성층권 비행선
김산 | 2004-02-19 18:21:49
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항공우주산업에 510억투자(네이버 펌)
고도 30㎞의 성층권에서 72시간이상 머물며 통신중계와 원격탐사 업무를 수행할 200m급 초대형 비행선 개발 2단계 사업이 올해부터 본격 착수돼 2007년에 선보인다.
해상도 1뻍급 실용위성 2호의 본체 개발이 올해 끝나 2005년 발사되고, 80㎝급의 정밀 실용위성 3호도 개발 타당성 조사와 개발체계 기획이 이뤄진다.
산업자원부는 18일 항공우주산업의 고부가가치 창출과 무역수지 개선을 위해 이런 계획을 뼈대로 510억원을 지원하는 ‘2004년 항공우주산업 육성계획’을 발표했다.
계획에 따르면 성층권 무인비행선개발 1단계 사업이 지난해 50m급 축소형 비행선 및 성층권기술 개발로 완료됨에 따라 올해부터 2007년까지 200m급 성층권 비행선 시제기 개발에 착수키로 했다.
산자부 관계자는 “장기간 체공하기 위해 태양열로 비행선을 작동시켜 기류의 영향을 받지 않는 성층권에 머무르도록 할 것”이라며 “주로 관측용으로 쓰일 이 비행선 개발에 올해는 42억원을 투입한다”고 말했다.
민간항공기 부품 등 양산용 설비투자에는 300억원의 융자금을 지원하고 항공우주산업 인프라 구축차원에서 국제수준의 품질 인증체제 마련, 항공우주기술개발 로드맵 작성, 로봇항공기대회 및 전문세미나 개최 등을 추진키로 했다.
대외의존적인 항공우주 핵심 부품?^소재 개발에 120억원을 투입하고 올해부터 2012년까지 한국형다목적헬기(KMH) 개발사업과 연계, 중형 민수헬기 개발도 서두르기로 했다.
항공우주산업의 생산규모는 2002년 기준으로 13억6600만달러 수준으로 세계 시장 점유율이 0.4%규모에 불과하며 지난 90년∼2002년간 무역적자는 총 209억달러를 기록했다.
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성층권 비행선이란
고도 20 km 부근의 성층권에서 장기간 정점체공 혹은 이동하며 통신중계, 원격탐사 등의 다목적 임무를 수행하는 비행선을 말한다. 성층권 비행선은 장기체공을 위해 일회용 화석연료가 아닌 재생형 연료시스템을 사용한다. 가능한 재생형 연료시스템으로는 태양전지, 연료전지, 수전해장치 및 연료(수소, 산소)탱크가 조합된 시스템이 제기되고 있다. 이 연료시스템은 주간에는 태양전지를 이용하여 전기를 얻고 잉여출력으로 물을 분해하여 연료를 저장하며, 야간에는 저장된 연료를 이용하여 연료전지로부터 전기를 얻는다. 또한 성층권 비행선은 무인 비행선으로서 완전자동조종 기능을 보유하게 된다.
성층권 비행선은 지상의 7 %정도인 밀도와 -50。C 이하의 혹독한 운용환경 하에서 최소한 1년 이상을 정비나 연료의 보급 없이 체공하면서 임무를 수행하여야 하기 때문에 보다 엄격한 설계조건이 요구된다.
공기밀도가 지상에 비해 매우 낮기 때문에 같은 무게를 들기 위해서 성층권 비행선은 저고도 비행선에 비해 매우 커져야 한다. 현재 1톤 정도의 임무 탐재체(mission payload)를 수용할 수 있는 성층권 비행선은 길이가 200 m 이상이고 총중량이 20∼30 톤 규모의 초대형 비행선이 될 것이다.
성층권 비행선은 주로 통신중계와 관측임무에 사용될 것이다. 이러한 임무를 수행하기 위해서는 일정한 위치에 머무르는 능력 즉 정점 체공능력이 필요하다. 정점체공이 가능하기 위해서는 맞바람을 이겨낼 수 있어야 한다. 성층권 비행선은 최소 30 m/sec이상의 내풍능력을 가져야한다.
임무
성층권 비행선은 크게 통신중계와 지구관측 등의 임무를 수행할 목적으로 개발된다. 통신에 사용되는 정지위성은 약 3만 6000 km 상공의 지구정지궤도를 돌고 있다. 이에 대하여 성층권 비행선은 지상에서 20 km 상공에 체공한다. 정지위성의 1800분의 1밖에 안 되는 낮은 고도이다. 고도가 낮아지면 그만큼 통신 거리가 짧아진다. 따라서 지연시간은 줄어들고, 위성방송과 같은 커다란 안테나가 없어도 수신이 가능해진다. 더욱이 성층권 비행선은 정해진 지점에 체공할 수 있을 뿐만 아니라 프로펠러의 추진력으로 이동도 가능하다.
