솔러 임펄스

1. 개요

솔러 임펄스는 태양광 에너지만을 동력으로 사용하는 항공기 프로젝트로, 베르트랑 피카르와 앙드레 보르슈베르크가 주도했다. 2003년 시작된 이 프로젝트는 여러 기업과 정부의 지원을 받아 개발되었으며, 솔라 임펄스 1(HB-SIA)과 솔라 임펄스 2(HB-SIB) 두 대의 항공기를 제작했다. 솔라 임펄스 1은 시험 비행과 장시간 유인 태양광 비행 기록을 세웠으며, 솔라 임펄스 2는 2015년부터 2016년까지 17구간에 걸쳐 무착륙 세계 일주 비행에 성공했다. 2019년 솔라 임펄스 2는 스카이웰러 에어로에 매각되어 자율 무인 항공기 개발에 활용되고 있다.

2. 프로젝트 개발 및 자금 조달

베르트랑 피카르는 2003년 11월 로잔 연방 공과대학교(EPFL)와 협력하여 타당성 조사를 수행한 후 솔러 임펄스 프로젝트를 시작했다. 기계 엔지니어이자 공동 창립자인 앙드레 보르슈베르크는 각 항공기의 제작을 지휘하고 비행 임무 준비를 감독했다. 2009년까지 그들은 6개국 출신의 50명의 엔지니어 및 기술 전문가로 구성된 다학제 팀을 구성했으며, 약 100명의 외부 자문위원과 80명의 기술 파트너의 지원을 받았다.

이 프로젝트는 다수의 민간 기업과 개인의 자금 지원을 받으며, 스위스 정부로부터 약 6(6.4)의 자금을 지원받았다. 이 프로젝트의 민간 재정 지원자에는 오메가 SA, 솔베이, 쉰들러, ABB 및 피터 다이아만디스가 포함된다. EPFL, 유럽 우주국 및 다쏘 항공은 기술적 전문 지식을 제공했으며, 선파워는 항공기의 태양광 전지를 제공했다.

피카르는 2003년 프로젝트 시작부터 2015년 중반까지 총 150가 소요되었다고 밝혔다. 또한, 세계 일주 비행을 계속하기 위해 2015년 말에 20를 추가로 모금했다.

프로젝트 자금은 사기업이 출자하고 있다. 주요 스폰서는 도이치 은행, 오메가, 솔베이, 쉰들러의 4개사이다. 그 외에 코베스트로, 알트란, 스위스콤이 스폰서로 참여하고 있다. 서포터로는 클라랑스, Semper, 토요타 자동차, BKW, STG가 있다. EPFL, 유럽 우주국, 다쏘 항공이 기술적 지원을 하고 있다.

3. 솔라 임펄스 1 (HB-SIA)

HB-SIA로 등록된 최초의 솔라 임펄스 항공기는 시연용으로 설계되었다. 에어버스 A340 여객기와 비슷한 63.4m의 날개 길이를 가졌지만, 조종석은 압착되지 않은 형태였다. 날개 아래에는 4개의 나셀이 있으며, 각각 리튬 폴리머 배터리 세트, 10hp 전기 모터 1개와 쌍엽 프로펠러 1개가 장착되어 있다.

최대한 가볍게 날개를 만들기 위해 맞춤형 탄소 섬유 허니콤 샌드위치 구조가 사용되었다. 상부 날개 표면과 수평 안정판에는 11,628개의 태양 전지가 설치되어 낮에는 전기를 생산하여 전기 모터에 전원을 공급하고 배터리를 충전하여 야간 비행을 가능하게 했다. 이론적으로는 단일 좌석 비행기가 무기한으로 공중에 머물 수 있다.

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주요 설계 제약은 리튬 폴리머 배터리의 용량이었다. 최적의 24시간 주기 동안 모터는 약 8hp의 평균 출력을 낼 수 있는데, 이는 1903년 라이트 형제의 최초의 성공적인 동력 항공기인 라이트 플라이어가 사용한 출력과 거의 같다. 항공기는 배터리에 저장된 전력 외에도, 주간에 획득한 고도의 위치 에너지를 사용하여 야간 비행에 전력을 공급했다. 2010년 7월에는 야간 비행을 포함한 26시간 이상의 연속 유인 비행에 성공했다.

