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나사 패스파인더

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목차

1. 개요

패스파인더는 NASA의 ERAST(Environmental Research Aircraft and Sensor Technology) 프로그램의 일환으로 개발된 태양광 무인 항공기이다. 1970년대 후반부터 에어로바이런먼트가 개발을 시작하여, HALSOL(고고도 태양) 프로토타입을 거쳐 1994년 패스파인더로 명명되었다. 패스파인더는 1995년 21,802m의 비공식 고도 기록을 세웠으며, 이후 개조를 거쳐 패스파인더 플러스로 발전했다. 패스파인더 플러스는 1998년 80,201m의 고도 기록을 달성했으며, 대기 위성 시험에 활용되기도 했다. 패스파인더의 후속 기체로는 센추리온과 헬리오스가 있다.

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나사 패스파인더
개요
유형원격 제어 UAV
제조사에어로바이런먼트
용도NASA ERAST 프로그램
개발
개발 기반없음 (독자 개발)
파생형NASA 센추리온
NASA 헬리오스
제원
상태퇴역
제작 대수1대
역사
최초 비행정보 없음
도입정보 없음
퇴역정보 없음
비용
프로그램 비용정보 없음
대당 비용정보 없음
활용
주요 운용 국가NASA ERAST 프로그램
기타 운용 국가정보 없음
이미지
하와이 상공을 나는 패스파인더
하와이 상공을 나는 패스파인더

2. 개발 배경

1970년대 후반과 1980년대 초반, 에어로바이론먼트는 로버트 부처의 선구적인 연구를 바탕으로 고서머 펭귄과 솔라 챌린저를 시작으로 태양광 항공기 개발을 시작했다.[2] 1983년, 에어로바이런먼트는 미 정부 기관의 자금 지원을 받아 "고고도 태양"(HALSOL) UAV 개발을 비밀리에 진행했다. HALSOL 프로토타입은 1983년 6월에 처음 비행했다. 그룸 호수에서 9번의 HALSOL 비행이 이루어졌으나, 무선 조종과 배터리 전원을 사용했으며 태양 전지는 장착되지 않았다. HALSOL의 공기역학은 검증되었지만, 광전지 셀과 에너지 저장 기술의 미성숙으로 인해 HALSOL은 보관되었다.[2]

1993년, 탄도 미사일 방어 기구(BMDO)는 HALSOL 프로젝트를 재개했다. 소형 태양 전지 어레이를 추가하여 1993년 가을과 1994년 초에 NASA 드라이든에서 BMDO 프로그램 하에 태양열과 배터리 전원을 조합하여 5번의 저고도 점검 비행이 이루어졌다.[3]

1994년, 이 항공기는 NASA ERAST 프로그램으로 이전되었다. 이는 "수 주 또는 수 개월 동안 과학적 샘플링 및 이미징 임무를 수행할 수 있는 미래의 태양열 구동 항공기 함대의 길을 열었기" 때문에 "패스파인더"로 이름이 변경되었다.[3] NASA ERAST 프로그램은 매우 높은 고도(약 15240.00m에서 약 24384.00m 사이)에서 비행할 수 있는 태양광 항공기 개발과 다양한 과학 연구에 사용되는 기기를 운반하기 위한 UAV의 타당성을 확인하고자 했다.[4]

3. 패스파인더

패스파인더는 ERAST 프로그램의 첫 번째 항공기로, 고고도 장기 체공 태양광 항공기 기술 개발을 목표로 했다. 에어로바이론먼트는 1970년대 후반과 1980년대 초반, 고서머 펭귄과 솔라 챌린저 등 실물 크기의 태양광 항공기 개발을 시작했으며, 이러한 초기 연구를 바탕으로 레이 모건의 지휘 아래 패스파인더를 제작했다.[2]

1983년 에어로바이론먼트는 비밀리에 HALSOL이라는 UAV 개발을 진행했으나, 당시 기술로는 실현이 어려워 중단되었다. 이후 1993년 탄도 미사일 방어 기구(BMDO)에 의해 다시 비행 상태로 복귀하여 시험 비행을 거쳤고, 1994년 NASA ERAST 프로그램으로 이전되면서 "패스파인더"라는 이름을 얻게 되었다.[3] 패스파인더는 과학 플랫폼 항공기 기술 개발을 목표로 했으며, 매우 가볍고 취약한 구조로 고고도 비행과 과학 연구 장비 운반 가능성을 시험했다.[4] 1995년 격납고 사고로 손상되었으나, 이후 재건되었다.[4]

