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AIRCRAFT

ARIC_항공우주연구정보센터

자료출처 http://www.aric.or.kr/ 

미 육군의 우주미사일방어사령부와 육군 전략사령부는 고고도비행선 HAA(High Altitude Airship)와 하이센티넬(HiSentinel) 이라는 두 개의 비행선 개발 프로그램을 진행하고 있다. 이것은 모두 태양전기를 이용한 장기체공을 특징으로 하는 성층권비행선이다.

HAA 프로그램의 최종 목표는 2000-4000 파운드에 걸친 대형 임무장비를 싣고 6만 피트 이상 상공에서 수개월간 운용할 수 있는 비행선 개발을 위한 것이다. HAA 프로그램하에서 에서 현재 기술실증을 위해 개발 중인 것은 고고도 장기체공실증기 HALE-D(High Altitude Long Endurance Demonstrator)이다. HALE-D의 목표는 HAA 최종목표를 향한 단계로서 80파운드까지의 장비를 싣고 150와트의 전력을 제공하여 6만피트에서 2주간 제어 비행할 수 있는 기술을 실증하는 데 있다.

High_Altitude_Airship.jpg 
↖ 미 육군은 고고도(성층권) 비행선 개발을 위해 HAA(High Altitude Airship) 과 HiSentinel 프로그램을 진행하고 있다.

HiSentinel 프로그램 목표는 20-200 파운드 정도의 비교적 가벼운 페이로드를 탑재하고 최대 한달 이상 고고도에서 운용할 수 있는 저비용 시스템을 개발하려는 것이다. 현재 20파운드급을 탑재할 수 있는 HiSentinel 20 성층권 비행선이 2005년 11월에 기술실증을 잘 수행한 상태고 50파운드 페이로드 탑재능력을 가진 179피트 길이의 HiSentinel 50의 경우도 2008년 6월에 65,700 피트에서 50와트의 전력을 공급하면서 하루 이상 비행한 실증능력을 보인 바 있다. HiSentinel 80 의 경우도 2009년 가을 기술실증비행 예정에 있다.

고고도 성층권 비행선은 추진 및 비행조종시스템을 갖춘 비행플랫폼으로서 6만피트 고도 이상 영역에서의 비행선 설계와 운용은 저고도 비행선과는 많이 다른 상당한 기술적 도전이 요구된다. HAA, HiSentinel 프로그램은 위성에 비해 저비용시스템으로서 무인 비계류(non-tethered), 태양구동 방식을 통해 한 달 이상의 체공능력을 가지면서 다양한 통신및 센서 장비를 탑재하여 네트워트 중심 전장 환경하에서의 신속한 통신 중계등 군사적 활용에 이점이 있다. HAA 개발팀은 비행선 제작에 록히드마틴사를 중심으로 Akron, OH, COLSA 사가 참여하고 있다. HiSentinel 개발팀은 비행선제작 및 텔레메트리, 비행제어, 추진및 동력시스템을 맡은 SwRI(Southwest Research Institute)사를 주축으로 Aerostar International 사, COLSA 사가 참여하고 있다.