3.1. 개요

HB-SIA로 등록된 최초의 솔라 임펄스 항공기는 시연용으로 설계되었다. 이 항공기는 비압착 조종석과 에어버스 A340 여객기와 비슷한 날개 길이를 가진 단일 날개를 가지고 있다. 날개 아래에는 4개의 나셀이 있으며, 각각 리튬 폴리머 배터리 세트, 10hp 전기 모터 1개와 쌍엽 프로펠러 1개가 장착되어 있다. 날개를 가능한 한 가볍게 유지하기 위해 맞춤형 탄소 섬유 허니콤 샌드위치 구조가 사용되었다. 상부 날개 표면과 수평 안정판에 11,628개의 태양 전지가 설치되어 주간에는 전기를 생산하여 전기 모터에 전원을 공급하고 배터리를 충전하여 야간 비행을 가능하게 함으로써, 이론적으로 단일 좌석 비행기가 무기한으로 공중에 머물 수 있게 한다.

이 항공기의 주요 설계 제약은 리튬 폴리머 배터리의 용량이다. 최적의 24시간 주기 동안 모터는 약 8hp의 평균 출력을 낼 수 있는데, 이는 1903년 라이트 형제의 최초의 성공적인 동력 항공기인 라이트 플라이어가 사용한 출력과 거의 같다. 항공기는 배터리에 저장된 전력 외에도, 주간에 획득한 고도의 위치 에너지를 사용하여 야간 비행에 전력을 공급한다.

조종석은 가압되지 않아 상승 한계가 있으며, 어디까지나 실증용 설계이다.

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날개 길이는 에어버스 A340에 필적하는 63.4m이다. 날개 아래에는 4개의 나셀이 있으며, 각각 리튬 이온 폴리머 이차 전지와 10hp의 전동기, 2엽 날개의 프로펠러가 있다. 날개를 최대한 가볍게 하기 위해 탄소 섬유의 허니컴 샌드위치 구조를 채용하고 있다.

주 날개와 수평 안정판의 윗면에는 12,000개의 두께 150μm의 단결정 실리콘 태양 전지 (45 kW peak: 200m²)가 있어, 낮 동안 이것으로 발전한다. 그 전력으로 추진력을 얻는 동시에 전지를 충전하여 야간 비행에 대비한다. 이론상으로는 승무원 1명으로 무제한의 항행이 가능하다. 2010년 7월, 야간 비행을 포함한 26시간 이상의 연속 유인 비행에 성공했다.

설계상의 주요 제한은 탑재할 수 있는 전지의 용량이다. 조건이 좋으면 24시간 이상 동안 평균 8hp를 공급할 수 있으며, 이것은 1903년 라이트 형제의 라이트 플라이어호의 출력과 거의 필적한다. 낮에는 전지를 충전하는 동시에 위치 에너지를 이용하여 전력 소비를 억제하고, 야간에 대비할 수 있다.

3.2. 제원

HB-SIA로 등록된 최초의 솔라 임펄스 항공기는 주로 시연용 항공기로 설계되었다. 이 항공기는 비압착 조종석과 에어버스 A340 여객기와 비슷한 날개 길이를 가진 단일 날개를 가지고 있다. 날개 아래에는 4개의 나셀이 있으며, 각각 리튬 폴리머 배터리 세트, 7.5kW 전기 모터 1개와 쌍엽 프로펠러 1개가 장착되어 있다. 날개를 가능한 한 가볍게 유지하기 위해 맞춤형 탄소 섬유 허니콤 샌드위치 구조가 사용되었다. 상부 날개 표면과 수평 안정판에 11,628개의 태양 전지가 설치되어 주간에는 전기를 생산하여 전기 모터에 전원을 공급하고 배터리를 충전하여 야간 비행을 가능하게 함으로써, 이론적으로 단일 좌석 비행기가 무기한으로 공중에 머물 수 있게 한다.

