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태양광 비행기 - 솔라임펄스 2호기 Solar impulse si2
솔라 임펄스 2는 스위스에서 개발된 태양광 에너지 비행기이다.
이 비행기 프로젝트의 기획자 '베르트랑 피카르(Bertrand Piccard)'은 1992년 대서양 횡단 기구 경주에서 우승하고, 1999년에 열기구로 세계 일주에 성공했다. 그는 열기구 일주하는 동안 무려 4톤의 가스가 쓰였다는 사실을 깨닫고 지속가능한 비행에 대해 방법을 고민하였다. 그렇게 시작된 프로젝트가 솔라 임펄스이다.1
그가 2003년에 처음으로 태양에너지 비행기를 만들고자 했을 때는 그저 단순한 아이디어 수준이었다. 하지만 에너지와 환경오염 문제에 공감한 과학자들과 스위스 기업이 이 프로젝트에 참여하게 되면서 막연할 것만 같았던 생각이 서서히 윤곽을 갖춰갔다. 기름 한 방울 쓰지 않고 지구를 한 바퀴 돌겠다는 피카르의 꿈이 구체적인 현실화 되기 시작한 것이다.2
참고로 피카르는 스위스의 유명 모험가 집안에서 태어났고, 원래 직업은 정신과 의사이다.
사실 태양광 에너지 비행기는 솔라 임펄스가 최초는 아니지만, 솔라임펄스는 오로지 태양광으로만 비행이 가능하다는 점이 의미가 있다. 화석연료가 전혀 필요 없을뿐더러, 밤낮으로 연속 비행을 할 수 있다. 낮 동안 발전한 에너지를 비행기 날개에 장착된 리튬 이온 건전지에 저장하여, 밤에 사용할 수 있기 때문이다.
솔라임펄스의 구성
솔라 임펄스는 한 번 충전으로 5일 동안 비행할 수 있으며, 최대 시속은 140km이다.
보통 비행기보다도 더 긴 72미터(m) 날개를 가지고 있지만, 본체가 가벼운 카본 섬유로 제작되어 있어서 무게는 자동차 1대와 비슷한 2.3톤(T)에 불과하다.
날개에 부착된 네 개의 프로펠러 엔진의 출력은 총 74마력(HP)으로, 경차 수준의 출력이지만, 가벼운 몸체를 가지고 있기 때문에 평균 시속 70킬로미터(km) 정도로 날 수 있다. 또한 속도가 느린 대신에 커다란 날개로 충분한 양력을 충당하는 구조로 설계되어 있다.
실제로 솔라임펄스 2호의 최고 비행 속도는 시간당 140킬로미터이지만, 태양광 배터리의 수명과 성능 때문에 실제 비행 속도는 그 절반 수준으로 제한하고 있다는 것이 제작사 측의 설명이다.
솔라임펄스 2호의 날개에는 1만7248개의 단결정 실리콘 태양전지 셀이 장착돼 전기를 만들어낸다. 이렇게 생산된 전기는 프로펠러와 전동모터를 돌리기 위해 사용된다. 셀의 두께는 0.135mm에 불과하지만, 에너지 변환효율은 23%로 높은 편이다.
야간에는 리튬폴리머 축전지에 저장된 에너지를 쓴다. 중량에너지밀도가 260Wh/kg으로 성능은 좋지만 무게가 633kg나 된다. 비행기 중량의 4분의 1을 넘는다. 160kWh 이상의 전력을 저장할 수 있는데 이는 닛산 소형전기차 7대 분이다.
날개에는 태양광 패널이 있으며(①), 여기서 만들어진 전기로 날개에 장착된 4개의 전기 모터로 대형 프로펠러를 돌려 비행이 가능하다(③). 수용 인원은 조종사 1명만 탑승할 수 있고, 조종석은 최대 5~6일간 안전하게 운전할 수 있도록 열과 압력에 강한 소재로 만들어졌다(④). 실시간으로 조종사와 컨트롤센터가 소통할 수 있는 보드가 조종석과 마주하고 있다(⑤), 조종석은 다목적 시트로 이루어져 있다(⑥). 여기에는 산소통 및 낙하산이 배치되어 있고, 등받이를 뒤로 젖히면 침대가 되며, 화장실 기능까지 갖춰져 있다.
비행 고도는 에베레스트산 정상과 엇비슷한 8500m이다. 불편한 점은 경량화 및 전력 절약을 위해 여압장치(기압을 지상과 같은 수준으로 유지해주는 장치)를 달지 않았기 때문에 산소마스크를 사용해야 한다는 점이다.
바깥기온은 영하 40도까지 떨어지지만, 난방 장치도 없다. 대신 단열재로 견디는 수밖에 없다.
솔라임펄스의 세계 일주
솔라임펄스 2호기(solar impulse si2)는 기름 한 방울 쓰지 않고 총 3만5,000㎞를 비행하는 역사적인 첫 세계 일주에 나섰다.
비행기의 조종은 솔라임펄스사의 공동 창업자인 베르트랑 피카르드(Bertrand Piccard) 회장과 CEO인 안드레 보스버그(André Borschberg) 대표가 교대로 맡아서 운전한다.
2015년에는 3월에 햇빛이 강한 중동의 아랍에미리트 아부다비에서 출발해 아라비아해, 인도, 미얀마, 중국 상공을 거친 뒤 태평양을 건너 미국, 대서양을 운항하는 경로로 진행할 계획이다. 3월을 택한 것은 인도양에 발생하는 강한 계절풍(몬순)을 피하기 위해서라고 한다.
세계 일주 기간을 5개월 정도로 잡고 있지만, 정비 및 휴식시간을 제외하면 순수 비행시간은 25일 정도에 불과하다. 솔라임펄스 2호가 일단 지상에 착륙하면, 수리 및 재충전 등에 상당한 시간이 소요되기 때문이다. 그런 이유로 총 비행 스케쥴에서 다른 문제가 발생하지 않는다고 해도 대략 5개월 정도가 소요될 것으로 예상하고 있다.
오만에서 한번, 인도에는 두번, 미얀마에서 한번, 중국에서 두번, 미국에서는 세번, 북유럽 혹은 남유럽에서 한번 착륙할 예정이다.
솔라임펄스 홈페이지를 통해 Live로 상황을 볼 수 있다.
베르트랑 피카르 (왼쪽), 솔라 임펄스 설립자, 회장, 조종사.
앙드레 보르슈베르크 (오른쪽), 솔라 임펄스 공동 설립자, CEO, 조종사
TED - 버트랜드 피카드의 태양광 발전 모험
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2015. 04. 05 작성
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