안녕하세요, 레너드입니다.

우주를 좋아하는 오유 과학자분들을 위해,

이번에는 아폴로 13호의 사고에 대해 얘기해 보려 합니다.






자, 시작합니다.





아폴로 13호의 미션 기장.
3마리의 천마가 아폴로 전차를 타고 달리는 모습.


아폴로 13
- 1970년 4월 11일
- 플로리다 케네디 우주센터에서 발사
- 승무원 3명 (선장 : 짐 러벨, 사령선 조종사 : 존 스위거트, 착륙선 조종사 : 프레드 헤이스)
- 달에 근접했으나 산소탱크 고장으로 착륙하지 않음
- 1970년 4월 17일 태평양에 무사히 착수
- 1995년 영화로 제작되어 아카데미 최우수 편집상, 최우수 녹음상 수상

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과연 5일 22시간이었던 임무시간동안 아폴로 13호에서는 대체 어떤 일이 벌어지고 있었던 걸까요.

1. 아폴로 13호는 시작부터 순조롭지 못했습니다.

아폴로 계획을 통해 구성되어 있던 비행사의 순서대로라면,
이번 13호에는 제미니 계획의 베테랑 비행사였던 고든 쿠퍼 선장팀(총 3명)이 계획되어 있었으나,
훈련에 불성실하게 참여하는 쿠퍼 선장과 아이셀이라는 사령선 조종사의 결혼을 둘러싼 개인적인 사유로 NASA에서는 불만이 있었죠.

하여 NASA 상부에 의해 비행팀이 변경되어 앨런 셰퍼드 선장을 주축으로한 3명의 팀을 대체 비행팀으로 낙점하였으나,
셰퍼드 선장의 중이염 병력과 10년간 비행경험이 없다는 이유로 후보에서 제외되고,
이렇게하여 원래는 14호의 비행사였던 짐 러벨(영화에서 톰 행크스)팀이 13호의 미션을 맡게 됩니다.

그러나 역시 순조롭지 못하여,
그의 팀에서 사령선 조종사인 켄 매팅리가 홍역 병력을 가지고 있지 않아 홍역을 앓고 있다고 의심되어,
사령선 예비조종사인 존 스위거트와 교체되어,
마침내 완벽한 3명의 13호 조종사가 구성되게 됩니다.

하지만 매팅리는 이후 13호가 사고로 인해 위기에 빠져있을 때,
휴스턴 관제센터에서 13호 사령선의 최소 전력 유지를 위한 모의실험을 진행하기도 했습니다.
즉, 매팅리가 13호를 살린 인물 중 한 사람이라는 것이죠.
(또한, 홍역 의심으로 인해 제외된 매팅리는 죽을때까지 홍역을 앓지 않았습니다.)


선장  짐 러벨


사령선 조종사  존 스위거트


착륙선 조종사  프레드 헤이스





우여곡절 끝에 이루어진 이 세 명의 13호 미션팀은,
과연 앞으로 닥쳐올 무시무시한 죽음과의 공포를 예감하고 있었을까요...









2. 이제 운명적으로 구성된 비행사들을 싣고 아폴로 13호는 떠날 준비를 합니다.


마하1을 돌파하여 압축구름을 만들어내며 상승중인 아폴로 우주선 새턴V 로켓



발사 후 어느정도 시간이 흘렀을까.
갑자기 2단 로켓의 중앙 엔진이 예정보다 2분 빨리 꺼져버리는 사태가 발생합니다.
하지만, 이런 경우를 대비해 양 옆 4개의 엔진은 자동적으로 연소 시간을 증가시켜 궤도를 수정할 수 있었습니다.
나중에 알려지기로는 엔진에 의한 진동이 너무 심하여 센서가 자동적으로 압력조절을 위해 엔진을 연소시켜 버린 것이었습니다.