이 항공기의 주요 설계 제약은 리튬 폴리머 배터리의 용량이다. 최적의 24시간 주기 동안 모터는 약 8kW의 평균 출력을 낼 수 있는데, 이는 1903년 라이트 형제의 최초의 성공적인 동력 항공기인 라이트 플라이어가 사용한 출력과 거의 같다. 항공기는 배터리에 저장된 전력 외에도, 주간에 획득한 고도의 위치 에너지를 사용하여 야간 비행에 전력을 공급한다.

3.3. 운용 기록

솔라 임펄스의 운용 기록은 다음과 같다.

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3.3.1. 최초 비행 및 초기 비행

HB-SIA로 등록된 최초의 솔라 임펄스 항공기는 주로 시연용으로 설계되었다. 이 항공기는 비압착 조종석과 에어버스 A340 여객기와 비슷한 날개 길이를 가진 단일 날개를 가지고 있다. 날개 아래에는 4개의 나셀이 있으며, 각각에는 리튬 폴리머 배터리 세트, 전기 모터 1개와 쌍엽 프로펠러 1개가 장착되어 있다. 날개를 가능한 한 가볍게 유지하기 위해 맞춤형 탄소 섬유 허니콤 샌드위치 구조가 사용되었다. 상부 날개 표면과 수평 안정판에 11,628개의 태양 전지가 설치되어 주간에는 전기를 생산하여 전기 모터에 전원을 공급하고 배터리를 충전하여 야간 비행을 가능하게 함으로써, 이론적으로 단일 좌석 비행기가 무기한으로 공중에 머물 수 있게 한다.

이 항공기의 주요 설계 제약은 리튬 폴리머 배터리의 용량이다. 최적의 24시간 주기 동안 모터는 약 8hp의 평균 출력을 낼 수 있는데, 이는 1903년 라이트 형제의 최초의 성공적인 동력 항공기인 라이트 플라이어가 사용한 출력과 거의 같다. 항공기는 배터리에 저장된 전력 외에도, 주간에 획득한 고도의 위치 에너지를 사용하여 야간 비행에 전력을 공급한다.

2009년 6월 26일, 솔라 임펄스 1이 스위스 뒴벤도르프 공군 기지에서 처음으로 대중에게 공개되었다. 택시 테스트 후, 2009년 12월 3일에 마르쿠스 셰르델의 조종으로 짧은 호프 테스트 비행이 이루어졌다. 프로젝트 팀의 공동 리더인 앙드레 보르슈베르크는 이 비행에 대해 "믿을 수 없는 날이었습니다. 비행기는 약 를, 지상 약 위를 날았습니다... 목표는 높이 올라가는 것이 아니라 제어 가능성을 테스트하고 비행 특성에 대한 첫 느낌을 얻기 위해 같은 활주로에 착륙하는 것이었습니다... 항공기는 엔지니어들이 바랐던 대로 작동했습니다. 이것은 엔지니어링 단계의 종료와 비행 테스트 단계의 시작입니다."라고 말했다.

2010년 4월 7일, 이 비행기는 마르쿠스 셰르델의 조종으로 87분간의 시험 비행을 수행했다. 이 비행은 의 고도에 도달했다. 2010년 5월 28일, 이 항공기는 비행 중 배터리를 충전하면서 완전히 태양 에너지로 구동되는 첫 비행을 했다.

2010년 7월 8일, 솔러 임펄스 1은 세계 최초의 26시간 유인 태양광 비행을 성공했다. 이 항공기는 보르슈베르크에 의해 조종되었으며, 7월 7일 중앙 유럽 시간 (UTC+2) 06시 51분에 스위스 페이른 공군 기지에서 이륙했다. 다음날 아침 09시 현지 시간에 착륙했다. 비행 중, 비행기는 의 최대 고도에 도달했다. 당시 이 비행은 유인 태양광 항공기가 기록한 가장 길고 높은 비행이었으며, 이 기록은 2010년 10월 국제 항공 연맹(FAI)에 의해 공식적으로 인정되었다.

