제피르
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1. 개요
제피르는 에어버스가 개발한 초경량 태양전지 고고도 무인 항공기(HALE UAV)이다. 제피르는 성층권에서 장기간 비행하며, 환경 감시, 통신 중계, 군사적 정찰 등의 임무를 수행할 수 있도록 설계되었다. 제피르 7은 336시간 이상 비행하며 FAI 지구력 기록을 세웠으며, 제피르 S는 64일간 비행하며 기록을 경신했다. 에어버스는 제피르를 활용하여 모바일 연결 및 지구 관측 서비스를 제공하고, 2034년까지 1,000대 규모의 제피르 위성군을 구축하여 전 세계에 통신 서비스를 제공할 계획이다.
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| 제피르 | |
|---|---|
| 기본 정보 | |
| 유형 | 고고도 플랫폼 스테이션 |
| 개발 | 에어버스 디펜스 앤 스페이스 |
| 설계 그룹 | 초기 Qinetiq |
| 디자이너 | 해당 없음 |
| 최초 비행 | 2005년 12월 |
| 소개 | 2024년 (예정) |
| 활동 상태 | 개발 중 |
| 주요 사용자 | 해당 없음 |
| 생산 | 해당 없음 |
| 제작 대수 | 해당 없음 |
| 프로그램 비용 | 해당 없음 |
| 대당 비용 | 해당 없음 |
| 개발 기반 | 해당 없음 |
| 자체 문서가 있는 변종 | 해당 없음 |
| 제원 | |
| 무게 | 60 kg |
| 날개폭 | 25 m |
| 최고 고도 | 76,100 ft |
| 페이로드 | 5 kg |
2. 개발
제피르(Zephyr)는 원래 영국 국방부의 상업적 자회사인 QinetiQ에서 개발을 시작했다.[2] 2003년에는 고고도 기구에서 발사되어 40km까지 비행하는 제피르 3 (Zephyr 3) 개발이 계획되었으며, 이는 환경 감시, 이동 통신, 군사적 목적으로 활용될 수 있는 인공위성의 대안으로 구상되었다.[2]
2005년에는 호주 우메라 시험 비행장에서 정찰 또는 무선 중계기로 사용하기 위한 시연이 준비되었다.[3] 2008년에는 미국 애리조나주 유마 시험 비행장에서 제피어 6 (Zephyr 6)의 시연 비행이 있었고,[4] 2010년에는 제피르 7 (Zephyr 7)이 지구력 기록을 달성했다.[5]
2013년 3월, 이 프로젝트는 EADS 아스트리움(현재 에어버스 디펜스 앤 스페이스)에 매각되었다.[8] 이후 제피르 8/S (Zephyr 8/S) 개발이 진행되었고, 영국 국방부는 2016년에 제피르 8기 2대를 구매했다.[11] 2018년에는 제피르 S가 25일 23시간 57분 동안 비행하여 이전 기록을 경신했다.[14]
2. 1. 제피르 3 (Zephyr 3)
2003년, 영국 국방부의 상업적 자회사인 QinetiQ는 고고도 기구에서 9km 상공에서 발사된 후 시속 70m/s의 속도로 40km까지 Zephyr 3를 비행할 계획을 세웠으며, 이는 29km에 도달했던 NASA 헬리오스를 능가하는 것이었다.[2] 이는 환경 감시, 이동 통신 또는 군사적 용도로 성층권에 영구적으로 배치되는 인공위성의 대안으로 구상되었다.[2] QinetiQ 1 기구 고도 기록 시도는 2003년에 실패했다.[3]2005년 2월, Qinetiq는 호주의 우메라 시험 비행장에서 정찰 또는 무선 중계기로 사용하기 위해 영국 국방부를 위해 30,000피트 상공에서 시연을 준비하고 있었다.[3]
2. 2. 제피르 6 (Zephyr 6)
2008년 7월 28일부터 31일까지, 미국 애리조나주에 위치한 유마 시험 비행장에서 미군을 위해 제피어 6의 시연 비행이 있었다. 제피어 6는 82시간 37분 동안 비행했는데, 국제 항공 연맹(FAI)이 관여하지 않아 비공식 기록으로 남았다.[4]2. 3. 제피르 7 (Zephyr 7)
2010년 7월 23일, 제피르 7은 FAI가 공인한 지구력 기록인 336시간(14일) 22분 8초 비행을 달성했으며,[5] 고도 21562m에 도달했다.[6] 이는 1986년 루탄 보이저의 9일(216시간) 세계 일주 비행 기록을 넘어선 것이다.[7]2013년 3월, 이 프로젝트는 EADS 아스트리움(현재 에어버스 디펜스 앤 스페이스)에 매각되었다.[8]
