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최첨단 항공우주공학·기술의 요람 AIAA·SCI-TECH에 가다!

40여개국 5000여명 참석, 2300여편 논문 발표...차세대 우주망원경, 최첨단 경량 날개, 저소음 초음속 여객기 등 新기술 소개

글  장조원 한국항공대 교수  |  글    백승구 기자

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연일 장사진을 이루는 2020 미 항공우주학회 학술대회장 로비. 사진=장조원

지난 1월 6일부터 시작된 미국 항공우주학회(AIAA) 주최 학술대회 및 전시회(사이텍·SCI-TECH)가 1월 10일 성황리에 막을 내렸다. 이번 학술대회에는 2300여편에 달하는 최신 연구 논문이 발표됐다. 이번 사이텍에서는 공기역학, 무인기, 가스터빈엔진, 항법 및 제어, 항공재료, 우주탐사 등 항공우주분야 전(全) 영역의 논문이 소개됐다.

 
 
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미국 항공우주학회 사이텍 포럼이 개최되는 올랜도 하얏트 리젠시 컨벤션 센터. 뒤쪽에 높은 건물이 하얏트 호텔이며 현지 행사에 참석한 장조원 한국항공대 교수.

논문 발표 차 현지 행사에 참석한 장조원 한국항공대 교수는 “40여 개국에서 온 5000여명의 참석자들이 행사장을 꽉 채워 연일 장사진을 이뤘다"고 했다. 학술발표회는 매일 아침 8시에 프레너리(Plenary) 세션의 1시간짜리 기조강연부터 시작됐으며 논문은 50여개의 발표장에서 하루에 460편정도 5일 동안 발표가 이뤄졌다.   
 
      
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항공우주기술관련 전시장 입구의 안내판

 

학회 개최 둘째 날부터는 항공우주기술 관련 전시회도 함께 열렸다. 미 항공우주국(NASA), 록히드 마틴, 보잉사, GE, 노스롭 그루먼, 미 공군연구소(AFRL) 등 60여개의 연구소와 관련 업체가 최첨단 항공우주 기술과 제품을 소개했다. 학술발표회도 마찬가지였지만 전시회도 학술발표회처럼 등록하지 않으면 출입을 할 수가 없었다.
  
미국 항공우주국(NASA)은 이번 전시회에서 소닉붐을 줄인 초음속 여객기 X-59와 경량 안테나(CLAS-ACT), 터보팬 엔진과 전기를 혼합한 터보전기 하이브리드 여객기(STARC-ABL), 14개의 모터가 날개에 장착된 차세대 전기비행기 맥스웰 X-57, 태양광 우주선 등을 소개했다.
 
보잉사(社)는 차세대 항공기에 적용할 얇고 가벼운 신개념 날개인 TTBW(Transonic Truss-Braced Wing)와 동체와 날개를 하나로 만든 신개념 비행기(BWB·Blended Wing Body), 현재 개발 중인 미(美) 공군 고등훈련기 T-7A 등을 공개했다. 또 보잉사의 자회사인 오로라 사(社)는 같은 부스에서 100% 전기로 수직 이착륙이 가능한 페가수스 개인용 항공기(Pegasus PAV) N83AU를 전시했다.
 
이밖에 노스롭 그루먼이 조립한 제임스 웹 차세대 우주망원경, 글로벌 호크, 단발 복좌 전자정찰기인 파이어버드, 에어로바이런먼트 사(社)의 무인 정찰기, 미공군 연구소(AFRL)의 독특한 형상의 분산 추진 개념 비행체(Distributed propulsion concept vehicle) 등 각종 최첨단 기술이 적용된 장비들이 소개됐다. 최첨단 장비들을 소개할 뿐만 아니라 록히드 마틴과 노스롭 그루먼사(社)는 현장에 참여한 연구진들을 대상으로 채용 면접도 실시했다.   

 
 
1. 학술 발표회장
 
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아침 8시에 시작하는 프레너리 세션이 끝나는 9시와 오후 학술발표 중간 3시 30분의 네트워킹 커피 브레이크 시간에 발표회장 로비는 항상 북적였다.