3.3.2. 최초 야간 비행

2010년 7월 8일, 솔러 임펄스 1(HB-SIA)은 세계 최초로 26시간 동안 유인 태양광 비행에 성공했다. 앙드레 보르슈베르크가 조종한 이 비행기는 7월 7일 중앙 유럽 시간(UTC+2) 06시 51분에 스위스 페이른 공군 기지에서 이륙하여 다음 날 아침 9시에 착륙했다. 비행 중 최대 고도 8700m에 도달했다. 당시 이 비행은 유인 태양광 항공기가 기록한 가장 길고 높은 비행이었으며, 2010년 10월 국제 항공 연맹(FAI)에 의해 공식 기록으로 인정되었다.

3.3.3. 국제 및 국내선 비행

2012년 6월 5일, HB-SIA는 스페인의 마드리드에서 출발하여 19시간 동안 비행하여 지브롤터 해협을 건너 모로코의 라바트-살레 국제공항에 착륙했다. 이 비행 거리는 830km였다.

3.4. 전시

2009년 6월 26일, 솔라 임펄스 1이 스위스 뒴벤도르프 공군 기지에서 처음으로 대중에게 공개되었다. 택시 테스트 후, 2009년 12월 3일에 마르쿠스 셰르델의 조종으로 짧은 호프 테스트 비행이 이루어졌다. 2010년 4월 7일에는 마르쿠스 셰르델의 조종으로 87분간의 시험 비행을 수행하여 1200m 고도에 도달했다. 2010년 5월 28일, 이 항공기는 비행 중 배터리를 충전하면서 완전히 태양 에너지로 구동되는 첫 비행을 했다.

2015년 3월, 솔라 임펄스 1은 파리의 시테 드 과학 & 드 라 뉘스트리에 있는 상설 전시의 일부가 되기 위해 트럭으로 파리로 운송되었다.

4. 솔라 임펄스 2 (HB-SIB)

솔라 임펄스 2 (HB-SIB)는 2011년에 건설이 시작된 두 번째 솔라 임펄스 항공기이다. 스위스 기체 등록 번호는 HB-SIB이다. 당초 2013년에 완성하여 2014년에 25일 만에 세계 일주를 할 계획이었지만, 2012년 테스트 중 구조적 결함이 발견되어 제작 계획이 연장되었다. 첫 비행은 2014년 6월 2일 스위스 파이에른 공군 기지에서 이루어졌다.

여객기의 조종석과 최신 항공 전자 장비를 갖추어 대륙 횡단 비행과 대양 횡단 비행이 가능하다. 날개 길이는 72m로 보잉 747-8 (68.5m)보다 크다.

17,248개의 태양 전지가 장착되어 최대 66kW의 출력을 낸다. 무게는 2300kg이며, 4개의 41kW 모터와 633kg의 리튬 이온 배터리로 구동되어 각 모터는 13kW (17.4 HP)의 출력을 낸다. 이륙 속도는 35 km/h, 최고 속도는 140 km/h, 순항 속도는 90 km/h (야간에는 전력 절약을 위해 60 km/h)이다. 순항 고도는 최대 8500m이며, 최대 상승 한계는 12000m이다. 조종석은 가압되어 있으며 산소 마스크 등도 갖추고 있어 최대 12000m 고도에서 순항이 가능하다.

배터리 기술이 개선되면 무게를 줄여 2인승으로 만들고, 중간 기착 없이 세계 일주를 할 수 있을 것으로 기대된다.

4.1. 개요

솔라 임펄스 2(HB-SIB)는 2011년에 제작이 시작된 두 번째 솔라 임펄스 항공기이다. 원래 2013년에 완성하여 2014년에 25일간의 세계 일주 비행을 계획했으나, 2012년 7월 정적 테스트 중 주요 스파의 구조적 결함이 발견되어 일정이 연기되었다. 2014년 6월 2일 페이르 에어베이스에서 첫 비행에 성공했다.

솔라 임펄스 2의 날개 길이는 71.9m로, 에어버스 A380보다 약간 짧다. 탄소 섬유로 제작되어 무게는 약 2.3ton로, 평균적인 SUV와 비슷하다. 3.8m³ 크기의 비압착 조종석과 제한적인 자동 조종 장치를 갖춘 첨단 항공 전자 공학 덕분에 조종사는 최대 20분 동안 잠을 잘 수 있으며, 며칠에 걸친 대륙 및 대양 횡단 비행이 가능하다. 보조 산소와 다양한 환경 지원 시스템을 통해 최대 12000m 고도까지 비행할 수 있다.

