미항공우주국(NASA)은 2009년 10월, 미 동부시간 28일 오전 11시 30분, 스페이스셔틀 후계 로켓인 Ares I-X 실험기를 쏘아 올렸다. Ares I은 달과 화성에 유인 비행을 목표로 하는 NASA의 "콘스텔레이션 계획"에 따라 개발된 로켓으로 당초 27일로 예정되어 있던 발사가 악천후 때문에 연기되어 28일 오전에 발사 되었다. 콘스텔레이션 계획을 둘러싸고 전날 관련 위원회가 대폭적인 자금 부족을 지적, 또 오바마 정권에 대해서 국제우주스테이션(ISS)운용을 2020년까지 연장해 줄 것을 권고해 오바마 미 대통령은 향후 NASA의 자금과 관련해 근시일 안에 결정을 내릴것으로 보인다.

Ares I 로켓의 1단은 왕복선에 사용된 고체로켓부스터를 변형한 것으로서, 연소 지속시간은 원래의 우주왕복선과 비슷한 2분 가량이지만 추력이 360만 파운드 (톤으로 환산하면 1633톤)로 늘어났습니다. 노즐 직경도 3인치 더 늘려서, 커진 출력을 감당할 수 있도록 개량했다고 합니다. 그런데 정작 이 콘스털레이션 프로그램 자체가 예산 추가투입하느냐 취소하느냐의 기로에 서 있는지라 테스트가 성공해도 담당자들이 기뻐하기는 이른 거 같습니다. 단일노즐 로켓으로 1633톤 추력은 고체로켓 액체로켓 통틀어서 세계신기록 경신입니다.
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오리온에는 4명에서 6명의 우주비행사가 탑승하며, 새로 개발될 아레스 I을 이용해 발사된다. 오리온과 아레스 I 모두 미항공우주국의 콘스텔레이션 계획의 일부이며, 이 계획은 2020년까지 사람을 달에 도달시키고 이후 화성 등의 다른 태양계 행성들까지 도달시키는 것이 목표이다. 2006년 8월 31일, 미항공우주국은 록히드 마틴을 오리온 우주선의 설계, 개발, 제작에서 주계약자로 선정했다.

이전에 CEV(Crew Exploration Vehicle)로 알려졌던 오리온 우주선은, 케네디 우주센터에 위치한 현행의 우주왕복선과 같은 발사장에서 발사될 예정이다. 미항공우주국은 오리온 우주선을 현재 운용중인 세 대의 우주왕복선이 2010년 퇴역한 뒤부터 그들의 유인 우주비행에 사용할 계획이다. 오리온 우주선은 2014년 말에서 2015년 초에 국제우주정거장에의 보급을 위한 비행을 시작할 것이며, 그 뒤로는 달과 화성에의 비행에서 핵심 요소가 될 것이다.

달착륙을 하는 데는 아레스 V 로켓, EDS, LSAM, CEV(오리온 우주선)으로 구성될 것이다. EDS(Earth Departure Stage)는 지구 중력권을 벗어나는 로켓이다. LSAM(Lunar Surface Access Module)은 달착륙선이다. CEV(Crew Exploration Vehicle)는 오리온 우주선이다. 오리온 우주선은 국제우주정거장 도킹이 가능하며, 지구귀환이 가능하다.
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보스턴로건 공항의 관제사는 몇 명 일까요? 잘은 모르겠지만 정말 바쁠거 같습니다. 구글어스로 보니 바로 옆에 마을이 있어 꽤나 시끄러울거 같습니다. 이 동내 사람들도 우리나라 처럼 시끄럽고 집값 안오른다고 대모 할까요?
 

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2008년 8월 1일 중국 만리장성에서 본 개기일식, 좌로부터 화성 토성 레굴루스(사자자리1등성) 금성 수성 태양 순으로 장관을 펼치고 있다. 




이날 일식의 유투브 동영상이다. 2분 55초 태양이 달에 완전히 가려지는 개기일식 현상이 일어나자 촬영하던 한국인 관광객들의 탄성이 터져나온다.
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Sensefly Swinglet CAM과 같은 UAV(Unmanned Aerial Vehicle: 무인비행기)로 촬영한 2D 항공사진을 구글어스와 같은 3D 지도로 만들어주는 소프트웨어인 Pix4D가 개발돼 화제입니다. 이 소프트웨어는 여러 흥미로운 로봇에 대한 연구를 진행 중인 연구기관 EPFL이 개발한 것으로 2D 사진을 분석해 건물의 높이 등 3D 정보를 지닌 컴퓨터 모델로 바꿔주고 있습니다.

