[항공] 비행선, 성층권 선점의 첨병 우주항공

stratobus-thales-google-loon.jpg » 탈레스그룹이 개발에 착수한 성층권 비행선 `스트라토부스' 디자인. thalesgroup.com  

 

 지상 20km의 무주공산 하늘 성층권

 프랑스 탈레스, 비행선 디자인 공개

 기상변화 적어 비용 대비 효율 높아

 

 성층권은 지상 약 10~50km 사이의 대기층을 말한다. 대류의 움직임이 적어 기상 변화가 거의 없는 대기권이다. 항공기 순항고도보다는 높지만, 인공위성보다는 훨씬 낮은 고도이다. 미국, 일본, 유럽 등 세계 각국에서 무주공산의 이 하늘 영역을 먼저 차지하기 위한 성층권 비행선 개발이 한창이다.

 성층권 비행선이란 고도 20㎞ 부근에 장기간 머물면서 통신중계, 원격탐사, 정찰 등의 임무를 수행하는 비행선을 말한다. 영어로는  ‘Stratellite’라 부른다. 이는 성층권(stratosphere)과 인공위성(satellite)을 합친 말이다. 
 프랑스의 종합전기업체인 탈레스가 인공위성과 무인항공기(드론)을 합쳐놓은 개념의 성층권 비행선 ‘스트라토부스’(Stratobus) 콘셉트 디자인을 최근 공개했다. 스트라토부스는 고도 6만6000피트(약 20㎞)에서 각종 감시와 통신 등의 임무를 수행하는 플랫폼 역할을 겨냥한다.
 이런 임무를 수행하는 데 성층권 비행선이 주목받는 이유는 무엇보다도 운영비용 대비 효율이 높기 때문이다. 기상변화가 적으니 비행선의 안정성이 높고, 공기의 밀도도 낮아 위치를 유지하는 데 드는 에너지도 적다. 또 인공위성에 비해 훨씬 낮기 때문에 데이터 소실이나 지연 걱정없이 송수신할 수 있고, 항공기에 비해 높게 떠 있어 훨씬 광범위한 지역을 관찰할 수 있다. 

    

45a77ebbeb_stratobus_plateforme_geostationnaire_thales_01.jpg » 성층권 비행선은 고도 20킬로미터 상공에서 정지 상태를 유지한 채 활동한다. thalesgroup.com

 

  햇빛으로 작동…최대 5년간 활동 목표

 

 일단 성층권에 올라간 비행선은 항공기와 달리 추가적인 연료공급 없이 햇빛에서 동력을 얻어 장기간 작동한다. 스트라토부스의 목표는 최대 5년까지 한 곳에 머물면서 다양한 임무를 수행하는 것이다.

 다만 상용화 단계까지 가려면 온도가 평균 -75℃나 되고 극심한 일교차를 보이는 등 극한환경을 견뎌내야 하는 기술적 과제들를 해결해야 한다.

 이번에 공개된 스트라토부스의 비행선 크기는 길이 약 100m, 지름 약 30m. 선체의 소재는 안정성과 효율성을 위해 가벼우면서도 아주 강해야 하는데, 탈레스는 탄소섬유를 생각하고 있다.
 화물 적재 용량은 200kg이다. 탈레스 쪽은 이 정도면 과학장비와 센서, 통신장비를 싣고 운반하는 데 충분하다고 말한다. 동력원은 햇빛 방향에 따라 회전하면서 사시사철 햇빛을 받을 수 있는 태양광패널을 이용하고, 남는 에너지는 초경량 재생형연료전지(reversible fuel cell)에 저장해 놓는다.