3. 1. 개발

1983년, 에어로바이런먼트는 "고고도 태양"(HALSOL)으로 명명된 UAV 개념을 비밀리에 조사하기 위해 미 정부 기관으로부터 자금을 지원받았다. HALSOL 프로토타입은 1983년 6월에 처음 비행했다. 그룸 호수에서 9번의 HALSOL 비행이 진행되었는데, 항공기에 태양 전지가 장착되지 않아 무선 조종과 배터리 전원을 사용하여 수행되었다. HALSOL의 공기역학은 검증되었지만, 광전지 셀과 에너지 저장 기술 모두 당시에는 아이디어를 실현하기에 충분히 성숙되지 않았다는 결론을 내렸고, HALSOL은 보관되었다.[2]

1993년, 10년 동안 보관된 후 이 항공기는 탄도 미사일 방어 기구(BMDO)에 의해 짧은 임무를 위해 비행 상태로 복귀했다. 소형 태양 전지 어레이를 추가하여 1993년 가을과 1994년 초에 NASA 드라이든에서 BMDO 프로그램 하에 태양열과 배터리 전원을 조합하여 5번의 저고도 점검 비행이 이루어졌다.[3]

1994년, 이 항공기는 과학 플랫폼 항공기 기술을 개발하기 위해 NASA ERAST 프로그램으로 이전되었다. "수 주 또는 수 개월 동안 과학적 샘플링 및 이미징 임무를 수행할 수 있는 미래의 태양열 구동 항공기 함대의 길을 열었기" 때문에 "패스파인더"로 이름이 변경되었다.[3] 극도로 가볍고 취약한 항공기 구조가 공항에서 성공적으로 이착륙할 수 있고, 태양의 힘으로 추진되어 약 15240.00m에서 약 24384.00m 사이의 매우 높은 고도까지 비행할 수 있는지, 그리고 다양한 과학 연구에 사용되는 기기를 운반하기 위한 이러한 UAV의 타당성을 입증하기 위해 일련의 비행이 계획되었다.[4]

1995년 10월 21일, 격납고 사고로 항공기가 심각하게 손상되었지만, 이후 재건되었다.[4]

3. 2. 항공기 특징

패스파인더는 8개의 전기 모터(나중에 6개로 감소)로 구동되었으며, 처음에는 배터리로 전력을 공급받았다. 날개 길이는 29.5m였다. 두 개의 날개 아래 포드에는 착륙 장치, 배터리, 삼중 중복 계측 시스템 및 이중 중복 비행 제어 컴퓨터가 들어있다.[1] 1993년 말에 이 항공기가 ERAST 프로젝트에 채택될 무렵, 태양 전지가 추가되어 결국 날개의 전체 윗면을 덮게 되었다.[1] 태양 전지판은 항공기의 전기 모터, 항공 전자 장비, 통신 및 기타 전자 시스템에 전력을 공급한다. 패스파인더는 또한 어두워진 후 제한된 시간 동안 비행할 수 있도록 2~5시간 동안 전력을 공급할 수 있는 백업 배터리 시스템을 갖추고 있다.[3]

패스파인더는 15km/h에서 25km/h의 속도로 비행한다. 피치 제어는 날개 뒷전의 작은 승강기를 사용하여 유지되며, 회전 및 요 제어는 날개의 바깥쪽 부분에 있는 모터의 속도를 늦추거나 높여서 수행된다.[3]

3. 3. 비행 시험 및 기록

1995년 9월 11일, 패스파인더는 드라이든 비행 연구 센터(NASA Dryden)에서 12시간 비행하는 동안 태양광 항공기 부문에서 약 15240.00m의 비공식 고도 기록을 세웠다.[1][4] 국제 항공 연맹(FAI)이 이 기록을 검증하지 않았기 때문에 비공식 기록으로 남아 있다. 전미 항공 협회는 NASA-산업 ERAST 팀에게 1995년 "가장 기억에 남는 10대 기록 비행" 중 하나에 대한 상을 수여했다.[3]

추가적인 개조 후, 항공기는 하와이 카우아이 섬에 있는 미국 해군의 태평양 미사일 시험장(PMRF)으로 옮겨졌다. 1997년 7월 7일, 패스파인더는 일곱 차례 비행 중 한 번의 비행에서 태양광 항공기 및 프로펠러 추진 항공기의 고도 기록을 약 21802.34m로 경신했다.[1] 이 비행 동안 패스파인더는 섬의 육상 및 연안 생태계에 대해 더 많이 배우기 위해 두 개의 경량 이미징 기기를 탑재하여 과학 연구를 위한 플랫폼으로서 이러한 항공기의 잠재력을 입증했다. 패스파인더 임무의 주요 과학 활동에는 숲의 영양 상태 감지, 1992년 허리케인 이니키로 인한 피해 이후 숲의 재성장, 연안 수역의 퇴적물/조류 농도, 산호초 건강 평가 등이 포함되었다. 과학 활동은 미국 항공우주국 에임스 연구 센터(NASA Ames Research Center)에서 조정하며, 하와이 대학교와 캘리포니아 대학교의 연구원들이 참여했다. 패스파인더는 에임스에서 개발한 ERAST 개발 과학 기기인 고분광 해상도 디지털 어레이 스캔 간섭계(DASI)와 고공간 해상도 항공 실시간 이미징 시스템(ARTIS) 두 가지를 비행 시험했다. 이 비행은 1997년에 약 6705.60m에서 약 14935.20m 사이의 고도에서 수행되었다.[3]

