에어로브레이킹

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1. 개요

에어로브레이킹은 우주선이 대기권을 이용하여 속도를 줄이는 기술이다. 행성 간 우주선이 목표 궤도에 진입하거나 착륙하기 위해 속도를 줄여야 할 때, 연료 사용을 줄이기 위해 활용된다. 에어로브레이킹은 마찰열, 난류, 대기 조성 등의 영향을 받으며, 여러 번의 대기 통과를 거쳐 궤도를 수정한다. 이 기술은 우주선 항법에도 활용되며, 태양 전지판을 활용하여 효율을 높일 수도 있다. 에어로브레이킹은 항공기, 철도 차량, 자동차 등 다양한 분야에서 활용되며, 특히 항공기에서는 착륙 시 속도 감소를 돕는 데 사용된다.

2. 원리

우주 개발 분야에서 대기권 진입 시의 "대기권"보다 고층의 희박한 대기를 이용해 우주선의 속도를 줄이는 방법을 '''에어로브레이킹'''(aerobraking, 공기 역학적 제동), '''대기 제동''' 또는 '''공기 제동'''이라고 부른다. 에어로브레이킹은 대기가 존재하는 행성에서 사용할 수 있다.

행성 탐사선이나 재진입 캡슐은 행성의 대기를 항력으로 이용하여 행성과의 상대 속도 차이를 줄인다. 소량의 연료를 사용하여 높은 궤도에 진입시킨 후, 대기 저항을 이용해 서서히 궤도를 낮추는 방식을 에어로브레이크(aerobraking)라고 하며, 행성 도착 시 직접 대기에 돌입하여 단번에 감속해 궤도에 진입하는 방식을 에어로캡처(aerocapture)라고 부른다.^[24] 공력 브레이크는 지구 주회 궤도에서 궤도 속도를 감쇠시켜 대기권에 진입하는 데에도 사용된다.

공력 브레이크는 충격 가열에 의해 우주선의 운동 에너지를 기체 바로 앞 대기의 열 에너지로 변환하므로 효율적이다. 하지만 우주선 설계 시 유체 역학적 고려가 필요하며, 공력 가열로부터 기체를 보호하고 충분한 열 차폐를 해야 한다. 에어로캡처처럼 단번에 감속하는 경우에는 큰 가속도에 견딜 수 있어야 한다. 브레이킹 없이 대기권에 진입하려면 에어로 쉘이 필요하다.

세계 최초로 에어로브레이크를 이용한 궤도 제어에 성공한 것은 일본의 "히텐"이다. 1991년 3월 19일, 히텐은 세계 최초로 에어로브레이크 시의 감속량과 가열량을 계측하여 행성 진입 시 제동 및 궤도 제어 기술로서 에어로브레이킹(제동뿐 아니라 제어도 포함하므로 정확히는 에어로 컨트롤) 기술을 확립했다. 지구 고도 125.5km를 11.0km/s로 통과한 후, 1.712m 감속한 것이 확인되었다.

에어로브레이킹 예시: 화성 탐사선 화성 정찰 궤도선이 화성 상공에서 궤도를 변경하는 모습(상상도)

2. 1. 작동 방식

행성 간 우주선이 목적지에 도착하면 궤도 진입이나 착륙을 위해 속도를 줄여야 한다. 상당한 중력을 가진 천체 주위의 낮고 거의 원형 궤도에 도달하려면(많은 과학 연구에 필요함) 필요한 속도 변화가 초당 수 킬로미터에 달할 수 있다. 추진력을 사용하면 로켓 방정식에 따라 우주선 질량의 상당 부분이 연료로 구성되어야 한다. 이는 과학 탑재량을 줄이거나 크고 비싼 로켓이 필요하게 한다. 목표 천체에 대기가 있는 경우, 에어로브레이킹을 사용하여 연료 요구량을 줄일 수 있다. 비교적 작은 연소를 사용하면 우주선이 길쭉한 타원 궤도에 진입할 수 있다. 그런 다음 에어로브레이킹은 궤도를 원형으로 줄인다. 대기가 충분히 두꺼우면 한 번의 통과만으로 궤도를 조정하기에 충분할 수 있지만, 에어로브레이킹은 일반적으로 대기 상층에서 여러 궤도를 필요로 한다. 이는 마찰 열, 예측 불가능한 난류 효과, 대기 조성 및 온도의 영향을 줄여준다.^[1]

