대기 위성

Atmospheric satellite
비행 중인 헬리콥터 영상

대기 위성(미국용, 약칭 아트모사트) 또는 유사위성(영국용)은 우주 궤도를 선회하는 인공위성이 통상적으로 제공하는 서비스를 제공하기 위해 높은 고도에서 장시간 대기 중에 운항하는 항공기의 마케팅 용어다.

대기 위성은 대기권 양력을 통해 높이 유지된다. 공기/부양성(: 풍선) 또는 공기역학(예: 비행기) 이와는 대조적으로, 지구 궤도에 있는 전통적인 위성은 우주의 진공에서 작동하고 그들의 궤도 속도에서 파생된 원심력을 통해 비행 중에 남아 있다.

현재까지 모든 아트모사트는 무인항공기(UAV)였다.

설계원리

지구 궤도의 위성이 우주 진공에서 고속으로 자유롭게 움직이는 것과 대조적으로, 아트모사트는 대기권 양력을 통해 높이 남아있다. 그리고 중력과 일치하는 원심력 때문에 궤도를 돈다. 인공위성은 만들고 발사하는 데 비용이 많이 들고 궤도를 바꾸려면 극히 제한된 연료 공급을 늘려야 한다. 대기 위성은 매우 느리게 비행한다. 그들은 현재의 저궤도 위성보다 더 경제적으로 그리고 더 다용성을 가지고 그들의 다양한 서비스를 제공하고자 한다.[1]

운항 고도는 일반적으로 바람이 5노트 미만이고 구름이 햇빛을 차단하지 않는 대류권(약 65,000피트)에 있을 것으로 예상된다.[2] 미국에서는 연방항공청이 영공을 규제하지 않는 6만 피트 이상에서 운항하는 것이 바람직하다.[2]

2가지 등급의 아트모사트가 있는데, 각각 에어로스테틱(예: 풍선) 또는 공기역학(예: 비행기)의 힘을 통해 상승한다. 오랫동안 높은 곳에 머물기 위해, NASA와 타이탄 항공우주국 설계는 태양 전지로 구동되는 프로펠러식 전기 비행기를 사용하며, 이는 헬륨이 가득 찬 고공 풍선을 사용하는 구글프로젝트 룬과는 대조적이다.[1][3]

비행기

주간/야간 연속 24시간 주기에 걸쳐 야간 작동이 가능하고 내구성을 보장하기 위해, 일광 시간대에 태양 전지 패널은[2] 배터리 또는 연료[4] 전지를 충전하여 어두운 시간 동안 차량에 동력을 공급한다. 대기 위성은 처음에는 배터리 전력으로 밤에 상승할 수 있으며, 태양 전지판이 하루 종일 햇빛을 이용할 수 있도록 동이 트자마자 고도에 도달할 수 있다.[1]

페이스북의 UAV 기반 아퀼라 시스템레이저 통신 기술을 이용해 UAV 간 인터넷 통신을 제공하고, UAV와 지상국 간에서도 차례로 시골로 연결될 것으로 기대하고 있다.[5] 아퀼라 UAV는 탄소 섬유로, 여객기 크기의 태양열로 움직이는 비행 날개 디자인이다.[5][6] 아킬라의 첫 시험 비행은 2016년 6월 28일에 이루어졌다.[6] 90분 동안 비행해 최대 고도 2150피트에 이르렀으며,[7] 착륙에 대한 최종 접근 중 8부 날개 20피트 구간이 끊어져서 실질적으로 파손되었다.[8][9] 아퀼라는 영국 회사인 아스센타가 디자인하고 제조한다.[10]

루미나티 에어로스페이스는 자사의 아브스트라타 태양열 발전 항공기가 철새 거위처럼 대형 비행을 통해 위도 50°까지 무한정 높이 유지될 수 있으며, 후행 항공기에 필요한 전력 79%를 절감하고 소형 항공기를 허용할 수 있다고 주장한다.[11]

풍선

구글 프로젝트 룬 풍선

정지궤도 풍선 위성(GBS)은 지구 표면 위의 고정된 지점에서 성층권(해발 6만~7만피트(해발 18~21km)을 비행한다. 그 고도에서 공기는 그것의 밀도의 1/10이 해수면에 있다. 이 고도에서의 평균 풍속은 지표면의 풍속보다 적다.[citation needed]

GBS는 넓은 지역에 걸쳐 광대역 인터넷 접속을 제공하는 데 사용될 수 있다.[12][13][14]

한 가지 이전 프로젝트는 헬륨이 가득 찬 고고도 풍선을 사용하는 것을 구상구글의 프로젝트 룬이었다.