그 후로 이런 현상은 로켓 고유의 현상이라고 여기던 NASA 연구원들은,
보다 근본적인 원인 확인에 들어가 앞으로의 계획에서는 로켓에 엔진 진동 억제장치를 부착하게 됩니다.
또한 모든 엔진에 관련된 밸브등을 간소화시켜 보다 안정적인 엔진운용을 할 수 있게 되었습니다.




그 후.... 로켓은 분리되고 이제 기계썬과 사령선, 착륙선만이 달을 향해 유유히 우주유영을 하고 있었습니다.

지구에서 321,860 km 떨어졌을 때 갑자기, 기계선의 산소탱크 하나가 폭발하는 사고가 벌어집니다.
그야말로 생사의 갈림길의 시작을 산소탱크 폭발음이 알린 것이죠.

큰일났습니다.

당시 사태의 심각성을 파악한 짐 러벨 선장은, "Houston, We've had a problem."이라는 첫 포스팅을 알렸고,
휴스턴 관제센터내 연구원들은 모두 초긴장 상태로 빠져들게 됩니다.

원래 기계선에는 두 개의 산소탱크가 나란히 배치되어 있는데,
비행사가 제 2 탱크의 교반기에 스위치를 넣었을 때 전선 합선으로 인해 발화가 되어,
순간 압력을 견디지 못하고 폭파되고 만 것입니다.
하지만, 이 시점에서의 비행사들은 운석에 의한 충돌로 탱크가 폭파되었다고 알고 있었습니다.

설상가상으로 이 폭파로 인해 제 1 탱크도 손상되어 산소 잔량 게이지는 계획보다 훨씬 빨리 내려가고 있었고,
이런 상태라면 수 시간내에 기계선에는 산소가 바닥나게 됩니다.
관제센터에서는 사태의 심각성을 파악하고,
비행사들에게 최소한의 호흡을 유지하게 명령하고 심지어 산소 잔량 미터게이지를 읽어 보고하는 것조차 중지시키고,
최소한 행동을 자제시켜 산소의 사용량을 줄이게끔 지시하였습니다.

만약에 기계선에서 산소가 바닥나버리면, 어쩔 수 없이 사령선에 있던 산소를 쓸 수 밖에 없습니다.
하지만 사령선의 산소는 대기권 재돌입 과정 10시간 분량의 산소만이 있었기에,
사령선 산소를 쓴다는 것은 무의미한 생명연장이나 다름없었습니다.

또한 산소탱크의 폭발로 인해 연료전지가 주동력이었던 사령선의 동력기능은 정지되고 비상동력으로 전환되게 됩니다.
그래서 관제센터에서는 대기권 재돌입시 전력사용을 위해 사령선의 전력, 산소사용등 모든 기능을 정지시키고
승무원들은 모두 착륙선으로 이동하라고 지시합니다.
그러나 착륙선에는 2명의 비행사가 2일간 버틸 수 있을 정도의 산소만 가지고 있었기에,
3명이 4일간 체류할 수 없는 상황이었습니다.

그리하여 미션은 달 착륙에서 비행사들의 무사귀환으로 변경하게 됩니다.
착륙선에서의 물자를 착륙전에 사용하는 것은 착륙을 포기한 셈이나 마찬가지니까요.
또한, 아폴로 8호처럼 착륙 후 이런 현상이 발생되었다면 비행사들은 부족한 산소로 인해 무조건 죽을 수 밖에 없었겠지만,
다행히 착륙전 사고가 발생해서 착륙선 내 물자를 사용할 수 있게 되어 살아올 수 있었던 것입니다.


그리고 산소탱크의 폭발 이후 가장 큰 문제는 산소의 분출로 인해 무중력 상태에서 같은 속도로 움직이고 있던 우주선이기에,
폭발 후 남아있던 산소들이 분출하면서 우주선의 궤도에 영향을 주게 되어 궤도를 뒤틀어 버렸기 때문에,
이 달라진 궤도를 다시 수정하는 작업이 필요하게 된 것입니다.
정말 상상 할 수 없는 일이 벌어진 것이죠.