이러한 방식으로 수행되는 에어로브레이킹은 각 통과 후에 속도 변화를 측정하고 다음 통과를 위해 수정할 수 있는 충분한 시간을 제공한다. 최종 궤도에 도달하는 데 화성의 경우 6 개월 이상 걸릴 수 있으며, 대기를 통과하는 수백 번의 통과가 필요할 수 있다. 마지막 통과 후, 우주선이 궤도에 머물러야 하는 경우, 근점을 대기 위로 올리기 위해 로켓 엔진을 통해 더 많은 운동 에너지를 부여해야 한다. 우주선이 착륙해야 하는 경우, 또한 로켓 엔진을 통해 운동 에너지를 잃어야 한다.^[1]

에어로브레이킹에 의해 소산되는 운동 에너지는 열로 변환되므로 우주선은 이 열을 발산해야 한다. 우주선은 필요한 항력을 생성하고 견딜 수 있도록 충분한 표면적과 구조적 강도를 가져야 한다. 에어로브레이킹과 관련된 온도와 압력은 대기 재진입 또는 에어로캡처의 온도와 압력만큼 심각하지 않다. ''화성 정찰 궤도선'' 에어로브레이킹 시뮬레이션은 약 37m²의 우주선 단면적과 함께 제곱미터당 0.35 N의 힘 제한을 사용하며, 최대 항력은 약 7.4 N이고 최대 예상 온도는 170 °C이다.^[1] 에어로브레이킹 동안 ''화성 옵저버''에 가해진 힘 밀도(즉, 압력)는 대략 제곱미터당 0.2 N이며,^[2] 이는 지구 해수면에서 0.6m (2.16km)로 이동할 때의 공기 역학적 저항과 유사하며, 이는 천천히 걸을 때 경험하는 양과 거의 같다.^[3]

우주선 항법과 관련하여, 모리바 자는 에어로브레이킹 중 우주선 탑재 관성 측정 장치(IMU) 데이터를 무향 칼만 필터를 사용하여 처리하여 지상 기반 측정 데이터와 무관하게 우주선의 궤적을 통계적으로 추론하는 능력을 처음으로 시연했다. 자는 ''화성 오디세이'' 및 ''화성 정찰 궤도선''의 실제 IMU 데이터를 사용하여 이 작업을 수행했다. 또한 이는 또 다른 행성 주위의 인공 우주 물체의 궤도를 결정하기 위해 무향 칼만 필터를 사용한 최초의 사례였다.^[4] 에어로브레이킹 항법을 자동화하는 데 사용할 수 있는 이 방법은 관성 측정 기반 공기 보조 항법(IMAN)이라고 하며,^[5] 자는 이 작업으로 NASA 우주법 상을 수상했다.

많은 우주선이 운용에 태양 전지판을 사용한다. 패널은 에어로브레이킹을 개선하여 필요한 궤도 수를 줄이는 데 사용할 수 있다. 패널은 AI 기반 알고리즘에 따라 회전하여 항력을 증가/감소시키며 도착 시간을 몇 달에서 몇 주까지 줄일 수 있다.^[6]

2. 2. 열 발생 및 관리

에어로브레이킹으로 소산되는 운동 에너지는 열로 변환되므로 우주선은 이 열을 발산해야 한다. 우주선은 필요한 항력을 생성하고 견딜 수 있도록 충분한 표면적과 구조적 강도를 가져야 한다.^[1] 에어로브레이킹과 관련된 온도와 압력은 대기 재진입 또는 에어로캡처의 온도와 압력만큼 심각하지 않다. ''화성 정찰 궤도선'' 에어로브레이킹 시뮬레이션에서는 약 37 m²의 우주선 단면적과 함께 제곱미터당 0.35 N의 힘 제한을 사용하며, 최대 항력은 약 7.4 N이고 최대 예상 온도는 170 °C이다.^[1] 에어로브레이킹 동안 ''화성 옵저버''에 가해진 힘 밀도(즉, 압력)는 대략 제곱미터당 0.2 N이며,^[2] 이는 지구 해수면에서 0.6m (2.16km)로 이동할 때의 공기 역학적 저항과 유사하며, 천천히 걸을 때 경험하는 양과 거의 같다.^[3]