 

 넘어야 할 기술장벽 몇가지

 

 스트라토부스를 개발하려면 몇 가지 기술 장벽을 넘어야 한다. 첫째는 선체가 장기간 동안 강력한 자외선에 견딜 수 있어야 한다. 두번째는 야간에도 전자장비 및 엔진이 계속 작동할 수 있도록 효율적이고 신뢰할 만한 연료전지를 개발하는 것이다. 세번째는 풍선 모양에 잘 맞는 가볍고 튼튼한 광전기센서를 만드는 것이다. 공학자들의 계산에 따르면 탈레스가 제대로 작동하려면 최소한 30%의 에너지효율성을 갖춘 태양광전지가 필요하다.
  또하나의 기술적인 과제는 위치가 흔들리지 않도록 하는 것이다. 탈레스는 2개의 전기 모터가 풍속에 따라 자동적으로 출력을 조정해 비행선의 위치를 고수하도록 할 예정인데, 현재 개발 목표는 최고 풍속 90㎞/시까지 견딜 수 있게 하는 것이다.
 탈레스 쪽은 첫 시제품을 5년 안에 내놓을 계획이다. 스트라토부스 개발은 에어버스, 프랑스 원자력에너지청 등과의 협력 프로젝트이다.
 

Google_Loon_-_Launch_Event.jpg » 구글이 추진 중인 룬 프로젝트에 사용될 비행선 모형. 위키피디아

 

구글 룬 프로젝트 비행선과 어떻게 다른가

 

스트라토부스는 어떤 면에서는 구글의 룬 프로젝트(Project Loon)와도 닮았다. 룬 프로젝트란 2008년부터 구글이 전세계를 인터넷으로 연결한다는 목표 아래 개발하고 있는 통신용 비행선 네트워크다. 지난해 여름 뉴질랜드에서 첫 실험에 들어갔다. 하지만 룬 프로젝트가 자율작동 시스템이 일부에만 적용되고 비행선이 온 세계를 누비고 다니는 개념인 반면, 스트라토부스는 고정된 위치에 있으면서 모든 작동 시스템을 자동화하는 점이 다르다. 비행선의 수명도 스트라스부스가 더 길고 이용 범위도 더 다양하다.
 성층권 비행선은 성공적으로 개발될 경우 국경 및 해안선 감시, 이동통신 및 GPS(위치정보확인), 방송 중계 등 용도가 광범위하다. 그러나 급증하는 드론과 더불어 이런 종류의 관찰, 감시 장비가 피하지 못할 논란이 있다. 사생활 침해에 대한 우려다.
 

201198161139_4.JPEG » 성층권 장기체공 무인비행선(비아50) 사업은 고도 3km에서 비행하는 50m의 무인비행선을 제작해 2004~2005년 시험비행까지 마친 바 있다. 이는 당시로선 세계 최대의 자동비행 무인비행선이었다고 항공우주연구원은 밝혔다.www.karischool.re.kr

 

일찍 눈 떴다 포기한 한국, 최근 개발 재시동

 

 한국도 비교적 일찍 성층권 비행선 개발에 눈을 뜬 나라 중 하나다. 지난 2001년 '다목적 성층권 장기체공 무인비행선 개발사업(VIA50)'이란 이름으로 개발에 나섰다. 1단계로 고도 3km에서 비행하는 50m의 무인비행선을 제작했으며, 2004~2005년 비행시험을 성공적으로 마치기도 했다. 한국항공우주연구원을 중심으로 진행되던 이 프로젝트는 그러나 2006년 사업성이 떨어진다는 이유로 중단됐다. 6년여간 잠자던 이 사업이 최근 다시 눈을 떴다. 방위사업청은 지난해말 여러 부처와 함께 2017년까지  452억원을 들여 성층권 장기체공 무인비행체 설계 기술을 개발하기로 했다고 발표했다. 이 프로젝트는 성층권에서 3일간 체공하면서 기상자료 획득이나 통신 중계 등을 할 수 있는 초경량 무인비행체가 기술적 타당성과 실용성이 있는지 입증하는 사업이다. 
 

출처
https://www.thalesgroup.com/en/worldwide/space/case-study/stratobus-halfway-between-drone-and-satellite
http://phys.org/news/2014-03-stratobus-airship-prototype-years-video.html  


곽노필 한겨레신문 선임기자 nopil@hani.co.kr
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profile한겨레신문 선임기자. 미래의 창을 여는 흥미롭고 유용한 정보 곳간. 오늘 속에서 미래의 씨앗을 찾고, 선호하는 미래를 생각해봅니다. 광고, 비속어, 욕설 등이 포함된 댓글 등은 사양합니다.