멀티콥터
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멀티콥터(multi-copter)는 기체(회전익항공기)에 로터(회전날개 또는 프로펠러)를 2개 이상 이용해 이착륙, 추진 그리고 회전하는 항공기이다. 싱글 로터인 경우는 특히 헬리콥터라고 한다.
프로펠러의 숫자에 따라 바이콥터(2개), 트리콥터(3개), 쿼드콥터(4개), 헥사콥터(6개), 옥토콥터(8개)로 분류할 수 있다. 또한 네 개의 로터(회전날개)를 이용해 뜨고 추진하는 쿼드콥터(quadcopter)는 대중적으로 저렴한 비용으로 널리 보급되었으며 비행조건이 안정적인것으로 평가를 받는 멀티콥터이다.
각 로터는 연직 아래를 향해 있으며 이들 로터의 회전 속도를 조절함으로써 멀티콥터의 움직임을 제어할 수 있다.
한편 이러한 멀티콥터를 2대 이상 연동하여 운전하는 경우는 별개로 비행 조정술에 해당한다고 할 수 있다.
목차
개요[편집]
멀티곱터는 3개 이상의 모터 및 프로펠러나 로터를 가진 비행체의 통칭이다.
보통 '드론'이라고 말하면 이걸 생각하는 경우가 많은데 엄밀히 말하면 '드론'은 무인기 전체를 통칭하는 용어이며, 멀티콥터는 프로펠러 숫자에 따라 분류하는 개념이다. 따라서 드물지만 사람이 탑승하는 유인 멀티콥터도 있다. 다만 멀티콥터 분야에서 대중화된 것은 소위 '드론'이라고 불리는 '소형 무인 멀티콥터'를 의미하므로 이 문서의 대다수 서술은 거기에 초점이 맞춰져 있다.
사람이 타는 정도의 대형 헬리콥터는 멀티콥터인 경우가 거의 없는데, 크기가 그정도로 크면 공기역학적으로 주날개와 꼬리날개, 합쳐서 2개의 로터면 충분하기 때문이다. 로터는 많을수록 각각의 효율이 떨어지기 때문에 크기가 큰 헬리콥터에는 굳이 로터를 더 많이 달 이유가 없다. 소형 헬리콥터에 멀티콥터가 많은 이유는, 크기가 작기 때문에 안정성이 떨어지며 로터의 효율을 희생하더라도 갯수를 늘려 안정성을 확보하는게 좋기 때문이다.
무인기는 아무래도 크기가 작게 설계되는 경우가 많은데, 위와 같은 이유로 소형 무인기는 자연스럽게 멀티콥터로 나오는 경우가 대부분이다. 반대로 멀티콥터도 작은 헬리콥터에 주로 쓰이다보니 자연스레 소형 무인기가 차지하는 비중이 크게 높아졌다. 사실상 '드론'과 '멀티콥터'가 가리키는 대상이 거의 겹치는 것도 이러한 이유이다.
종류[편집]
멀티콥터의 프로펠러 숫자에 따른 분류는 대충 다음과 같다.
- 3개: 트라이콥터
- 4개: 쿼드콥터, X콥터, Y4콥터
- 6개: 헥사콥터, Y6콥터
이보다 더 많은것들도 있으며, 프로펠러의 수와 배치형상에 따라 이름이 붙는다. 모터가 위아래로 쌍으로 붙는 제품도 드물게 존재는 하는데 멀티콥터는 구조상 가변 로터 피치 적용이 어려우므로 배면 비행이 안된다. 그래서 위아래로 프로펠러가 설치된 멀티콥터는 모터를 2개 붙이거나 아예 모터를 역회전시켜 보완하는 형식이다. 역회전이 가능한 이유는 기본적으로 쿼드콥터 변속기가 고속 제어가 가능한 점도 있지만 로터가 2개인 일반 R/C헬기보다 날개 크기가 극단적으로 작기 때문이다. 때문에 아직까진 소형 기체만 역회전을 통한 배면 비행이 가능하다. 물론 중형급 기체도 존재하는데 옥타콥터 같이 날개가 작고 여러개 붙어 있는 제품 형태로 구성되어 있어 가격이 비싼편.