통신·방송 임무에는 수십 기가헤르츠(GHz; 1GHz는 10억 Hz), 수 GHz, 수백 메가헤르츠 (MHz; 1 MHz는 100만 Hz) 등 세 가지 전파를 사용하는 방안이 고려되고 있다. 수 GHz의 전파는 차세대 이동통신에, 수십 GHz의 전파는 인터넷 등 대용량의 데이터를 고속으로 송수신할 때 사용한다. 그러나 주파수가 높아질수록 한 대의 비행선으로 수용할 수 있는 범위가 좁아진다. 수십 GHz의 높은 주파수로는 비행선 한 대당 지름 200 km 내외의 지역을 수용할 수 있을 것이다.
지구관측 임무에는 고해상도의 분해능을 갖춘 카메라의 탑재를 고려하고 있다. 카메라의 활용도는 매우 다양하다. 높은 해상도를 사용하여 적조의 분포나 동식물의 상태ㆍ분포 등을 관측할 수 있고, 화산의 분화 때 화쇄류가 흐르는 방향을 관측하거나, 산불발생 시 불길이 진행하는 방향을 관측함으로써 피난할 경로나 장소를 지정할 수 있다. 또한 홍수나 지진 등 재해의 대응에 도움이 되는 정보를 제공할 수도 있다.
한편, 각종 센서들을 탑재하여 기온, 기압을 관측하거나, 성층권의 대기를 직접 채집한 후 온난화 가스나 질소 화합물 등을 조사함으로써 지구 온난화의 메커니즘을 해명할 수도 있을 것이다.
성층권
성층권은 지구상공 약 8~20 km에서부터 시작하여 약 50~56 km까지 형성되어 있다. 대류권의 고도가 지역마다 다르므로 성층권의 분포도 지역마다 차이가 있지만 성층권은 대류권에 비해 기상이 매우 안정적이어서 비행선을 장시간 체공시키기에 적합하다. 성층권에 부는 바람의 속도는 평균 6-8 m/sec 이지만 지역과 계절에 따라 최대 40~50 m/sec까지 변하며, 바람의 방향도 고도 및 계절에 따라 다르다. 그러나 공기의 밀도가 해수면 대비 14분의 1정도이기 때문에 비행선에 미치는 항력이 작아, 위치유지를 위한 추진에너지가 그다지 크지 않아도 된다.
개인적으로 관심있는 장비라서 한국항공우주연구원에서 가져온 자료입니다.
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고도 30㎞의 성층권에서 72시간이상 머물며 통신중계와 원격탐사 업무를 수행할 200m급 초대형 비행선 개발 2단계 사업이 올해부터 본격 착수돼 2007년에 선보인다.
해상도 1뻍급 실용위성 2호의 본체 개발이 올해 끝나 2005년 발사되고, 80㎝급의 정밀 실용위성 3호도 개발 타당성 조사와 개발체계 기획이 이뤄진다.
산업자원부는 18일 항공우주산업의 고부가가치 창출과 무역수지 개선을 위해 이런 계획을 뼈대로 510억원을 지원하는 ‘2004년 항공우주산업 육성계획’을 발표했다.
계획에 따르면 성층권 무인비행선개발 1단계 사업이 지난해 50m급 축소형 비행선 및 성층권기술 개발로 완료됨에 따라 올해부터 2007년까지 200m급 성층권 비행선 시제기 개발에 착수키로 했다.
산자부 관계자는 “장기간 체공하기 위해 태양열로 비행선을 작동시켜 기류의 영향을 받지 않는 성층권에 머무르도록 할 것”이라며 “주로 관측용으로 쓰일 이 비행선 개발에 올해는 42억원을 투입한다”고 말했다.
민간항공기 부품 등 양산용 설비투자에는 300억원의 융자금을 지원하고 항공우주산업 인프라 구축차원에서 국제수준의 품질 인증체제 마련, 항공우주기술개발 로드맵 작성, 로봇항공기대회 및 전문세미나 개최 등을 추진키로 했다.
대외의존적인 항공우주 핵심 부품?^소재 개발에 120억원을 투입하고 올해부터 2012년까지 한국형다목적헬기(KMH) 개발사업과 연계, 중형 민수헬기 개발도 서두르기로 했다.
항공우주산업의 생산규모는 2002년 기준으로 13억6600만달러 수준으로 세계 시장 점유율이 0.4%규모에 불과하며 지난 90년∼2002년간 무역적자는 총 209억달러를 기록했다.
