나사 패스파인더

NASA Pathfinder
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패스파인더
패스파인더 플러스
Pathfinder solar aircraft over Hawaii.jpg
하와이 상공의 경로파인더
역할 원격 조종 UAV
제조사 에어로바이론먼트
기본 사용자 NASA ERAST 프로그램
숫자 빌드 1
로 발전했다. NASA 센츄리온
나사 헬리오스

NASA 패스파인더와 NASA 패스파인더 플러스는 태양열과 연료전지시스템으로 움직이는 무인항공기의 진화 시리즈의 일부로 개발된 최초의 두 대의 항공기였다. AeroVironment, Inc.는 NASA의 환경 연구 항공기 및 센서 기술(ERAST) 프로그램에 따라 이 차량을 개발했다. 이들은 장거리 고고도 항공기가 대기 위성으로 기능할 수 있는 기술을 개발하고, 대기 연구 과제 수행은 물론 통신 플랫폼 역할을 할 수 있도록 구축됐다.[1] 그들은 NASA Centurion과 NASA Helios 항공기로 더 발전되었다.

패스파인더

에어로바이론은 1974년 최초의 태양열 비행 모델을 만든 로버트 바우처의 선구적인 작업에 따라 1970년대 후반과 1980년대 초 고사머 펭귄과 솔라 챌린저 차량으로 본격적인 태양열 비행 항공기 개발에 착수했다. ERAST 산하에는 에어로바이론먼트(AeroVironment)가 4세대 장지구력 무인항공기(UAV)를 만들었는데, 그 중 첫 번째는 패스파인더였다.

개발

1983년, 에어로바이론은 불특정 미국 정부기관으로부터 "고고도 태양열" 또는 HALSOL로 명명된 UAV 개념을 비밀리에 조사하기 위한 자금을 획득했다. HALSOL 시제품은 1983년 6월에 처음 비행했다. 9편의 HALSOL 항공편이 네바다의 신랑 호수에서 열렸다. 비행은 항공기에 태양 전지를 장착하지 않았기 때문에 무선 제어와 배터리 전원을 사용하여 수행되었다. HALSOL의 공기역학 검증이 이뤄졌으나 조사 결과 당분간 아이디어를 실용화할 만큼 성숙된 광전지나 에너지 저장기술은 없다는 결론이 나와 HALSOL을 보관에 투입했다.[2]

1993년, 10년간의 보관 끝에, 이 항공기는 탄도 미사일 방어 기구(BMDO)의 간단한 임무를 위해 비행 상태로 복귀되었다. 소형 태양열 어레이가 추가되면서 1993년 가을과 1994년 초에 걸쳐 NASA 드라이든의 BMDO 프로그램에 따라 5편의 저고도 체크아웃 항공편이 태양열과 배터리 전력의 조합으로 비행되었다.[3]

1994년 이 항공기는 과학 플랫폼 항공기 기술을 개발하기 위해 NASA ERAST 프로그램으로 이전했다. 그것은 "과학적인 샘플링과 이미징 임무에서 몇 주 또는 몇 달 동안 공중에 떠 있을 수 있는 미래의 태양열 비행대의 경로파인더"였기 때문에 "Pathfinder"로 이름이 바뀌었다.[3] 일련의 비행은 매우 높은 가로 세로 비율(날개 판과 날개 화음의 비율)을 가진 매우 가볍고 취약한 항공기 구조가 공항에서 성공적으로 이착륙할 수 있으며, 50,000피트(15,000m)에서 80,000피트(24,000m) 사이의 매우 높은 고도로 비행할 수 있다는 것을 입증하기 위해 계획되었다.d 태양의 힘으로 또한, ERAST 프로젝트는 다양한 과학 연구에 사용되는 도구를 운반하는 UAV의 실현 가능성을 결정하기를 원했다.[4]

1995년 10월 21일 격납고 사고로 심하게 파손되었을 때 항공기의 파괴한도가 적절히 입증되었으나, 이후 다시 재건되었다.[4]

항공기 설명

Pathfinder는 8개의 전기 모터에 의해 구동되었고, 나중에 6개로 축소되었으며, 처음에는 배터리로 구동되었다. 그것의 날개 길이는 98.4피트(30.0m)이었다. 2개의 언더윙 팟에는 착륙장치, 배터리, 3중 중복 계측장치, 이중 중복 비행 제어 컴퓨터가 있다. 1993년 말 ERAST 프로젝트에 항공기가 채택될 무렵에는 태양 전지가 추가되어 결국 날개 표면 전체를 덮고 있었다.[1] 태양열 어레이는 항공기의 전기 모터, 항전, 통신 및 기타 전자 시스템을 위한 전력을 제공한다. 패스파인더는 또한 어두워진 후 제한된 시간 동안 비행할 수 있도록 2시간에서 5시간 동안 전원을 공급할 수 있는 예비 배터리 시스템을 가지고 있었다.[3]