2. 3. 정밀 제어

에어로브레이킹은 각 통과 후에 속도 변화를 측정하고 다음 통과를 위해 수정할 수 있는 충분한 시간을 제공한다. 화성의 경우 최종 궤도에 도달하는 데 6 개월 이상 걸릴 수 있으며, 대기를 수백 번 통과해야 할 수 있다.^[1] 마지막 통과 후, 우주선이 궤도에 머물러야 하는 경우 근점을 대기 위로 올리기 위해 로켓 엔진을 통해 더 많은 운동 에너지를 부여해야 한다. 우주선이 착륙해야 하는 경우에도 로켓 엔진을 통해 운동 에너지를 잃어야 한다.

에어로브레이킹으로 소산되는 운동 에너지는 열로 변환되므로 우주선은 이 열을 발산해야 한다. 우주선은 필요한 항력을 생성하고 견딜 수 있도록 충분한 표면적과 구조적 강도를 가져야 한다. 에어로브레이킹과 관련된 온도와 압력은 대기 재진입 또는 에어로캡처의 온도와 압력만큼 심각하지 않다. 화성 정찰 궤도선 에어로브레이킹 시뮬레이션에서는 약 37 m²의 우주선 단면적과 함께 제곱미터당 0.35 N의 힘 제한을 사용했으며, 최대 항력은 약 7.4 N이고 최대 예상 온도는 170°C이다.^[1] 화성 옵저버에 가해진 힘 밀도(압력)는 대략 제곱미터당 0.2 N이며,^[2] 이는 지구 해수면에서 0.6m/s (2.16km/h)로 이동할 때의 공기 역학적 저항과 유사하며, 천천히 걸을 때 경험하는 양과 거의 같다.^[3]

우주선 항법과 관련하여, 모리바 자는 에어로브레이킹 중 우주선 탑재 관성 측정 장치(IMU) 데이터를 무향 칼만 필터를 사용하여 처리함으로써, 지상 기반 측정 데이터와 무관하게 우주선의 궤적을 통계적으로 추론하는 능력을 처음으로 시연했다. 자는 화성 오디세이 및 화성 정찰 궤도선의 실제 IMU 데이터를 사용하여 이 작업을 수행했다. 이는 또한 다른 행성 주위의 인공 우주 물체의 궤도를 결정하기 위해 무향 칼만 필터를 사용한 최초의 사례였다.^[4] 에어로브레이킹 항법을 자동화하는 데 사용할 수 있는 이 방법은 관성 측정 기반 공기 보조 항법(IMAN)이라고 하며,^[5] 자는 이 작업으로 NASA 우주법 상을 수상했다.

많은 우주선이 운용에 태양 전지판을 사용한다. 패널은 에어로브레이킹을 개선하여 필요한 궤도 수를 줄이는 데 활용될 수 있다. 패널은 AI 기반 알고리즘에 따라 회전하여 항력을 증가/감소시키며 도착 시간을 몇 달에서 몇 주까지 줄일 수 있다.^[6]

3. 관련 기술

에어로브레이킹과 관련된 기술로는 에어로캡처와 에어로중력 보조가 있다. 에어로캡처는 초기 궤도 진입 연소 없이 대기권으로 깊숙이 진입하여 한 번의 통과로 원하는 궤도에 가깝게 접근하는 방식이다. 에어로중력 보조는 우주선이 대기 상층부를 통과할 때 항력 대신 양력을 이용하여 더 큰 델타-v를 얻는 방식이다.^[9]

3. 1. 에어로캡처

에어로캡처는 초기 궤도 진입 연소를 수행하지 않는, 이와 관련된 더욱 극단적인 방법이다. 대신 우주선은 초기 삽입 연소 없이 대기권으로 깊숙이 진입하여, 대기권을 한 번 통과하면서 원하는 궤도와 비슷한 원지점을 갖게 된다. 그 후, 몇 번의 작은 궤도 수정 연소를 통해 근지점을 올리고 최종 조정을 수행한다.^[7]

이 방법은 원래 화성 오디세이 궤도선에 적용할 계획이었으나,^[8] 설계 변경에 따른 상당한 비용 증가로 인해 채택되지 못했다.^[7]

