보라빛 소를 만나기 위한 도약

※ 아래 글은 정보통신기술진흥센터(IITP)가 발간하는 주간기술동향 1861호(2018. 8. 29. 발행)에 기고한 원고입니다.

▶ IITP에서 PDF 포맷으로 퍼블리싱한 파일을 첨부합니다. 가독성이 좋으니 참고하시기 바랍니다.

에어버스, 태양광 무인항공기 26일 연속 비행 신기록.pdf

◾ 에어버스(Airbus)는 8월 초 자사의 태양광 무인 항공기 ‘제퍼S(Zephyr S')'의 양산 1호기가 첫 시험 비행에 성공했다고 발표

▸ 이 무인항공기는 7월 11일 미국 애리조나주를 이륙해 25일 23시간 57분 동안 비행했는데, 이는 지금까지 항공기의 비행시간으로는 세계 신기록임

▸ 에어버스에 따르면 이전 세계 최장 비행시간 기록은 제퍼의 프로토타입이 달성한 약 14일간 연속 비행인데, 이번 제퍼S의 기록은 약 두 배 가량 더 긴 것

<자료> New Atlas

[그림 1] 태양광 무인항공기 제퍼S

▸ 제퍼S는 날개폭 25m, 무게 75kg으로 일반 항공기의 운항 고도나 구름보다 높은 70,000 피트(약 21.3km) 상공의 성층권을 비행하며 태양광으로만 비행을 하였음

▸ 이 고도에서 비행 가능한 항공기는 거의 없어, 민간 항공기로는 2003년에 마지막 비행을 마친 초음속 여객기 콩코드가 유일하며, 군용기 중에는 록히드마틴이 개발한 고도 정찰기 ‘U-2’와 ‘SR-71 블랙버드’만 비행이 가능

▸ 제퍼S는 통신, 정찰, 감시 등 다양한 분야에 활용할 수 있는 소위 ‘고고도 유사 위성(HAPS, High Altitude Pseudo-Satellite)'으로 인공위성과 유인 항공기 사이에 위치함

◾ 고고도 유사 위성인 태양광 무인항공기는 제작 및 발사 비용이 엄청난 인공위성의 기능을 일부 대신할 수 있어, 각국 우주항공연구기관과 민간 기업들이 일찍부터 개발해 왔음

▸ 에어버스의 이번 태양광 드론 비행 역시 영국 국방부가 지원했는데, 영국 국방부는 무인 태양광 항공기의 혁신성과 다양한 창조적 파괴를 가져올 수 있는 잠재력을 높이 평가하고 있다며, 이런 잠재력이 이번 비행기록으로 드러났다고 논평하였음

▸ 영국 국방부는 이미 제퍼S의 상용 모델 3대를 주문했다고 하며, 에어버스는 보다 오래 비행하고 다양한 기능을 제공하는 상위 모델 ‘제퍼 T’의 개발에 돌입했다고 함

▸ 제퍼S는 관측, 감시, 통신 등의 목적으로 민수와 군수 모두에 이용되며, 산불이나 기름 유출 등 재해의 확산을 감시하고 관리하는 데도 탁월한 능력을 발휘할 것으로 기대됨

▸ 또한 전세계적으로 급변하는 환경 지형을 지속적으로 모니터링하고, 통신 인프라가 제대로 갖춰지지 못한 지역에 통신 수단을 제공하는 용도로도 이용도 예상됨

▸ 태양광만을 동력으로 하는 항공기 개발 프로젝트로는 태양광만으로 세계 일주를 하겠다는 목표 하에 23일간의 유인 비행에 달성한 스위스 기업 ABB의 ‘솔라 임펄스(Solar Impulse, Si) 2'가 널리 알려져 있음

▸ 한편 스위스의 에코 탐험가인 라파엘 돔얀은 태양광만을 에너지원으로 성층권에 도달하는 최초의 유인 비행기 프로젝트 ‘솔라 스트라토스(Solar Stratos)'를 진행 중임

<자료> Solar Stratos

[그림 2] 솔라 스트라토스 개념도

▸ 태양광 무인 항공기 개발 프로젝트로는 구글과 페이스북도 진행 중인데, 페이스북은 2016년 7월에 90분가량의 시험 비행을 성공시킨 바 있으며, 구글과 페이스북 등은 모두 저개발 국가의 새로운 통신망으로 무인 항공기를 이용한다는 계획을 세우고 있음

◾ 에어버스의 이번 성과에도 불구, 무인 태양광 비행기의 개발은 쉽지 않은 측면이 있는데, 특히 태양광 집진에 필요한 수많은 전지판이 야기하는 안전문제가 최대 과제라고 함

▸ 비행에 성공한 유인 태양광 비행기 솔라 임펄스2의 경우 날개길이가 72m인데, 이는 보잉이나 에어버스의 대형 항공기와 비슷한 수준의 날개 크기임

▸ 하지만 솔라 임펄스2의 무게는 2천 kg대로 아주 가벼운 편인데, 그럼에도 비정상적으로 넓은 날개가 필요한 것은 약 1만 7천개 이상의 태양전지를 부착할 공간이 필요하기 때문

▸ 즉 거대한 날개와 에너지 소비 최소화를 위한 경량화가 태양광 무인항공기의 특징인데, 경량화를 추진할 경우 내구성에 문제가 생겨 안전문제가 발생하게 되는 것임

▸ 실제로 NASA는 무인 태양광 비행기 '헬리오스(Helios)' 프로젝트를 추진했으나, 경량화에 따른 내구성 문제로 헬리오스가 추락했고, 고고도에서 추락이 마치 운석과 같은 파괴력으로 피해를 입힐 우려가 있음이 드러나자 개발을 포기한 바 있음

<자료> NASA

[그림 3] 추락한 NASA의 무인 태양광 비행기 헬리오스