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성층권 비행선이란
고도 20 km 부근의 성층권에서 장기간 정점체공 혹은 이동하며 통신중계, 원격탐사 등의 다목적 임무를 수행하는 비행선을 말한다. 성층권 비행선은 장기체공을 위해 일회용 화석연료가 아닌 재생형 연료시스템을 사용한다. 가능한 재생형 연료시스템으로는 태양전지, 연료전지, 수전해장치 및 연료(수소, 산소)탱크가 조합된 시스템이 제기되고 있다. 이 연료시스템은 주간에는 태양전지를 이용하여 전기를 얻고 잉여출력으로 물을 분해하여 연료를 저장하며, 야간에는 저장된 연료를 이용하여 연료전지로부터 전기를 얻는다. 또한 성층권 비행선은 무인 비행선으로서 완전자동조종 기능을 보유하게 된다.
성층권 비행선은 지상의 7 %정도인 밀도와 -50。C 이하의 혹독한 운용환경 하에서 최소한 1년 이상을 정비나 연료의 보급 없이 체공하면서 임무를 수행하여야 하기 때문에 보다 엄격한 설계조건이 요구된다.
공기밀도가 지상에 비해 매우 낮기 때문에 같은 무게를 들기 위해서 성층권 비행선은 저고도 비행선에 비해 매우 커져야 한다. 현재 1톤 정도의 임무 탐재체(mission payload)를 수용할 수 있는 성층권 비행선은 길이가 200 m 이상이고 총중량이 20∼30 톤 규모의 초대형 비행선이 될 것이다.
성층권 비행선은 주로 통신중계와 관측임무에 사용될 것이다. 이러한 임무를 수행하기 위해서는 일정한 위치에 머무르는 능력 즉 정점 체공능력이 필요하다. 정점체공이 가능하기 위해서는 맞바람을 이겨낼 수 있어야 한다. 성층권 비행선은 최소 30 m/sec이상의 내풍능력을 가져야한다.
임무
성층권 비행선은 크게 통신중계와 지구관측 등의 임무를 수행할 목적으로 개발된다. 통신에 사용되는 정지위성은 약 3만 6000 km 상공의 지구정지궤도를 돌고 있다. 이에 대하여 성층권 비행선은 지상에서 20 km 상공에 체공한다. 정지위성의 1800분의 1밖에 안 되는 낮은 고도이다. 고도가 낮아지면 그만큼 통신 거리가 짧아진다. 따라서 지연시간은 줄어들고, 위성방송과 같은 커다란 안테나가 없어도 수신이 가능해진다. 더욱이 성층권 비행선은 정해진 지점에 체공할 수 있을 뿐만 아니라 프로펠러의 추진력으로 이동도 가능하다.
통신·방송 임무에는 수십 기가헤르츠(GHz; 1GHz는 10억 Hz), 수 GHz, 수백 메가헤르츠 (MHz; 1 MHz는 100만 Hz) 등 세 가지 전파를 사용하는 방안이 고려되고 있다. 수 GHz의 전파는 차세대 이동통신에, 수십 GHz의 전파는 인터넷 등 대용량의 데이터를 고속으로 송수신할 때 사용한다. 그러나 주파수가 높아질수록 한 대의 비행선으로 수용할 수 있는 범위가 좁아진다. 수십 GHz의 높은 주파수로는 비행선 한 대당 지름 200 km 내외의 지역을 수용할 수 있을 것이다.
지구관측 임무에는 고해상도의 분해능을 갖춘 카메라의 탑재를 고려하고 있다. 카메라의 활용도는 매우 다양하다. 높은 해상도를 사용하여 적조의 분포나 동식물의 상태ㆍ분포 등을 관측할 수 있고, 화산의 분화 때 화쇄류가 흐르는 방향을 관측하거나, 산불발생 시 불길이 진행하는 방향을 관측함으로써 피난할 경로나 장소를 지정할 수 있다. 또한 홍수나 지진 등 재해의 대응에 도움이 되는 정보를 제공할 수도 있다.
한편, 각종 센서들을 탑재하여 기온, 기압을 관측하거나, 성층권의 대기를 직접 채집한 후 온난화 가스나 질소 화합물 등을 조사함으로써 지구 온난화의 메커니즘을 해명할 수도 있을 것이다.
성층권
성층권은 지구상공 약 8~20 km에서부터 시작하여 약 50~56 km까지 형성되어 있다. 대류권의 고도가 지역마다 다르므로 성층권의 분포도 지역마다 차이가 있지만 성층권은 대류권에 비해 기상이 매우 안정적이어서 비행선을 장시간 체공시키기에 적합하다. 성층권에 부는 바람의 속도는 평균 6-8 m/sec 이지만 지역과 계절에 따라 최대 40~50 m/sec까지 변하며, 바람의 방향도 고도 및 계절에 따라 다르다. 그러나 공기의 밀도가 해수면 대비 14분의 1정도이기 때문에 비행선에 미치는 항력이 작아, 위치유지를 위한 추진에너지가 그다지 크지 않아도 된다.
개인적으로 관심있는 장비라서 한국항공우주연구원에서 가져온 자료입니다.
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