또 다른 관련 기술은 에어로중력 보조인데, 이는 우주선이 대기 상층부를 통과하면서 가장 가까이 접근하는 지점에서 항력 대신 공기역학적 양력을 이용하는 방식이다. 올바르게 방향을 잡으면, 순수한 중력 보조보다 더 큰 편향 각도를 얻을 수 있으며, 결과적으로 더 큰 델타-v를 얻을 수 있다.^[9]

3. 2. 에어로중력 보조

에어로중력 보조는 우주선이 대기 상층부를 통과하면서 가장 가까이 접근하는 지점에서 항력 대신 공기역학적 양력을 이용하는 기술이다. 올바르게 방향을 잡으면, 순수한 중력 보조보다 더 큰 편향 각도를 얻을 수 있으며, 결과적으로 더 큰 델타-v를 얻을 수 있다.^[9]

4. 우주선 임무

에어로브레이킹은 우주선의 궤도를 수정하는 데 사용되는 기술이다. 이론적으로는 잘 정립되어 있지만, 실제로 적용하기는 어렵다. 이 기동을 정확하게 계획하려면 대상 행성의 대기 특성에 대한 매우 자세한 정보가 필요하기 때문이다. 현재까지 에어로브레이킹은 우주선이 자체적으로 안전하게 수행할 수 없기 때문에, 인간 관제사와 심우주 네트워크의 지속적인 관리가 필요하다.

미국 항공우주국(NASA)은 우주선의 궤도를 더 낮은 에너지, 감소된 원지점 고도 및 더 작은 궤도로 수정하기 위해 에어로브레이킹을 사용했다.^[10]

에어로브레이킹은 1991년 일본의 히텐이 처음으로 성공적으로 사용하였으며, 이후 여러 우주선 임무에 활용되었다.

1991년, 히텐 우주선은 심우주 탐사선에 의한 최초의 에어로브레이킹 기동을 시연하였다.^[11]
1993년, 마젤란은 금성 임무 중에 에어로브레이킹을 사용했다.^[14]
1997년, 마스 글로벌 서베이어는 궤도 조절의 주요 기술로 에어로브레이킹을 사용한 최초의 우주선이었다.
2001 마스 오디세이와 화성 정찰 궤도선 또한 에어로브레이킹을 사용했다.
2014년, 비너스 익스프레스는 임무 종료 즈음에 에어로브레이킹 실험을 수행했다.^[16]^[17]
2017–2018년, 트레이스 가스 궤도선은 화성에서 에어로브레이킹을 수행했다.^[18]

화성 궤도선 2는 ISRO의 미래 임무로, 원지점을 줄이기 위해 에어로브레이킹을 사용할 것으로 제안되었다.^[19]

우주 개발 분야에서, 대기권 진입 시의 "대기권"보다 고층의 희박한 대기를 이용한 제동을 '''에어로브레이킹''' (aerobraking, 공기 역학적 제동), '''대기 제동''', '''공기 제동''' 등으로 부른다. 행성 탐사선이나 재진입 캡슐에서는 행성의 대기를 항력으로 이용하여, 행성과의 상대 속도 차이를 줄인다. 일단 소량의 연료를 사용하여 높은 궤도로 진입시킨 후, 대기 저항을 이용하여 서서히 궤도를 낮추는 기법을 에어로브레이크(aerobraking)라고 부르며, 행성 도착 시 직접 대기에 돌입하여 단번에 감속하여 궤도로 진입하는 방법을 에어로캡처(aerocapture)라고 부른다.^[24] 공력 브레이크는 지구 주회 궤도에서 궤도 속도를 감쇠시켜 대기권에 진입하기 위해서도 이용되고 있다.

공력 브레이크는 충격 가열에 의해 우주선의 운동 에너지를 기체 바로 앞의 대기의 열 에너지로 변환하기 때문에 효율이 좋다. 반면, 우주선의 유체 역학에 무관한 설계가 제한되며, 공력 가열로부터 기체를 잘 떼어낼 필요가 있고, 충분한 열 차폐도 필요하게 된다. 에어로캡처처럼 단번에 감속하는 경우에는, 그 큰 가속도에도 견뎌야 한다.

4. 1. 히텐 (일본)

1991년 3월 19일, 히텐 우주선은 심우주 탐사선에 의한 최초의 에어로브레이킹 기동을 시연하였다.^[11] 히텐 (MUSES-A)은 일본의 우주과학연구소 (ISAS)에 의해 발사되었다.^[12] 히텐은 초속 11.0km로 태평양 상공 125.5km 고도에서 지구를 지나갔다. 대기 항력으로 인해 속도가 초당 1.712m 감소하고 원지점 고도가 8665km 감소했다.^[13] 3월 30일에 또 다른 에어로브레이킹 기동이 수행되었다.

