A4 용지보다 가벼운 초소형 항공기, 태양광으로 1시간 비행 성공

중국 연구진 국제 학술지 발표
무게 4.21g, 날개 폭 20cm 불과
비행시간 3~7분에서 60분으로
"재난수색·군사정찰 활용 기대"

중국 연구진이 개발한 4.21g짜리 초소형 항공기 '쿨롱플라이(CoulombFly)'. 네이처 제공

중국 연구진이 A4 용지 한 장보다 가벼운 태양광 구동 초소형 항공기를 개발해 1시간 비행에 성공했다. 통상 초소형 항공기의 비행 시간은 10분을 넘기기 어렵다는 걸 감안하면 획기적으로 늘어난 것이다.

18일 국제학술지 '네이처'에 따르면 치밍징 중국 베이항대 교수 연구진은 무게 4.21g, 날개 폭 20cm인 태양광 초소형 항공기 '쿨롱플라이(CoulombFly)'가 1시간 비행에 성공했다고 발표했다. 쿨롱플라이는 그전까지 가장 작은 태양광 항공기였던 무게 2.6kg, 폭 2m인 '쿼드콥터'보다 약 600배 가볍고 10배 작은 크기다. 무게는 줄이고 비행 시간을 늘려 초소형 항공기의 한계를 극복했다는 평을 받는다.

초소형 항공기는 10g 이하의 항공기로, 정찰·통신·수색 등 다양한 분야에 활용 가능하다. 초소형 항공기는 작은 크기와 가벼운 무게 때문에 비행 시간을 늘리는 데 한계가 있었다. 무게가 7g인 초소형 항공기 '센티미터 쿼드로터'의 비행 시간은 7분, 무게가 3g 정도인 '델플라이 마이크로'는 고작 3분만 비행할 수 있다. 이들은 전자기 모터를 돌려 비행했는데, 크기가 작아질수록 모터의 효율도 떨어져 비행 시간을 오래 유지하기 어려웠다. 태양전지를 접목한 연구도 있었으나, 크기를 줄이면 햇빛을 전기로 바꾸는 에너지 변환 효율을 늘리는 데 한계가 있었다.

연구진은 태양전지의 무게와 부피를 줄이고 에너지 효율을 늘리는 기술을 개발했다. 우선 태양전지 소재로 주목받는 갈륨비소(GaAs)를 얇은 박막 형태로 만들어 무게를 줄이고 에너지 변환 효율을 높였다. 이렇게 제작한 태양전지가 햇빛을 최대한 받도록, 항공기 상단의 프로펠러에 가려지지 않는 하단에 부착했다. 프로펠러의 효율도 개선해 다른 초소형 항공기보다 전력 효율을 2~3배 높였다. 자연광 조건(제곱미터당 약 920와트의 빛)에서 실험한 결과, 쿨롱플라이는 1초 이내에 성공적으로 이륙했고 성능 저하 없이 1시간 비행을 지속했다.

치밍징 교수는 "궁극적인 목표는 모기 정도의 크기와 무게를 갖추고 날개폭이 1cm 미만인 초소형 항공기를 만드는 것"이라며 "초소형 항공기에 소형 센서를 부착하면 재난 수색 작업, 통신, 군사 정찰 임무도 수행할 것으로 기대한다"고 밝혔다.

전하연 인턴 기자 psstella@naver.com