적용들

아트모사트에 대해 제안된 신청서는 국경 보안, 해상 교통 감시, 해적 퇴치 작전, 재난 대응, 농업 관측, 대기 관측, 기상 감시, 통신 중계, 해양 연구, 지구 영상 및 통신을 포함한다.[2] 보도에 따르면 페이스북은 아프리카 대륙에 1만1천대의 차량으로 인터넷 접속을 제공하는 것을 계획하고 있다고 한다.[1]

고고도 긴 지구력

고고도 지구력(HALE)은 고고도(최대 6만 피트)[15]에서 최적으로 기능하며 착륙에 의지하지 않고 상당 기간 동안 비행할 수 있는 항공 운송수단에 대한 설명이다. 열대우림은 고도를 나타낸다.[16]

공예

록히드마틴은 HALE 시승기를 제작했는데, 이 기종은 이 기종 중 최초였다. HALE-D 차량은 정지 위치의 제트 스트림보다 높은 위치에서 작동하기 위해 2011년 7월 27일에 발사되었다. HALE-D는 감시 플랫폼, 통신 중계기, 기상 관측기 등의 기능을 할 예정이었다.[17]

Northrop Grumman RQ-4 Global Hawk는 HALE UAV의 예다. 그들 중 총 42명은 1998년부터 미 공군에 복무해왔다.[18] 하이파이델리티 레이더, 전자광학, 적외선 센서를 탑재해 하루 최대 4만 평방마일(약2 10만km)의 지형을 감시할 수 있다.

베이라카타르 AKINCI는 HALE급[citation needed] UAV로 제작돼 2021년 또는 2020년 말 출시를 앞두고 있다.[19]

프로테우스 고공 항공기는 최대 18시간의 내구성 시간으로 1,100kg의 중량을 운반하면서 19km와 812m(65,000ft)의 높이에서 운항한다.[20]

알투스 II, (라틴어: 높음을 의미하는 Altus)는 약 24시간의 내구성 시간으로 약 18km 및 288m(60,000피트)의 높이에서 주행하며, 작동 고도에 따라 내구성 능력이 변화한다.[21]

보잉 팬텀아이[22] 유하중으로 4일간 고도에서 비행을 유지할 수 있으며, 설계변형은 유하중을 운반하면서 10일간 고도에서 비행을 유지할 수 있다.[23][24]

디자인 페이퍼(Z). Goraj et al 2004)는 HALE PW-114 우주선에 대해 설명하고 있으며, 40시간 동안 20킬로미터의 높이로 비행할 수 있는 센서가 장착되어 있다.[25]

RQ-3A 다크스타(DarkStar)는 정찰하기 위해 고도로 방어된 지역 내에서 최적으로 기능하도록 제작된 고발성 우주선이다. 이 우주선은 13.716 킬로미터(45,000 피트) 이상의 높이에서 최소한 8시간 동안 목표물 위를 떠다니도록 만들어졌다.[25][26][27]

에어버스 제피르는 최대 고도 21.336km(70,000피트)로 비행하도록 설계되었으며, 2006년 비행에서는 80시간 동안 공중에 떠 있었는데, 당시는 HALE 차량이 만든 비행 중 가장 긴 비행이었다.[28] 모델7은 2010년 7월 9일부터 23일까지 항공편 336시간 22분 8초의 공식 장기보험 기록을 보유하고 있다.[29][30]

A160 벌새는 보잉사가 제작한 로터크래프트다.[31]

청두항공기공업그룹이 제작한 구이저우승천룡은 군사정찰에 사용되는 HALE 무인기로, 서비스 상한선이 1만8000m, 사정거리가 7000㎞에 이른다.