2014년에는 영국 국방부를 위해 소형 탑재체를 운반하며 겨울의 짧은 낮 동안 11일 동안 비행했으며,[9] 이후 민간 항공로 근처에서 비행했다.[10]
2. 4. 제피르 8/S (Zephyr 8/S)
영국 국방부는 2016년 2월 제피르 8기 2대를 구매했고,[11] 같은 해 8월에 3번째 기체를 구매했다.[12]2016년에는 해상 감시 및 통신 기능을 제공하는 쌍발 꼬리 제피르 T 변종이 2018년에 비행 테스트를 할 예정이었다.[13]
2018년 여름, 애리조나에서 첫 비행을 한 제피르 S는 25일 23시간 57분 동안 비행하여 이전 모델이 세운 14일의 기록보다 거의 두 배나 오래 비행했다.[14] 2021년 10월까지 2,435시간을 비행했다.[15]
2022년 6월 15일, 제피르 S는 애리조나에서 이륙하여 처음으로 국제 영공과 해상으로 진입했다.[16] 8월 19일, 이 항공기는 64일간의 비행 후 애리조나 사막에서 추락했다. 이 항공기는 미국 남부, 멕시코만, 남아메리카 상공 56,000km를 비행했다.[17]
이 항공기는 17km 상공에서 발생한 특이한 고고도 폭풍 난류로 인해 엔진 부품(이후 재설계됨) 중 하나가 고장 나 추락했다.[18]
2023년 초, 에어버스는 2024년 말부터 약 18대의 항공기로 운용을 시작할 계획이었다.[18] 2034년까지 1,000대의 항공기로 구성된 위성군이 29억 명의 인구를 커버할 수 있으며, 자연 재해 발생 시 긴급 4G/5G 통신을 제공할 수 있을 것이다.[18] 더 큰 제피르 변종은 탑재량 용량이 2배로 늘어나 2026년에 출시될 예정이다.[18]
2. 5. 상용 서비스
2023년 1월, 에어버스는 모바일 연결 및 지구 관측 서비스를 판매하기 위해 Aalto HAPS 회사를 설립했다.[19]2024년 6월, NTT 도코모와 스페이스 컴퍼스가 주도하는 일본 컨소시엄은 아시아 지역에서 연결 HAPS 서비스를 상용화하기 위해 AALTO에 1억달러를 투자하기로 결정했으며, 2026년 도입을 목표로 하고 있다.[20]
3. 디자인
제피르는 고고도에서 장기간 비행할 수 있도록 설계된 무인 항공기(UAV)이다. 초기 모델은 영국 국방부의 자회사인 QinetiQ에서 개발되었으며, 이후 EADS 아스트리움(현재 에어버스 디펜스 앤 스페이스)에 인수되어 개발이 진행되었다.
제피르는 태양광을 동력원으로 사용하며, 낮 동안 태양 전지를 통해 에너지를 축적하고, 밤에는 리튬-황 배터리 또는 리튬 이온 배터리를 사용하여 비행한다. 특히, 제피르 8/S는 실리콘 나노와이어 애노드를 갖춘 Amprius 리튬 이온 배터리를 사용하여 높은 비에너지를 달성했다. 또한, MicroLink Devices에서 제조한 고효율, 경량, 유연한 역변성 멀티 접합 에피택셜 리프트 오프 GaAs 시트를 태양 전지로 사용하여 1,500W/kg을 초과하는 특정 전력과 350W/m2 이상의 면적 전력을 제공한다.[27]
제피르는 환경 감시, 이동 통신, 군사 목적 등 다양한 분야에서 활용될 수 있다. 특히, 하나의 제피르는 250개의 이동 통신 기지국을 대체할 수 있으며,[28] 넓은 지역의 정보, 감시, 정찰 (ISR) 임무를 수행할 수 있다. 또한, Opaz 광학 센서를 통해 고해상도 이미지를 제공할 수 있다.[18]
3. 1. 제피르 3 (Zephyr 3)
2003년, 영국 국방부의 상업적 자회사인 QinetiQ는 고고도 기구에서 9km 상공에서 발사된 후 시속 70m/s의 속도로 40km까지 Zephyr 3를 비행할 계획을 세웠으며, 이는 29km에 도달했던 NASA 헬리오스를 능가하는 것이었다.[2] 이는 환경 감시, 이동 통신 또는 군사적 용도로 성층권에 영구적으로 배치되는 인공위성의 대안으로 구상되었다.[2] QinetiQ 1 기구 고도 기록 시도는 2003년에 실패했다.[3]2005년 2월, Qinetiq는 호주의 우메라 시험 비행장에서 정찰 또는 무선 중계기로 사용하기 위해 영국 국방부를 위해 약 9144.00m 상공에서 시연을 준비하고 있었다.[3] 12m 폭의 이 항공기는 탄소 복합 소재 프레임을 사용하여 12kg의 무게였으며, 1 kW의 태양 전지로 5개의 모터를 구동했다.[2]
3. 2. 제피르 6 (Zephyr 6)
