전기모터의 동력원인 배터리가 너무 무겁다는 것, 그리고 배터리의 에너지 밀도가 낮아 항공기 추진에 필요한 파워를 제공할 수 없다는 점이었다.
항공기의 특성상 이 문제를 해결하지 못하면 치명적 대가를 치러야 한다.
비행 중 전력이 고갈되면 추락이 불가피한 탓이다.
미국 오리건주 포틀랜드 소재 항공기업 볼타 볼라레의 최고경영자 폴 피터슨은 지난 몇 년간 상용 전기자동차와 하이브리드카의 전기모터 및 배터리가 나날이 작고, 강하고, 고효율화 되고 있음에 주목했다. 그 정도면 전기항공기, 아니 최소한 하이브리드 전기항공기에 채용해도 무방했다.
이렇게 개발된 4인승 하이브리드 전기항공기 'GT4'가 올 봄 시험비행에 나선다. 이 항공기의 동력전달장치는 쉐보레 볼트 전기차와 유사하다. 메인 엔진 격인 전기모터와 배터리, 이를 보조할 휘발유 엔진으로 구성된다.
전기항공기는 일반 항공기 대비 운용비가 눈에 띄게 저렴하다. 단발 엔진의 개인용 전기항공기는 320㎞ 비행에 약 20달러의 전기료가 들지만 경비행기는 80달러어치의 항공 휘발유를 소모한다. 또한 전기모터는 움직이는 부품이 하나밖에 없어 유지보수비도 제로에 가깝다. 피터슨은 이런 비용적 이점에 더해 공동소유 방식의 마케팅을 전개하면 개인용 항공기에 대한 대중들의 접근성이 한층 강화될 것으로 보고 있다.
프로펠러 추진식 선미익기
엔지니어들은 설계 초기부터 프로펠러 추진식 선미익기(先尾翼機)를 표방했다. 때문에 GT4는 동체 앞쪽에 꼬리날개가 위치하고 최후방의 프로펠러가 추진력을 제공한다. 주 날개, 선미익, 수직안정판 등 날개가 3개나 있어 배터리 수납공간이 충분하다.
탄소 복합 소재 프로펠러
GT4의 4엽식 후방 프로펠러는 탄소 복합 소재로 제작됐다. 이 소재는 금속이나 나무보다 가볍지만 전기모터가 생성한 강력하고 지속적 회전력을 견딜 만큼 강하다.
하이브리드 시스템
GT4는 이륙 후 오직 배터리 전력만으로 480㎞를 비행한다. 배터리 잔량이 25% 이하로 떨어지면 휘발유 엔진이 가동, 발전을 통해 배터리를 재충전한다.
전기 모터
소형 모터 두 개를 하나로 합친 전기모터가 알루미늄 소재 외피에 밀봉돼 있다. 최대 600마력의 힘을 발휘하는데 비행 중에도 400마력의 유지가 가능하다. 특히 내연기관은 정기점검 시 전문 정비사가 엔진을 분해해 점검한 뒤 재조립하기까지 1주일이 걸리지만 GT4의 전기모터는 USB 케이블로 항공기와 노트북을 연결하는 것만으로 즉각 상태가 파악된다.
전기자동차용 배터리
236개의 셀로 구성된 중량 400㎏의 리튬이온 배터리가 채용돼 있다. GT4의 하이브리드 파워트레인은 중량이 당초 탑재될 예정이었던 휘발유 엔진보다 가볍기 때문에 엔지니어들은 배터리를 추가 장착해 동체의 무게중심을 맞췄다. 피터슨의 설명이다.
"과거의 조종사들은 무게중심을 잡으려고 산탄(散彈)이 든 가방을 화물칸에 실었어요. 우리는 산탄 대신 배터리를 사용했죠."
백업용 휘발유 엔진
1.5ℓ급 슈퍼차저 휘발유 엔진이 전기모터를 백업한다. 동체 중앙부에 87ℓ 용량의 연료탱크가 들어있으며 여기에 무연휘발유를 가득 채워놓으면 최대 1,600㎞를 더 비행할 수 있는 전력이 생산된다.
제작사인 볼타 볼라레는 앞으로 배터리 성능이 더 향상될 경우 GT4의 휘발유 엔진을 제거하고 완전한 전기비행기로 탈바꿈시킬 계획이다.
선미익기 (canard airplane) - 수평 꼬리날개가 동체의 앞부분에 채용된 항공기.
STORY BY Seth Fletcher
ILLUSTRATION BY Daniel Schumpert and Jason Briney
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