 

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인터넷으로 미리 등록하지 않은 참가자가 등록하는 현장 등록데스크. 학술대회 첫날에는 기다리는 줄이 길어 등록하는데 많은 시간이 걸렸다.

 

 
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인터넷으로 미리 등록한 참가자들이 배지(badge)를 프린트하는 선등록 접수대. 현장등록 접수대에 비해 한가했다.

 

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학술발표회 첫날 아침 8시에 열린 기조연설로 MIT공대 우드(Danielle Wood)교수가 지구 환경보호를 위해 우주를 어떻게 활용해야 하는가에 대해 발표했다.

 

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미국 콜로라도 대학 브라운(Robert D. Braun)교수가 점심시간을 이용해 ‘우주기술은 미래의 투자’라는 주제로 강연함. 선착순으로 250명만이 강연을 들을 수 있었으며 참가자들의 점심식사는 록히드 마틴 사(社)가 지원했다.

 

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학술발표회 셋째 날인 수요일 아침 8시에 열린 기조연설로 국립항공우주박물관(스미소니언) 스테판(Ellen R. Stafan) 디렉터가 미국인이 좋아하는 국립항공우주박물관에 대한 기조강연을 했음. 강연 후 사회자(학회 부회장·우측)의 질문에 답하고 있는 모습.

 

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2300여편의 최신 논문이 각 분야별로 50여개의 발표장에서 동시에 발표되며, 한 편당 질문시간을 포함해 30분간 발표 시간이 주어졌음. 사진은 첫날 AR과 VR기술 분야에서 VR을 이용한 우주궤도 훈련과 평가에 대해 텍사스 A&M 대학원생이 발표하고 있다.

 

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사진은 돌풍에 대한 날개 반응과 관련된 비정상 공기역학(unsteady aerodynamics)분야 발표장으로 독일의 브라운쉬바이크 공과대학 교수가 에어포일의 동적 양력에 대해 발표하고 있다.

 

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셋째 날 오후 4시 30분에서 6시까지 진행된 특별 세션 장면으로 아폴로 비행 시뮬레이션에 대한 발표가 이뤄지고 있으며 토론을 위해 패널들이 앉아 있음. 패널 중 맨 우측에 앉은 스콧(David R. Scott)은 아폴로 15호 선장으로 달을 직접 다녀온 우주비행사.

 

2. 항공우주기술 관련 전시회
 
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보잉 사(社)의 전시장으로 좌측부터 미 공군고등훈련기, 소형풍동 뒤쪽으로 신개념 TTBW 날개 항공기, BWB 항공기 등과 자회사인 오로라 사(社)의 페가수스 PAV를 전시하고 있다.

 

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보잉사(社)의 신개념 TTBW(Transonic Truss-Braced Wing) 날개를 장착한 차세대 항공기를 정면과 상측면에서 바라본 사진이다. 날개 하단에 트러스 형태로 지지하고 있어 날개를 경량으로 제작할 수 있다. TTBW 날개는 얇고 시위 길이가 짧아 무게가 가볍다. 결과적으로 항공기의 성능을 높이면서 소음과 배기가스 또한 크게 줄일 수 있다.

 

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보잉사(社)의 블렌디드 윙 바디(BWB) 비행기는 저항이 작아 장거리를 비행하는데 유리함. 이 형태의 디자인은 현재 미(美) 항공우주국과 공동으로 연구가 진행되고 있음. 배기가스 규제와 소음규제, 연료 효율성을 강조하는 시대에 각광받는 미래의 비행기 형태가 될 수 있다.

 

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보잉 사(社)와 스웨덴의 사브 사(社)가 공동으로 제작하는 미공군 고등훈련기 T-7A 레드호크기. 현재 초도기를 제작해 한창 시험비행 중에 있다.

 

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보잉 사의 자회사인 오로라 사(社)의 페가수스 개인항공기 N83AU는 2인 승객(최대 225kg 탑재)을 탑승시켜 자동비행이 가능함. 8개의 프로펠러를 이용해 수직으로 이착륙할 수 있으며 전진비행을 위해 꼬리부분에 푸셔타입의 프로펠러가 장착됐음. 이 항공기는 100% 전기로 구동되고 순항을 위해 3개의 날개를 지녔으며, 시속 180km로 최대 80km까지 비행할 수 있다.

