한국항공우주연구원

태양광 무인기 18.5km 성층권 비행 성공

- 구글, 페이스북, 러시아, 중국 보다 고고도 태양광 무인기 기술 앞서 -

- 실시간 지상관측, 통신중계, 기상관측 등 미래 시장 창출 가능 -

□ 한국항공우주연구원(이하 항우연)은 대기가 희박한 고(高)고도에서 태양 에너지만으로 비행하는 고고도 태양광 무인기(EAV-3, Electrical Aerial Vehicle)가 지난해 고도 14.12km 도달에 이어 더 높은 18.5km의 성층권 고도에서 90분 간 비행하는데 최근 성공했다고 25일 밝혔다. 

 ○ 이번 비행 기록은 지난해 보다 약 4km 이상 더 높아, 비행 관제를 받지 않는 성층권 고도 비행에 성공한 것으로, 항우연은 고고도에서의 저온 문제 해결을 위한 고고도 프로펠러 설계기술, 초경량 구조물 설계기술, 정밀 항법·제어기술 등 핵심 기술 개발에 이어 기체 내부 온도 제어, 고고도 에너지 운용, 고고도 비행 제어 등 고고도에서의 비행운용에 필요한 기술을 향상시켜 왔다.  

 ○ 성층권은 공기밀도와 온도가 매우 낮아 일반 항공기가 비행하기 어렵지만, 바람이 약하고 구름이 없어 태양광을 동력원으로 활용하여 장기체공하기에 유리하며, 18km 이상의 고도는 지상 관제사의 지시와 정해진 항로 없이 운용자의 계획에 따라 비행할 수 있어 활용성이 높다.

  ※ 고도 약 18km 이상 성층권의 대기밀도는 지상의 약 9%, 온도는 약 ?70℃로 전자 장비에 가혹한 환경으로 일반 항공기의 비행이 어렵고 고도 약 18km(60,000ft, Class A 공역)이하에서는 항공기가 관제사의 지시에 따라 정해진 항로에서만 운항되어야 하지만 고도 18km 이상은 관제 영역에 해당하지 않음

□ 이번 비행으로 고고도 태양광 무인기(EAV-3)는 세계에서 세 번째로 18km 이상의 성층권 고도에 진입한 태양광 무인기로, 우리나라가 세계적으로 경쟁이 치열한 고고도 장기체공 태양광 무인기 기술에서 기술적 우위를 확보하게 됐다는 점에서 의미가 크다. 

 ○ 세계적으로 성층권에서 2주일 이상 비행에 성공한 태양광 전기동력 비행체는 지금까지 영국 키네틱(Qinetiq)사(社)의 제퍼(Zephyr)가 유일하며, 미국의 에어로바이론먼트(Aerovironment)사가 개발한 Helios는 성층권에서 단기 체공하는데 그쳤다. 

 ○ 구글과 페이스북, 러시아, 중국 등이 태양광 장기체공 무인기를 경쟁적으로 개발하고 있으나 아직 성층권 비행에는 이르지 못하고 있다. 

  ※ 현재 구글은 최대 5년 동안 성층권(고도 20km)에서 장기체공 할 수 있는 태양광 무인기를, 페이스북도 고도 20km의 성층권에서 태양전지와 이차전지로 최장 5년 동안 체공하며 무선 인터넷 망을 구축하여 오지에 Wi-Fi 서비스를 제공하여 새로운 미래 시장을 창출할 Aquila 프로그램을 추진 중. 또한, 유럽Airbus DS도 영국 키네틱(QinetiQ)사의 Zephyr 프로그램을 인수하여 저궤도 위성의 일부임무를 대체하기 위해 고고도 장기체공 전기동력무인기를 개발 중임

□ 고고도 태양광 무인기(EAV-3)는 실시간 정밀지상관측, 통신 중계, 기상 관측 등 인공위성을 보완하는 등의 임무를 보다 저렴하고 친환경적으로 수행할 수 있어 선진국이 앞 다투어 기술 개발에 매진하고 있는 미래 기술 분야다. 

 ○ 앞으로 태양전지와 배터리의 효율이 높아진다면 우리나라도 성층권에서 수개월씩 장기 체공하는 태양광 무인비행기를 이용해 불법조업 외국어선 감시, 해양 오염·산불 감시, 농작물 작황 관측 등을 보다 쉽게 할 수 있을 전망이다. 

 ○ 한편, 미국의 유력 항공기 시장조사 기관인 틸 그룹(Teal Group)이 낸 보고서(2016.7)에 따르면, 통신분야의 경우 고고도 장기체공 무인기의 활용시장은 2025년 15억달러 규모로 중/소형무인기를 활용한 농업분야(13.6억달러)를 넘어 건설분야(16.5달러)에 근접하게 성장할 것으로 전망된다. 

   ※ 2025년 무인기 시장규모 예측은 총 104억 달러, 취미용 39억 달러, 공공/민수 65억 달러

□ 항우연은 앞으로 성층권에서 고고도 태양광 무인기(EAV-3)를 활용해 지상 관측, 대기자료 획득, 실시간 영상 전송, 통신 중계, 기상 관측 등 다양한 임무 수행 시험을 진행하고 고고도 태양광 무인기 기술의 실용화를 추진해 나갈 계획이다. 

 ○ 특히 구글과 페이스북은 물론 다른 나라들의 개발 경쟁에서 앞서 국내 기업들이 고고도 장기체공 태양광 무인기를 활용한 관련 서비스를 육성할 수 있도록 관련 기업에 기술이전을 적극 지원할 계획이다.

□ 항우연은 2010년부터 미래창조과학부의 지원으로 전기동력 무인기 핵심기술 개발에 착수해 2013년 22시간 연속 비행과 5km 고도 도달(EAV-2), 2014년 25시간 연속 비행 및 10km 고도 도달(EAV-2H), 지난해 고도 14.12km에 도달(EAV-3)하는 등 고고도 장기체공 무인기 개발 기술 수준을 높여왔다.