[항공] 연료없이 나는 비행기의 꿈 우주항공

env_1397519466122.jpg » 완성된 '솔라 임펄스 2' 기체. Solar Impulse.  

 

스위스의 모험가 피카르의 '솔라 임펄스2'

내년 봄 태양광 비행기 첫 세계일주 도전

 

 오랜 세월 인간은 새처럼 나는 게 꿈이었다. 100여년 전 라이트 형제는 '나는 기계'로 그 꿈을 현실로 만들었다. 인간은 다시 꿈을 꾼다. 이번엔 연료 없이 나는 꿈이다. 연료 없는 태양광 비행기에 몸을 싣고 날아가는 꿈이 영글어가고 있다. 40년 전 실험 수준에 불과했던 그 꿈이 이제 모험의 영역을 지나 서서히 실용의 세계로 진입하려 하고 있다.

  스위스의 유명 모험가 집안의 3세인 베르트랑 피카르(Bertrand Piccard)는 이 일에 팔을 걷어붙이고 나선 사람 중 하나다. 의사이기도 한 그는 엔지니어이자 사업가인 앙드레 보쉬베르그와 함께 벤처기업 '솔라 임펄스'(Solar Impulse)를 설립해 유인 태양광 비행기 개발에 한창이다. 80명의 기술진과 함께 구슬땀을 흘리고 있는 그는 이미 몇년 전 1세대 제품 개발에 성공했고, 곧 2세대 제품 ‘솔라 임펄스 2’ 시험비행에 들어간다. 올해 중 시험을 거듭해 내년 봄엔 첫 세계 일주 비행에 도전할 예정이다. 당연히 이 비행기에는 연료가 없다. 날개에 장착한 태양전지와 여기서 얻은 에너지를 저장하는 리튬이온 축전지에서 동력을 얻는다. '솔라 임펄스 2'의 강점은 체공시간이 길다는 점이다. 이론상으로만 보면 햇빛이 있는 한 무한대 비행이 가능하다. 세계 일주에 도전하는 이유가 여기에 있다. 내년 3월에 시도할 세계 일주는 햇빛이 강한 중동의 페르시아만 지역에서 출발해, 아라비아해, 인도, 미얀마, 중국 상공을 거친 뒤 태평양을 건너 미국, 대서양을 운항하는 경로로 진행할 계획이다. 3월을 택한 것은 인도양에 발생하는 강한 계절풍(몬순)을 피하기 위해서라고 한다.
 

env_1397519466123.jpg » 태양전지를 날개에 설치하고 있는 모습. Solar Impulse.

 

env_1397519466125.jpg » 샌프란시스코 상공을 야간비행하는 모습. Solar Impulse.

 

yh20140415SolarImpulse_comparison_590px.jpg » 솔라 임펄스 2(위)와 보잉 747-81기의 비교. Solar Impulse.

 

 

‘솔라 임펄스 2’의 모양은 일반 비행기와는 좀 다르다. 주날개의 길이는 72m로, 최신 보잉기 747-8I(68.5m)보다도 길다. 1인 탑승용인데다 동체 재질은 탄소섬유여서 무게는 고작 2300kg. 이는 현대자동차의 대형 승용차 에쿠우스와 비슷한 중량이고, 보잉 747-8I기 최대 이륙중량의 약 1/200에 불과하다.
 주날개와 동체, 수평 꼬리날개에 무려 1만7248개의 단결정 실리콘 태양전지 셀이 장착돼 동력원을 만들어낸다. 셀의 두께는 0.135mm에 불과하지만, 에너지 변환효율은 23%로 높은 편이다. 야간에는 리튬폴리머 축전지에 저장된 에너지를 쓴다. 중량에너지밀도가 260Wh/kg으로 성능은 좋지만 무게가 633kg나 된다. 비행기 중량의 4분의 1을 넘는다. 160kWh 이상의 전력을 저장할 수 있는데 이는 닛산 소형전기차 7대 분이다.  비행 고도는 에베레스트산 정상과 엇비슷한 8500m이다.  불편한 점은 경량화 및 전력 절약을 위해 여압장치(기압을 지상과 같은 수준으로 유지해주는 장치)를 달지 않았기 때문에 산소마스크를 사용해야 한다는 점이다. 바깥기온은 영하 40도까지 떨어지지만, 난방 장치도 없다. 대신 단열재로 견디는 수밖에 없다.
 

