항공우주 이야기 (고고도 태양광 무인 항공기)

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  최근 태양광 동력을 이용한 무인 항공기 기술이 눈에 띄는 발전을 이루고 있다. 이러한 항공기는 하늘에서 에너지를 스스로 조달하며 오랜 시간 동안 비행할 수 있는 가능성을 보여주고 있으며, 교통, 물류, 구조, 감시 등 다양한 민간 분야로 폭넓게 활용되고 있다. 향후 이들 무인 항공기는 항공 시장의 성장을 주도할 것으로 예상된다.

 

  무인 항공기 시장 규모는 2024년 125억 달러에 이를 것으로 보이며, 민수 분야의 시장은 8억 8000만 달러로 연 평균 35%의 성장세를 기록할 전망이다. 기존 선진국들이 과점해온 이 시장에 후발 기술국과 업체들이 진입하면서 경쟁이 치열해지고 있다.

 

 

 

<[그림 1] 최장시간 무인항공기 영국의 제퍼7>
 

 

  영국의 키네틱(QinetiQ)사는 태양광 동력을 이용한 무인 항공기 제퍼(Zephyr 7)를 개발하였으며, 이 항공기는 고고도 최장시간 비행 기록을 세웠다. 제퍼 7은 태양전지로 동력 공급과 배터리 충전을 하며, 최대 14일 동안 비행할 수 있다.

 

  영국과 호주가 공동 개발한 PHASA-35 모델은 태양광을 통해 성층권에서 최대 1년간 비행할 수 있으며, 정보 수집 및 통신 임무를 수행하는 데 목적이 있다. 올해 말에는 2차 비행 시험이 예정되어 있어 상용화에 대한 기대가 커지고 있다.

 

  특히, 스카이드웰러(Skydweller Aero)에서는 세계 최초로 대형 태양광 항공기의 자율 비행에 성공했다. 이 항공기는 미국 스테니스(Stennis) 국제공항에서 기내 또는 원격 조종 없이 이륙하였으며, 이를 통해 항공 및 환경 관리 분야에서 중요한 이정표를 세웠다. CEO 로버트 밀러는 “이번 성과는 항공우주 산업의 혁신적 변화를 가져오는 사건”이라고 밝혔고, 국가 안보와 비접촉 통신을 지원하는 다양한 장기 임무가 가능하다고 강조하였다.

 

 

 

<[그림 2] 스카이드웰러의 태양광 무인기>

 

 

  스카이드웰러의 항공기는 보잉 747보다 긴 날개를 갖추고 있으며, 태양 에너지를 이용해 거의 영구적으로 비행할 수 있는 능력을 지니고 있다. 최대 4만5000피트(약 13킬로미터) 고도에서 90일 이상 비행하고, 최대 800파운드(약 363킬로그램)까지 화물을 적재할 수 있는 이 항공기는 국가 안보, 분쟁 지역 정찰 및 야생동물 모니터링 등의 임무를 수행할 수 있다.

 

  한국항공우주연구원(KARI)에서도 태양광 무인기 개발에 성공하여, 국내에서 12~18km 고도에서 53시간 연속 비행과 22km 고도 비행을 실현하였다. 이 무인기는 태양광 패널을 이용한 전기 추진 시스템과 리튬황배터리를 장착하여 장기 체공과 친환경 비행이 가능하다.

 

  현재 국내 무인기 기술은 세계 7위 수준으로 평가받고 있으며, 2027년에는 3위 진입을 목표로 하고 있다. 글로벌 IT 기업들과 스타트업 간의 치열한 경쟁 속에서 태양광 무인 항공기의 발전 가능성은 더욱 기대를 모으고 있다.

 

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원문      이은혁[lehx01@kaist.ac.kr]

편집     이승찬[aero_sc@kaist.ac.kr]