NASA 랭글리 연구센터: 항공 혁신 선도

현재 랭글리 연구센터로 알려진 시설은 NASA의 전신인 NACA(국가항공자문위원회) 하에 1917년 설립되어 미국 최초의 민간 항공 연구소가 되었습니다. 그해 말 햄프턴 버지니아주 랭글리 필드 근처에서 건설이 시작되었습니다.

1931년에는 당시 세계 최대 풍동인 30×60피트 시험부를 가진 랭글리 전규모 풍동이 완공되었습니다. 이 풍동은 당시 풀사이즈 항공기 전체를 연구할 수 있었고, 2차 세계대전 시기 거의 모든 미국 전투기 설계의 항력 정리 연구에 기여했습니다. 전규모 풍동은 이후 머큐리 우주 캡슐, 달착륙 시험체, F-16, 초음속 수송기 개념, 우주왕복선 등을 테스트했습니다.

랭글리의 국가 초음속 시설은 액체 질소를 사용하여 비행 조건을 더 가깝게 모델링하며 세계에서 가장 정확한 풍동 데이터를 제공합니다. 1980년대 초 운영 시작 이래 보잉 777, 767, 우주왕복선 발사 구성, 비즈니스 제트 개념, 오리온 발사 중단 시스템 등에 데이터를 제공해 왔습니다.

NASA가 사람을 우주에 보내는 과제에 직면하면서 랭글리도 기여했습니다. 랭글리에 있던 우주태스크그룹(1960년대 초 휴스턴으로 이전 전까지)은 미국 초기 우주 프로그램을 계획했습니다. 랭글리 직원은 달착륙 시설을 설계했습니다. 250×400피트 길이의 트러스 구조 갠트리에 달착륙선이 케이블 시스템으로 매달려 착륙선의 무게 중 1/6만 지지하도록 하여 모든 아폴로 우주비행사의 달착륙 훈련에 사용되었습니다. 아폴로 프로그램이 종료되자 시설은 계측된 풀사이즈 항공기와 헬리콥터를 매달아 추락 조건으로 방출하여 항공기 충돌 생존성을 개선하는 용도로 전환되었습니다. 오리온 개념 개발과 함께 시설은 오리온 착륙 시 토양 위와 수중 착륙(수중 충격 분지 추가) 시 스트레스를 이해하는 데 사용되었습니다.

1960년대 중반, 랭글리는 제미니와 아폴로 우주비행사 훈련을 위한 랑데부 및 도킹 시뮬레이터를 설계했습니다. 시스템은 랭글리 연구 격납고 천장에서 풀사이즈 제미니와 이후 아폴로 캡슐을 매달았습니다. 시뮬레이터는 이후 해체되었지만 현수 시스템은 격납고 천장에 남아 있습니다.

오늘날 랭글리는 다양한 비행 시뮬레이터, 풍동, 실험실, 계산 소프트웨어로 NASA의 항공 탐사, 과학, 우주 기술 목표를 지원합니다.

항공

해안 간 초음속 상업 항공편을 가능하게 하거나 항공기를 더 안전하고 조용하며 연료 효율적으로 만드는 등, 랭글리의 항공 전문가들은 아이디어를 도면에서 현실로 이끌어갑니다.

FAA(연방항공청)와 협력하여 랭글리 연구원들은 항공기 추락 안전성을 평가하는 데 도움이 될 테스트를 수행했습니다. 사망자 감소를 목표로 연구원들은 랭글리의 착륙 및 충격 연구 시설에서 풀사이즈 F-28 포커 수송기를 떨어뜨려 내일의 혁신적인 항공기 표준을 설정할 컴퓨터 모델용 충돌 생존성 측정 데이터를 생성했습니다.

NASA는 저소음 초음속 비행 시연 임무를 통해 미래의 조용한 초음속 비행 가능성을 지속적으로 열어가고 있습니다. 이 임무를 위해 랭글리는 X-59 조용한 초음속 기술 항공기 개발에 대한 관리 책임을 공유하고, 미국 여러 커뮤니티에서 X-59 소음에 대한 반응을 평가하기 위한 계획을 주도하고 있습니다. 이는 초음속 육상 비행 금지를 해제하기 위한 한 걸음입니다.

랭글리 연구원들은 X-59의 외부 비전 시스템을 성공적으로 테스트했습니다. 이는 전방 조종석 창을 센서, 카메라, 컴퓨터 디스플레이 조합으로 대체하여 조종사에게 전방의 증강현실 뷰를 제공합니다. 올해 예정된 X-59의 첫 비행에 대비할 준비가 될 것입니다.