또한,
더더욱 중요한 것은,
폭발 후 생긴 잔해에 의해 우주선 사방에 단열재들이 흩어지게 되어,
단열재들에 의해 태양빛이 반사함에 따라 항법시스템 중 가장 중요한 별자리 관측이 불가능하게 된 것입니다.
이 때문에 기준으로 삼는 별들로 인한 위치파악이 불가능하게 되어,
오로지 NASA의 슈퍼컴퓨터에 의해서만 궤도를 알 수 있게 된 것입니다.


그리하여 휴스턴 관제센터 연구원들은 초비상 상태가 되어 대통령을 비롯한 전 세계 국민이 이 해법을 지켜보게 되는 상황이었습니다.




또한 달의 월면착륙은 불가능 했기에, 이 자유귀환궤도까지 간다면
달을 한바퀴돌고 바로 신속하게 지구로의 귀환이 가능했습니다.
그러나 그 궤도를 가기 위해서는 기계선의 엔진을 점화시켜 궤도를 수정해야 하는데,
승무원들은 이전의 폭발로 이 기계선의 로켓에 어느정도 손상이 갔는지 짐작할 길이 없었습니다.
하지만, 착륙선에 달려있는 엔진의 추진력으로 다시금 지구로 귀환하는 궤도를 가질 수 있게 되었습니다.
자유귀환궤도(원래보다 100km정도 이상의 달 표면 고도)에서 달의 뒷표면까지 한바퀴 돈 비행사들은,
지금까지 지구에서 가장 멀리 가 본 비행사로 기네스에 올라와있기도 합니다.
전에 달에 갔던 비행사들보다 100km 더 달 뒷면을 벗어나 궤도를 돌았기 때문이죠.


아폴로 13호의 착륙선.
대기권 재돌입 전 떼어내고 촬영.
아... 만약 이 착륙선이 없었더라면.....
나중에 대기권 진입시 착륙선을 사령선에서 떼어낼 때 비행사들은 살아있는 동료를 죽이는 것 같이 슬프다..라고 했답니다.








3. 자, 이제 궤도는 지구로 귀환하는 궤도로 바뀌었습니다.

산소를 마련한 비행사들에게 뜻하지 않은 돌발상황이 벌어졌습니다.
바로 수산화리튬(LiOH).
이산화탄소를 제거해주는 필터역할.

비행사들에게는 산소만 필요한 것이 아니라 호흡 후 나오는 이산화탄소를 걸러주는 장치도 같이 필요했던 것입니다.
착륙선 내에 있는 이산화탄소 제거기에 있는 수산화리튬으로는 3명이 4일간 사용할 수 없었습니다.
착륙선의 예비용은 착륙선 밖에 있는 격납고에 있었으나 어떻게 갖고올 수 있는 방법이 없었죠.
만약 달에 착륙했더라면 비행사가 나가서 가져올 수 있었겠지만 말이죠.

하지만 사령선에는 충분한 양의 제거기가 있었습니다.
그러나 사령선의 제거기(필터)는 사각형이었고, 착륙선은 원통형이었기에 서로 규격이 맞지않아 사용할 수 없었습니다.
같이 날아가는 우주선에서 같은 역할을 하는 부품이 서로 규격이 맞지 않다니, 놀라울 따름입니다.
이 때 관제선터장(MMC)은 심오하면서도 유명한 말을 남깁니다.

'정부가 하는 일이 다 그렇지 뭐...'

 

자, 돌발상황 발생입니다.
그 좁은 곳에서는 도저히 답이 안나오는 비행사들은 관제센터에게 모든걸 맏겨둔 상황이었고,
관제센터는 꼬박 하룻밤을 새서 대책마련에 고심하고 있었습니다.

그리하여 관제센터는 비행사들이 가지고 있는 물품중에 사용가능한 것들로 조합을 만들어 방법을 고안해 냅니다.
재료는 비행사들의 양말과 파이프를 잇는 테이프, 메뉴얼 책자 겉표지에 골판지를 이용하여,
메일박스(Mail Box)라 불리는 필터를 만들어 냅니다.
이름하여 우체통.




