낙하 시험

Drop test
오리온 시험품은 공중 낙하 시험 중 방출된다.

낙하시험이란 시제품이나 실험용 항공기 및 우주선의 비행 중 특성을 시험하는 방법으로 시험 차량을 특정 고도까지 올린 후 해제하는 방식이다. 동력 항공기, 특히 로켓 추진 항공기를 포함하는 시험 비행은 항모 항공기에서 방출된 후 항공기의 로켓 발사로 인해 낙하 발사라고 언급될 수 있다.

무동력 항공기의 경우 시험 차량은 착륙지점까지 무동력 강하로 낙하하거나 발사 후 활공한다. 낙하 시험은 시험 차량의 공기역학적 성능과 비행 역학을 검증하거나, 착륙 시스템을 시험하거나, 계획 착륙 또는 충돌 착륙의 생존 가능성을 평가하는 데 사용될 수 있다. 이를 통해 차량 설계자는 컴퓨터 비행 모델, 풍동 시험 또는 항공기 또는 우주선 설계의 이론적 설계 특성을 검증할 수 있다.

고고도 낙하 시험은 시험 차량을 모선에 실어 목표 고도까지 놓아주는 방법으로 실시할 수 있다.[1] 저고도 낙하 시험은 시험 차량을 크레인 또는 갠트리로부터 해제하여 실시할 수 있다.[2]

항공기 및 리프팅-바디 테스트

캐리어 착륙 시뮬레이션 테스트

항모에 사용되는 항공기의 착륙 기어는 항모 착륙 중 접근 속도와 싱크 속도가 더 높기 때문에 육지 항공기에 사용되는 것보다 더 강해야 한다.[3][4] 1940년대 초반에 낙하 시험은 그룸만 F6F 헬캣과 같은 운반용 비행기를 10피트 높이로 들어올린 다음 낙하하는 방식으로 진행되었는데, 이는 초속 19피트(5.8m/s)의 착륙 충격을 시뮬레이션한 것이다. F6F는 결국 20피트(6.1m) 높이에서 떨어졌고, 이는 이 착륙이 두 배의 힘을 흡수할 수 있다는 것을 보여준다.[5][6] 낙하 시험은 여전히 항공모함 기반 항공기의 개발 및 시험에 사용된다. 2010년, 록히드마틴 F-35C 라이트닝 II는 착륙 중 최대 강하 속도인 초당 26.4피트(8.0m/s)를 시뮬레이션하는 낙하 시험을 받았다.[7][8]

X-38 연구용 차량은 낙하 시험 중 NASA의 B-52 모선인 Ball 8에서 방출된다. 실험 차량을 운반하는 데 사용되는 주탑은 사진 상단 부근, 동체와 우측 엔진 사이에 보인다.

실험 항공기

수많은 실험 및 프로토타입 항공기가 낙하 시험 또는 낙하 시험으로 발사되었다. 벨 X-1, 벨 X-2, 북미 X-15, 마틴 마리에타 X-24A와 X-24B, 궤도 과학 X-34, 보잉 X-40, NASA X-43A를 포함한 많은 동력 X-plane이 발사되도록 특별히 설계되었다. 무동력 NASA X-38의 시험품도 공기역학 및 취급 품질, 자율 비행 능력, 조련할 수 있는 파라포일 배치 등을 연구하기 위해 최대 45,000피트(1만4,000m)의 고도에서 떨어뜨려 시험했다.[9]

Northrop HL-10과 같이 공중발사를 위해 고안된 일부 실험 항공기는 무동력 낙하 시험과 동력 낙하 발사를 병행했다. 로켓엔진을 이용한 동력 비행에 앞서 HL-10은 비행 중 리프팅 본체의 핸들링 품질과 안정성을 연구하기 위해 무동력 낙하 비행을 11회 했다.[10]

볼 8 모선

주요기사 : 볼8 (B-52)

X-1과 X-2와 같은 초기 실험용 항공기는 개조된 B-29와 B-50 폭격기에 탑재되었다.[11][12] 1950년대에 미 공군은 실험용 X-15의 모선으로 사용될 B-52 폭격기를 NASA에 제공했다. 1955년에 건설된 B-52는 조립 라인에서 10번째에 불과했고, 공군이 NASA에 넘기기 전에 비행 시험에 사용하였다.[13] NASA 꼬리 번호 008로 비행한 이 비행기는 다수의 0이 붙은 항공기를 "볼"과 최종 번호로 지칭하는 전통에 따라 공군 조종사들에 의해 "볼 8"이라는 별명을 얻었다.[14]