4.2. 제원

솔러 임펄스의 제원과 성능은 다음과 같다.

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📌 열 고정 해제

항목	내용
탑승인원	1명
길이	21.85 m
날개폭	71.9 m
높이	6.37 m
날개 면적	17,248 개의 태양광 패널 (최대 66 kW, 269.6m2)
이륙 중량	2,300 kg
엔진	4개의 전동기, 4x41kW.h 리튬 이온 배터리 (633kg), 각 13kW (17.4 HP) 제공
프로펠러 지름	4m
이륙 속도	36 km/h
최고 속도	140 km/h
순항 속도	90km/h (야간 절전 운항 60km/h)
실용 상승한도	8,500 m (최고 고도 12000m)

솔라 임펄스 2의 날개 길이는 71.9m로, 세계 최대의 여객 항공기인 에어버스 A380보다 약간 짧다. 탄소 섬유로 제작된 솔라 임펄스는 약 2.3ton로, 평균적인 SUV보다 약간 무겁다.

4.3. 운용 기록

2011년, 스위스 등록 번호 HB-SIB를 사용하는 두 번째 항공기 솔라 임펄스 2 제작이 시작되었다. 원래 2013년에 완공하여 2014년에 25일간 지구 일주 비행을 할 계획이었으나, 2012년 7월 정적 테스트 중 항공기 주요 스파의 구조적 결함이 발생하여 수리 때문에 비행 테스트 일정이 지연되었다. 솔라 임펄스 2의 첫 비행은 2014년 6월 2일 페이른 에어베이스에서 이루어졌다.

솔라 임펄스 2는 2014년 4월 9일 처음으로 일반에 공개되었다. 2014년 6월 2일 마르쿠스 셰르델이 조종하여 첫 비행을 했다. 이 항공기는 평균 지상 속도 30knots를 기록했고, 고도 약 1676.40m에 도달했다. 2014년 10월 26일에 첫 야간 비행을 완료했으며, 2014년 10월 28일 비행 중 최대 고도에 도달했다.

북반구 적도 부근을 일주하는 계획이 세워졌고, 조종사 교대를 위해 12구간으로 나누는 등 여러 예정이 있었다. 조종사의 생리학적 제한 때문에 1회 비행은 3일에서 4일까지로 제한되었다.

대형 여객기보다 큰 날개폭 때문에 일부 공항의 격납고를 사용할 수 없어서, 공기로 부풀리는 돔형 전용 격납고와 설비 스태프가 착륙 예정지에 먼저 가서 수용 준비를 했다.

2015년 3월 9일 아랍에미리트 연합 아부다비의 알 바틴 이그제큐티브 공항을 이륙하여, 2016년 7월 26일 같은 공항에 도착하여 일주를 마쳤다. 기상 악화로 중국에서 하와이로 가는 항로에서 일본 나고야 고마키 공항으로 회항하고, 하와이 도착 시 과열로 배터리가 손상되어 10개월이나 수리하는 등 여러 문제가 있었지만, 16개월에 걸쳐 총 17회, 23일간의 비행으로 세계 일주에 성공했다.

4.4. 2015–16 세계 일주

솔러 임펄스 2호는 2015년 3월 9일 아랍에미리트 아부다비에서 비행을 시작하여 2016년 7월 26일 아부다비로 돌아오면서 세계 일주를 완료했다.

북반구 적도 부근을 일주하는 계획이 세워졌고, 조종사 교대를 위해 12구간으로 나누어졌다. 조종사의 생리학적 제한으로 인해 1회 비행은 3~4일로 제한되었다. 대형 여객기보다 큰 날개폭 때문에 일부 공항의 격납고를 사용할 수 없어, 공기로 부풀리는 돔 형태의 전용 격납고와 설비 스태프가 착륙 예정지에 먼저 가서 수용 준비를 했다.

솔러 임펄스 2호는 2015년 3월 9일 아랍에미리트 연합 아부다비의 알 바틴 이그제큐티브 공항을 이륙하여 2016년 7월 26일 같은 공항에 도착하여 세계 일주를 마쳤다. 기상 악화로 인해 중국에서 하와이로 가는 항로에서 일본 나고야 고마키 공항으로 회항하고, 하와이 도착 시 배터리 과열로 손상되어 10개월간 수리하는 등 어려움이 있었지만, 16개월에 걸쳐 총 17회, 23일간의 비행으로 세계 일주에 성공했다.