일반적으로 쿼드콥터나 X콥터가 많이 쓰이는데, 모터가 적게 들어가서 자재비가 적게 들고 자세제어가 직관적이라 제어코드 짜기가 쉽기 때문이다. 트리콥터의 경우는 호버링을 시키려면 꼬리에 서보 모터를 달고 세팅을 하는 등 약간 귀찮은 일을 해야한다. 큰 추력이 필요하면 각 방향에 모터를 하나씩 더 달아서 옥타로 개조하기도 쉽다.
사실 Roll, Pitch, Yaw 등 항공기의 기본 3축에 대한 제어를 하면서도 안정적인 자세로 비행할 수만 있다면 어떻게 만들든 상관 없다. 다만 플립 등 곡예비행을 위해 일부러 안정성을 떨어뜨리기도 한다.
역사[편집]
생각외로 멀티콥터는 상당히 오래전부터 존재했다. 하지만 대중화가 된 건 2010년대 후반부터인데 이는 드론이 그즘에서야 대중에게 알려졌기 때문이다. 전 세계적으로 대중에게 첫번째로 알려진건 일본 대지진인 도호쿠 대지진이다. 당시 발생한 쓰나미로 인해 후쿠시마 원자력 발전소 사고가 일어났고 사람이 접근할 수 없는 상황에서 유일하게 상황을 볼 수 있는 장비로 무인 장비 중에 드론이 쓰이면서 드론의 효용성이 세간에 알려졌다. 사고 현장은 방사능이 강력한건 둘째치고 각종 장애물과 쓰레기들이 다른 장비들의 접근을 어렵게 만들었기 때문이다. 하지만 드론의 경우 배터리만 충분하면 하늘에서 상황을 확인하고 감시하기 좋았으며 뭣보다 이동에 제약이 없기 때문에 접근성이 매우 좋았다.
그 결과 세계적으로 드론을 취미용 이외로도 생각하게 되는 계기가 되었다. 그리곤 몇년 뒤에 미국 최대 인터넷 쇼핑몰 업체인 아마존닷컴이 드론으로 택배사업을 하겠다는 계획을 내놓고 그 뒤로 중국 최대이자 세계 1위의 거래량을 자랑하는 알리바바 그룹에서도 드론으로 택배 사업을 하겠다는 공식 발표를 하였다. 그리고 이를 관심있게 본 중국 당국에서도 드론 사업을 차세대 미래사업 부분으로 직접 지정하면서 2014년도부터 전폭적인 산업 지지를 받게 되었다.
중국 당국이 제시한 조건은 매우 파격적이었는데, 드론 사업을 한다고 하면 외국인에게 까지 공장건설을 위한 부지 대여와 대출까지 지원했다. 덕분에 고급형부터 저가형까지 드론 홍수가 시작되었으며 2015년도에 들어서는 10만원 이내의 중국산 초저가 드론이 시장에 풀리게 되었다. 저가 드론이 시장에 많이 퍼지자 대한민국 뿐만 아니라 전 세계적으로 드론의 부흥기가 오게 되었다. 심지어 짝퉁까지 이에 맞춰 우리나라도 2016년부터 본격적인 드론 개발을 위한 공역이 지정되어 있다.
예전에는 일반적인 R/C에 이용되는 변속기나 수신기를 이용할 수 없었으나, 현재는 여러가지로 개발되어 R/C에 대한 기본지식만 있으면 별 어려움없이 만들어 날릴 수 있다. 전용 기판도 출시되었고, Arduino 기반으로 자작하여 날리는 사람들도 많다. 아두이노 프로젝트로는 대표적으로 Multiwii가 있다.
드론에 부흥에는 여러가지 요소가 있지만 단순히 비행체를 날리고 싶어서 하는 사람도 있고, 촬영용으로 활용하는 수요가 많은 점도 있다. 드론의 추력만 충분하다면 카메라를 싣고 공중 촬영도 가능하다. 지상파 방송을 비롯한 각종 TV 프로에서 드론 촬영을 도입하기 시작했으며 상당히 대중화된 현재에는 유튜버가 자신의 영상 촬영을 위해 드론을 활용하기도 한다. 이제는 무인항공촬영의 대부분을 멀티콥터 드론이 담당하고 있다.