선양항공사가 제작한 신예 독수리는 날개 폭이 극히 큰 대형 HALE 무인기로, 매우 높은 고도에서 순항할 수 있도록 설계됐다. 트윈붐 항공기다. 그것은 일련의 공중 조기경보레이더를 가지고 있을 것으로 추측되며, 전자 스캔 어레이 타입의 능동형 조기경보레이더, 특히 일부 발열방지 기능이 있다. 개발 과정에서 '항 스텔스 무인기'로 지정됐다. 그것은 일련의 SYAC UAV 중 하나이다.

노스럽 그루먼 RQ-4 글로벌 호크는 고고도 원격 조종 감시기다.

스위프트 엔지니어링의 Swift Ultra Long Intersion SULE은 2020년 7월 NASA의 Ames Research Center와 처녀 비행 파트너십을 마쳤다.[32]

고고도 승강장역

스트라토부스 비행선
HAPS 수송기로 사용되는 고고도 비행선
정지궤도 비행선 위성

High-altitude 플랫폼 역 또는 high-altitudepseudo-satellite(:성층권 통신 시스템 짧은)또는 고공 플랫폼(:HAP 또는 HAPs[복수] 짧은)1.66A 국제 전기 통신 연합의(ITU)ITU라디오 규제조에 따르–은 –한 개체에 대해 20~50km고도와 지정된 호가, fixe에 있는 역"로 정의되(RR)[33].dpo지구와 비교해서"라고 말했다.

스테이션은 영구적으로 또는 일시적으로 작동하는 서비스에 의해 분류되어야 한다.

참고 항목

설계 고려사항

전원에 의한 제한

HAP는 유인 또는 무인 비행기, 풍선 또는 비행선이 될 수 있다. 모두 자기 자신과 부하를 작동시키기 위해 전력을 필요로 한다. 기존 HAPS는 배터리나 엔진에 의해 구동되지만, 재충전/재충전 필요성에 의해 임무 시간이 제한된다. 따라서 미래를 위한 대안적 수단이 고려되고 있다. 태양 전지는 현재 HAPS(Helios, Lindstrand HALE)에 대해 시험적으로 사용되고 있는 최고의 옵션 중 하나이다.[34]

HAPS에 대한 고도 선택

17~22km 고도에서 최소 풍속을 보여주는 고도에 따른 풍향 변화. (풍속의 절대값은 고도에 따라 다르겠지만, 경향(이 그림들에 나타나 있음)은 대부분의 위치에서 비슷하다.) 출처: NASA

비행선이든 항공기가든, 중요한 도전은 바람 앞에서 역기를 유지할 수 있는 연합군의 능력이다. 세계 대부분의 지역에서 이는 제트기류 위의 비교적 온화한 바람과 난기류의 층을 나타내기 때문에 17~22km 사이의 운용 고도가 선택된다. 풍향 프로필은 위도와 계절에 따라 상당히 다를 수 있지만, 표시된 것과 유사한 형태는 일반적으로 얻을 수 있다. 이 고도(> 17km)는 또한 상업적 항공 교통 높이보다 높으며, 그렇지 않으면 잠재적으로 금지할 수 없는 제약 조건을 증명할 것이다.[35]

위성과의 비교

HAPS는 위성보다 훨씬 낮은 고도에서 작동하기 때문에 작은 지역을 훨씬 더 효과적으로 커버할 수 있다. 고도가 낮다는 것은 통신 연계 예산(전력 소모량 감소)이 훨씬 낮고, 위성 대비 왕복 지연이 적다는 것을 의미하기도 한다. 더욱이 인공위성을 배치하려면 개발과 발사 측면에서 상당한 시간과 자금이 필요하다. 반면 HAPS는 상대적으로 비용이 덜 들고 신속하게 구축할 수 있다. 또 다른 주요한 차이점은 일단 발사된 위성은 유지보수를 위해 착륙할 수 없는 반면 HAPS는 착륙할 수 없다는 것이다.[36]

적용들

통신

HAPS의 최근 용도 중 하나는 무선 통신 서비스였다. HAPPS에 대한 연구는 주로 유럽에서 활발하게 이루어지고 있는데, 과학자들은 HAPPS를 최대 400km[clarify] 지역에 걸쳐 사용자들에게 고속 연결을 제공하는 플랫폼으로 고려하고 있다. HAPS가 위성과 유사한 커버리지 면적을 제공하는 동시에 광대역 무선 액세스 네트워크(WiMAX 등)와 유사한 대역폭과 용량을 제공할 수 있기 때문에 상당한 관심을 얻었다.