볼 8은 X-15를 운반하기 위해 상당한 수정을 받았다. 동체와 인보드 엔진 사이 오른쪽 날개 아래에는 X-15를 운반 및 해제할 수 있는 특수 주탑이 설치됐다. 비행기가 X-15의 수직 꼬리를 수용할 수 있도록 오른쪽 날개 중 한 개에서 노치를 잘라내기도 했다. Ball 8은 X-15를 운반하기 위해 개조된 2대의 폭격기 중 하나였다. 다른 비행기는 X-15 프로그램이 종료된 후 1969년에 퇴역한 반면 NASA는 2004년에 퇴역할 때까지 낙하 시험에 Ball 8을 계속 사용했다. 50년 경력 동안, Balls 8은 HL-10, X-24A, X-24B, X-38, X-43A를 포함한 수많은 실험 차량을 운반했다.[13]

우주왕복선 개발에서 X-24B 역할

주요기사 : 마틴 마리에타 X-24B

1970년대 우주왕복선 궤도 설계 과정에서 엔지니어들은 동력 착륙을 위해 우주선을 무동력 착륙으로 미끄러지도록 설계할지, 아니면 우주선에 팝업 제트 엔진을 장착할지를 논의했다. 동력 착륙 설계는 엔진과 제트 연료를 운반하여 궤도상에 무게와 복잡성을 더해야 했지만, 엔지니어들은 동력 착륙 옵션을 선호하기 시작했다. 이에 대해 NASA는 무동력 낙하 시험을 실시해 무동력 비행에서 리프팅-바디 항공기를 착륙시킬 수 있는 가능성을 입증했다. 1975년 X-24B 항공기는 모하비 사막 상공 45,000피트(1만4,000m)의 고도에서 볼 8에서 낙하한 뒤 로켓 엔진에 점화해 속도를 높여 6만 피트(18,000m)까지 추진했다. 일단 로켓 엔진이 끊기면, 고속과 고고도 조건 때문에 X-24B는 대기권 후 재진입 조건 하에서 우주왕복선 궤도선의 경로를 시뮬레이션 할 수 있었다. X-24B는 에드워즈 공군기지에 두 차례 무동력 정밀 착륙에 성공해 우주왕복선용 무동력 리프팅 본체 설계의 실현 가능성을 입증했다. 이러한 성공은 우주왕복선 프로그램을 책임지고 있는 사람들에게 무동력 착륙 설계를 맡도록 설득시켰는데, 이것은 무게를 줄이고 궤도의 탑재량을 증가시킬 것이다.[15][16]

Shuttle Carrier Aircraft가 출시하는 기업

스페이스 셔틀 엔터프라이즈

주요 기사: 접근 및 착륙 테스트

1977년에는 우주왕복선의 비행 특성을 시험하기 위해 우주왕복선 엔터프라이즈에 대한 일련의 낙하 시험이 실시되었다. 우주왕복선은 하강과 착륙 중에 무동력 활주하도록 설계되었기 때문에, 시험 궤도 위성을 이용한 일련의 낙하 실험이 이 궤도 비행이 무동력 비행에서 성공적으로 제어될 수 있다는 것을 증명하기 위해 사용되었다. 접근 및 착륙 시험 프로그램으로 알려진 이 낙하 시험들은 엔터프라이즈호를 고도 15,000에서 30,000피트(4,600에서 9,100m)까지 운반하기 위해 셔틀 캐리어 항공기 또는 SCA로 알려진 개조된 보잉 747기를 사용했다. 인공위성이 풀리지 않은 포획선 비행시험이 잇따르자 1977년 8월부터 10월까지 5차례의 자유 비행시험이 실시됐다.[17]

엔터프라이즈의 자유 비행 시험에는 동력 항공기에서 무동력 항공기를 방출하는 것이 포함되었지만, 이 시험들은 실제로 궤도 비행체가 SCA 위의 위치에서 운반되고 방출되었기 때문에 낙하 시험의 전형은 아니었다. 이 배치는 출시 직후에 엔터프라이즈호를 SCA의 꼬리 지느러미 바로 앞에 무료 비행으로 배치했기 때문에 잠재적으로 위험했다. 이에 따라 항공기 충돌 위험을 최소화하기 위해 치밀하게 계획된 일련의 기동훈련을 통해 '드롭(drop)'을 실시했다. 출시 직후, 엔터프라이즈호는 오른쪽으로 올라가고 SCA는 왼쪽으로 얕은 다이빙을 수행하여 두 항공기 사이의 수직 및 수평 분리가 빠르게 가능해졌다.[18]

