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우주비행기 기초기술

차세대 항공 핵심기술로 미래 항공 산업 주도

항공

항공 산업 발전을 위한 첨단 항공기 개발

항공 산업은 기술 집약형 산업으로, 컴퓨터, 정밀 기계, 통신전자 및 신소재 등 첨단기술이 응용되고 타 산업으로의 파급 효과가 큰 기술 선도형 산업이다. 한국항공우주연구원은 고부가가치 창출이 가능한 항공 산업 발전을 이끌어내기 위해 기술 수준 향상과 독자 기술개발 기반 구축에 주력하고 있다. 한국항공우주연구원은 국내 기술로 4인승 소형항공기 ‘반디호’, 헬기 기술 자립화를 위해 한국형헬기개발사업(KHP)에 적용할 민군 겸용 핵심 구성품 18종을 성공적으로 개발했다. 이로써 우리나라는 세계 11번째 헬기 개발 국가가 되었으며, 관련 기술은 군용·민수용 헬기 개발에 파생되었다. 한국항공우주연구원은 항공 기술의 해외 진출을 위해 미국과 항공안전협정(BASA, Bilateral Aviation Safety Agreement)을 체결했으며, 국제적 항공안전인증규정에 따른 소형항공기(KC-100) 인증기도 개발했다.

친환경·고효율 항공 기술과 교통 혁신 가져올 개인항공기 개발

최근에는 항공기의 경제성과 안전성, 효율성을 강화하기 위한 친환경·고효율 항공 기술과 무인기 개발 경쟁이 뜨겁다. 무인기는 군사적 용도로 개발이 시작되었지만, 최근에는 과학기술, 교통, 통신, 물류, 구조, 항공촬영, 농업 등 다양한 민간 분야로 확대되고 있으며, 미래 항공산업과 시장의 성장을 주도할 것으로 예상된다. 항공 및 방위산업 전문 컨설팅업체(Teal Group)에 따르면 무인항공기 시장 규모는 2023년 125억 달러로 증가하고, 이 중 민수 분야 시장 규모는 8억 8,000만 달러로 연평균 35%의 높은 성장세를 보일 것으로 전망된다. 무인기는 항공 기술과 IT 기술의 융합 시스템이라는 점에서 우리나라의 유망 분야로 우리나라는 현재 세계 7위권의 무인기 기술 경쟁력을 가진 것으로 평가되고 있다. 우리나라는 2023년까지 세계 5위, 2027년 세계 3위권 무인기 산업국 진입을 목표로 한다. 한국항공우주연구원은 세계 무인기 산업의 틈새를 공략할 수 있는 첨단 무인기 와 항공기술과 정보통신(IT) 기술의 융합으로 미래 교통 혁신을 가져올 개인용항공기(PAV) 개발을 추진하고 있다. 한국항공우주연구원은 소형 장기체공형 무인기 ‘두루미’를 시작으로 장기체공이 가능한 LTA(Lighter Than Air) 항공기 시스템, 중형 에어로스탯 시스템을 개발했다. 그리고 수직이착륙과 고속비행이 모두 가능한 틸트로터‘스마트 무인기’를 세계 두 번째로 개발했다. 이후 스마트무인기 관련 기술을 산업체에 이전하였고 함상 자동이착륙 기술, 틸트덕트 무인기, 쿼드틸트프롭 무인기 등 다양한 파생 기술을 개발해 틸트로터 무인기의 상용화와 미래형 항공기 및 차세대 비행체에 활용할 예정이다. 한국항공우주연구원은 성층권에서 장기 체공할 수 있는 성층권 태양광 무인기 (EAV, Electrical Aerial Vehicle)와 국민 안전을 지키고 재난·재해에 대응할 수 있는 다양한 형태의 재난치안용 무인기와 운용 시스템도 개발했다. 현재 한국항공우주연구원은 무인기를 비롯해 자율주행차, 자율운항선박 등 혁신적인 무인이동체를 발굴과 원천기술 개발을 위해 무인이동체 미래선도핵심기술개발을 추진하고 있다. 또한 새로운 항공 교통 혁신을 가져올 미래형 유무인 겸용 개인항공기(OPPAV, Optionally Piloted Personal Air Vehicle) 핵심 기술 개발, 무인기의 안전하고 효율적인 비행을 위한 저고도 무인비행장치 교통관리시스템(UTM, Unmanned Aerial System Traffic Management)과 민간 무인기 영역에서 무인기의 무인기 활용을 넓히기 위한 소형무인비행기 인증기술을 개발하고 있으며, 스스로 공중 충돌 위험성을 판단, 회피할 수 있는 무인기 충돌회피 시스템을 연구개발하고 있다.

