인 운영에서 로켓에 연료를 주입하기 위한 반복 가능하고 위험이 낮은 절차를 확립하는 것입니다.

출처

• NASA (Artemis II 습식 드레스 리허설 및 발사 운영 관련 보도 자료)
• Kennedy Space Center (발사대 및 조립동 운영)
• NASA 아르테미스 프로그램 기술 브리핑 및 SLS/Orion 시스템 문서