인공위성 보완 수단 주목…‘성층권’ 대상 경쟁 치열

국방기술품질원이 발행하는 『국방과학기술정보』에 따르면 최근 성층권을 대상으로 새로운 경쟁을 이끌고 있는 태양광 드론은 유럽의 에어버스, 미국의 보잉, 일본의 소프트뱅크 등이 개발에 앞장서고 있다. 우리나라도 초경량 구조물 및 프로펠러 설계 등의 관련 기술 개발을 통해 이들을 바짝 추격하고 있다.

고도 18㎞ 이상의 성층권은 대기 밀도가 지상의 15분의 1에 불과하고 온도가 낮아 일반 항공기가 비행하기는 어렵지만 상대적으로 바람이 약하고 구름이 없어 태양광을 에너지원으로 사용하기에 용이하다. 또 지상 관제소의 통제를 받지 않아 정해진 항로 없이 자유비행이 가능하다는 장점이 있다.

무엇보다 태양광 드론은 태양전지로 동력을 얻어 중간 연료공급 없이 수개월 동안 선회비행을 하거나 이동하면서 기존 위성이 수행하던 실시간 영상정보 획득, 네트워크 서비스 등을 인공위성 제작·발사 비용의 80분의 1 수준으로 제공 가능하다. 이 때문에 태양광 드론을 고고도 의사위성이라고 부르기도 한다.

태양광 드론은 감시·정찰, 통신 중계 등 군사적 목적 이외에도 해양 감시, 기상 관측, 방송 중계 등의 비군사적 분야의 활용 가능성도 높아 인공위성 보완 수단으로 주목받고 있다. 현재 유럽과 미국을 중심으로 군수용을 비롯해 민수용까지 다양한 용도의 드론 개발이 활발하게 진행되고 있다.

현재 실용화가 가능한 수준의 성능을 갖춘 가장 앞서 있는 태양광 드론은 유럽의 다국적 항공우주 및 방위사업체인 에어버스가 개발한 ‘제퍼에스(Zephyr S)’다. 제퍼에스는 날개 길이 25m, 최대 이륙중량 62㎏(최대 탑재 중량 5㎏)으로 약 21.3㎞ 상공의 성층권에서 태양광만으로 25일 23시간 57분의 연속 비행한 기록을 갖고 있다.

영국에는 비에이이시스템즈와 프리즈매틱이 공동으로 개발한 페이사-35(PHASA-35)가 있다. 날개 길이 35m, 탑재중량 15㎏으로 고도 7만 피트 상공에서 장시간 비행이 가능하다. 페이사-35는 에어버스의 제퍼와 기본적인 제원·임무장비는 유사할 수 있으나 체공시간 1년을 목표로 한다는 점에서 차별화된다.

미국 보잉의 자회사인 오로라 플라이트 사이언스는 오디세우스(Odysseus)를 개발하고 있다. 오디세우스는 날개 길이 74m, 탑재 중량 25㎏으로 보잉 777 항공기보다 날개가 더 길지만 초경량 탄소섬유를 외장재로 사용해 동체와 날개 구조를 경량화했다. 특히 태양전지로 동력을 얻어 임무 수행 중간에 연료를 공급할 필요 없이 수개월씩 연속 임무 수행이 가능하다.

일본 소프트뱅크와 미국 에어로바이런먼트의 합작 벤처기업인 HAPS모바일은 성층권에서 무선통신 플랫폼을 제공하는 비행체인 호크 30(HAWK 30)을 개발했다. 호크 30은 날개 길이 78m에 총 10개의 프로펠러 엔진을 탑재했으며 날개 상단에 장착된 태양전지판으로 수개월 동안 성층권에서 비행할 수 있게 설계됐다. 소프트뱅크는 호크 30을 이동통신 기지국으로 활용해 통신 인프라가 없거나 설치하기 어려운 지역에 인터넷 접속 환경을 제공한다는 계획이다.

우리나라에는 한국항공우주연구원과 성우엔지니어링을 비롯한 국내 5개 중소기업이 공동 참여해 개발한 고고도 장기 체공 태양광 무인기(EAV-3)가 있다. EAV-3는 날개 길이 20m, 최대 이륙중량 53㎏(최대 탑재중량 약 1㎏)이며 초경량 구조설계를 위해 탄소섬유 복합재료를 사용했다. 또 비행 중 날개 윗면에 부착된 단결정 태양전지(효율 23%)가 2차 전지(리튬이온)를 지속적으로 충전해 에너지원으로 활용한다는 특징이 있다.
임채무 기자