우주비행기 기초기술

최근업데이트 : 2021.06.25
무인 우주비행기는 로켓으로 지구의 저궤도에 발사되며, 궤도비행을 하면서 지상관측 등의 임무를 수행한 후 비행기처럼 지상으로 활공하여 착륙하는 재사용 비행체이다. 한국항공우주연구원은 2019년 ‘우주비행기 형상 및 기초기술 연구’를 기관 연구과제로 선정해 3년간 무인 우주비행기의 기초기술 연구를 위한 주요사업을 수행하고 있다. 우주비행기 기초기술 연구는 5개 과제로 분류하여 수행하고 있다. 우주비행기 공력 해석 및 형상 최적화 기술 개발, 우주비행기 지구 재돌입 열차폐시스템 내열재로 개발, 재진입 비행체 항법유도제어 시스템 최적화 설계 프레임 개발을 위한 기초기술 연구, 우주비행기 지구재돌입 열보호시스템 플라즈마 풍동실험, 우주비행기 지구재돌입 최적 궤적 및 열보호시스템 성능 해석 연구 등이다. 이 밖에도 내열재료 기술연구, 고도 100km 이상의 고층대기에 대한 물성치 연구, 중량·임무 성능·궤적 등 다분야 통합 최적 체계설계 및 고속 비행체 적용을 위한 동체 일체형 대기 속도계 시스템의 연구도 수행될 예정이다. 본 연구를 통해 획득한 분야별 기초 기술을 바탕으로 단기적으로는 귀환 캡슐 개발에 적용될 수 있으며, 장기적으로는 한국형 무인 우주비행기 개발에 적용될 수 있다.

누리호로 발사, 지구 저궤도에서 임무 수행

무인 우주비행기는 한국형발사체 누리호의 유상하중으로 탑재되어 지구 저궤도에서 주어진 임무를 완료하고 비행시험장 활주로에 착륙하는 것을 예상하여 임무형상을 설계한다. 주어진 임무로는 지상관측 및 궤도에서 발생하는 원심력에 의한 미세중력을 이용하여 식물의 성장 등의 생물학 연구, 부력의 제거를 통한 신소재 개발 연구 등 미세 중력 실험, Thermocouple Pyrometer 등의 센서를 이용하여 재진입 시 발생하는 공력가열과 그로 인한 깍여 나가는 삭마량 측정 등의 실험을 실시한다. 또한 국제우주정거장(ISS)의 고도가 350~400km인 만큼 향후 ISS까지 화물 운반용으로도 활용 가능하다. 임무 고도인 300km에서 비행하는 무인 우주비행기는 한국형발사체 누리호의 유상하중을 고려해 중량 4,800kg 이하, 폭 5m 이하, 길이 7m 이하로 설계되어야 하며, 초기 속도 7,000m/s로 재진입에 돌입하고 활주로에 활강 착륙하는 것을 목표로 한다.

미래 우주비행체 개발 기술 확보 기대

우주비행기 기술 실증기는 해외 사례에서처럼 실기체 시험, 모델 시험 등의 방법을 통해 시험 평가할 수 있으며, 기술 실증기의 기체를 실제 우주 궤도, 또는 준궤도로 발사해 통신 등의 기술 시험과 공력 특성 등을 파악한다. 한국형발사체의 경우 페이로드 크기가 소형 무인 우주기가 들어갈 수 있을 정도로 충분히 크기 때문에 무인 우주기의 발사를 해외에 의존하지 않고 독자적으로 수행할 수 있다. 이러한 우주비행기 개념 설계 기술은 재사용 무인우주비행체 외에도 미래 우주 연구에 필요한 행성 탐사용 우주선, 스크램젯 우주비행기 등 다양한 비행체 설계·개발을 위한 기술 확보가 가능할 것으로 보인다. 설계를 위해 활용될 극초음속 유동에서의 공력가열 해석과 열방어 시스템 설계기술은 지구로의 재진입이 필요한 모든 우주 분야에서 공통적으로 활용이 가능한 기술이다. 이 기술을 우주비행체 설계 기술에 적용해 연구를 진행하게 되면 이후 개발할 다양한 우주비행체에 대한 기초연구가 될 수 있을 것으로 기대하고 있다.
  • 임무고도300km
  • 중량4,800kg 이하
  • 5m 이하
  • 길이7m 이하
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