4. 2. 마젤란 (미국)

1993년 5월, 마젤란 우주선은 금성에서의 확장 임무 중 에어로브레이킹을 사용했다.^[14] 이는 중력장 측정의 정밀도를 높이기 위해 우주선의 궤도를 원형으로 만들기 위한 것이었다. 전체 중력장은 확장 임무 기간인 243일 동안 원형 궤도에서 측정되었다. 임무 종료 단계에서는 "풍차 실험"이 수행되었는데, 이는 풍차 돛처럼 배치된 태양 전지판에 대기 분자 압력을 가하여 토크를 발생시키고, 탐사선이 회전하지 않도록 하는 데 필요한 반대 토크를 측정하는 실험이었다.^[15]

같은 해 5월 25일, 마젤란은 에어로브레이크 실험을 통해 4일간 페리점 고도를 172km에서 140km로 낮추는 데 성공했다.

4. 3. 마스 글로벌 서베이어 (미국)

마스 글로벌 서베이어 (MGS)는 궤도 조절의 주요 기술로 에어로브레이킹을 사용한 최초의 우주선이다. MGS는 금성으로 향한 마젤란 임무에서 수집된 자료를 바탕으로 에어로브레이킹 기술을 계획했다. 우주선은 태양 전지판을 날개처럼 사용하여 화성의 희박한 상층 대기를 통과하면서 여러 달에 걸쳐 궤도의 원지점을 낮췄다.^[10]

하지만 발사 직후 구조적 고장으로 인해 MGS의 태양 전지판 중 하나가 심각하게 손상되었다. 이 때문에 [http://mars.jpl.nasa.gov/mgs/sci/aerobrake/SFMech.html 원래 계획]보다 높은 에어로브레이킹 고도 (결과적으로 힘은 1/3 수준)에서 작업을 수행해야 했고, 원하는 궤도에 도달하는 데 걸리는 시간이 상당히 늘어났다. 이후 2001 마스 오디세이와 화성 정찰 궤도선도 에어로브레이킹을 사용했으며, 두 경우 모두 사고 없이 진행되었다.

4. 4. 2001 마스 오디세이 (미국)

2001 마스 오디세이는 에어로브레이킹 기술을 활용하여 화성 궤도를 성공적으로 조정한 탐사선이다. 원래 이 탐사선은 에어로캡처 방식을 사용하여 한 번의 대기 통과로 궤도에 진입할 계획이었으나, 설계상의 문제로 인해 비용이 너무 많이 들어 에어로브레이킹 방식으로 변경되었다.^[10] 에어로브레이킹은 여러 번에 걸쳐 화성의 상층 대기를 통과하면서 속도를 점진적으로 줄이는 방식이다.

2001 마스 오디세이의 화성 궤도 애니메이션 (2001년 10월 24일부터 2002년 10월 24일까지)

4. 5. 마스 정찰 궤도선 (미국)

미국 항공우주국(NASA)은 우주선의 궤도를 수정하기 위해 에어로브레이킹을 사용했다.^[10] 화성 정찰 궤도선은 이 기술을 활용하여 궤도를 성공적으로 조정한 대표적인 사례이다.

4. 6. 비너스 익스프레스 (ESA)

2014년, ESA의 비너스 익스프레스 탐사선은 임무 종료 직전에 에어로브레이킹 실험을 성공적으로 수행하였다.^[16]^[17]

4. 7. 엑소마스 트레이스 가스 궤도선 (ESA)

2017년부터 2018년까지, ESA 엑소마스 트레이스 가스 궤도선은 유럽 임무 최초로 화성에서 에어로브레이킹을 수행하여 궤도의 원점을 줄였다.^[18]

5. 항공기에서의 활용

항공기에서 에어로브레이킹, 즉 공기역학적 제동은 착륙 시 바퀴 브레이크의 부담을 줄이고, 짧은 활주로나 미끄러운 노면에서 안전하게 착륙하기 위해 사용되는 기술이다.