내공이 깊은 동호인은 초음파센서, 지자기센서 등등 여러가지 센서를 이용하기도 하고, GPS를 달아 자동 경로비행을 시키기도 한다. 혹은 비행 프로그램을 짜서 구름위로 날려올리기도 한다. 다만 원칙적으로 150m 이상은 아예 무인기나 항공기로 등록을 하지 않는 이상 불법이다.
비행 원리[편집]
멀티콥터는 이름대로 기본적으로 헬리콥터이며, 회전날개(로터)를 회전시켜 발생하는 양력으로 비행한다.
전후좌우로 움직이는 것도 헬기와 마찬가지로, 이동하려는 방향으로 로터를 기울이면 양력의 일부가 추력으로 작용하여 움직이게 된다.
단 로터가 1~2개인 일반 헬리콥터와 달리 멀티콥터는 로터가 여럿이기 때문에, 로터 자체를 기울이는 것이 아니라 로터들의 회전수를 조절하여 기체가 기울도록 한다. 예를 들어 쿼드콥터를 앞으로 나가게 하려면, 전방의 두 로터를 천천히 회전하게 하면 기체 앞면은 내려가고 뒷면은 올라가므로 후방으로 추력이 발생해 콥터가 전진하게 된다.
제자리에서 회전(rotate)할 때도 로터의 회전수를 조절하는데, 이는 추력이 아니라 회전하는 로터의 각운동량(angular momentum)을 이용하는 것이다.
쿼드콥터의 경우 평소 로터 두 개는 시계방향, 두 개는 반시계방향으로 회전함으로써 각운동량이 서로 상쇄되도록 하는데, 이 중 시계방향으로 회전하는 로터의 회전수를 낮추면 반시계방향의 각운동량이 작용하여 기체가 반시계방향으로 회전하게 된다. 물론 반대도 마찬가지.
위에서는 설명을 간단히 하기 위해 로터 회전수를 낮춘다고만 했지만, 실제로는 회전수를 낮춘 로터를 제외한 로터들의 회전수를 동시에 올려주지 않으면 양력 저하로 콥터가 하강하게 된다. 이처럼 멀티콥터의 제어는 인간이 수동으로 하기는 꽤 어려우며, 대부분의 동작이 컴퓨터에 의해 제어된다. 예를 들어 인간 조종사가 조종 스틱을 앞으로 밀면 드론이 앞으로 전진하는 것은, 드론의 컴퓨터가 스틱의 입력을 받아 <전면 로터 회전수 10% 감소, 후면 로터 회전수 10% 증가>라는 제어 출력을 내놓음으로써 행해지는 것. 물론 오늘날엔 유인 항공기의 경우도 FBW 시스템이 기본이라, 이는 멀티콥터에 한정된 것이 아니긴 하다.
전기 모터 기반으로 제작되는 이유[편집]
경량화 및 소형화하기 쉽기 때문이다. 엔진은 애초에 실린더와 크랭크 때문에 일정 부피 이하로 축소할 수 없고, 설령 축소한다 해도 엔진이 가지는 복잡한 구조라는 한계 때문에 일정 수준 이상으로 소형화할 경우 가격이 떨어지기는커녕 오히려 올라가게 되지만, 모터는 간단한 구조로 아주 작은 모터를 굉장히 저렴하게 손에 넣을 수 있고 높은 내구성과 추중비를 보이므로, 450급 혹은 1kg 이내의 소형 기체는 회전익기건 고정익기건 자동차건 보트건 기종을 불문하고 전동이 유리하다.
심지어 대형 기체에서도 간단한 구조로 인한 높은 내구성과 뛰어난 정비성, 매연이 없고 진동과 소음이 적은 등의 장점으로 인해, 배터리의 낮은 에너지밀도로 인한 비행시간의 한계에도 불구하고 전동을 택하는 경우가 많아지고 있다. 정 장거리나 장시간 비행이 필요하면 아슬아슬할 때까지 배터리를 올리거나 아예 연료전지를 달고 연료를 이용해 발전하면서 그 전기로 모터를 돌릴 만큼 멀티콥터는 전동화에 필사적이다.