실제 당시 만들었던 메일 박스.






이때 긴급적으로 만든 이산화탄소 제거기는

13호의 사고 이후 14호의 발사 전 사고 조사기간 동안 전문적으로 실험을 하게 되는데,
그 효율이 매우 높다는 점이 인정되어 실제로 우주인들의 생존훈련과정 교범에 첨부되었습니다.








4. 다시한 번 우여곡절 끝에 이 위기를 잘 넘깁니다.


이제 귀환하는 일만 남은 줄 알았으나, 다시 도래한 가장 큰 문제는 전력상황.
컴퓨터도 사용하는 부속에 비해 파워가 낮으면 전력이 딸려 자동으로 꺼지거나 작동이 안되는데,
하물며 우주선이라고 전력에 자유로울 수는 없었습니다.

앞서 말씀드렸듯이 사령선과 기게선은 연료전지를 사용하여 전력을 만들어 움직이게 됩니다.
연료전지라 함은 산소와 수소가 필수 요소지만, 산소탱크는 현재 통째로 날아가버린 상태가 되었습니다.
당시 우주선에는 비상전원장치(APU)와 착륙선에 붙어있는 배터리가 동력을 위한 전지의 전부였습니다.
심지어 부족한 전력으로 인해 생명을 유지할 수 있는 최소한의 장치외에 자동항법장치조차 사용할 수 없어서,
조종사 3명은 수시로 수동항법장치를 조종하면서 관제센터에서 불러주는 궤도로 수정을 하였습니다.
그나마 다행인점은, 존 스위거트가 사령선을 개발한 주요인물 중 한사람이었기에,
그보다 더 사령선에 대해 잘 아는 사람이 NASA에는 없었기에 천만 다행으로 많은 대책을 스스로 직접 할 수 있었다는 점입니다.

이조차도 처음에는 비행사 3명이 휴스턴에서 오는 정보를 기반으로 직접 계산하여 수정했으나,
나중에는 하루 90그램의 물, 배고픔, 고농도의 이산화탄소 환경에 노출등으로 비행사들의 신체상태는 극히 나빠져,
휴스턴에서 계산 후 불러주는 계산값만 실행하며 궤도를 수정할 수 밖에 없었고,
당시 우주선내 온도는 최저한도의 전력으로 인해 영하로 떨어지며 비행사들은 추위와도 싸워야 했습니다.
물도 얼음으로 먹었고, 발이 시려 월면화를 겹쳐 신었는데 월면화는 두쌍 뿐이어서 나머지 한 명은 그야말로 벌벌 떨었죠.
그 결과 착륙선 조종사 헤이즈는 우주에서 독감에 걸리는 사태까지 벌어집니다.

이런 극심하게 암울한 상황에서 한 때 비행사들은 생존을 포기할 지경에 이르기도 합니다.
영화에서도 그 때 상황이 아주 잘 묘사되어 있습니다.






5. 아.... 죽음의 유영이 끝나갑니다...

착륙선과 기계선, 사령선은 일심동체로 서서히 지구와 가까워져 갑니다.
드디어 대기권으로 재돌입할 수 있는 곳까지 3명은 살아돌아왔습니다.

이제부터는 문제 없습니다.

사령선에는 지구까지 도착할 때까지의 산소와 전력, 이산화탄소 필터가 있기 때문입니다.


재돌입 전, 우선 착륙선에서 사령선으로 옮겨탑니다.
그리고 우선 기계선을 떼어냅니다.


실제 떼어난 13호의 기계선.
폭발된 자리는 길이 6.4m 폭 1.8m로 상당히 거대한 면적입니다.


비행사들은 깜짝 놀랍니다.
이제서야 비행사들은 착륙선에 산소, 수소탱크 커버가 통째로 사라져버린 것을 확인했습니다.
이전까지 기계선은 운석에 충돌로 인한 폭발로 알고 있었는데,

그게 아니라 자체 압력에 의한 폭발이라는 것을 알수 있게 된 것이죠.