2008년 7월 28일부터 31일까지, 미국 애리조나주에 위치한 유마 시험 비행장에서 미군을 위한 시연에서 제피어 6는 82시간 37분 동안 비행했는데, 이는 국제 항공 연맹(FAI)이 관여하지 않아 비공식 기록으로 남았다.[4]탄소 섬유 제피르 6는 날개 길이 18m, 탑재 하중 2kg, 무게 30kg~34kg이다.[4] 유니솔라(Unisolar)의 비정질 실리콘 태양 전지는 시온 코퍼레이션(Sion Corporation)의 리튬-황 배터리를 충전하며, 이는 최고의 대안인 리튬 폴리머 배터리보다 두 배의 에너지 밀도를 가진다.[4] 손으로 발사되며, 18km까지 도달할 수 있다.[4] 초기 버전은 3kW·h의 배터리 용량을 가지고 있었으며, 두 개의 프로펠러를 구동했다.[21]
3. 3. 제피르 7 (Zephyr 7)
2010년 7월 23일, 제피르 7은 FAI가 공인한 지구력 기록을 수립하여 336시간(14일) 22분 8초 비행을 하였으며,[5] 21562m에 도달했다.[6] 이는 1986년 루탄 보이저의 9일(216시간) 세계 일주 비행을 넘어선 것이다.[7]2013년 3월, 이 프로젝트는 EADS 아스트리움(현재 에어버스 디펜스 앤 스페이스)에 매각되었다.[8]
2014년에는 영국 국방부를 위해 소형 탑재체를 운반하며 겨울의 짧은 낮 동안 11일 동안 비행했으며,[9] 이후 민간 항공로 근처에서 비행했다.[10] 제피르 7은 53kg으로 더 커졌고,[22] 최대 고도 20~21km까지 도달할 수 있었으며,[23] 발사에 5명의 지상 승무원이 필요했다. 이전 제피르 6은 3명이 필요했다.[24]
3. 4. 제피르 8/S (Zephyr 8/S)
영국 국방부는 2016년 2월에 제피르 8기 2대를 구매했고,[11] 2016년 8월에는 3번째 기체를 구매했다.[12]2018년 여름, 애리조나에서 첫 비행을 한 제피르 S는 25일 23시간 57분 동안 비행하여 이전 모델이 세운 14일의 기록을 거의 두 배나 늘렸다.[14] 2021년 10월까지 2,435시간을 비행했다.[15]
2022년 6월 15일, 제피르 S는 애리조나에서 이륙하여 처음으로 국제 영공과 해상으로 진입했다.[16] 8월 19일, 이 항공기는 64일간의 비행 후 애리조나 사막에서 추락했다.[17] 이 항공기는 미국 남부, 멕시코만, 남아메리카 상공 56,000km를 비행했다. 이 항공기는 17km 상공에서 발생한 특이한 고고도 폭풍 난류로 인해 엔진 부품(이후 재설계됨) 중 하나가 고장나 추락했다.[18]
65,000피트(19,812m) 이상에서 한 달 이상 비행하도록 설계된 너비 25m의 제피르 8은 제피르 7보다 30% 더 가볍고 50% 더 많은 배터리를 탑재할 수 있다.[25] 무게는 60kg이며, 그중 40%가 배터리(kg)이고, 5kg의 탑재체는 20km 이상 상공에서 50cm 해상도의 비디오를 전송할 수 있다.[11] 이들은 북위 40도와 남위 40도 사이에서 연중 운영할 수 있으며, 겨울철 운영은 위도가 높을수록 더 어려워진다.[11]
이 제품은 300–320Wh/kg에서 435Wh/kg의 비에너지를 위해 실리콘 나노와이어 애노드를 갖춘 Amprius 리튬 이온 배터리를 사용했다.[26] 태양 전지는 고효율, 경량, 유연한 역 변성 멀티 접합 에피택셜 리프트 오프 GaAs 시트로, MicroLink Devices에서 제조하며, 특정 전력은 1,500W/kg을 초과하고 면적 전력은 350W/m2 이상이다.[27]
하나의 제피르는 250개의 이동 통신 기지국을 대체할 수 있다.[28] 20×30km(12.4×18.6mi)의 넓은 시각적 탑재체 범위를 갖춘 정보, 감시, 정찰 (ISR)을 수행하는 데 사용할 수 있으며 레이더, LIDAR 및 적외선 기술을 장착할 수 있다.[16]
5kg의 에어버스(Airbus)가 개발한 Opaz 광학 센서는 18cm 해상도의 이미지를 제공할 수 있다.[18]
4. 다른 공중 정찰 수단과의 비교
정찰위성은 한 지역을 정찰하는데 12분 정도밖에 정찰하지 못한다. RQ-4 글로벌 호크는 감시 대상 지역에 근접 비행하여 34시간 동안 한 지역을 정찰할 수 있지만, 12 킬로미터 영해 안으로 들어가면 격추될 수 있다. 제피르는 태양전지로 자체적인 연료를 생산하는 시스템으로, 장시간 동안 한 지역을 정찰할 수 있다.