특히 멀티콥터만 더 전동에 의존하는 이유라면 반응성. 전기모터는 esc만 달아주면 전기신호로 재깍재깍 모터의 회전수를 바꿀 수 있지만, 엔진은 크랭크의 관성과 흡기밸브 조정 등 여러 이유로 인해 스로틀 리스폰스가 늦다. 게다가 일정 수준 이상 커지지 않는 한 저렴한 모터에 비해 엔진은 크기가 작건 크건 비싸므로, 큰 엔진 하나로 돌리는 헬리콥터가 작은 엔진 여러 개로 돌리는 멀티콥터보다 더 저렴하니 엔진을 쓴다면 멀티콥터를 고집할 이유가 없어진다.
R/C 분야에서만 멀티콥터가 많이 보이는 이유[편집]
일반적인 싱글로터 헬리콥터의 스와시플레이트를 통한 콜렉티브/사이클릭 피치 조절로 자세제어를 하는 구조는 이미 20세기 초 자이로콥터의 개발과 함께 완성되어 있었다. 초창기 헬리콥터에서는 로터의 토크 상쇄를 위해 2개 이상의 메인로터를 사용하는 경우가 있었지만, 터보샤프트 실용화 이전의 피스톤 엔진은 중량 대비 출력이 떨어져 복잡하고 무거운 변속기와 동력전달구조 및 제어체계가 필수적인 멀티콥터를 만들기 힘들었다. 이후 기계적으로 훨씬 단순하고 가벼운 테일로터 방식이 대세가 되면서 대부분의 헬기는 1개의 메인로터를 사용하게 된다.
또한 공기역학적으로 1개의 대형 로터를 1/n면적의 소형 로터 n개로 나눈다고 1개의 대형 로터와 동일한 추력을 내진 않는다. 로터의 회전 면이 좁아질 수록(로터 자체만 보자면 로터 깃의 길이가 짧아질 수록) 공기역학적인 비효율성이 증가한다. 여기에 사람이 타는 대형 헬기는 이착륙장의 크기나 격납고의 크기도 생각해야 하는데 멀티콥터가 되면 차지하는 면적이 장난 아니게 되어버린다. 그렇다고 로터의 크기를 작게 유지하는 대신 RPM을 올려버리면 일단 효율성이 떨어지는건 둘째치고 후류가 너무 강해져서 이착륙장 주변이 멀티콥터가 뜨고 내릴때마다 난리가 나게 되어 버린다.
단순히 R/C용 쿼드콥터의 크기를 키우고 전기모터가 아니라 내연기관을 사용해 사람이 타는 크기의 쿼드롭터를 만든다면 단순 계산으로 각 로터 장착부마다 비싸고 무거운 엔진 1개, 변속기 1개, 그리고 복잡하고 무거운 가변피치 로터가 1개씩 달려야 하므로 비효율적이기 짝이 없다. 물론 변속기를 1개로 단순화 하는 방법이 있다. 엔진을 동체 가운데에 탑재하고 여기에 변속기를 물린 다음, 그 변속기에 4개의 구동축을 물려서 각 로터는 이 구동축 하고만 연결하게 하는 방법이다. 이러면 엔진 1, 2개만으로 4개 이상의 로터를 돌릴 수 있다. 또한 엔진이 2개 이상인 경우, 엔진이 1개 고장나도 나머지 엔진 1개가 어쨌거나 각각의 로터에 동력을 전달한다.
그러나 대부분의 현용 헬리콥터는 주 동력원으로 제트엔진의 일종인 터보샤프트를 쓰고 있다. 헬기들은 자체 동력만으로 자체 중량 + 추가 하중을 부양시켜야 하며, 때문에 1차적으로 가능한한 가볍게 설계 되어야만 한다. 이런 이유로 중량 대비 출력이 높은 터보샤프트 엔진을 사용하는데 문제는 터보샤프트 엔진은 자세 제어가 가능할만큼 신속하게 회전수 제어를 하기도 힘들 뿐더러, 최적 회전수 영역도 대단히 좁다는 단점까지 가지고 있다는 것이다. 따라서 RC용 전동 멀티콥터와 같이 각 로터의 개별 RPM을 고속으로 제어하는 방식은 쓸 수 없으며, 최소한 추력 제어를 위한 로터 깃 각도를 바꿀 수 있는 관절은 필요하다. 결국 1~2개의 메인로터만을 가지는 일반적인 헬리콥터가 3개 이상의 로터를 가진 멀티콥터에 비해 오히려 더 많은 부품수와 복잡한 구조를 갖게 된다. 실제로 헬리콥터는 로터 회전수를 일정 수준으로 유지시키고 로터의 피치를 변화시키며 고도 및 비행방향을 조절한다.