공기역학적 제동은 뒷바퀴가 활주로에 닿은 직후, 앞바퀴가 내려오기 전에 수행된다. 조종사는 조종간을 당겨 승강타를 작동시켜 기수를 높게 유지한다. 이렇게 하면 항공기 표면적이 넓어져 항력이 증가하고, 속도가 줄어든다. 또한, 승강타가 들리면 공기가 항공기 후방을 아래로 밀어 뒷바퀴를 지면에 더 강하게 밀착시켜 제동을 돕는다. 조종사는 일반적으로 승강타 조작 능력을 잃고 앞바퀴가 내려온 후에도 조종간을 계속 당겨 뒷바퀴에 지속적인 압력을 가한다.

이 기술은 바퀴 브레이크와 타이어의 과도한 마모나 잠김을 방지하여 항공기가 미끄러지는 것을 막는 데 도움이 된다. 개인용 항공기, 상업용 항공기, 전투기, 우주왕복선 등 다양한 항공기에서 활용된다.^[21]^[22]^[23]

5. 1. 여객기 및 글라이더

여객기나 글라이더는 주 날개 위에 스포일러를 장착하는데, 이는 항력을 증가시키는 브레이크로서의 작용보다는 양력을 감소시키는 것이 주된 목적이다. 착륙할 때 강하 각도를 조절하는 등 비행 중과 착륙 후 모두 사용되는 스포일러는 '''플라이트 스포일러'''라고 한다. 좌우 한쪽 날개 위의 스포일러만 사용하여, 에일러론을 보조하거나 대체하여 롤 축을 제어하기도 한다. 착륙 후에만 사용할 수 있는 스포일러는 '''그라운드 스포일러'''라고 한다.

5. 2. 전투기

전투기 등의 군용기는 항력을 증가시키는 에어 브레이크(스피드 브레이크)를 장비한다. 전투기는 엔진 출력을 낮추면 재가속 시 반응이 느려져 전투에 불리하므로, 엔진 출력을 유지한 채 에어 브레이크를 사용한다. 급강하 폭격기는 급강하 시 기체 강도 한계를 초과하지 않도록 '''다이브 브레이크'''를 사용한다. 군용기 에어 브레이크는 기종에 따라 위치가 다르다. 버캐니어나 F-86처럼 후부 동체 측면에, F-15는 동체 윗면 중앙에 장비한다. 카나드가 그라운드 스포일러 역할을 하는 JAS39도 있다. F-22나 Su-35 등 4.5세대 이후 전투기는 전용 에어 브레이크 없이 좌우 방향타를 역방향으로 작동시켜 에어 브레이크로 사용하기도 한다.

5. 3. 드래그 슈트

항공기는 기체 후부에 '''드래그 슈트'''(drag chute)라고 불리는 일종의 낙하산을 격납해 두고, 착륙 후 이를 펼쳐 감속에 이용하는 경우가 있는데, 이것도 공력 브레이크의 일종이다.^[21] F-2 등 일부 전투기나 우주왕복선 등이 사용하고 있지만, 대부분 드래그 슈트 없이 착륙도 가능하며, 사용하지 않더라도 제동 거리가 약간 늘어나는 정도이다.^[21] 오비터는 확실하게 정지시키기 위해 항상 사용하지만, 전투기에서는 사용하지 않는 경우도 흔하다.^[21] 오비터도 처음에는 드래그 슈트가 탑재되지 않았기 때문에, 에어 브레이크와 휠(바퀴) 브레이크를 이용해 착륙했다.^[21] 드래그 슈트를 장비하는 것은 제동 거리를 짧게 하는 목적 외에도, 우천이나 결빙 시 등 노면의 마찰 계수가 작은 경우에 풍향 효과로 착륙 활주의 직진을 유지한다는 면도 있다.^[21]

6. 철도 차량에서의 활용

철도 차량에서는 200km/h 이하에서는 에어로브레이킹 효과가 적고 차량 한계의 관계도 있어 영업 차량에서는 채용되지 않으며, 고속 철도의 고속 시험 차량에서만 볼 수 있다. 지붕 위에 저항판을 내는 형태이다. 대표적인 사례로는 신칸센과 초전도 리니어가 있다.

6. 1. 신칸센 (일본)

철도 차량에서는 200km/h 이하에서는 에어로브레이킹 효과가 적고 차량 한계의 관계도 있어 영업 차량에서는 채용되지 않으며, 고속 철도의 고속 시험 차량에서만 볼 수 있다. 지붕 위에 저항판을 내는 형태이다.

