원본은 http://trc.dfrc.nasa.gov/Newsroom/FactSheets/FS-034-DFRC.html

Pathfinder Solar-Powered Aircraft

프로젝트 요약


Just imagine...

어떤 항공기는 단지 태양열을 동력으로 고공에서 하루 종일 체공할 수 있다. 또한 전형적인 항공기들이 가진 러더나 에일러론 꼬리날개 같은 조종면이 없어도 기동을 할 수 있고 사람이 기체에 타지 않고도 지상의 관제국에서 조종만으로 비행을 할 수 있다. 나사의 Dryden 비행연구 센터는 이러한 상상을 현실로 만들었다. 현실은 원격 조종되는 태양전지 추진의 패스파인더이다. 


Aircraft Description

패스파인더는 고고도 장기 체공을 위한 태양 에너지 적용 기술의 시연을 위한 경량의 태양전지에 의한 동력과 원격조종의 전익기이다. 패스파인더는 말 그대로 미래에 화상감시 임무와 과학적 시료 수집을 위해 공중에 수주에서 수개월간 체공할 수 있는 태양 에너지 항공기의 선구자이다.
태양전지는 항공기의 항공전자장비, 통신장비, 전기모터나 다른 전자 장비들의 전력을 공급하기 위해 날개 상부의 대부분을 덮고 있다. 또한 패스파인더는 2시간에서 5시간 정도의 제한된 밤 상태의 비행을 위해 보조 베터리 계통을 가지고 있다.
패스파인더는 시속 15~25마일의 속도로 비행한다. 또한 피치제어를 위해 날개의 뒷전에 얇은 Elevons(Aileron+Elevator)을 가지며 회전과 Yaw제어는 날개에 탑제된 모터의 회전속도를 늘리고 줄이는 방법을 사용한다.
패스파인더는 캘리포니아의 AeroVironment사에 의해 설계,제작되었다.


Pathfinder Flight History
 
패스파인더는 원래 지금은 취소된 1980년대의 정찰 목적의 고고도 장기체공 항공기 제작을 위한 비밀계획에 의해 개발되었다. HALSOL(High-ALtitude SOLar)라고 알려진 이 항공기는 처음에는 여덟대의 전기모터-후에는 6개로 줄어든-를 가지며 축전지로 비행하였다. 그러나 HALSOL계획이 취소되면서 이 항공기는 1993년 탄도탄 방어 기구(Ballistic Missile Defense Organization-BMDO)에 의해 부활되기 전까지 10년동안 창고에서 잠드는 처지가 되었다. BMDO의 프로그램에 의해 1993년 가을부터 1994년 초까지 NASA의 Dryden에서 소량의 태양전지를 부착하고 축전지 동력과 결합하여 5차례의 저고도 점검비행이 수행되었다. 
그 프로그램이 끝나자 1994년 말 패스파인더는 새로 설립된 NASA Environmental Research Aircraft and Sensor Technology (ERAST)프로젝트에 넘겨졌다.  Dryden의 미래 항공기 연구 후 태양전지가 추가 장착되었고 결국 날개의 윗면은 대부분 태양전지로 덮히게 되었다. 패스파인더는 다른 종류의 개발중인 항공기를 위해 1995년 다시 Dryden으로 넘겨졌다. 1995년 9월 11일 패스파인더는 50.500피트의 고도에 도달함으로 태양전지 추진 방식의 항공기의 고도기록을 세웠다. 이 비행은 국립 항공 협회가 수여하는 “1995년의 가장 기억할만한 10가지 비행“에 선정되었다.
1996년 Dryden에서 추가된 업그레이드와 한차례의 점검비행이후 패스파인더는 1997년 4월 하와이 카우아이의 미해군 태평양 미사일 순항 기지(Navy's Pacific Missile Range Facility-PMRF)로 옮겨졌다. 카우아이는 태양광선의 강도가 높고 넓은 공역과 전파주파수를 자유롭게 사용할 수 있고 과학적 화상감시의 적용을 위한 지형의 구분과 해안의 생태계가 태양전지 추진의 패스파인더의 시험을 위해 최적의 장소로 선택되었다. 하와이에서 패스파인더는 PMRE에서 7회의 고고도 비행을 하였다. 이중 한번은 71,530피트로 비행하여 프로펠러 추진 항공기의 최고 고도기록을 갱신하기도 하였다.


Pathfinder "Plus" Modification

1998년에 패스파인더는 더 긴 날개를 가진 패스파인더+로 개량되었다. 1998년 8월 6일 개량된 패스파인더는 카우아이의 PMRF에서 출발하여 80,201피트의 고도에 도달하였다. 이러한 비행의 목표는 패스파인더의 후계자인 100,000피트의 고도에 도달하고 그 고도의 유지 하도록 설계된 센츄리온/헬리오스의 시제품을 위한 새로운 태양력, 항공역학, 추진, 계통 기술의 발전을 확인하는데 있다.
본질적으로 패스파인더와 나중에 개발될 태양전지 날개 항공기의 과도기적 위치에 있는 패스파인더+는 패스파인더와 센츄리온/헬리오스를 위해 개발된 기술의 복합체이다.
대부분이 주목되는 변화는 센츄리온/헬리오스를 위해 개발된 고고도용 에어포일을 사용한 새로운 44피트 길이의 중앙 날개부이다. 새로운 날개는 본래의 패스파인더에 사용된 중앙 날개보다 2배나 더 길어서 전체적으로 날개 길이(Wing Span)가 98.4피트에서 121피트로 늘어나게 되었다. 날개 중간과 바깥의 표면에 있는 이전의 패스파인더에서 사용되었던 낡은 태양전지 배열들이 14%의 효율로 태양광선을 전력으로 전환하는데 비해 새로운 중앙 날개는 켈리포니아의 SunPower사가 개발한 더 효율적인 실리콘 태양전지가 장착되어 19%의 효율로 태양광선을 전력으로 전환할 수 있게 되었다. 이전의 패스파인더에서는 7,500W의 전력을 사용할 수 있었지만 패스파인더+에서는 12,500W의 전력을 사용할 수 있게 되었다.
그리고 패스파인더+는 이전의 패스파인더보다 2개가 많은 8개의 전기모터를 사용한다. 센츄리온/헬리오스를 위해 개발된 모터는 이전의 패스파인더보다 약간 더 나은 효율을 보여준다. 비록 모터와 조종면의 제어에 패스파인더 고유의 시스템이 사용되기는 했지만 패스파인더+에는 센츄리온/헬리오스를 위해 개발된 비행제어 시스템을 확인 하였다. 