4. 패스파인더 플러스

1998년에 패스파인더는 날개 길이가 더 긴 패스파인더-플러스 형태로 개조되었다. 1998년 8월 6일, 데릭 리소스키가 조종한 패스파인더-플러스는 태양열 및 프로펠러 구동 항공기의 고도 기록을 약 24445.26m로 높였다.[1][5]

4. 1. 개량 사항

2002년 6월 하와이 상공을 비행하는 Pathfinder-Plus. Skytower 통신 장비 장착


울바-헤이지 센터(Udvar-Hazy Center)에 전시된 Pathfinder-Plus


1998년, 패스파인더는 날개 길이가 더 긴 Pathfinder-Plus 형태로 개량되었다. 기존 패스파인더 날개 5개 섹션 중 4개를 사용했지만, 이후 센추리온/헬리오스를 위해 설계된 고고도 에어포일이 통합된 약 13.41m 길이의 새로운 중앙 날개 섹션으로 대체되었다. 새 섹션은 원래 섹션의 두 배 길이었으며, 기체의 전체 날개 길이는 약 29.99m에서 약 36.88m로 늘어났다. 새로운 중앙 섹션에는 캘리포니아주 서니베일(Sunnyvale, California)에 위치한 선파워(SunPower)에서 개발한 더 효율적인 실리콘 태양 전지가 장착되었으며, 이 전지는 받는 태양 에너지의 약 19%를 기체의 모터, 항공 전자 공학 및 통신 시스템에 전력을 공급하는 데 사용되는 유용한 전기 에너지로 변환할 수 있었다. 이는 원래 패스파인더의 중간 및 외부 날개 패널 표면의 대부분을 덮는 구형 태양 전지판의 약 14% 효율과 비교된다. 최대 잠재 전력은 패스파인더의 약 7,500와트에서 패스파인더-플러스의 약 12,500와트로 증가했다. 전기 모터의 수는 8개로 증가했으며, 사용된 모터는 후속 항공기를 위해 설계된 더 강력한 장치였다.[3]

4. 2. 비행 시험 및 기록

1998년 여름, 패스파인더-플러스 개발 비행이 태평양 미사일 사거리 시설(PMRF)에서 이루어졌다. 이 비행은 후속 기체인 센추리온을 위한 전력, 공기역학 및 시스템 기술을 검증하기 위한 것이었다. 1998년 8월 6일, 데릭 리소스키가 조종한 패스파인더-플러스는 태양열 및 프로펠러 구동 항공기의 고도 기록을 약 24445.26m로 높였다.[1][5]

4. 3. 대기 위성 시험



2002년 7월, 패스파인더-플러스는 에어로바이런먼트(AeroVironment)의 자회사인 스카이타워(Skytower, Inc.)가 개발한 상업용 통신 중계 장비를 탑재하고 항공기를 방송 플랫폼으로 사용하는 시험을 진행했다.[6] NASA 및 일본 총무성과 협력하여 HDTV 신호와 IMT-2000 무선 통신 신호를 19812m 상공에서 성공적으로 전송함으로써 "대기 위성" 개념을 시험했는데, 이는 항공기가 12km 높이의 송신 타워와 동일한 기능을 갖도록 한 것이다.[6] 항공기의 높은 하향 시야각 덕분에 전송에는 단 1와트의 전력만 사용되었으며, 이는 동일한 신호를 제공하는 지상 타워에 필요한 전력의 1/10,000에 불과했다.[6] 스카이타워의 전략 및 사업 개발 담당 부사장인 스튜어트 힌들(Stuart Hindle)은 "스카이타워 플랫폼은 기본적으로 시간 지연이 없는 정지 위성입니다."라고 설명했다. 또한 힌들은 실제 위성과 달리 성층권에서 비행하는 이러한 플랫폼이 훨씬 더 높은 수준의 주파수 사용을 달성할 수 있다고 말하면서, "단일 스카이타워 플랫폼은 동일한 주파수 대역을 사용하여 초당 바이트 수 기준으로 정지 위성의 고정 광대역 지역 액세스 용량보다 1,000배 이상을 제공할 수 있습니다."라고 덧붙였다.[7]

에어로바이런먼트의 사장인 레이 모건(Ray Morgan)은 이 개념을 "우리가 시도하는 것은 '대기 위성'이라고 부르는 것을 만드는 것입니다. 이는 우주에서 위성이 수행하는 많은 기능을 작동하고 수행하지만 대기 중에서 매우 가깝게 수행합니다"라고 설명했다.[8]

5. 센트리온

센트리온은 나사 패스파인더 플러스를 기반으로 개발된 고고도 장기 체공 무인 항공기이다.