또한 헬리콥터는 길고 무거운 로터의 회전관성과, 엔진/모터 제어가 아닌 로터의 받음각 제어를 통해 비행하는 특성상 만약 엔진/모터의 고장으로 시동이 꺼져도 콜렉티브 피치를 내리고 어느 정도 활공할 수 있다. 쉽게 말해 풍차 상태로 바람이 메인로터(+구동축이 연결된 테일로터)를 돌리는 오토로테이션 상태로 활강이 가능하며, 일단 로터가 돌아가고 있다면 피칭, 요잉, 롤링의 3축 회전 제어가 가능하므로 자세를 유지한 채 활강하다가 지면이 가까워지면 기수를 들고 콜렉티브 피치를 올려 순간적으로 양력을 증가시켜 착륙이 가능하다. 하지만 멀티콥터의 경우 활강이 불가능한데, 헥사콥터 이상의 경우 엔진/모터 하나가 고장나도 추력만 충분하다면 고장난 모터와 맞은편 모터를 제외한 나머지 모터로 비행이 가능하지만, 멀티콥터의 주류를 이루는 쿼드콥터의 경우 4개의 모터 중 하나만 고장나도 추락을 피할 수 없다. 그럼 헥사콥터 이상의 멀티콥터는 헬기보다 유리한가 하면, 딱히 그것도 아니다. 엔진 하나가 고장나면 나머지 엔진으로 대처할 수 있게 여러 개의 엔진을 다는 건 비행기나 헬기도 마찬가지다.
여기까지 읽었다면 "그러면 그냥 내연기관 대신 그냥 전기모터를 쓰면 되는 거 아니야?"라는 의문이 들 수 있다. 그러나 그것이 불가능한 이유는 바로 동력원 문제 때문이다. 현재의 배터리는 에너지 밀도가 화석연료에 비해 턱없이 낮기 때문이다.
각 동력원의 에너지 밀도(1kg당 Wh) (1) 리튬이온 배터리 : 270 Wh/kg(테슬라 전기차용)
(2) 가솔린 : 12,889 Wh/kg
(3) 디젤 : 12,667 Wh/kg
물론 전기모터가 내연기관에 비해 효율이 훨씬 우월하지만(90%: 30%) 그것을 감안해도 내연기관쪽이 16배 가량 에너지 밀도가 높은 것이다. 전기모터가 내연기관에 비해 훨씬 더 가볍다곤 하지만 극복해내기 힘든 차이이다.
현재 소형 드론도 30분 남짓밖에 비행하지 못하며 당연히 인간이 탈 정도로 큰 대형 기체가 된다면 아무리 효율적으로 만들어도 10분 남짓밖에 비행할 수 없을 것이다. 10분마다 착륙해서 배터리를 교체하는 것은 현실적이지 않으므로 이를 돌파하고자 배터리 대신 수소연료전지를 사용하려는 시도가 있고 실기도 이미 시장에 나와있다. 수소드론은 배터리드론에 비해 압도적인 체공 시간(1시간 30분 이상)을 가지지만, 그만큼 가격도 압도적이다.
피루엣 속도의 문제도 있다 헬기의 경우 테일로터가 발생시킨 추력과 커다란 메인로터 회전의 반작용으로 인한 토크가 기체의 YAW축 회전을 제어하지만, 멀티콥터의 경우 이웃한 프롭의 회전 방향이 다르므로 시계 방향 프롭과 반시계 방향 프롭의 회전속도를 다르게 하여 그 반작용으로 인한 카운터토크의 차이를 이용해 기체를 회전시킨다.