패스파인더는 시속 24km에서 시속 25마일(40km/h)의 비행 속도로 비행한다. 피치 제어는 윙 턴의 후행 가장자리에 작은 엘리베이터를 사용하여 유지되며, 요 제어는 윙의 바깥쪽 부분에 있는 모터를 감속하거나 속도를 높임으로써 이루어진다.[3]

비행시험 및 기록

패스파인더 임무의 주요 과학 활동으로는 1992년 허리케인 이나키로 인한 피해 이후 산림 영양 상태 검출, 해안가 침전물/알갱이 농도, 산호초 건강도 평가 등이 있다. 과학 활동은 NASA Ames Research Center에 의해 조정되며 하와이 대학교와 캘리포니아 대학교의 연구자들이 포함된다. 패스파인더 비행은 아메스에서 개발된 고 스펙트럼 해상도 디지털 어레이 스캔 간섭계(DASI)와 고공간 해상도 항공 실시간 영상 시스템(ARTIS) 등 ERAST가 개발한 두 가지 과학 기구를 시험했다. 이러한 비행은 1997년에 22,000피트(6,700m)에서 49,000피트(15,000m) 사이의 고도에서 수행되었다.[3]

1995년 9월 11일, 패스파인더는 NASA 드라이든에서 12시간 비행하는 동안 50,000피트(15,000m)의 태양열 항공기에 대한 비공식 고도 기록을 세웠다.[1][4] NASA가 패스파인더에 대해 주장한 이것과 이후의 기록은 비공식적인 것으로 남아 있는데, 이는 국제적으로 인정받는 항공 세계 기록 제재 기구인 FAI에 의해 검증되지 않았기 때문이다. 미국항공협회는 NASA-산업 ERAST 팀에 1995년의 "가장 기억에 남는 10가지 기록 비행" 중 하나에 대한 상을 수여했다.[3]

추가 개조 후, 항공기는 하와이 카우아이섬의 미 해군 태평양 미사일 사거리 시설(PMRF)로 이동되었다. 1997년 봄과 여름에 그곳에서 7번의 비행 중 하나인 Pathfinder는 1997년 7월 7일에 프로펠러식 항공기뿐만 아니라 태양열 항공기의 고도 기록을 71,530피트(21,800m)로 올렸다. 이 비행 동안, 패스파인더는 이 섬의 지상 및 해안 생태계에 대해 더 많이 알기 위해 두 개의 경량 영상 장비를 가지고 다녔고, 과학 연구를 위한 플랫폼과 같은 항공기의 가능성을 보여주었다.[1]

패스파인더 플러스

2002년 6월 하와이 상공에서 스카이타워 통신 장비를 갖춘 Pathfinder-Plus 비행 중
Udvar-Hazy 센터에 표시되는 Pathfinder-Plus

1998년 동안, Pathfinder는 더 긴 윙의 Pathfinder-Plus 구성으로 수정되었다. 그것은 원래 Pathfinder 날개에서 5개 구간 중 4개를 사용했지만, 후속 센츄리온/헬리오스를 위해 설계된 고고도 비행선을 통합한 새로운 44피트(13m) 길이의 중앙 날개 구간을 대체했다. 새로운 구간은 원래 구간보다 두 배 길었고, 비행기의 전체 날개 길이는 98.4피트(30.0m)에서 121피트(37m)로 늘어났다. 새로운 센터 섹션은 캘리포니아주 서니베일의 선파워 사가 개발한 보다 효율적인 실리콘 태양전지가 1위를 차지했는데, 이것은 그들이 받는 태양 에너지의 거의 19퍼센트를 유용한 전기 에너지로 전환하여 우주선의 모터, 항전 및 통신 시스템을 작동시킬 수 있는 것이다. 이는 기존의 Pathfinder로부터 중간 및 외부 날개 패널 표면의 대부분을 커버하는 구형 태양열 어레이의 약 14% 효율과 비교된다. 최대 전력은 Pathfinder의 약 7,500와트에서 Pathfinder-Plus의 약 12,500와트로 증가되었다. 전기 모터의 수를 8개로 늘렸고, 사용되는 모터는 후속 항공기용으로 설계된 보다 강력한 유닛이었다.[3]

Pathfinder-Plus 개발 항공편은 1998년 여름 PMRF에서 후속 제품인 Centurion을 위해 전력, 공기역학 및 시스템 기술을 검증받았다. 1998년 8월 6일, 패스파인더 플러스는 태양열 및 프로펠러식 항공기의 국가 고도 기록을 8만201피트(2만4445m)까지 끌어올려 설계를 증명했다.[1][5]

