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ARIC_항공우주연구정보센터

태양에너지만을 이용한 항공기, 솔라 임펄스(Solar Impulse)

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승무원 1인이 탐승하고 태양에너지만을 이용하여 비행할 수 있는 항공기가 개발되고 있다. 솔라-임펄스(Solar-Impulse) 라 불리는 이 항공기는 스위스가 주도하는 국제팀이 참여하고 있다. 이 솔라임펄스의 두드러진 특징은 태양전지판(solar arrays)로 덮혀진 61미터의 긴 날개에 있다. 첫 번째 솔라임펄스 모델인 HB-SI-A 시제기가 거의 완성단계에 있고 올 중순 비행테스트가 예정되어 있다. 두 번째 모델인 HB-SI-B 는 2011년에 비행이 예정되어 있다. HB는 스위스 등록 항공기의 국제 약어이고 SI는 Solar Impulse 줄임말이고 A,B는 각각 모델버전을 뜻한다.

헬리오스(Helios), 패스파인더(Pathfinder)를 포함해 태양열 구동 항공프로그램의 베테랑 엔지니어이자 현재 DARPA의 초장기 태양열 무인기 개발프로그램인 Vulture 에도 참여하고 있는 NASA의 Mark Guynn 은 10년에서 15년전만 해도 배터리와 태양전지 기술적 문제로 솔라임펄스 같은 큰 규모의 태양열 구동 항공기를 실현하는 것은 불가능했었다고 말한다.

태양열 구동(solar-powered) 비행의 역사는 1974년에 미 ARPA가 지원한 Astroflight의 SunriseⅠ 을 통해 시작되었다. 1981년에 에어로바이런먼트사의 Solar Challenger가 프랑스에서 영국까지 비행을 한 바 있었다. NASA의 ERAST(Environmental Research Aircraft and Sensor Technology)프로그램 하에서도 태양열 구동 프로그램은 계속되었는데 여기서 에어로바이런먼트사는 태양열 구동 무인기인 Pathfinder 와 Helios를 개발하였다. 2001년에 Helios는 하와이 상공 9만6천피트에 도달한 기록을 남겼다. 현재 주목받는 태양열 구동 프로그램으로서는 수년간 체공할 수 있는 무인기를 만들려는 DARPA의 Vulture 프로그램이 있다.

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태양열만을 이용해 비행할 수 있는 1인승 솔라임펄스(Solar Impulse) 항공기

솔라임펄스의 날개길이는 지금까지의 태양열 구동 항공기중 가장 긴 61미터(210피트) 이고 이는 에어버스 A340의 날개길이 수준이다. 최대이륙중량은 1500kg, 최대고도 8,500m, 평균속도는 70km/h를 가진다. 태양전지면적 1제곱미터를 통해 24시간동안 28W 정도의 전구하나 켜는 수준의 전기발생력은 날개길이가 길어지는 이유이기도 하며 초경량이 중요한 문제가 된다. 날개 윗면에 태양열을 전기로 변환시키는 180 마이크론 두께의 mono-crystalline silicon 재질의 전지(photovoltaic cells) 12,000 개가 덮혀 있고 전체적으로 30kW를 생산한다.

유연 날개의 비틀림 등 변형으로 인해 전지가 손상되지 않도록 전지를 보호하는 문제는 중요한데 샌드위치 복합재 날개로부터 약간 분리된 방식으로 장착되게 된다. 여러 기술적 어려움도 있지만 그 중에서도 전기저장을 위한 배터리 문제 등 에너지관리가 가장 핵심 분야로서 광전지의 전기변환 능력과 배터리 저장능력향상은 중요한 기술적 이슈다. 현재 A 모델의 경우 배터리 무게가 약 400kg으로서 전체무게의 4분의 1을 차지하고 있는데 배터리의 저장능력 향상과 경량화문제는 두 번째 모델 개발을 통해 계속 진행될 예정이다.

- http://www.solarimpulse.com/
- Aerospace America May, 2009 "soaring on a Solar Impulse" 기사

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