제피르보다 더 장시간 고고도에서 한 지점을 정찰할 수 있는 수단으로는, 한국이 개발하다 중단한 성층권 비행선이 있다. 한국은 성층권 비행선 사업을 경제성이 없다는 이유로 사실상 중단하였다.[34]
4. 1. 지속 정찰 시간 (대한민국 관점)
정찰위성은 한 지역을 정찰하는 데 12분 정도밖에 정찰하지 못한다. RQ-4 글로벌 호크는 감시 대상 지역에 근접 비행하여 34시간 동안 한 지역을 정찰할 수 있지만, 12킬로미터 영해 안으로 들어가면 격추될 수 있다. 제피르는 태양전지로 계속 자체적인 연료를 생산하는 시스템으로, 상당히 장시간 동안 한 지역을 지속적으로 정찰할 수 있다.제피르와 같은 태양전지형 고고도 장시간 체공 무인기보다 더 장시간 고고도에 체공하면서 한 지점을 정찰할 수 있는 수단으로는, 한국이 개발하다 중단한 성층권 비행선이 있다. 성층권 비행선은 한 지점을 10년간 지속적으로 정찰할 수 있다. 한국은 10년간 체공할 수 있는 고고도 무인 정찰기 개발 사업인 성층권 비행선 사업을 경제성이 없다는 이유로 사실상 중단하였다.[34] 원래 2007년까지 개발 완료할 예정이었다.
한 지점(예: 청와대)을 중단하지 않고 지속적으로 정찰하여 동영상을 제공할 수 있는 시간은 대략 다음과 같다.
| 정찰 수단 | 정찰 시간 | 비고 |
|---|---|---|
| 정찰위성 | 2분 | 아리랑 2호 참조, 주로 정지영상 획득 |
| F-16 정찰기 | 2시간(?) | EO-X 사업 참조, 주로 정지영상 또는 짧은 시간 녹화 동영상 획득 |
| 금강정찰기 | 5시간 | |
| MQ-1 프레데터 | 24시간 | |
| RQ-4 글로벌 호크 | 34시간 | |
| 제피르 | 3개월 | |
| 성층권 비행선 | 10년 |
5. 제원
- '''유형:''' 초경량 태양전지형 HALE UAV
- '''날개폭:''' 16m 이하
- '''중량:''' 30kg 미만
- '''연료:''' 태양전지판과 충전지
- '''비행고도:''' 약 15240.00m 이상. 30km 이상.
- '''비행시간:''' 최대 3개월
| 모델 | 날개 길이 | 무게 | 고도 | 체공 시간 | 탑재량 |
|---|---|---|---|---|---|
| 제피르 4 | 12m | 17kg | 9140m | 6 시간 | |
| 제피르 5 | 16m | 31kg | 11000m | 18 시간 | |
| 제피르 6 | 18m | 30kg | 18300m | 87 시간 | 2kg |
| 제피르 7 | 22.5m | 53kg | 21000m | 336 시간 | 5kg |
| 제피르 8/S | 25m | 62kg~65kg | 약 23195.28m[15] | 624 시간 | 5kg |
| 제피르 T | 32m | 145kg | 20kg |
6. 사고
제거됨
참조
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Energetic Qinetiq
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2006-07-11
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Strato-plane looks forward
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2003-06-24
[3]
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UK's Zephyr UAV to be tested for military role
https://www.flightgl[...]
2005-02-22
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Solar plane makes record flight
http://news.bbc.co.u[...]
2008-08-24
[5]
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FAI Record ID No. 18683
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'Eternal plane' returns to Earth
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