고공비행선은 산악지형이 통신신호를 자주 방해하는 아프가니스탄 등 외진 지역에서 군의 통신 능력을 향상시킬 수 있다.[37]

감시 및 정보

감시와 보안에 사용되는 고고도 플랫폼의 대표적인 예로 미 공군이 사용하는 노스럽 그루먼 RQ-4 글로벌호크 UAV가 있다. 서비스 상한선이 20km로 36시간 연속 공중에 머무를 수 있다. 레이더, 광학, 적외선 이미저 등 고도로 정교한 센서 시스템을 탑재하고 있다. 터보팬 엔진으로 구동돼 지상국에 실시간으로 디지털 센서 데이터를 전달할 수 있다.[38]

지역의 실시간 모니터링

현재 조사되고 있는 또 다른 미래 용도는 홍수 감지, 지진 감시, 원격 감지 및 재해 관리 등의 활동을 위해 특정 지역 또는 지역에 대한 모니터링이다.[39]

기상 및 환경 모니터링

아마도 고고도 플랫폼의 가장 일반적인 용도는 환경/기상 모니터링에 있을 것이다. 과학장비가 탑재된 고고도 풍선을 통해 수많은 실험을 하는데, 이는 환경 변화를 측정하거나 날씨를 추적하는 데 사용된다. 최근 NASA는 미국해양대기청(NOAA)과 협력하여 지구 대기를 연구하기 위해 글로벌 호크 무인항공기를 사용하기 시작했다.[40]

로켓 발사 플랫폼으로서

높이 때문에 대기 물질의 90% 이상이 고고도 승강장 아래에 있다. 이것은 로켓을 발사하기 위한 대기 항력을 감소시킨다. 어림잡아 보면, 지상에서 발사했을 때 고도 20km에 도달하는 로켓은 풍선에서 20km 고도에서 발사하면 100km에 이를 것이다.[41] 그러한 플랫폼은 상품이나 인간을 궤도로 발사하기 위해 (긴) 질량 운전자를 사용할 수 있도록 제안되었다.[42]

록히드마틴 고고도 비행선(HAA)

미국 국방부 미사일방어국은 탄도 미사일 방어 시스템(BMDS)을 강화하기 위해 고고도 비행선(HAA)을 건설하기로 록히드마틴에 계약했다.[43]

무인 경량형 차량인 HAA는 감시 항공기 플랫폼, 통신 중계기 또는 기상 관측기로서 지속적인 궤도 관측소를 제공하기 위해 6만 피트(18,000m) 이상의 준 정지 위치에서 운용할 것을 제안했다. 그들은 원래 2008년에 그들의 HAA를 출범시킬 것을 제안했다. 이 비행선은 한 번에 최대 한 달 동안 비행할 것이며, 지름이 970km인 육지를 조사하기 위한 것이었다. 그것은 태양 전지를 이용하여 전력을 공급하고 비행 중에 무인화 되는 것이었다. 생산 개념은 길이가 500피트(150m)이고 직경이 150피트(46m)가 될 것이다. 무게를 최소화하기 위해서. 그것은 고강도 직물로 구성되어 경량 추진 기술을 사용할 예정이었다.

록히드마틴이 이 프로젝트의 서브스케일 시승부대인 '고고도 장지구력-데몬스트레이터'(HALE-D)[37]를 구축하여 2011년 7월 27일 시험비행에 착수하여 무인비행선 개발에 중요한 핵심기술을 시연하였다. 비행선은 고도 6만 피트(18,000 m)에 도달하도록 되어 있었지만 헬륨 수치에[44] 문제가 생겨 목표 고도에 도달하지 못하게 되어 비행이 중단되었다. 그것은 펜실베니아 주의 삼림 밀집 지역에 초당[44] 약 20피트의 속도로 내려와서 착륙했다.[45] 착륙 이틀 후, 충돌 현장에서 차량이 복구되기 전, 차량은 화재로 소실되었다.[46]

성층권 비행선

성층권 비행선은 3만~7만 피트(9.1~21.3km)의 매우 높은 고도에서 비행하도록 설계된 동력 비행선이다. 대부분의 설계는 원격 조종 항공기/무인기(ROA/UAV)이다. 현재까지 이 설계들 중 어느 것도 미국 영공을 비행할 수 있는 FAA의 승인을 받지 못했다.