그리고나서, 착륙선(코드명 아쿠아리우스)를 떼어냅니다.
회고록을 보면, 이 때가 가장 아쉬운 순간이였다고 합니다.
월면에 착륙해보지 못했기도 했지만, 자기들을 위해 희생만 하고 우주미아로 남게되는 착륙선에세 고마웠기 때문이지요.

이제 사령선은 성공했을 때의 미션과 같이 대기권 재돌입을 합니다.


그 과정은 순조로웠으며 비행사들은 태평양에 안전하게 착수하게 됩니다.
다른 두 조종사는 건강상의 특별한 문제가 없었지만,
헤이즈 비행사는 요로염에 걸려잇었습니다.
이유는, 관제센터에서 궤도 수정에 영향을 끼칠까봐 소변을 보고 우주선 밖으로 내보내는 일을 하지마라고 지시했는데,
이 세명은 소변 자체를 보지말라고 이해했기 때문에 착수때까지 소변을 참았던 헤이즈는 요로염에 걸린 것이죠.




항공모함 이오지마호에서 성공적으로 모두를 구조하고,
닉슨 대통령은 그날 밤 베트남에서 군대를 철수하겠다고 밝힐 예정이었던 연설을 취소하고,
바로 이오지마호로 달려가 아폴로 13호 미션을 Successful Failure라고 선언했습니다.

여기서 Successful Failure(성공적인 실패)가 나오게 된 것이죠.




착수하고 있는 13호


성공적으로 구조

구조된 13호의 승무원 3명




Mision Control celebrates successful splashdown of Apollo 13. 당시 휴스턴 상황. 엄지 번쩍!










6. 이 후 미국내 여론은 달 탐사에 대한 미션에 굉장히 회의적으로 변했고 부정적인 면을 띄게 됩니다.

하지만 닉슨 대통령은 진보한 달 탐사를 외치며 기계선을 완전히 설계변경하여 14호의 승인을 내립니다.

원래는 13호가 진보된 달 탐사의 역할을 맡기위해, 새로 제작된 우주복과 선장표시 붉은띄 등을 갖추었으나,
실제 달에 착륙해보지 못하였으니 14호부터 진보된 달 탐사라는 슬로건을 갖다 붙인 것입니다.

그리고 이 사건은 1995년 아폴로 13이라는 영화로 초화화 캐스팅을 자랑하며 제작 되어집니다.
당시 선장 짐 러벨은 이 영화를 보고, 몇몇 장면을 제외하고는 아주 사실적으로 제작하였다고 인정했습니다.
로켓이 분리되는 장면 등등은 아주 사실적이어서 아카데미 최우수 편집상을 받기도 합니다.





7. 그 외...

아폴로 13호가 귀환하자 신기한 소송이 발생합니다.

달 착륙선을 제작한 그루먼사가 사령선을 만든 아메리카 록웰사에게 소송을 겁니다.
이유인 즉, 달에서부터 자기 착륙선이 사령선을 견인하여 대기권까지 왔으니 그에 대한 견인료를 달라는 것입니다.
당시 청구금액은 32만 달러수준. (3억 5천만원)
청구서에는 현금시 2%를 깎아준다는 내용도 포함.

결론은 지불거부.

이유는 10, 11, 12호 때는 착륙선을 달에 버리지않고 대기권까지 가져와서 버렸으니 그 때 대기권까지 다시 가져온 것에 대해
아메리카 록웰은 청구서를 제시한 적이 없으므로 이번 또한 돈을 지불할 수 없다는 것입니다.

참, 별일입니다.




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이것으로 아폴로 13호에 대한 이야기를 마칩니다.




읽어주셔서 감사드리고, 다음 이야기는 내년 명왕성과 도킹하게될 뉴-호라이즌스호입니다.

그럼 이만!!