HALE-D
HAA 프로그램은 2003년에 첨단개념기술실증 프로그램의 하나로서 시작되었는데 2008년에 주관기관이 미사일방어국(MDA)에서 미육군 우주미사일방어사령부로 이전되어 고고도장기체공 실증기 프로그램인 HALE-D 가 현재 진행되고 있다. HALE-D 비행선 기낭은 록히드마틴사가 개발한 첨단의 경량 복합재로 조직되며 체적은 500,000 평방피트이다. 헬륨가스로 팽창된 HALE-D 기낭은 다양한 비행선 서브시스템과 임무장비를 부착하는 구조물 역할을 제공하며 항력을 최소화하면서 안정적인 비행을 위한 공기역학적 형상을 가지고 있다. 길이는 240피트, 직경 70피트 크기이고 전체중량은 약 3천파운드 이다. 전력시스템으로는 비행선 선체 상단에 주 전력원인 태양 광전지 판넬들이 부착된다. 각 태양판넬에는 박막의 실리콘 태양전지들이 배열되어 있는데 서브시스템 및 페이로드 공급용 전기를 발생한다. 또한 야간운영을 위해 리튬-이온 배터리에 저장된다. 태양전지판에서 발생된 전력의 공급과 분산을 위한 PCDU(Power Control and Distribution Unit)가 장착되어 있다. 이러한 태양전기 재생 및 제어 기술은 비행선의 장기간 체공을 위한 핵심기술이다. 추진시스템으로는 두 개의 전기모터가 사용된다. 성층권 환경의 혹독한 환경하에서의 전기모터 신뢰성을 위해 록히드마틴사의 열-고도 챔버에서 전기모터 성능이 잘 입증되었다. 이 외에도 비행선에는 여러 서브시스템이 포함되는데 이 중 VMS(Vehicle Monitoring System) 시스템은 비행선 전체에 분산 배치된 센서들을 통해, 비행제어, 전압, 온도, 압력, 구조적 변위 등등 비행선의 모든 비행상태를 파악하는 시스템이다. 그리고 선내 압력조절을 위해 에어 블로우어(air blower) 공기밸브, 헬륨밸브 등으로 구성된 압력화 서브시스템이 포함된다. 이러한 모든 시스템 장비들은 성층권 환경으로 모사된 지상 챔버에서 충분한 시험을 거치고 있으며 HALE-D의 최종 시스템 통합 및 기능 테스트는 오하이오의 Akron 사에 있는 길이 1164피트, 높이 180 피트의 에어도크(Airdock)에서 2009년 여름부터 시작될 예정이다.


HiSentinel
HiSentinel은 전투기에 지속적인 통신 및 ISR 능력을 제공하려는 고고도비행선 개발 프로그램이다. 첫 번째 비행은 2005년 11월에 20파운드 페이로드를 실은 HiSentinel 20 을 통해 7만4천피트 고도에서 5시간동안의 실증비행이 있었다. 두 번째 비행으로서 HiSentinel 50은 2008년 6월에 있었는데 하루 이상의 통신중계와 고해상도 카메라를 통해 군사적 활용 가능성을 실증하였다.

HiSentinel_over_world.jpg 
↖ 6만5천피트 이상 상공에서 50파운드 페이로드를 탑재하였던 HiSentinel 50 비행선 기술실증이 2008년 6월 진행되었다.

HiSentinel 50은 체적 165,600 평방피트, 길이 178.7피트, 직경 39.7피트 크기이고 페이로드 중량 50파운드, 헬륨가스 무게 146파운드를 포함해 전체 비행선 중량이 933파운드이며 비행고도는 66,300피트였고 평균 순항속도는 20노트였다. 추진시스템은 하나의 직류모터를 통해 블레이드 두 개를 가진 탄소복합제 푸셔타입 프로펠러를 작동시킨다. 이 프로펠러의 지상테스트는 커클랜드 공군기지 열고도 챔버에서 6만5천피트 상공에서의 지구대기조건인 40~42 밀리바 공기압에서 온도범위 -55° ~ 60° 내에서 진행되었었다. 위의 두 차례 비행 이후 세 번째로서 80파운드 페이로드를 탑재하게 될 HiSentinel 80 실증비행이 2009년 가을에 예정되어 있는데 길이 197피트, 직경 45피트, 241.125 평방피트로서 이전보다 더 커졌으며 고도는 24시간이상 66,800 피트 고도에서 비행될 것이다. HiSentinel 80 목표는 HiSentinel 20과 50 비행에서 얻은 교훈을 바탕으로 보다 큰 페이로드 탑재능력을 가진 성층권 비행선에 대한 기술구현 가능성과 군사적 활용성을 입증하는 것이다.


**** 출처 ****
- 18th AIAA Lighter-Than-Air Systems Technology Conference
"The High Altitude Lighter Than Air Airship Efforts at the US Army" AIAA 2009-2852 를 토대로 일부 번역한 것임을 밝혀둡니다.

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