성층권 비행선의 노력은 적어도 5개국에서 개발되고 있다.[47]

최초의 성층권 동력 비행은 1969년에 일어났으며, 5파운드(2.3kg)의 탑재로 2시간 동안 7만 피트(21km)에 달했다.[48] 2005년 12월 4일 육군 우주미사일방어사령부(ASMDC)가 후원한 사우스웨스트연구소(SwRI)가 이끄는 팀은 고도 7만4000피트(23km)의 하이센티넬 성층권 비행선의 동력 비행을 성공적으로 시연했다.[49] [50] 일본[51] 한국도 HAA를 배치할 계획이다. 한국은 월드와이드 에어로즈에서 온 자동차로 몇 년 동안 비행시험을 해 왔다.[52]

항공기

2018년 1월에는 다음과 같은 몇 가지 시스템이 개발되었다.[53]

  • AeroVironment will design and development solar-powered UAV prototypes for $65 million for HAPSMobile, a joint venture 95% funded and owned by Japanese telco SoftBank; its 247 ft (75 m)-span Helios Prototype first flew in 1999 and reached 96,863 ft (29,524 m) in 2001 before breaking up in flight in 2003; in 2002, its 121 ft (37 m)-span Pathfinder PLus는 FL650에 통신 탑재량을 실어 날랐다; 수소전기 Global Observer는 2010년에 처음으로 성층권에 일주일 이상 머물도록 고안되었지만 2011년에 추락했다.
  • 에어버스80피트(24m)에 무게 100파운드(45kg) 미만의 제피르를 제작해 수개월 동안 비행할 수 있도록 설계됐다. 2010년 버전은 14일 동안 비행했지만 2018년 7월에는 제피르 한 대가 25일, 23시간, 57분 동안 연속 비행했다.[54]
  • 페이스북은 132ft(40m)에 무게 935lb(424kg)에 이르는 아퀼라 태양열 고고도 비행 UAV를 개발해 인터넷에 연결했다. 2016년과 2017년 두 차례 저고도 시험비행을 했으며 90일간 FL650 상공에서 머물도록 설계됐다. 2018년 6월 27일, 페이스북은 프로젝트를 중지하고 다른 회사들로 하여금 드론을 제작하도록 할 계획이라고 발표했다.[55]
  • 탈레스 알레니아 스페이스는 스트라토부스 무인 태양열 성층권 비행선을 개발, 길이 377피트(115m)에 무게 15,000파운드(6,800kg)에 550lb(250kg)의 페이로드를 탑재하고 있으며, 5년간의 임무를 위해 설계되었으며 2020년 말에 시제품이 계획되어 있다.
  • 중국항공우주과학공사는 2017년 7월 15시간 시험 비행을 통해 147피트(45m) 길이의 태양열 UAV를 FL650으로 비행했다.
  • 러시아의 라보치킨 설계국은 성층권에서 100일 동안 비행할 수 있도록 설계된 82피트(25m)-스팬, 255파운드(116kg)의 태양열 UAV를 비행 시험하고 있다.
  • 화성 탐사를 위한 H-아에로 LTA 기반 발사 시스템으로,[56] 지상 고고도 플랫폼을 통한 개발이 이루어지고 있다. 첫 번째 시스템은 현재 테스트 중임