드림 체이서

주요 기사: 드림 체이서

시에라 네바다 사는 2013년 중반에 드림 체이서 시제품 상업용 우주비행기의 낙하 시험을 실시할 계획이다. 무인 1차 비행시험은 드림 체이서 시제품을 고도 1만2000피트(3700m)에서 떨어뜨려 드라이든 비행연구센터 무동력 착륙까지 자율적으로 비행할 계획이다.[19][20]

승무원 캡슐 시험

승무원 우주 캡슐의 낙하 시험은 주로 캡슐의 하강 특성과 재진입 후 착륙 시스템을 시험함으로써 착륙의 생존성을 시험하기 위해 수행될 수 있다. 이러한 시험은 일반적으로 인간 우주 비행 시험 전에 나사 없이 수행된다.

아폴로 사령부 모듈

1963년 북미항공은 낙하시험에 사용하기 위해 BP-19A를 제작했다. NASA는 1964년 아폴로 우주선의 유인 시험을 시작하기 전에 캡슐의 낙하산 시스템을 시험하기 위해 C-133 카고마스터에서 BP-19A를 떨어뜨리는 일련의 실험을 했다.[21]

오리온 캡슐

C-130 출시 후 팰릿 분리 후 오리온 테스트 용품

NASA는 2011년과 2012년 오리온 탐사선 캡슐에 오리온 테스트 차량을 대형 물대야에 반복적으로 떨어뜨려 물 착륙의 생존 가능성에 대한 짧은 낙하 실험을 했다. 테스트는 분지 위 낙하 갠트리 높이를 변경하여 11~80km/h(7~50mph)에서 다양한 속도로 물 착륙을 시뮬레이션했다. 착륙 속도 범위는 NASA가 수상 착륙 중 가능한 진입 및 착륙 조건의 범위를 시뮬레이션할 수 있도록 했다.[22][23][24][25]

나사는 2011년과 2012년에도 오리온 테스트 차량의 낙하산 시스템과 육상 착륙 능력에 대한 낙하 시험을 실시했다. 각각의 시험에서 오리온 우주선은 C-17이나 C-130 화물기에서 떨어졌다. 테스트를 위해 캡슐은 팔레트 시스템에 장착되고 화물 항공기 내부에 배치된다. 팰릿 위의 낙하산은 팰릿과 캡슐을 항공기 후면에서 끌어내기 위해 사용된다; 캡슐은 팰릿에서 분리되어 자유 낙하 하강을 시작한다.[26]

2012년 3월 4일, C-17이 25,000피트(7,600m)의 고도에서 오리온 시험 물품을 떨어뜨렸다. 이 캡슐의 낙하산은 15,000에서 20,000피트(4,600에서 6,100미터) 사이에 성공적으로 배치되어 우주선이 애리조나 사막의 지상에 착륙하는 속도를 늦췄다. 캡슐은 27km/h(17mph)의 속도로 착륙했는데, 이는 설계한 최대 터치다운 속도보다 훨씬 낮은 속도였다.[27]

보잉 CST-100

보잉은 2011년 9월 캘리포니아 남동부 모하비 사막에서 CST-100 캡슐의 낙하산 및 에어백 쿠셔닝 착륙 시스템의 설계를 검증하기 위해 일련의 낙하 시험을 실시했다. 이 에어백은 CST-100의 열 차폐판 아래에 위치해 있는데, 이것은 약 5,000피트(1,500m) 고도에서 낙하산 하강을 하는 동안 캡슐에서 분리되도록 설계되었다. 시험은 착륙 시 교차 바람 조건을 시뮬레이션하기 위해 시간당 10-30마일(16-48km/시)의 지상 속도에서 수행되었다. 비글로우 에어로스페이스는 모바일 테스트 장비를 제작하고 테스트를 실시했다.[28]

