한국항공우주연구원

고고도 태양광 무인기 성층권 비행 시험 성공

□ 한국항공우주연구원(이하 항우연)은 대기가 희박한 고(高)고도에서 태양 에너지만으로 비행이 가능한 고고도 태양광 무인기(Electrical Aerial Vehicle, EAV-3)를 개발, 고도 14km 성층권 비행에 성공했다고 11일 밝혔다.
○ 항우연은 전남 고흥 항공센터에서 EAV-3 비행 시험을 수행해 왔으며, 최근 EAV-3가 총 9시간의 비행 시험 중 최고 상승 고도 14.12km에 도달하는 데 성공했다.
- 고도 14km는 일반 민항기의 주 비행고도인 고도 10km 보다 공기 밀도는 약 53%, 온도는 약 30도(-60℃) 낮은 환경이다. 고도가 높아질수록 공기밀도와 온도가 급격히 낮아져 비행이 어렵지만, 구름이 없어 태양광을 동력원으로 활용하기에는 유리하다.
□ EAV-3는 성층권 고고도에서 오랫동안 머물 수 있도록 태양전지와 2차 전지(리튬이온)를 동력원으로 활용하는 100% 무공해 전기 동력 항공기다.
○ 비행 중 날개 윗면에 부착된 단결정 태양전지가 2차 전지를 지속적으로 충전해 에너지원으로 활용한다. 공기 밀도가 낮은 고고도에서 장기체공을 위해 날개 길이가 20m에 달하지만 국산 첨단 탄소섬유 복합재를 적용해 총중량은 53kg에 불과하다.
○ EAV-3는 항우연이 설계, 해석, 체계종합을 수행했고, 제작과 비행시험에 다수의 국내 중소기업이 참여했다. 성우 엔지니어링(기체제작 및 비행시험 지원), 티움리서치(배터리 팩 및 제어시스템 제작), 솔레이텍(태양전지 모듈제작), 유콘시스템(비행제어 컴퓨터 및 항법 시스템 제작), 스마텍(모터 제작) 등이 참여했다.
□ EAV-3의 14km 비행 성공은 우리나라가 성층권 장기체공 태양광 무인기 개발 기술의 완성에 보다 더 다가가게 됐다는 점에서 의미가 크다.
○ 항우연은 EAV-3 개발을 통해 초경량 고강성 기체 구조 설계, 고고도 비행체 형상 및 프로펠러 설계, 저속 대형 무인기 제어, 고고도용 저속-고토크 모터 개발, 고고도 비행체 운용 등 보다 완전한 고고도용 장기체공 무인기를 개발할 수 있는 기술을 확보했다.
○ 특히 우리나라 상공 10km 부근에는 강한 편서풍대인 제트 기류층이 존재해 초경량 기체가 이를 통과해 상승하기 위해서는 한 단계 높은 기술력이 필요하다.
□ 성층권 고도의 장기체공 무인기는 실시간으로 정밀지상관측, 통신 중계 등 인공위성을 보완하는 다양한 임무를 수행할 수 있어 선진국이 앞 다투어 기술 개발에 매진하고 있는 미래 기술 분야로,
○ 세계적으로 성층권에서 2주일 이상 비행에 성공한 태양광 전기동력 비행체는 지금까지 영국 Qinetiq社의 Zephyr(제퍼)가 유일하며, 미국의 Helios는 성층권에서 단기 체공에 성공한 바 있다.
□ 항우연은 2010년 전기 동력 무인기 핵심기술 개발에 착수해 2013년 5km 고도에서 22시간 연속 비행, 2014년 10km 고도 도달 및 25시간 연속 비행 성공 등 고고도 장기체공 무인기 개발 기술 수준을 높여 왔다.
○ 항우연은 일반 항공기가 도달할 수 없는 성층권에서 수 주일에서 수개월 간 체공하며, 지상관측(환경재난감시, 교통감시, 국경감시), 기상 관측, 통신중계 등의 임무를 수행하는 고고도 장기체공 태양광 무인기 기술을 지속적으로 확보할 예정이다.
□ 이 연구결과를 이어 미래창조과학부와 한국항공우주연구원은 2016년부터 무인 이동체 미래선도 핵심기술 개발 사업을 통하여 고고도 장기체공 태양광 무인기의 차세대 동력원 및 비행체의 초경량 기술 등을 개발해 나갈 계획이다.



첨부 1 : 고고도 태양광 무인기(EAV-3) 사진
첨부 2 : 고고도 태양광 무인기(EAV-3) 제원
첨부 3 : 고고도 테양광 무인기 해외 동향