요즘 우주 기관 및 상업용 항공 우주의 주요 목표 중 하나는 우주 탐사 관련 비용을 줄이는 것입니다. 그러나 NASA와 같은 기관과 관련된 페이로드를 우주로 보내는 비용과 그로 인한 오염은 아닙니다.
항공과 관련된 비용 (경제적 및 환경 적)도 있습니다. 제트 연료도 저렴하지 않으며 상업 항공 여행은 인위적 온실 가스의 4 ~ 9 %를 차지합니다 (그리고 증가하고 있습니다). 이러한 이유로 NASA는 상업 산업과 파트너십을 맺고 2035 년까지 상용 항공기를 대체 할 연료 및 비용 효율적인 대안을 제공 할 것으로 기대하고 있습니다.
작동하는 전기 항공기를 만드는 데 필요한 많은 구성 요소가 다소 크고 무거 우므로 이는 심각한 문제입니다. 특히 NASA의 AAVP (Advanced Air Vehicles Program)는 전기 모터를 구동하기위한 전력을 제공하는 전기 시스템의 핵심 구성 요소 인 경량의 소형 인버터를 찾고 있습니다.
인버터는 전자 장착 시스템에 중요합니다. 엔진 장착 발전기에서 생성 된 교류 (AC)와 프로펠러로 구동되는 전기 모터를 고전압 직류 (DC) 전력으로 변환하기 때문입니다. 불행히도 발전기, 전력 변환 전자 장치, 모터 등의 전력을 생산하는 데 필요한 구성 요소는 역사적으로 항공기에 비해 너무 크고 무겁습니다.
필요한 리프트를 생성하는 데 필요한 에너지의 양이 더 무거운 전자 장치를 필요로하기 때문에 이는 수수께끼의 원인이됩니다. 따라서 NASA가 더 가벼운 전자 기기를 만들기 위해 최첨단 재료 과학을 조사하는 이유는 무엇입니까? 이를 위해 최근 최첨단 실리콘 카바이드 (SiC) 기술 개발의 세계적 리더 중 하나 인 GE (General Electric)와 1,200 만 달러 계약을 체결했습니다.
이 반도체 광물은 고온, 고전압 전자 장치 제조에 사용되며 GE는 NASA에서 지정한 크기, 전력 및 효율 요구 사항을 충족하기 위해이 반도체를 사용하기를 희망하고 있습니다. 이러한 사양은 여행 가방보다 크지 않고 메가 와트 (MW)의 전기를 생산할 수있는 인버터를 요구합니다.
NASA의 고급 항공 운송 기술 프로젝트 관리자 Jim Heidmann은 NASA 보도 자료에서 다음과 같이 설명했습니다.
“항공 역사상 중요한 시점에 있습니다. 비용, 에너지 소비 및 소음을 줄이면서 미국 기업을위한 새로운 시장과 기회를 여는 시스템을 개발할 수있는 기회가 있기 때문입니다. 미래의 승객과 항공사의 요구를 충족시키기 위해 올바른 기술을 사용할 수 있도록 업계 및 학계와 협력해야합니다.”
간단히 말해서, 메가 와트는 엄청난 양의 전기이며 그러한 종류의 전력을 안전하게 관리하는 것은 큰 도전입니다. 예를 들어 NASA는
그러나 최근 몇 년 동안 전자 및 하이브리드 엔진 기술 분야의 발전으로 인해 이러한 요구 사항에 도달 할 수있었습니다. NASA의 Glenn Research Center의 하이브리드 가스-전기 추진 하위 프로젝트 관리자 인 Amy Jankovsky는 다음과 같이 말했습니다.
“최근 재료 및 전력 전자 기술의 발전에 힘 입어 에너지 감소 전기 개념 개발에 직면 한 문제를 극복하기 시작했으며이 인버터 작업은 전기 항공기 추진 노력의 중요한 단계입니다. GE와의 파트너십은 미래 운송 항공기를 위해 메가 와트 급의 비행 중량 및 비행 준비 부품을 발전시키는 데 핵심적인 요소입니다.”
실리콘 카바이드는 재료 특성으로 인해 고전력 항공 응용 분야에 특히 유망합니다. 높은 작동 온도, 고전압 및 높은 전력 처리 용량을 제공합니다. 이러한 장점을 통해 엔지니어는 더 작고 가벼운 구성 요소를 설계하는 동시에 전력 출력을 높일 수 있습니다.
GE Research의 전력 책임자 인 Konrad Weeber는“우리는 상용 비행기를위한 하이브리드-전기 추진 구조를 가능하게하기에 충분한 전력을 변환 할 수있는 소형 가방 크기로 1 메가 와트의 전력을 기본적으로 포장하고있다. "우리는 전기 비행의 전력, 크기 및 효율 요구 사항을 충족하는 지상에서 인버터를 성공적으로 구축하고 시연했습니다."
이러한 전기 시스템의 개발은 현재 오하이오 주 샌더 스키에있는 NASA Electric Aircraft Testbed (NEAT)에서 이루어졌으며, 이전에는 NASA Glenn Hypersonic Tunnel Facility였습니다. 최초의이 재구성 가능한 테스트 베드는 2 인 항공기에서 20MW 여객기에 이르는 모든 항공기를 제작하는 전기 항공기 전력 시스템의 설계, 개발, 조립 및 테스트를 담당합니다.
5 월에 NEAT는 시설에서 이용할 수있는 엄청난 양의 전력 덕분에 최초의 메가 와트 규모 테스트를 수행 할 수있었습니다. NASA가 GE와 2 개의 주요 항공 우주 회사 인 보잉 및 유나이티드 테크놀로지 프랫 앤 휘트니와의 또 다른 유리한 파트너십을 발표 한 직후 메가 와트 규모의 비행 시연의 가능한 이점과 위험을 연구하기 위해 GE와의 최근 계약을 체결했습니다.
NASA의 Advanced Air Vehicles Program의 부국장 Barb Esker는 다음과 같이 말합니다.
"비행기 시연은 기술 개발의 중요한 부분입니다. 엔지니어와 업계 파트너는 항공의 전기 추진에 직면 한 문제를 해결하면서 현실적인 환경에서 문제를 해결하고 개념을 입증 할 수있는 기회를 제공하기 때문입니다."
기후 변화의 위협과 2050 년까지 세계 인구가 100 억 명에이를 것으로 예상된다는 사실 사이에서 대체 제조, 에너지 생산 및 운송 수단을 개발해야한다는 것이 분명합니다. 전기 자동차와 하이브리드 자동차와 함께 전기 비행기와 하이브리드 비행기를 기대할 수 있습니다.