3D 지도가 만들어지는 과정은 찍힌 2D 항공사진에서 가장 밝은 혹은 가장 어두운 부분 등 명암이 대비되는 지점을 찾아 이를 기준으로 높이를 정하고, 이렇게 정해진 높이에 맞춰 만들어진 3D 모델 위에 항공사진을 입혀 최종적으로 3D 지도가 탄생하게 됩니다.

이런 일련의 과정을 소프트웨어가 알아서 해준다는 점도 대단하지만, 위에 언급한 무인비행기를 가졌다면, 수시로 비행기를 날려 시간에 따라 지형이 바뀌는 것을 정확히 기록한 3D 지도를 얻을 수 있어 큰 시너지 효과를 기대할 수 있다고 보여집니다.


출처: http://pix4d.com/ 
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미국의 모험가 펠릭스 바움가르트너는 세계 최고의 스카이다이빙 기록 보유자다. 그의 점프 실력은 그가 뛰어내린 곳의 이름만 봐도 금세 알 수 있다. 세계에서 가장 높은 빌딩에서 브라질 수도 리오데자네이루의 상징인 그리스도상, 깊이만 190m에 이르는 컴컴한 동굴까지 뛰어내릴 수 있는 곳이라면 가리지 않는다.

그가 이번에는 색다른 모험에 도전하기로 했다. 헬륨을 채운 기구를 타고 성층권인 고도 3만 6576m까지 올라가 지상을 향해 뛸 예정이다. 이는 U-2 정찰기가 날아다니는 고도보다 약 16km나 높다.
 

▲ 리우데자네이루의 예수상 위에서

▲ 쿠알라룸프루의 페트로나스 트윈 타워에서

이 정도 높이에서 뛰면 떨어지는 속도는 엄청나다. 기구에서 뛰어내린 지 30초 만에 초속 355m의 속도에 이른다. 이는 공기 중의 음속보다 훨씬 빠른 셈이다. 바움가르트너는 이런 상태로 약 5분 30초간 36km를 자유낙하로 내려온 뒤 낙하산을 펼칠 예정이다.  
음속을 돌파할 때 충격을 최소로 완화하기 위해 그는 거의 우주복에 가까운 복장을 착용해야 한다. 지금까지 기록된 최고 스카이다이빙 기록은 3만 1333m로, 1970년 당시 32살의 미 공군 조종사가 수립했다.

이번 도전에는 미국항공우주국(NASA)의 전문가 수십 명이 참가한다. 성층권까지 올라갈 기구와 스카이다이버를 보호할 가압 캡슐의 제조, 점프와 관련한 세부 계획과 특수 복장의 제작까지 도맡았다.

항공생리학 연구자들은 이번 도전을 준비하는 과정에서 성층권에서 기내 압력이 떨어졌을 때 조종사의 생명을 보호하는 기술을 확보할 수 있을 것으로 기대를 모으고 있다.

지상 17~50km 사이의 성층권은 지상보다 혹한의 환경이다. 바움가르트너가 뛰어내릴 지상 36km 상공은 공기가 매우 희박하고 기온도 영하 30~40℃에 불과하다. 특히 낙하할 때 통과해야 하는 지상 2만 5000m 상공은 지구에서 오존 밀도가 가장 높은 지역이다.

피가 쏠리면서 시야가 좁아지는 증상이 나타나고 심하면 정신을 잃을 수도 있다. 1만 8000km 상공을 통과할 때쯤에는 몸이 초당 120회나 빙글빙글 돈다. 이 상태는 지상에서 약 1.6km 떨어진 상공에서 낙하산이 자동으로 펴질 때까지 지속된다.

회전수를 최대한 줄이기 위해서는 독특한 낙하 자세를 유지해야 한다. 머리는 땅을 향하고 몸을 지상과 45° 각도로 유지해야만 한다. 마치 날아가는 화살처럼 차려 자세로 팔과 다리를 꼿꼿이 모아야 한다.

이번 도전에 대해 과학자들은 “떨어질 때 아음속에서 초음속으로 바뀌는 순간 몸에 일어날 변화를 아무도 예측하기 힘들다”고 지적했다. 스텔스폭격기인 B-2의 개발을 주도한 미국 노스럽사의 아트 톰슨 이사는 “수많은 항공기가 음속을 어렵지 않게 돌파했지만, 사람이 맨몸으로 음속을 돌파할 수 있을지 미지수”라고 말했다.

점프수트를 입은 모습이 잘어울린다.



출처: http://www.felixbaumgartner.com/
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▲ 오늘은 세계최고의 수직이착륙(VTOL)기인 헤리어기를 만나보도록 하겠다. 헤리어기는 세계최초로 실전배치된 수직이착륙기로써, 다른 항공기에서는 감히 엄두도 못낼 수직이착륙기능을 가지고 있다. 과연 어떠한 원리에 의하여 헤리어가 뜨고 내리는 것일까? 일단 헤리어에 장착된 Rolls-Royce社의 Pegasus 엔진에 대하여 알아보도록 하겠다.