yh20140415SolarImpulse_control_590px.jpg » '솔라 임펄스 2'의 조종간과 계기판. Solar Impulse.

 

'솔라 임펄스 2'는 비행거리에 한계가 없지만 추진력은 약하다. 비행속도가 최고 고도에서도 시속 140km에 불과하다. 따라서 태평양을 횡단하려면 5일간 연속 비행해야 한다. 이 긴 시간을 조종사가 견딜 수 있느냐가 문제다. 그래서 내년에 시도할 세계일주 비행에서는 두 사람이 교대해가며 조종을 할 계획이다.
 ‘솔라 임펄스 1’(HB-SIA)을 ‘솔라 임펄스 2’(HB-SIB)로 개량하는 데는 5년이라는 시간이 걸렸다. 1세대 제품은 2010년 연속 26시간 비행, 2012년 2개 대륙 횡단, 2013년 무착륙 미국 대륙 횡단 성공 기록 등 8개의 세계 기록을 갖고 있다. 

 


  

yh20140415SolarImpulse_3gens_400px.jpg » 스위스의 모험가 집안인 피카르 일가 3대. Solar Impulse.

 

 피카르의 집안은 할아버지 때부터 모험을 즐겨온 내력을 갖고 있다. 할아버지인 규스트 피카르는 수소기구를 설계해 고도 1만6000m의 성층권에 처음으로 도달한 인물이다. 규스트는 그 후 해양탐사에도 나섰다. 전기식 잠수정을 발명해 수심 4000m터 깊이까지 잠항하기도 했다. 아버지인 자크 피카르는 미 해군 돈 월쉬 대위와 함께 2호기인 트리에스터에 탑승해 1960년 세계 최초로 심해저인 마리아나해구의 챌린저해연(수심 1만911m)에 도달했다. 1958년생인 베르트랑 자신은 바다보다 하늘에 관심이 많았다. 무동력 비행을 즐겼던 그는 솔라 임펄스 개발 계획을 시작하기 전인 1999년에 기구를 타고 무착륙 세계일주 비행에 성공했다. 당시 비행기간은 20일 남짓이었다.
 

megtb_1398378650933.jpg » 선시커 듀오. Sunseeker Duo

 

megtb_1398378650932.jpg » 선시커 듀오. Sunseeker Duo.

 

미국의 모험가 레이몬드의 '선시커 듀오'

2인승 태양광 비행기로 실용성 개선 초점

 

 미국의 솔라 플라이트(Solar Flight)는 솔라 임펄스보다 실용성을 높인 태양광 비행기를 개발하고 있다. '선시커 듀오'(Sunseeker Duo)라는 이름의 이 항공기는 솔라 임펄스에 비해 체공시간은 적지만, 2인승이란 점이 강점이다. 이는 승객을 태울 수 있다는 걸 뜻한다. 얼마간의 수화물도 운반 가능하다. 조종사들에게 익숙한 삼륜식 착륙 기어 (tricycle landing gear)를 사용해 어느 공항에서도 착륙이 가능하다. 날개도 접을 수 있게 만들어 격납공간이 경비행기인 세스나(Cessna)172보다 작다.