영국 기업, 에너지 산업 전략부 산하기관인 Ossnance Survey(OS)는 25kg(55lb)의 페이로드를 싣고 90일간 67,000ft(2만 lb)의 높이를 유지하도록 설계된 A3 38m(125ft) 날개 폭, 149kg(330lb)의 트윈붐 태양열 HAPPS를 개발하고 있다. OS는 브라이언 존스가 이끄는 영국 기업 아스티건의 지분 51%를 보유하고 있으며, 2015년 스케일 모델 시험 비행과 2016년 본격 저고도 비행으로 2014년부터 A3를 개발하고 있다. 고고도 비행은 2019년부터 시작돼 2020년 환경 모니터링, 지도 제작, 통신 및 보안에 대한 상업적 소개로 시험을 마쳐야 한다.[58]

현재 BAE 시스템즈인 프리즘틱사가 설계한 35m(115ft)-윙스팬 BAE 시스템 PHASA-35는 2020년 2월 남호주 우메라 테스트 레인지에서 첫 비행을 했다. 15kg(33lb)의 탑재량을 며칠 또는 몇 주 동안 약 7만ft로 비행해야 한다.[59]

역사

헤일

HALE의 생각은 일찍이 1983년 기술 논문에서 인정되었는데, C.D.의 D.W. 홀에서 작성한 태양열 항공기와 관련 동력 열차에 대한 예비 연구와 함께였다. 1970년대 기술 내의 실제 상황인 [60]Fortenbach, E.V. Dimicely 및 R.W. Parks(NASA CR-3699)는 과학자들이 나중에 장지구력 비행의 가능성을 아궤도 우주선의 항공에 포함시킬 수 있는 것으로 간주할 수 있도록 허용했다.[61] 롱 인텐더스를 명시적으로 언급한 최초의 논문 중 하나는 J.W이다.영블러드, T.A. 탈레이 & R.J. 페그 디자인 태양열과 연료전지 추진력을 결합한 장기 지구력 무인비행기의 설계는 1984년에 출판되었다.[60] 고고도·장기보험을 모두 조사 영역으로 통합한 초기의 논문은 고고도·장기보험 에어포일(M.D. Maugmer, University Philvania State)과 D.M.Somers(NASA Langley) 디자인실험 결과물이다. 저자들은 이러한 기종의 개발에 대한 관심이 통신 중계 임무 수행, 기상 감시, 순항 미사일 목표 달성을 위한 정보 획득의 필요성에 있었다. 이 논문은 1989년에 발표되었다.[62]

B.W. Carmichael(콜로넬)과 Majors, T.E. DeVine, R.J. Kaufman, P.E 펜스, R.E. Wilcox가 집필하고 1996년 7월에 발표한 2025년 연구 논문은 21세기 초의 일상적인 HALE-UAV 작전이 일어날 것을 예견했다. 2025년으로 예상되는 군의 미래를 생각하며 저자들은 24시간 비행 중인 HALE을 생각했다. 장기 지구력("장기밀자")은 공중 점령을 유지하는 개념, 즉 "공기로부터 치명적이고 비살상적인 효과로 인해 위험에 처한 적을 지속적으로 붙잡는 능력"[63]과 동의어로 사용된다.

국방항공정찰실은 얼마 전 장기보험 무인정찰기 시범을 보였다.[63]

G Frulla (Turin, 2002년 이탈리아)는 매우 긴 지구력에 관한 논문을 썼다.[64]

유럽연합이 선동한 케이프콘 프로젝트의 중요한 목표는 HALE 차량의 개발이었다.[25]

NASA ERAST 프로그램

NASA의 환경 연구 항공기센서 기술(ERAST) 프로젝트에 따른 초기 목표는 5만 피트 상공에서 최소 14시간을 포함하여 최소 24시간 동안 10만 피트에 가까운 고도에서 지속적인 비행과 논스톱 비행을 시연하는 것이었다.[4] 대기 위성의 초기 개발 경로에는 NASA 패스파인더(1995년 5만 피트 초과), 패스파인더 플러스(1998년 8만 피트 초과), NASA 헬리오스(2001년 9만 6천 피트)의 시제품 구성으로 개조된 NASA 센츄리온이 포함됐다.[4] 2010년 여름 에어버스/Qinetiq Zephyr 한 대가 14일 동안 비행했고, 2014년 제피르 7호는 영국 국방부의 작은 적재물을 운반하면서 겨울의 짧은 날 동안 11일 동안 깨어 있었다.[65]

참고 항목

참조

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참고 문헌 목록

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외부 링크