랭글리는 새로운 효율적인 항공기 개념을 테스트하고 완전 전기 기술을 연구하여 비행을 더 깨끗하고 조용하게 만듭니다. 보잉과 함께 랭글리 연구원들은 더 연료 효율적인 항공기로 이어질 수 있는 초음속 트러스 버팀날개 모델을 설계, 제작, 테스트했습니다. 또한 NASA 최초의 완전 전기 실험기인 X-57 맥스웰의 설계 방법과 분석에 기여했습니다.

저렴한 전기 드론이 시장에 넘쳐나고 기업들이 에어 택시와 자율 개인 항공기 같은 개념에 자금을 투입하면서 새로운 항공 시대가 열리고 있는 것 같습니다. 랭글리에서 개발된 드론 안전 도구는 무인 항공기(UAV)의 실용적 문제를 다룹니다: UAV가 비행하지 말아야 할 곳에 비행하지 않게 하는 방법, 서로 충돌하지 않게 하는 방법, 비상시 안전하게 착륙하도록 돕는 방법.

새로운 항공기가 도심에서 어떻게 작동할지 이해하기 위해 연구팀은 헬리콥터처럼 이륙하는 전기 비행기인 랭글리 에어로드롬 8호를 만들었습니다. 3D 프린팅 부품으로 제작된 이 무인 차량은 랭글리의 12피트 저속 풍동에서 테스트되었습니다. 자율성 외에도 랭글리는 새로운 항공기에 필수적인 여러 문제를 탐구합니다: 항공 교통 관리, 비행 금지 구역, 통신 및 유도 시스템, 안전 비행 절차, 소음 억제.

랭글리는 항공기 소음 감소를 위한 어쿠스틱 라이너의 두 가지 새로운 구현도 개발했습니다. 좁은 공간 내의 곡선 채널을 장착하여 소음 감소를 제공합니다. 두 구현은 플랩 측면 가장자리 라이너와 착륙 장치 도어 라이너로 기체 소음 감소용입니다. 이 애플리케이션에서 어쿠스틱 라이너는 주로 착륙 시 발생하는 항공기 소음을 줄이도록 설계되어 항공기가 점점 엄격해지는 공항 소음 제한을 준수하는 데 도움이 됩니다.

우주

랭글리는 혁신가, 설계자, 과학자, 엔지니어를 모아 작은 탑재체를 빠르고 효율적으로 우주로 보냅니다. 소형 위성(스몰샛) — NASA 정의로 180kg(397파운드) 이하 우주선 — 은 우주 임무 비용 절감과 우주 접근성 확대로 과학과 인간 탐사를 발전시키는 데 도움이 됩니다.

방사선 보호 시연인 Shields-1은 랭글리의 첫 성공적인 자유비행 스몰샛 프로젝트가 되었습니다. 2018년 로켓랩 발사에 탑승하여 다른 시연 및 실험들과 함께 궤도에 진입했습니다. Shields-1은 랭글리에서 개발된 새로운 차폐 물질을 테스트했습니다.

강력한 SLS(우주 발사 시스템) 로켓이 개척적인 NASA 임무를 시작할 것입니다. 랭글리의 항공과학 팀은 센터의 단일 계획 풍동, 14×22피트 아음속 풍동, 국가 초음속 시설 풍동에서 구성들을 테스트했습니다.

NASA의 성공적인 상승 중단-2 시험 비행은 곧 달과 언젠가 화성으로 임무를 떠날 우주비행사들을 보호하기 위한 중요한 단계였습니다. 랭글리에서 관리하는 오리온 발사 중단 시스템 프로그램이 필요시 중단 시스템이 준비되도록 할 것입니다.

컴퓨터 마우스 절반 크기인 SCALPSS(달 표면 연구용 스테레오 카메라)는 올해 인튜이티브 머신즈 노바-C 달착륙선 탑재체로 달로 향할 것입니다. 네 개의 작은 카메라는 우주선이 달에 착륙할 때 우주선 아래에서 무슨 일이 일어나는지 NASA 연구원들에게 보여줄 것입니다. SCALPSS는 착륙선이 최종 하강하고 달 표면에 착륙할 때 착륙선의 로켓 기류가 형성하는 분화구에 대한 중요한 데이터를 제공할 것입니다.

SCALPSS 데이터는 후속 착륙에 정보를 제공할 컴퓨터 모델을 제공할 것입니다. 착륙선 바닥 주변에 배치될 SCALPSS 카메라는 착륙선의 뜨거운 엔진 기류가 달 표면과 상호작용하기 시작하는 정확한 순간부터 분화구 형성을 모니터링하기 시작합니다. 카메라는 착륙이 완료된 후까지 이미지를 계속 캡처합니다. 소형 온보드 데이터 저장 장치에 저장된 후 착륙선으로 다운링크되어 지구로 전송될 최종 스테레오 이미지는 연구자들이 분화구의 최종 모양과 부피를 재구성할 수 있게 합니다.