2012년 4월 보잉은 캡슐의 착륙 시스템을 시험하기 위해 CST-100 시제품 우주 캡슐의 낙하 시험을 다시 실시했다. 시험 차량은 헬리콥터로 11,000피트(3,400m)의 고도까지 올려졌다가 방출되었다; 캡슐의 3개의 주요 낙하산이 성공적으로 배치되었고 캡슐의 하강 속도를 늦추었다. 착륙 직전, 착륙으로 인한 충격 에너지의 일부를 흡수하기 위해 캡슐 아래에 6개의 에어백이 부풀어 있었다. 유사한 낙하 테스트는 추가 에어백 테스트뿐만 아니라 드로그 슈트 및 히트 실드 분사 테스트도 실시하기 위해 계획되어 있다.[29]

헬리콥터 시험

2009년과 2010년, NASA는 헬리콥터 추락의 생존 가능성을 연구하기 위해 두 번의 낙하 실험을 실시했다. 미 육군이 기증한 MD 500 헬기를 이용해 나사는 35피트(11m) 고도에서 각도로 헬기를 떨어뜨려 하드 헬기 착륙을 모의 실험했다. 시뮬레이션된 내부 장기가 있는 정교한 충돌 시험 인체모형은 헬리콥터 내부에 위치했고 그러한 충돌로 인한 내상을 평가하는 데 사용되었다.[30][31] 2차 시험 이후 시험헬기의 광범위한 손상으로 3차 시험은 계획되지 않았다.[31]

참조

  1. ^ "SNC building test schedule for Dream Chaser – Dryden Drop Tests upcoming". December 10, 2012. Retrieved March 31, 2013.
  2. ^ "NASA Fact Sheet - NASA's Gantry: Past, Present and Future Asset to Exploration". NASA.gov. Retrieved March 30, 2013.
  3. ^ "First Test of Angled Deck". Naval History Blog. January 12, 2011. Retrieved March 27, 2013.
  4. ^ "Fighter Aircraft". globalsecurity.org. Retrieved March 27, 2013.
  5. ^ Graff, Cory (April 2009). F6F Hellcat at War. Zenith Imprint. p. 39. ISBN 978-1616732660.
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  7. ^ "JSF simulated carrier landing successful". July 8, 2010. Archived from the original on April 10, 2013. Retrieved March 27, 2013.
  8. ^ "Lockheed Martin F-35 Navy Jet Confirms Carrier-Landing Strength Predictions". June 23, 2010. Retrieved March 27, 2013.
  9. ^ "X-38" 나사 드라이든 팩트시트 검색됨: 2013년 3월 26일.
  10. ^ "Fact Sheets - HL-10 Lifting Body". NASA.gov. Retrieved March 30, 2013.
  11. ^ 팩트 시트 1세대 X-1. NASA 드라이든 팩트 시트. 검색됨: 2013년 3월 26일.
  12. ^ "팩트 시트 벨 X-2 스타버스터" NASA 드라이든 팩트 시트 검색됨: 2013년 3월 26일.
  13. ^ a b NASA의 우주선 팩트시트
  14. ^ "A Brief History of Balls 8, the Famous B-52 that Served NASA for Almost 50 Years". August 7, 2011. Retrieved March 26, 2013.
  15. ^ "X-24B Precision Landings Proved That Shuttle Could Land Unpowered". NASA.gov. July 1, 2011. Retrieved March 25, 2013.
  16. ^ "X-24B Precision Landing". August 23, 2010. Retrieved March 23, 2013.
  17. ^ NASA - Dryden Flight Research Center (1977). "Shuttle Enterprise Free Flight". NASA. Archived from the original on March 7, 2013. Retrieved March 25, 2013.
  18. ^ Damohn, Ph.D., Mark (March 2001). Back Down to Earth: The Development of Space Policy for NASA During the Jimmy Carter Administration. iUniverse. p. 139. ISBN 1475908458.
  19. ^ "Astronaut-Transporting 'Dream Chaser' Spacecraft Preps for First Test Flights". Wired. February 4, 2013. Retrieved March 25, 2013.
  20. ^ "Private Space Plane Poised for Big Test Flight". January 30, 2013. Retrieved March 25, 2013.
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  29. ^ "Boeing's Space Capsule Undergoes First Drop Test". Popular Science. April 4, 2012. Retrieved March 25, 2013.
  30. ^ "Chopper Drop Tests New Technology". December 8, 2009. Retrieved March 25, 2013.
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