연료전지로 무인기 6시간 이상 연속비행 성공

↑ 재료연구소가 자체 개발한 연료전지가 적용된 무인기를 테스트 중인 모습. 연료전지-리튬폴리머전지 하이브리드 동력원으로 6시간 이상 장시간 비행이 가능하다. [사진 제공 = 재료연구소]

국내 연구진이 무인기용 연료전지 동력원을 개발하고, 이를 활용해 저고도에서 6시간 연속으로 장시간 무인기를 비행시키는 데 성공했다. 에너지 밀도가 낮아 비행시간이 30분~1시간 정도로 짧았던 기존 리튬전지의 단점을 보완할 수 있을 것으로 기대된다.
양철남 재료연구소 재료공정혁신연구본부 항공우주재료연구센터 책임연구원 연구진은 700W급 연료전지 동력원과 길이 3m, 양날개 길이 7m 규모의 복합재 무인기 기체를 자체 개발하고 자동항법으로 저고도에서 총 6시간 40분간 공중 시험비행을 무사히 마쳤다고 18일 밝혔다. 기존 리튬전지만 사용했을 때 대비 6배 이상의 긴 시간 동안 연속 비행하는 데 성공한 것이다.
연구진은 고압수소 연료탱크와 연료전지시스템의 경량화를 통해 기존 배터리에 비해 높은 에너지 밀도를 구현했다. 연료를 공급하는 복합재 고압수소탱크와 에너지를 변환하는 연료전지시스템으로 구성돼 있으며 섭씨 80도 이하의 저온에서 작동 가능하다.
이를 바탕으로 연구진은 연료전지 동력원과 7셀(단위)의 리튬폴리머 전지를 하이브리드 전원으로 구성해 무인기에 적용해 저고도 시험 비행을 진행했다. 무인기의 이·착륙을 제외한 모든 비행은 자동항법 장치에 설정된 경로를 따라 자동으로 진행됐다. 순항 시 비행속도는 시속 68㎞로 무인기는 6시간 40분 동안 지정된 경로를 따라 반복 비행해 총 454㎞를 비행했다.
양 연구원은 "연료전지-리튬폴리머전지 하이브리드 동력원은 지상에서 공중으로 이륙할 때뿐만 아니라 공중에서 맞바람, 고도상승 등의 고출력이 요구될 때는 연료전지와 리튬전지에서 동시에 전기출력을 추진 모터로 보낼 수 있도록 설계됐다"며 "반면 공중에서 순항 비행할 때는 연료전지에서 배터리를 충전할 수 있도록 함으로써 다양한 출력변화에 대응할 수 있어 상황에 맞는 비행이 가능하다"고 설명했다.
이번에 개발된 연료전지 추진 무인기는 수소탱크의 용량에 따라 비행시간을 2시간, 4시간, 6시간으로 용도에 맞게 연장할 수도 있다. 특히 소음과 진동이 낮아 은닉성이 뛰어나기 때문에 추적이 쉽지 않다는 장점도 있다. 때문에 항공 촬영을 통한 내수면 연안 감시, 환경 감시, 지도화 등에 다양하게 활용할 수 있다는 게 연구진의 설명이다.
양 연구원은 "향후 후속 연구를 통해 12시간, 24시간 연속 비행이 가능한 무인기용 동력원 개발할 계획"이라고 밝혔다.
[송경은 기자]