Environmental Monitoring & Technical Demonstration Missions

패스파인더의 주요한 과학적 활동 임무는 숲의 영양 상태의 탐지, 1992년 허리케인 Iniki에 의해 파괴된 산림의 발육 감시, 해안 근처의 바닷물의 침전물 집중과 산호암초의 건강을 탐지하는것이 포함된다. 과학적 활동은 NASA의 Ames 연구센터와 하와이 대학과 캘리포니아대학과 공동으로 수행되었다.
여태까지는 패스파인더는 Ames에서 개발한 a high spectral resolution Digital Array Scanned Interferometer (DASI)과 a high spatial resolution Airborne Real-Time Imaging System (ARTIS)의 시험 비행을 하였다. 이러한 비행은 1997년 22,000피트와 49,000피트의 고도에서 이루어졌다.
2002년 여름동안 패스파인더+는 원격 조종되는 친환경적인 상업적목적의 태양열 항공기가 고고도에서 실질적인 이득이 있음을 보여주는 시범비행을 여러차례 수행하였다. 7월에 일련의 2회의 비행은 일본의 통신사들과 AeroVironment의 후원으로 패스파인더의 통신 중계 플렛폼으로서의 잠재력을 강조하였다. 또한 9월 NASA의 또 다른 지원으로 패스파인더+가 고고도로 상승하여 NASA가 후원하는 커피 수확의 최적화를 위한 공중감시 임무를 수행하였다. 두 임무 모두 하와이의 카우이아섬의 PMRF에서 이륙하였다.
패스파인더의 후계인 Helios 초장기 체공 전익기가 원격조종과 태양전지 추진방식으로 패스파인더와 유사한 형태로 개발되고 있다. Helios는 오랜 기간 동안 바다 위를 비행하며 폭풍의 발달을 감시하고 좀 더 정확한 허리케인 예보를 제공할 수 있다. 또한  주요 경작지나 산림, 다른 광범위하고 멀리 떨어져있는 광활한 대지의 농작물의 피해나 화재의 조기경보가 가능하다. 게다가 상업적 통신망의 중계 장치의 가능성을 갖고 자연 재해에 의해 통신망이 파괴된 지역에 비상 통신망을 빠르게 제공할 수 있다.


The ERAST Program

패스파인더는 NASA의 환경감시 항공기&감지기술(Environmental Research Aircraft and Sensor Technology-ERAST) 프로그램에 소속된 원격 조종 항공기 중에 하나이다. ERAST 프로그램은 장래 경쟁적인 항공 산업에서 미국의 주도권을 지키기 위한 새로운 기술의 발전을 위해 NASA에서 계획적으로 추진하고 있는 프로그램 중에 하나이다.
NASA와 산업체간의 ERAST의 동맹의 추가적 기술적 고려는 경량형 구조물, 항공전자, 센서 기술, 항공역학과 극한의 고도와 장기간의 비행에 적합한 추진 형태의 개발을 포함한다. 대부분 극한의 임무는 수주 혹은 수달동안 태양빛이 없는 야간에는 연료전지의 도움을 받으면서 100,000피트의 고도에서 과학적, 상업적 임무를 수행할 수 있는 패스파인더의 후계기인 Helios에 의해 수행될 것 이라고 기대된다.
ERAST프로그램의 NASA 지휘부의 항공기술부서에서 후원 받으며 NASA의 Dryden 비행연구센터에 의해 지휘된다.

Aircraft Specifications

날개길이 패스파인더  - 98.4feet(29.5M)  패스파인더+ -121feet(36.3M)
전장 - 12feet(3.6M)
날개 시위 - 8feet(2.4M)
날개 가로세로비 - 패스파인더 - 12:1  패스파인더+ 15:1
총 중량 - 패스파인더 - 560lb(252Kg) 패스파인더+ - 700lb(315Kg)
적재하중 - 패스파인더 100lb(45Kg)  패스파인더+  - 150lb(67.5Kg)
순항속도 17-20mph
동력원 - 태양전지  최대 출력- 패스파인더 7,500W  패스파인더+ - 12,500W
모터 - 패스파인더 - 전기모터☓6   패스파인더+ - 전기모터☓8  각 전기모터 15kW
항속시간 - 14~15시간 축전지 출력 - 2~5시간
활공비(출력 OFF) - 패스파인더 18:1  패스파인더+  21:1
제조원 - AeroVironment, Inc., Monrovia, Calif.
주재료 - 흑연섬유(Carbon Fiber), 노맥스(Nomex), 케블라(Kevlar) 플라스틱 판재, 플라스틱