 위 사진은 페가수스 엔진의 외형이다. 왼쪽 앞에 붉은색 덮게로 씌워진 부분이 일반적인 제트엔지과 동일한 공기흡입구이다. 하지만 일반적인 제트엔진은 한군데의 Nozzle을 가지는데 반해 이 엔진은 4군데의 공기출구를 가진다. 사진의 가운데 부분은 엔진의 팬을 통과한 공기가 나오는 Nozzle이다. 물론 좌우에 하나씩 있다. 사진의 우측 부분에 붉은색 보호마개가 씌워진 부분이 내부엔진을 통과한 연소된공기(Jet)가 나오는 부분이다. 이를 단면도로 보면 아래그림과 같다.

 위 단면도에서 공기흡입구는 좌측이고, 팬을 통과한 공기는 청색으로 표현되고, 엔진내 연소실을 통과하여 뜨거워진공기는 붉은색으로 표현되어있다.

 위 투시도를 보면 공기의 흐름을 좀더 쉽게 이해할 수 있다. 전방에 흡입구를 통해서 들어온 공기는 좌우측에있는 각가 4개의 출구로 나누어져 배출된다. 이 4개의 배출구가 헤리어의 자세를 안정적으로 잡아 수직이착륙을 가능하게한다.

 위 사진의 노란원 안의 물체가 엔진배출구(Nozzle)이다. 헤리어는 좌우측에 두개씩 총 4개의 노즐을 가지고 있다.

 공중에 정지상태(Hovering)로 있는 헤리어기를 아래서 촬영한 것인데, 노즐 두개가 선명하게 보인다. 수증기가 나오는 부분은 노즐이 아니다. 노즐에서는 압축된 고압의 공기가 나오므로 수증기가 나올 수가 없다.

▲ 앞의 사진을 다른 각도에서 찍은 것이다. 공기흡입구 주변의 작은 4각형 구멍이 모두 열려있는데, 수직이착륙할 때 많은 양의 공기가 필요하므로 보조 공기흡입구를 통해 공기를 최대한 빨아 들여야 한다. 호버링 중에는 비행기가 전진 하지 않으므로 엔진으로 들어오는 공기흡입량이 충분하지 않으며, 본체 날개에서 양력을 얻을 수 없어 오직 엔진힘에 의존하여 공중에 떠있기 때문에 엔진을 최대출력으로 가동시킨다.

 네 개의 노즐은 각도 조절이 가능하며, 수평 0도 에서 하방 98도 까지 작동된다. 98도 까지 필요한 이유는 항공기를 정지시키기 위해 약간의 역추력이 필요하고, 필요시 후진과 회전이 필요하기 때문이다.

▲ 이 사진은 노즐을 후방으로 향하게 하고(수평비행시) 항공기 뒤에서 전방을 보고 찍은 사진이다. 가까운 부분(좌측)이 후방 부분이고, 우측이 전방 부분이다. 좌측 노즐 안쪽으로 엔진 터빈이 보인다.

 앞의 사진을 좀더 먼 거리에서 찍은 사진이다.

 전방 노즐이 아래로 향한 상태.

 시뮬레이션을 통해 헤리어가 수직이착륙 할 때의 공기 흐름과 온도를 나타낸 것이다.

 수직착륙중에 지상에서 발생한 먼지나 수증기가 엔진으로 빨려 들어가 사고의 원인이 되기도 한다. 또한 엔진에서 나온 공기가 다시 엔진으로 빨려 들어가면 엔진의 추력이 급격하게 저하되는데, 엔진에서 배출되어 뜨거워진 공기는 밀도가 낮고 산소가 부족하여 엔진이 꺼질 수도 있다. 

 수직이착륙시 이러한 엔진의 비정상 동작은 매우 치명적이다.

 실험기로 제작된 9대중 3대가 추락한 헤리어는 수직이착륙이 얼마나 어려우며, 결함에 민감한지를 반증하고 있다.
 
 공기흡입구에서 충분한 공기를 흡입하기 위해 인테이크(Intake)를 크게 하고 보조공기흡입구를 설치하였다. 헤리어기는 단발의 항공기로 엔진 인테이크는 매우 큰 형태이다. 이는 수직이착륙시 엔진 출력을 높이기 위해 많은 공기 흡입이 필요한 비행 특성 때문이다.

 그리고 인테이크 주변에 따로 보조 공기 흡입구를 두고있다.