 

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전시회장 한가운데에는 강연을 할 수 있는 공간인 허브(HUB)가 있음. 사진은 올해 11월 16~18일 미국 네바다 라스베이거스에서 개최될 AIAA의 우주관련 분야 학술대회인 ASCEND에 대해 관계자가 설명하고 있다.

 

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1949년 설립된 뉴멕시코 주의 샌디아 국립연구소는 미국 에너지부 소속으로 현재는 허니웰 인터내셔널이 관리하고 있음. 대륙 간 탄도탄, 잠수함 발사 미사일 등과 같은 국방과학 연구를 비롯하여 에너지 분야, 국가안전 분야 등 세계를 바꿀 수 있는 기술에 대한 연구를 수행한다.

 

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NASA와 록히드 마틴이 공동 개발하는 초음속 중형 여객기 X-59는 기체 앞부분에 카나드를 장착해 소닉붐 현상을 줄이고 기존 여객기의 1.7배정도 빠르게 날아간다. 이 여객기는 콩코드기의 후손이라 불리기도 하지만 소음문제를 해결했다는 점에서 콩코드기와 완전히 다르다. 최근 NASA는 X-59의 최종 조립을 승인했으며 2021년 초도비행을 목표로 시제기를 제작할 예정이다.

 

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아놀드 엔지니어링 개발 콤플렉스(AEDC, Arnold Engineering Development Complex)는 테네시 주 중간의 아놀드 공군기지에 위치한 지상 비행 시험시설. 이곳은 공기역학과 추진 풍동, 로켓과 엔진 시험설비, 환경 챔버 등 수 십 개의 설비를 갖추고 있다. 미 공군의 항공기와 미사일 우주시스템의 개발과 평가를 위해 모델링, 시뮬레이션, 지상 및 비행시험 등을 수행하는 연구시설.
 
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미국 항공우주국(NASA) 전시관을 촬영한 사진으로 좌측은 터보전기 비행기 개념(STARC_ABL)과 경량 통신 안테나(CLAS-ACT), 저소음 초음속 여객기 X-59, 차세대 전기비행기 X-57 등을 전시함. 우측 사진은 태양광 추진 우주선과 원자력 추진 우주선을 전시하고 있다.

 

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2017년 NASA는 뒷부분에 경계층 추진기를 갖춘 단일통로 터보전기 여객기(STARC-ABL, Single-aisle Turboelectric Aircraft with Aft Boundary-Layer propulsion)를 개발했다. 이 새로운 개념의 150인승 여객기는 뒷부분에 전기 모터 엔진(우측사진)을 장착해 종전의 여객기에 비해 항력을 줄여 높은 연료 효율을 갖도록 설계한다. 따라서 이 여객기는 소음과 배기가스를 감소시킬 수 있으며, 현재의 터보엔진 비행기와 100% 전기비행기 사이에 가교역할을 하기 위해 개발된 것이다.
 
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NASA는 항력을 감소시켜 연료효율을 높이고 배기가스를 줄이기 위해 초경량 에어로겔 기판(Aerogel substrate)으로 위성통신 안테나를 개발하는 중이다. 새로 개발된 경량 안테나(CLAS-ACT, Conformal Lightweight Antenna Structures for Aeronautical Communication Technologies)는 기존의 안테나에 비해 50% 무게를 감소시키고 간섭을 줄일 수 있다. 좌측 사진의 중앙에 박스형태 안테나는 기존의 안테나이고 우측의 얇은 판은 개발된 경량 안테나이며, 우측 사진은 항력을 감소시키기 위해 비행기 동체에 매장된 경량 통신 안테나를 보여준다.
 
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NASA는 터보프롭 복좌 훈련기인 T-34C의 동체 중간부분에 경량 통신 안테나를 장착하여 비행시험을 수행하는 중이다. 사진에서 뒷좌석 조종사가 있는 동체부분에 통신 안테나가 장착된 것을 볼 수 있다.

 

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NASA에서 개발 중인 태양광 우주선으로 4개의 기둥(실제 기둥의 일부만 보여줌)을 통해 방패연 모양으로 돛을 전개한다. 우측 사진은 태양광 돛을 전개하는데 사용되는 재료.