 

 

 선시커 듀오의 최대 체공시간은 12시간. 기체에 설치된 배터리 팩이 비행기 날개 및 꼬리에 설치된 태양전지판을 통해 모은 태양 에너지를 저장한다.  날개 길이는 22미터(72피트), 무게는 280㎏(617.3파운드)이며 날개 및 꼬리에 장착하는 태양 전지판은 1510개이다. 라이트 형제의 첫 비행일에 맞춰 지난해 12월17일 시도한 첫 시험비행도 성공리에 마쳤다. 비행기에 장착될 리튬 배터리는 이전 모델인 ‘선시커 1’에서 사용된 니켈 카드뮴 배터리보다 용량이 7배나 더 크다고 한다.

 솔라 플라이트 설립자이자 '선시커 듀오' 프로젝트 책임자인 미국의 에릭 레이몬드(Eric Raymond) 역시 모험 스로츠 애호가다. 대학에서 항공공학을 전공한 그는 평소 행글라이더 비행을 즐겨, 1983년과 1984년 잇따라 세계곡예비행대회에서 우승하기도 했다. 그는 1979년 래리 마우로(Larry Mauro)가 개발한 세계 최초의 유인 태양광 비행기 '솔라 라이저'(Solar Riser) 소식을 듣고 태양광 비행기에 관심을 갖기 시작했다. 그러던 중 1986년 독일의 군더 로셸트(Gunther Rochelt)가 제작한 초경량 페달비행기 ‘무스쿨라 2’(Musculair II )를 조종한 경험을 계기로, 로셸트의 기술 도움을 받아 직접 태양광 비행기 ‘선시커’(Sunseeker) 제작에 나섰다. 선시커는 태양광 동력 비행기의 이전 기록을 연달아 갈아치웠다. 1990년 미국 대륙 횡단에 성공했고, 2009년에는 이를 개량한 ‘선시커 2’로 알프스 횡단 및 유럽 대륙 투어도 마쳤다.


 

8717771529_b9562c8964_z.jpg » 롤랜드 바우처가 1974년 태양광 비행기 첫 시험비행을 하기 전 점검하는 모습. flickr.com

 

8718890070_c70033011b_z.jpg » 1974년 11월4일 세계 첫 태양광 비행기 비행 장면. 500피트 상공까지 날았다. flickr.com

 

 태양광 비행기가 처음으로 등장한 것은 지금으로부터 40년 전인 1974년이다. 미국의 벨연구소가 태양전지를 발명한 1954년에서 꼭 20년이 흘렀을 때다. 당시 미국의 휴즈항공 엔지니어였던 롤랜드 부셰(Roland Boucher)는 태양광 비행기 개발 아이디어를 냈다가 회사가 퇴짜를 놓자, 자신의 형이 운영하던 소형 항공기 제작업체 애스트로플라이트(AstroFlight)에 합류해 태양광 비행기 개발에 나섰다. 그는 여러번의 시행착오 끝에 1974년 11월4일 캘리포니아에서 태양광 비행기의 첫 시험비행에 성공했다. 물론 당시 이 비행기는 무인 비행기였다. 그로부터 40년이 흐른 지금, 태양광 비행기는 이제 조종사를 태우고 세계일주에 도전할 만큼 기술이 좋아졌다.
 
출처 
http://mirian.kisti.re.kr/futuremonitor/view.jsp?record_no=6740&cont_cd=GN 
KISTI 미리안 2014-04-16     
http://mirian.kisti.re.kr/futuremonitor/view.jsp?record_no=246010&cont_cd=GT 
KISTI 미리안 『글로벌동향브리핑』 2014-04-30     

원문
http://www.itmedia.co.jp/smartjapan/articles/1404/15/news032.html       
http://www.solarimpulse.com/

http://www.solar-flight.com/sunseeker-duo1/

https://solar-flight.squarespace.com/flight-blog/2014/4/22/first-powered-flights

http://phys.org/news/2014-04-solar-powered-two-seat-sunseeker-airplane.html
http://en.wikipedia.org/wiki/AstroFlight_Sunrise

 

 


곽노필 한겨레신문 선임기자 nopil@hani.co.kr
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