저궤도 인공위성은 광범위한 지역의 환경감시와 지상의 변화를 관리하고 추적하는데 매우 효율적이다.
하지만 인공위성을 한 번 발사하려면 많은 준비기간과 발사비용이 든다.
이에 미국 NASA를 비롯해 영국, 일본 등에서는 많은 준비기간과 비용이 필요한 저궤도 인공위성을 대체할 만한 무인비행기 개발에 많은 노력을 기울이고 있고, 실제로 이런 비행기들은 태양의 힘만으로 지금까지 그 어떤 비행기도 도달하지 못했던 비행고도를 무인으로 비행하는데 성공하는 성과를 거두기도 했다.미국의 NASA와 Aero Vironment.
Inc는 저궤도 인공위성을 대체하기 위해 성층권 높이에서 비행하는 고고도 무인기 운용 프로그램 ERAST을 연구했고, 이 프로그램의 테스트를 위해 고고도 무인기인 헬리오스(Helios)가 탄생했다.(※ ERAST : Environment Research Aircraft and Sensor Technology)
헬리오스는 무인 고고도 태양열 비행체로써, 날개 끝에서 끝까지의 길이가 16.9m, 날개폭은 3.6m, 그리고 총중량은 920kg으로 그 크기는 보잉 747의 동체 길이보다 더 길지만 무게는 소형 자동차보다 가볍다.
이렇게 거대한 헬리오스의 날개에는 태양광을 받아 전기를 만들어내는 태양 전지판이 날개위로 6만 2천장이 붙어 있어 하루에 약 40kw의 전기를 만들어 낸다.
그리고 여기서 발생된 전기를 통해 헬리오스는 14개의 프로펠러를 돌려 하늘을 날게 되고, 이때 얻어지는 속도는 시속 30~50km 정도다.
이렇게 느린 속력으로 일반 비행기는 도저히 하늘을 날 수 없지만, 탄소섬유와 케블라섬유, 투명 플라스틱으로 특수하게 제작되어 무척이나 가벼운 헬리오스는 이런 낮은 속도에서도 안정적인 비행과 높은 상승고도를 낼 수 있다.
실제로 헬리오스는 2001년 비로켓추진 비행기로는 최고 고도인 29.5km 상공까지 비행하는 기록을 남겼다.
이 기록은 일반적인 비행기가 비행하는 고도가 10km 인 것을 감안하면 약 3배 이상 높은 고도로 비행한 것이며, 1976년 록히드사가 제작한 고공 정찰기인 SR-71 블랙버드가 세운 25.98km를 뛰어넘는 비행 기록이다.
하지만 헬리오스는 2003년 6월 하와이에서 6개월 이상 비행하는 장시간 시험 비행 테스트 도중 8,000m 상공에서 추락해 시제기 비행체로서의 운명을 마쳤다.
이 사고로 인해 고고도 태양열 비행체의 안정적인 자세 제어 및 효율 높은 태양광전지기술, 그리고 밤에도 낮에 발전을 통해 생산한 전기를 저장하는 연료전지기술 등에 대한 연구 과제를 남기기도 했다.
이 사고 이후 ERAST 프로그램에서는 헬리오스를 대체할 차기 고고도 무인 항공기의 제작은 이루어지지 않았지만 고고도 무인 태양열 비행체의 연구는 NASA를 비롯해 세계 각국에서 여전히 계속되고 있다.
헬리오스에 이어 현재 연구 중인 대표적인 고고도 무인 항공기로는 영국 방위산업체인 키네티크(QineiQ)사가 개발한 무인 비행체 제퍼(Zephyer) 시리즈가 있다.
제퍼 6호(Zephyer 6) 의 경우에는 지난해 8월 무인 항공기로서는 최장시간인 82시간 37분 동안 비행하는데 성공하여 무인기 최장비행 시간 기록을 세우기도 했다.
제퍼 외에도 미국 보잉(Boeing)사에서 개발 중인 HALE과 미 국방고등연구기획청(DARPA)에서 연구 중인 5년간 비행을 지속할 수 있는 벌쳐(Vulture) 프로그램 등이 헬리오스의 뒤를 이어 차세대 고고도 무인 태양열 항공기의 미래를 열고 있다.
이런 고고도 무인 항공기 역시 헬리오스와 마찬가지로 더 가볍고 강항 소재와 초고효율 태양전지, 그리고 성능 좋은 연료전지의 개발 등 많은 문제점을 안고 있긴 하지만, 이런 문제들이 시간이 갈수록 빠르게 해결되고 있어 저궤도 인공위성을 대체할 무인 항공기의 전망이 밝아지고 있다.
이륙하는 헬리오스 (사진출처 : NASA제공) 무인 고고도 태양열 비행체 헬리오스의 비행 (사진출저 : NASA제공)
2009년 9월 24일