 사진의 보조공기 흡입구 너머로 엔진 팬이 보인다.

 이러한 커다란 공기흡입구 형태로는 초음속 비행이 불가능하다. 초음속 비행을 위해서는 동체에 딱 달라붙은 공기 흡입구와 아음속과 천음속, 초음속에 맞는 가변의 인테이크를 사용해야 한다. 하지만 헤리어는 커다란 인테이크와 4개로 분산된 노즐 때문에 After Buner를 사용할 수 없어 초음속 비행이 불가능하다.
 
 그래서 해리어기의 최대 속도는 마하 0.9뿐이다.

 수직이착륙모드는 대개 5분 이내에 완료하여야 한다. 수직이착륙모드에서 엔진은 최대출력를 유지하며, 속도가 없이 저고도에 떠있어 엔진에 차가운 공기가 들어가지 않기 때문에, 이 상태에서 5분 이상 유지하면 엔진이 과열되어 엔진부품의 수명을 단축시키거나 지나칠 경우 고장을 유발하기도 한다. 

 수직이착륙기는 또 다른 골치거리가 있는데, 조종문제이다. 헤리어는 조종이 어려워 조종사에게 있어서 많은 경력과 숙련도를 요구한다. 헤리어는 통상의 항공기처럼 수평이착륙과 실속 속도 이상에서의 비행은 통상의 비행 조종과 같다. 하지만 수직이착륙과 단거리이륙착을 할 때는 조종면(에어론, 플랩, 러더 등)의 역할이 무의미하다. 전진 속도가 없으므로 조종면으로 공기가 흐르지 않게 되고 이는 아무리 조종면을 조작해도 항공기는 움직이지 않다는 것이다. 자동차가 달리지 않는 상태에서 핸들을 돌린다고 해서 자동차가 회전하지 않는 것과 같다. 수직이착륙, 단거리이착륙시에는 오히려 전투기 조종사이지만 헬기의 항공역학을 이해하여 한다. 그래서 실질적으로 대부분의 해리어 조종사들이 헬기 경력을 보유하고 있으며, 타 기종보다 많은 기종전환 훈련(조종사가 주기종을 바꾸어 임무를 맡을 때 하는 훈련) 시간을 요구하게 된다.
 
 항공기가 호버링(헬기처럼 속도 없이 공중에 떠있는 상태) 상태에서는 플랩, 에어론, 등이 작동하여도 항공기 움직임에는 아무런 영향을 미치지 못한다. 기본적으로 공기 압력을 받아야 하는데, 전혀 공기 흐름을 받지 않기 때문이다.

 그렇다면 어떻게 항공기를 기울이거나 회전시키거나 할 것인가? 하나의 예만 보면, 엔진의 압축 공기를 날개 끝에서 품어내어 자세를 제어한다. 우주비행선이 공기가 없는 우주에서 사용하는 조종 방식이다. 위 사진은 날개 끝에 장착된 제트 분출구이다. 동체에 달려있던 4개의 메인엔진 노즐로 비행기를(정지상태에서) 수평으로 회전(Yawing) 시켜주고, 날개 끝 중앙(사진의 우측)에 달린 Ejector는 비행기를 좌우로 기울여주는(Rolling) 역할을 한다. 이러한 공기제트 분출구는 전방부분과 꼬리부분에 또 있어서 Pitch(기수 들고 낮춤)조절을 하게한다. 이렇게 되면 항공기에서 필요한 3축 제어를 모두 할 수 있는 것이다.

 호버링을 하면서 서서히 착륙중이다. 호버링중에 수평자세를 유지하는 것은 매우 중요하다.

 위 도면은 수직이착륙기 F-35에 장착된 엔진이다. 여기서도 Roll Control Duct라는 것이 별도로 설치되어 호버링 중에 비행기 자세를 바꿀 수 있게 한다.

 위 도면은 JSF 프로그램의 X-32에 사용했던 수직이착륙엔진 형태인데, 여기서도 Roll Nozzle의 사용이 필요했다.

 과연 해리어는 세계유일의 수직이착륙기인가? 러시아에서도 헤리어와 유사한 Yak-38 항공기를 제작하였지만 널리 실용화 시키지는 못했다.

 이 항공기는 엔진을 3개 사용한다. 수직 이착륙용 엔진을 별도로 전방에 장착하여야 하는데, 이 두 엔진은 일반 비행시에는 전혀 쓸모가 없어서 무게증가와 공간만 차지 할 뿐이다.

 Yak-141 항공기다. 방식은 Yak-38과 동일하다. 사진에서 보다시피, 전방동체 부분에 두 개의 엔진이 작동하는 것이 보인다.

 이상 헤리어의 수직이착륙 원리에 대하여 설명하였다.
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