대기 위성 시험

2002년 7월 패스파인더 플러스는 항공기를 방송 플랫폼으로 사용하는 시험에서 에어로바이론먼트 계열사인 스카이타워가 개발한 상용 통신 중계 장비를 탑재했다. 스카이타워는 NASA 및 일본 통신부와 제휴하여 이 항공기를 사용하여 HDTV 신호와 IMT-2000 무선 통신 신호를 2만 m(6만5000피트)에서 전송하는 데 성공함으로써 이 항공기에 12마일(19km) 높이의 전송 속도를 제공함으로써 "대기 위성"의 개념을 시험했다.이터 타워 항공기의 높은 전망각 때문에, 전송은 동일한 신호를 제공하기 위해 지상탑에 필요한 전력의 1/10,000인 1와트만을 이용했다.[6] 스튜어트 힌들 스카이타워 전략사업개발 부사장에 따르면 "스카이타워 플랫폼은 기본적으로 시간 지연이 없는 정지궤도 위성"이라고 한다. 또한, 힌들 교수는 성층권을 비행하는 플랫폼은 실제 위성과는 달리 훨씬 더 높은 주파수 사용 수준을 달성할 수 있다고 말했다. "SkyTower 플랫폼은 동일한 주파수 대역을 사용하는 정지궤도 위성의 고정 광대역 로컬 접속 용량의 1,000배 이상을 평방 마일 기준 초당 바이트 단위로 제공할 수 있다."[7]

레이 모건 에어로바이론먼트 사장은 "우리가 하려는 것은 우주에서 위성이 하는 것처럼 많은 기능을 작동하고 수행하는 '대기권 위성'을 만드는 것"이라고 개념을 설명했다.[8]

사양

드라이든 램프의 Pathfinder Plus(왼쪽) 및 Helios 프로토타입(오른쪽)
ERAST 프로그램을 통한 태양열 항공기 진화
사양[1][3][9][10][11]
패스파인더 패스파인더 플러스 센추리온 헬리오스 HP01 헬리오스 HP03
길이 ft(m) 12 (3.6) 12 (3.6) 12 (3.6) 12 (3.6) 16.5 (5.0)
현 ft(m) 8 (2.4)
날개판 ft(m) 98.4 (29.5) 121 (36.3) 206 (61.8) 247 (75.3)
가로 세로 비율 12 대 1 15 대 1 26 대 1 30.9 대 1
글라이드 비율 18대 1 21 대 1 ? ? ?
공기 속도 kts(km/h) 15–18 (27–33) 16.5–23.5 (30.6–43.5) ?
최대 고도 ft(m) 71,530 (21,802) 80,201 (24,445) n/a 96,863 (29,523) 65,000 (19,812)
빈 Wtlb(kg) ? ? ? 1,322 (600) ?
최대 중량 lb(kg) 560 (252) 700 (315) ±1,900 (±862) 2,048 (929) 2,320 (1,052)
페이로드lb(kg) 100 (45) 150 (67,5) 100–600 (45–270) 726 (329) ?
엔진 전기, 각각 2 hp(1.5 kW)
엔진 수 6 8 14 14 10
태양열 pwr 출력(kW) 7.5 12.5 31 35 18.5
보충력 건전지 건전지 건전지 리 배터리 Li 배터리, 연료 전지

참고 항목

참조

이 글에는 원래 퍼블릭 도메인에 존재하는 그렉 괴벨의 웹 기사 '무인기'에서 나온 자료가 담겨 있다. Public Domain 이 기사는 미국 항공우주국의 웹사이트나 문서의 공개 도메인 자료를 통합하고 있다.

  1. ^ a b c d e f NASA 헬리오스 팩트시트
  2. ^ 괴벨, 그렉 "지구력 UAV의 선사", 무인항공기 12장 공용 도메인에 존재한다. 웨이백 머신에 보관된 2009-02-11
  3. ^ a b c d e f g h NASA Pathfinder 자료 시트, archive.org에 보관
  4. ^ a b c NASA Pathfinder 자료 시트, archive.org에 보관
  5. ^ NAA 레코드 데이터베이스 웨이백 머신에 보관된 2012-02-12
  6. ^ 2002년 7월 22일 Ewire, Ewire는 "SkyTower가 성층권 내 6만 5천 피트 이상에서 세계 최초의 상용 통신 애플리케이션을 성공적으로 테스트했다"라고 말하며, 오늘 보관소에서 2008년 9월 11일에 액세스했다.
  7. ^ David, Leonard, 2002년 7월 24일 Wayback Machine에서 2008년 9월 11일에 접속한 "대기권 플랫폼이 위성 역할을 한다" Space.com
  8. ^ 1998년 8월 11일 CNN은 2008년 9월 13일에 "대기권 위성'이 통신비를 줄일 수 있다"고 보도했다.
  9. ^ 헬리오스 프로토타입 항공기 미샤프 조사 – T.E. Noll 등, 2004년 1월
  10. ^ NASA Centurion 팩트 시트는 archive.org에 보관되어 있다.
  11. ^ NASA.gov
  • "포토폴타이 파인즈: 더 나은 태양 전지—태양이 빛나지 않는 전선들"로 대니얼 조의 2003년 9월 33일자 사이언티픽 아메리칸 지의 기사.

외부 링크