일본산업뉴스요약

소프트뱅크의 HAPS 개발 위기를 구한 돗판
성층권에서 사용할 수 있는 새로운 막 소재 공동 개발 1부

“자칫하면 개발이 중단될 수도 있다.” 소프트뱅크가 2017년부터 추진해 온 고고도 통신 플랫폼(HAPS: High Altitude Platform Station) 개발 과정에서 직면했던 절체절명의 위기. 그 위기에서 구해낸 소재가 있다. 그것은 바로 소프v트뱅크와 돗판홀딩스(Toppan Holdings)가 공동 개발한 초경량·고내구성의 HAPS 날개용 막 소재이다.

양사는 4월 27일, 이 막 소재와 함께 HAPS가 비행하는 고도 약 20km의 성층권 환경을 재현하는 평가 기법을 공동 개발했다고 발표했다. 소프트뱅크가 보유한 HAPS 관련 노하우와 돗판이 축적해 온 포장재용 필름의 고기능화 기술 및 건축자재(내장용 재료)의 내후성 평가 기술 등을 융합해 실현한 성과이다.

-- 성층권에서는 사용할 수 없어 --
'하늘을 나는 기지국'이라고 불리는 HAPS는 성층권에 체공하는 무인 항공기 등의 기체를 통해 통신 서비스를 제공하는 기술이다. 기체는 넓은 면적의 날개에 탑재된 태양전지로 생산된 전력으로 수개월 이상의 장기간 연속 비행이 가능하다. 소프트뱅크는 HAPS를 이용해 대규모 재해 발생 시 통신 복구와 산악 지역이나 낙도 등 기존 통신망의 전파가 닿기 어려운 지역에서의 서비스 제공을 예정하고 있다.

그러나 성층권은 지상과는 비교가 되지 않을 정도의 강력한 자외선과 고농도 오존, 더 나아가 -100℃에 가까운 극저온에 노출되는 극한 환경이다. 기존의 범용 필름 등을 막 소재로 사용하면 강도가 저하된다는 큰 문제가 있었다.

고정익형 HAPS는 1990년대에 미국항공우주국(NASA)이 그 기초를 완성한 기술을 베이스로 개발되고 있다. 소프트뱅크는 이 타입의 기체를 개발하는 미국의 AeroVironment와의 협업을 통해 2017년에 개발 프로젝트를 출범. 2029년 이후, 우선 적도 부근 지역을 시작으로 상용화하는 것을 목표로 개발을 추진하고 있다.

고정익형 HAPS는 추진력을 통해 양력을 얻는다. 낮에는 날개에 탑재된 태양전지로 발전해 비행하면서 잉여 전력으로 배터리를 충전한다. 밤에는 발전량이 제로가 되기 때문에 배터리에 저장된 전력을 사용해 비행한다. 그리고 낮과 밤 모두 통신 서비스를 제공하기 위해 탑재된 기지국에 전력을 공급해야 한다. 즉, 기체를 성층권에서 장기간 연속 비행시키기 위해서는 설계상 '에너지 수지'가 가장 중요한 포인트가 된다.

소프트뱅크 프로덕트 R&D 본부의 나카지마(中島) 수석연구원 담당부장은 "당사가 개발을 시작한 것은 이미 NASA가 기술을 개발한 지 20년 이상 지난 시점이었다. 아비오닉스(전자 장비)와 배터리, 태양전지 기술이 발전했기 때문에 에너지 수지 측면에서 성립할 수 있다고 보고 개발에 착수했다"라고 말했다. 그러나 기체를 실제로 비행시켜 본 결과, 전혀 다른 문제가 있다는 사실을 알게 되었다. 바로 대형 날개에 붙이는 막 소재였다.

소프트뱅크가 사용한 막 소재는 NASA가 개발품에 사용했던 것과 동일한 PVF(폴리불화비닐) 수지였다. PVF는 내후성과 내약품성이 뛰어나다는 특성을 가지고 있어 건축자재, 전자부품, 화학 플랜트, 항공기 등 폭넓은 용도로 사용되고 있다. 하지만 성층권이라는 극한 환경에서의 비행에서는 열화(劣化)가 발생했다. "전문 평가 기관에서 자외선을 조사해 강도 등의 열화를 측정한 결과, 성층권에서의 장시간 사용은 어렵다는 결론에 도달했다. 개발 초기에는 에너지 수지를 중요하게 생각했지만, 실제로는 소재가 더 중요하다는 사실을 깨달았다"(나카지마 부장)라고 한다.

-- 성층권 환경의 시험 설비를 개발 --
새로운 대체 소재를 찾아야만 하는 상황 속에서 소프트뱅크가 도움을 요청한 곳이 바로 돗판이었다. 우선 상황을 설명하고 사용 가능한 소재가 있는지 조사를 요청했다.

돗판으로부터 돌아온 답변은 부정적이었다. 소프트뱅크가 제시한 PVF와 같은 수준의 스펙을 가지고 있으면서 성층권 환경에서의 사용이 가능한 소재는 존재하지 않았던 것이다. 돗판홀딩스 기술개발본부 종합연구소의 와타나베(渡邊) 팀장은 "식품 포장재 중에는 -20℃에서 사용할 수 있는 소재는 있었지만, -100℃에서 사용할 수 있는 소재는 없었다. 시판 필름으로는 대응이 불가능하다고 판단했다"라고 당시를 회상했다.

그래서 돗판은 새로운 신소재 개발에 나섰다. 개발을 시작한 것은 2024년 12월. 필름 등의 소재에 인쇄나 라미네이트 가공을 통해 고도의 기능성을 부여하는 '컨버팅(Converting)' 기술과 건축자재 분야에서 쌓아온 내광성을 높이는 기술 등을 활용할 수 있을 것으로 판단했다.

개발 단계에서 소프트뱅크는 성층권에서의 HAPS 비행 시험을 통해 얻은 온도와 단파장 자외선(UVC) 노출 조건 등의 실제 환경 데이터를 제공하고, 경량화 등 날개용 막 소재의 성능 요건을 정의했다. 한편 돗판은 소프트뱅크로부터의 정보를 바탕으로 시험 설비를 새롭게 개발했다. 지상용 제품에 요구되는 내후성과 성층권의 내후성은 전혀 레벨이 다르기 때문이다. 기존의 내후성 시험기를 개량해 단파장 자외선과 오존을 발생시켜 평가할 수 있도록 했다.

"가장 어려웠던 것은 성층권 환경의 실태를 알지 못한다는 것이었다. 특히 -100℃의 저온 시험 환경을 구축하는 것은 생각보다 훨씬 힘들었다. 그것은 액체질소를 사용해야만 실현 가능하지만, 액체질소를 어떻게 사용해야 -100℃를 유지하면서 물성 평가를 진행할 수 있을지 몰라 많은 시행착오를 거쳤다"(와타나베 팀장)라고 한다.
 

-- 끝 --

Copyright © 2026 [Nikkei XTECH] / Nikkei Business Publications, Inc. All rights reserved.