 

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노스럽 그루먼(Northrop Grumman) 사(社)는 제임스 웹 우주망원경(James Webb Space Telescope), 글로벌 호크(RQ-4), 단발 복좌 전자정찰기 파이어버드(Fire bird) 등을 전시했다.

 

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노스럽 그루먼 사(社)가 조립한 제임스 웹 우주망원경. NASA 국장 출신인 제임스 웹을 기리기 위해 그의 이름으로 명명했음. 허블우주망원경을 대체할 차세대 우주망원경으로 2021년에 발사될 예정이다.

 

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노스럽 그러먼(Northrop Grumman) 사(社)의 글로벌 호크(RQ-4, Global Hawk)는 정찰기로 사용되는 무인 항공기(UAV). 32시간 이상이나 체공할 수 있는 고고도 장기체공기로 항속거리는 무려 2만2779km에 달한다. 미 공군이외에도 한국, 일본, 독일 등에서 운용 중이며, 2019년 6월 이란에서 미공군 소속 글로벌 호크 1대가 격추당했다. 2020년 1월에는 이란 최고 사령관 솔레이마니가 이라크 바그다드 국제공항에서 드론 공격으로 암살당했다. 이때 사용된 드론은 글로벌 호크(RQ-4)가 아니라 프레데터 B(Predator B)로 불렸던 공격용 드론 ‘MQ-9' 리퍼(Reaper)이다.

 

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노스롭 그루먼 사(社)가 제작한 단발 복좌 전자정찰기 파이어버드. 최대이륙중량 5톤이며 최대 40시간 체공할 수 있는 유무인 복합 항공기로 2010년 초도비행에 성공했다. 국가 방위태세를 향상시키기 위해 정보수집, 감시, 정찰 임무 등을 수행할 수 있는 최첨단 유무인 시스템이다.

 

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미국의 에어로바이론먼트(AeroVironment) 사(社)는 무인기분야 글로벌 전문업체로 다양한 무인기를 제작하여 판매함. 전시장에는 실제 판매되는 실물 무인기 들을 선보였다.

 

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에어로바이론먼트 사(社)의 정찰용 무인기 QUANTIX 하이브리드 드론(좌측)과 소음이 적고 추진효율이 좋은 WASP AE RQ-12A(우측). QUANTIX 드론은 멀티로터로 수직이륙이 가능하고 수평비행으로 전환할 수 있으며 완전 자동비행이 가능하다. 드론 동체 아래 부분에 정찰용 카메라가 있으며 항속거리는 20km로 45분 동안 비행할 때마다 400에이커(49만평)를 정찰할 수 있다. WASP AE RQ-12A 드론은 정찰용 IR카메라가 장착돼있고 무게는 1.3kg. 총 비행시간은 50분이고 항속거리는 5km이다.

 

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미 공군연구소(AFRL, Air Force Research Laboratory)는 동체 주위에 분산된 소형 추진장치를 갖는 독특한 형태의 항공기를 개념 설계했다. 이러한 분산 추진 개념 비행체(Distributed propulsion concept vehicle)는 다수의 소형 엔진을 날개길이를 따라 완전히 또는 부분적으로 내장시켜 제작한다. 이 기법은 높은 연비효율, 배기가스 감소, 작은 엔진으로 인한 소음 감소, 제어방식 개선, 짧은 이착륙 활주로 길이 등을 통해 항공기 성능을 향상시킨다. 작은 엔진이 제조비용이 저렴하고 조립 및 유지 보수할 때 더 간단할 것이라는 개념 하에 제안된 개념이다.

 

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전시장 한가운데 미국항공우주학회에서 발행한 서적을 판매하는 곳이 있었다. 학술대회 기간 중에는 30% 할인해줬다. AIAA 서적 판매 부스 옆에서 1989년 초판 발행된 항공기 개념 설계(Aircraft Design: A Conceptual Approach) 저자 레이머(Daniel P. Raymer, 1954년~)의 독자 사인회가 열렸다. 레이머는 항공 우주 설계 엔지니어로 항공기 형상 및 설계 분야의 최고 전문가이다.

 

 

[입력 : 2020-01-11]   장조원 한국항공대 교수 more article   |   백승구 more article

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