랭글리는 우주에서 로봇 건설을 위한 기술도 개발하여 더 길고 먼 임무를 가능하게 합니다. 경량 표면 조작 시스템은 달에 탑재체를 착륙시키기 위해 선정된 기업들이 사용할 것입니다. 궤도 서비스, 조립, 제조 프로젝트 세트를 통해 연구자들은 로봇과 자율성을 사용하여 달과 우주에서 인프라를 구축하는 방법을 배울 것입니다.

라이다

광검출 및 거리 측정(LiDAR)은 NASA를 위한 강력하고 다재다능한 도구로 부상했습니다. 랭글리는 실시간 지형 매핑과 합성 비전 기반 항법을 위한 플래시 라이다를 개발했습니다. 비디오 속도로 획득한 3D 이미지 시퀀스에 내재된 정보를 활용하기 위해 랭글리는 이 이미지 시퀀스를 고해상도 3D 합성 이미지로 처리하여 동시에 보정, 향상, 상대 운동을 도출할 수 있는 임베디드 이미지 처리 알고리즘도 개발했습니다.

전통적인 스캐닝 라이다 기술은 이미지 한 프레임을 생성하기 위해 한 번에 한 레이저 펄스 per 픽셀로 이미지를 래스터 스캔하는 반면, 플래시 라이다는 일반 카메라처럼 단일 레이저 펄스로 이미지를 획득합니다. 플래시 라이다의 이점은 로봇 시스템을 위한 자율 비전 기반 유도 및 제어를 가능하게 합니다.

항법 도플러 라이다(NDL)는 행성체에서 안전하고 정밀한 착륙을 보장하기 위해 고려되고 있습니다. NDL은 차량 속도와 위치를 정확하게 측정하여 NASA가 최초의 여성과 다음 남성을 달에 착륙시키는 데 도움을 줄 수 있습니다.

기술

• 원격 비침습 심장 활동 추적기(RENCAT) — 이 레이저 진동계 센서는 심장 활동을 원격으로 비침습적으로 모니터링합니다. 구체적으로 심장 판막/심실의 개폐 주기(심장 주기)를 측정합니다. 이 장치는 환자 의복의 간섭 없이 심장 부위에서 떨어진 곳에서 정확한 크기와 타이밍 정보를 제공합니다.

• 곤충 부착 완화를 위한 소수성 에폭시 코팅 — 플루오린화 알킬 에테르 함유 에폭시는 방충 코팅 역할을 합니다. 항공기 효율 개선을 위해 개발되었지만 자동차 및 풍력 에너지 산업 등 곤충 잔여물 부착 감소가 바람직한 다양한 애플리케이션에서 유용할 수 있습니다.

• 번개 완화 및 손상 감지 — 특허받은 SansEC 센서 기술은 공진 응답 변화에 기반하여 센서 근접 물리적 물질의 전기 임피던스를 측정할 수 있는 입증된 무선 센싱 플랫폼입니다. 이 센서는 번개 전류를 분산시켜 번개 손상을 완화하는 독특한 특성을 보입니다. 터빈 블레이드 애플리케이션에서 SansEC 센서 어레이는 복합 블레이드 표면적을 커버하여 번개 완화와 손상 감지를 모두 제공합니다.

• 전기 연결 없는 무선 온도 센서 — 이 센서는 전기 연결이 필요 없으며, 유전체 변화를 측정하는 SansEC 센서 플랫폼을 기반으로 합니다. 센서는 손상 내성이 있고 유연하며 정밀하고 저렴합니다. 유망한 애플리케이션 중 하나는 타이어 온도 센서입니다.

• 3D 프린터 테스트 스테이션 — 압출 적층 제조 공정에서 재료 증착과 층 간 접착을 실시간으로 테스트할 수 있는 테스트 스테이션이 개발되었습니다. 이 기술은 3D 프린팅 과정에서 부품 품질 모니터링 문제를 해결합니다. 참신한 점은 부품이 제작되는 동안 실시간으로 테스트가 이루어진다는 것입니다.

• 의약품 포장 및 모니터링용 무선 센서 — SansEC 센서는 물리적 접촉 없이 의약품 애플리케이션에 사용될 수 있습니다. 용기의 액체 또는 분말 레벨, 내용물 온도, 변질로 인한 변화 등 많은 속성을 모니터링할 수 있습니다. 변조도 감지할 수 있습니다.

기술 이전

랭글리 연구센터의 기술 지식과 데이터는 상용화를 위해 라이선스 취득자에게 제공됩니다. NASA 라이선싱 컨시어지에 Agency-licensing@nasa.gov 또는 202-358-7432로 연락하여 라이선스 논의를 시작하세요. NASA 랭글리에 대해 더 알아보기 여기.