4.4.1. 상세 경로

솔러 임펄스 2호는 2015년 3월 9일 아랍에미리트 아부다비에서 출발하여 2016년 7월 26일 새벽에 아부다비로 돌아오면서 세계일주를 완료했다. 상세 경로는 다음과 같다.

솔러 임펄스 2호는 북반구에서 적도 부근을 일주하는 경로를 따라 비행했다. 조종사 교대를 위해 12개의 경유지가 계획되었으며, 각 경유지에서 승무원은 다음 구간의 양호한 기상 조건을 기다렸다. 대부분의 비행 시간 동안 솔러 임펄스 2호는 50kph에서 100kph 사이의 속도로 순항했으며, 전력을 절약하기 위해 야간에는 더 느린 속도로 비행했다. 태평양과 대서양 횡단 구간은 최대 5일 밤낮이 걸리는 가장 긴 구간이었다. 조종사들은 20분간 낮잠을 자고, 혈류를 촉진하고 경계를 유지하기 위해 요가 또는 기타 운동을 했다.

2015년 5월 말, 솔러 임펄스 2호는 아시아를 횡단했다. 일본에서 하와이로 가는 구간은 117시간 52분 동안 비행하여 세계 최장 태양광 비행 기록을 세웠다. 이 비행은 또한 모든 항공기의 비행 지구력 기록 중 최장 단독 비행 기록이기도 하다. 그러나 이 구간에서 배터리가 과열되어 손상되었고, 새로운 부품을 주문해야 했다. 북반구의 낮이 짧아지는 계절이었기 때문에 비행기는 하와이에 착륙하여 수리 및 점검을 받았다.

2016년 4월, 솔러 임펄스 2호는 비행을 재개하여 캘리포니아 모펫 비행장에 착륙했다. 이후 미국 내 여러 지역과 스페인 세비야, 이집트 카이로를 거쳐 2016년 7월 26일 아부다비에 도착하여 총 17개 구간, 16개월 반 만에 세계 일주를 완료했다. 이는 태양열만으로 작동하는 고정익 항공기로는 최초의 세계 일주였다.

4.5. 매각

2019년 9월, 솔러 임펄스 2(Solar Impulse 2) 항공기는 연속 비행이 가능한 자율 무인 항공기를 개발하는 스페인-미국 회사인 스카이웰러 에어로(Skydweller Aero)에 판매되었다. 이 회사는 "레이더, 전자 광학, 통신 장치, 전화 청취 및 도청 시스템을 탑재"하는 항공기를 개발한다. 이 판매의 일환으로 솔러 임펄스 2 항공기는 스위스에서 스페인으로 이전되었으며, 스카이웰러가 연구 개발 비행을 완료하면 스위스 교통 박물관에 영구 전시하기 위해 스위스로 다시 이전될 예정이다.

2023년 2월까지, 스카이웰러 에어로는 스페인에서 첫 번째 자율 비행을 수행했으며, 2024년에는 항공기를 미시시피 남부로 이전하여 세계 최초의 무인 자율 태양광 항공기 비행을 수행했다. 이 회사는 마이애미(북위 26도)에서 리우데자네이루(남위 23도) 사이의 위도에서 연중 운영할 항공기 함대를 구축할 계획이다. 무인 및 자율적으로 작동하는 이 항공기는 유인 항공기로는 불가능한 군사 임무와 상업적 임무를 수행할 수 있으며, 위성보다 훨씬 저렴한 비용으로 운영될 것이다.

스카이웰러 에어로는 향후 몇 년 안에 항공기를 이용하여 무착륙 세계 일주 비행을 할 계획이다.

5. 수상

2015년, 스위스 민트는 솔라 임펄스의 지구 일주 비행 임무를 기념하여 특별 기념 주화를 발행했다.

2016년, 스위스 우체국은 솔라 임펄스 2의 업적을 기리기 위해 특별 우표를 발행했다.