신칸센에서도 에어로브레이킹은 오래전부터 검토되었지만, 실제 채용된 예로는 JR 동일본의 고속 시험 차량 E954형·E955형 (FASTECH 360 시리즈)에 통칭 "네코미미"라고 불리는 부채 모양의 저항판이 장착된 것이 있다. 해당 장비 사용 시에는 소음 발생이 우려되어 긴급 시에만 사용될 것으로 예상되었다. 최종 시험 결과에서는 공력 브레이크가 없어도 제동 거리를 기존 차량 수준으로 할 수 있다는 결론이 나왔기 때문에, 이후 개발될 양산차(E5계·E6계 전차)는 공력 브레이크가 생략되었다. 신칸센에서는 그 후, 2018년에 완성된 E956형 "ALFA-X"에도 사각형의 저항판이 탑재되어 있다.

6. 2. 초전도 리니어 (일본)

철도 차량에서는 200km/h 이하에서는 에어로브레이킹 효과가 적고 차량 한계의 관계도 있어 영업 차량에서는 채용되지 않으며, 고속 철도의 고속 시험 차량에서만 볼 수 있다. 초전도 리니어에서는 고속 주행 중 정전 시 등의 비접촉 브레이크로 연구되고 있으며, MLU001^[27]·002N^[28]에 장착하는 개조가 이루어져 시험되었다. MLX01 시험 차량^[29]에서는 설계로 장비되어 있다.

7. 자동차에서의 활용

자동차 경주에서 에어로브레이킹(공기역학적 제동) 기술을 활용하는 사례는 흔하지 않지만, 몇 가지 주목할 만한 예가 있다.

메르세데스-벤츠 300SLR은 에어 브레이크를 사용한 예이다. 하지만 F1을 비롯한 대부분의 경기 차량은 공력 부품을 차체에 고정해야 한다는 규칙 때문에 가변적인 에어로브레이킹 기술을 사용하기 어렵다.
NASCAR에서는 루프 플랩(en:Roof flap)이라는 장치를 통해 양력을 억제하여 차량이 날아오르는 것을 방지한다. 이는 항력을 증가시키는 브레이크보다는 양력을 줄이는 항공기의 스포일러에 가깝다.
드래그 레이스에서는 드래그 슈트를 사용하여 제동 거리를 단축하고 일반 브레이크를 보조한다.

극중차량에서는 서부경찰에 등장한 "머신 RS-2" (스카이라인 R30형 기반)가 트렁크를 반대 방향으로 개폐하는 에어 브레이크 설정을 가지고 있었다.^[30]

7. 1. 메르세데스-벤츠 300SLR

자동차의 레이스에서도 메르세데스-벤츠 300SLR의 에어 브레이크와 같은 예가 있다. 하지만 현재, 공력 파츠를 다용하고 있는 F1을 시작으로 하는 포뮬러 카를 비롯해, 대부분의 경기 차량은 그 규칙상 "공력 파츠는 차체에 고정해야 한다"라는 원칙이 있어, 정류용 윙과 달리 가동할 필요가 있는 브레이크에 대한 공력의 활용은 거의 보이지 않는다.

7. 2. NASCAR

NASCAR와 같은 오벌 코스를 초고속으로 달리는 레이스에서는, 차량이 조금이라도 떠오르면 큰 양력이 발생하여 차체가 날아오를 수 있다. 이는 충돌 후 큰 위험 요소가 된다. 그래서 NASCAR에서는 루프에 가동식 루프 플랩(en:Roof flap)이라는 대형 공력 장치 설치를 의무화하여 양력을 억제하고 차량이 날아오르는 것을 방지한다. 이 작동은 항력을 증가시키는 브레이크보다는 양력을 줄이는 항공기의 스포일러에 가깝다. "빅 원"이라 불리는 다중 크래시 등의 사고 영상에서 이 플랩이 열려 있는 것을 확인할 수 있다.

8. 대한민국 우주 개발과 에어로브레이킹

(이전 출력이 없으므로, 수정할 내용이 없습니다. 원본 소스와 함께 섹션 제목, 요약 등을 제공해주시면 위키텍스트 형식으로 작성해드리겠습니다.)

참조

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