6. 헬리오스 HP01

이전 답변에서는 원본 소스가 제공되지 않아 헬리오스 HP01 섹션을 작성할 수 없었습니다. 따라서 주어진 지시사항에 따라 수정할 내용이 없습니다. 원본 소스가 제공되면 지시사항에 맞춰 위키텍스트를 작성하고, 그 결과물을 다시 한번 검토하여 수정할 수 있습니다.

7. 헬리오스 HP03

이전 답변에서 말씀드렸듯이, 헬리오스 HP03에 대한 정보를 제공해주셔야 위키텍스트 형식으로 작성해 드릴 수 있습니다. 현재 주어진 정보는 섹션 제목과 요약뿐이며, 원본 소스(`source`)가 비어있어 내용을 생성할 수 없습니다.

만약 이전 출력이 빈 텍스트가 아니라 다른 내용이었다면, 해당 내용을 제공해주시면 위의 지침에 따라 검토 및 수정하여 다시 출력해드리겠습니다.

8. 사양

사양[12][13][14][15]
 패스파인더패스파인더 플러스센트리온헬리오스 HP01헬리오스 HP03
길이 ft(m)12 (3.6)12 (3.6)12 (3.6)12 (3.6)16.5 (5.0)
익현 ft(m)8 (2.4)
날개 길이 ft(m)98.4 (29.5)121 (36.3)206 (61.8)247 (75.3)
종횡비12 ~ 115 ~ 126 ~ 130.9 ~ 1
활공비18 ~ 121 ~ 1???
대기속도 kts(km/h)15–18 (27–33)16.5–23.5 (30.6–43.5)?
최대 고도 ft(m)71,530 (21,802)80,201 (24,445)n/a96,863 (29,523)65,000 (19,812)
최저 무게 lb(kg)???1,322 (600)?
최대 무게 lb(kg)560 (252)700 (315)±1,900 (±862)2,048 (929)2,320 (1,052)
유효 하중 lb(kg)100 (45)150 (67.5)100–600 (45–270)726 (329)?
엔진전기, 각각 2hp (1.5kW)
엔진 수68141410
태양 전기 출력 (kW)7.512.531?18.5
보충 전력배터리배터리배터리리튬 배터리리튬 배터리, 연료 전지



드라이든 활주로에 있는 패스파인더 플러스(왼쪽)와 헬리오스 프로토타입(오른쪽)


ERAST 프로그램을 통한 태양광 항공기 진화

참조

[1] 웹사이트 NASA Armstrong Fact Sheet: Helios Prototype http://www.nasa.gov/[...] 2015-08-13
[2] 웹사이트 Goebel, Greg, "The Prehistory of Endurance UAVs", ''Unmanned Aerial Vehicles'', chapter 12. Exists in the public domain. http://www.vectorsit[...] 2009-02-11
[3] 웹사이트 NASA Pathfinder fact sheet, archived at archive.org https://web.archive.[...]
[4] 웹사이트 NASA Pathfinder fact sheet, archived at archive.org https://web.archive.[...]
[5] 웹사이트 NAA record database http://www.naa.aero/[...] 2012-02-12
[6] 뉴스 SkyTower Successfully Tests World's First Commercial Telecom Applications from More Than {{convert|65,000|ft|m}} in the Stratosphere http://www.ewire.com[...] Ewire 2002-07-22
[7] 뉴스 Stratospheric Platform Serves As Satellite http://www.space.com[...] Space.com 2002-07-24
[8] 뉴스 "'Atmospheric satellites' could cut the cost of communications" http://www.cnn.com/T[...] CNN 1998-08-11
[9] 문서 Investigation of the Helios Prototype Aircraft Mishap http://www.nasa.gov/[...] T.E. Noll et al. 2004-01
[10] 웹사이트 NASA Centurion Fact Sheet archived at archive.org https://web.archive.[...]
[11] 웹사이트 NASA.gov http://www.dfrc.nasa[...]
[12] 웹인용 NASA Helios factsheet http://www.nasa.gov/[...] 2012-06-16
[13] 웹인용 NASA Pathfinder fact sheet, archived at archive.org http://www.dfrc.nasa[...] 2003-08-10
[14] 문서 Investigation of the Helios Prototype Aircraft Mishap http://www.nasa.gov/[...] T.E. Noll et al. 2004-01
[15] 웹인용 NASA Centurion Fact Sheet archived at archive.org http://www.dfrc.nasa[...] 2003-06-28


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