문제는 프롭이 발생시키는 추력에 비해 회전으로 인한 카운터 토크는 훨씬 약하다는 것이다. 헬기의 경우 프롭(테일로터)의 추력이 기체를 직접 회전시키는데, 그 작은 테일로터의 추력이 길고 무거운 메인로터의 카운터토크를 간단히 상쇄시키는 걸 넘어 그 반대 방향으로 충분히 빠르게 회전시키는 걸 생각하면, 작고 가벼운 멀티콥터 프롭의 카운터토크는 말할 것도 없다. 물론 멀티콥터는 프롭이 작고 가벼운만큼 숫자가 많아 어느 정도는 커버되지만, 동급 중량의 헬기 메인로터의 카운터토크에는 훨씬 못 미치고 테일로터의 추력에는 더더욱 못 미친다.
더욱이 프롭의 회전 속도를 다르게 하여 회전을 제어한다는 것은, 다시 말해 회전을 위해서는 프롭 중 절반은 회전속도를 느리게 해야 한다는 의미다. 다시 말해 기체를 회전시키는 동안에는 모터의 힘을 100% 발휘할 수 없으며, 극단적으로 최대속도로 회전하기 위해서는 추력이 절반으로 떨어진다는 뜻이다. 참고로 이 문제는 좌우선회만이 아닌, 기체를 전후좌우로 기울이는 조작 시에도 마찬가지로 적용되므로 이런 조작을 동시에 할 경우 추력은 더 떨어지며, 심지어 자세를 유지하고 안정시키는 것도 각 프롭 회전수의 차이를 이용하므로 그 낮은 이론상 추력조차 다 낼 수가 없다.
물론 실제로는 FC가 기체의 안정을 우선하고 충분한 추력이 유지되도록 억제해 주기 때문에, 키를 친다고 기체가 중심을 잃거나 고도가 떨어지는 일은 어지간해선 없다. 문제는 안정성과 추력을 우선하기 위해 안 그래도 느린 회전 속도를 더 낮춘다는 것이다.
소형 기체들은 기종을 불문하고 워낙 민감하고 빠르게 움직이기 때문에, 이렇게 속도가 낮아져도 3D헬기 같은 정신나간- 피루엣 속도가 나지 않는 정도일 뿐 일반적인 비행에 문제가 될 정도로 느리지는 않다. 하지만 크기가 커질수록 같은 추중비로도 회전속도는 느려지기 때문에, 실기 사이즈에서는 멀티콥터의 느린 회전 속도가 문제가 될 가능성이 크다. 또 비행 자체가 목적인 기체가 아닌 한 실기는(사실 무인기도) 실용 목적으로 사용시 탑재장비와 연료(배터리)가 많아지며 추중비가 떨어지게 되는데, 헬기의 경우 단순히 무거워진 만큼 관성이 커져 회전이 느려지는 것뿐이지만, 멀티콥터는 거기에 더해 줄일 수 있는 추력의 감소가 회전 힘의 감소로 이어져서 극단적으로 느려지게 된다.
때문에 헬리콥터는 아래와 같이 특별한 경우가 아니고서야 이미 완성되고 검증된 스와시 피치제어와 테일로터 혹은 탠덤이나 동축반전 등의 1~2개의 메인로터만을 사용하는 방식을 놔두고 굳이 3개 이상의 로터를 가진 멀티콥터 형식으로 만들 필요성이 없다. 미래에 배터리 기술이 어마어마하게 발전한다면 전기모터를 사용하는 멀티콥터가 내연기관을 사용하는 싱글로터 헬기를 대체할 가능성은 있으나, 언제쯤이 될 지는 알 수 없다.
냉전시절 러시아에서 초대형 수송용 헬기를 만들면서 로터 2개로는 도저히 답이 안나와 3개의 로터를 사용하는 Mi-32라는 멀티콥터를 만들 생각까진 하긴 했는데 실용화는 안되었다.
RC의 경우에는 아무래도 체급이 체급이다보니 실제 헬기 이상으로 중량에 더 민감하며 외란에 극도로 취약하기 때문에 제어도 훨씬 빠르게 수행 되어야 하는데다 용도가 용도이기 때문에 접근성도 좋아야 하고 가격도 저렴해야 한다. 위에서도 언급했듯 내연기관, 특히 터보샤프트 등의 제트엔진은 전기모터에 비해 반응속도가 느리기 때문에 현용 RC 멀티콥터와 같이 순간적인 RPM 조절을 통한 제어가 불가능하다. 때문에 전자제어 기술 및 배터리, 모터 기술이 발달하기 전에는 농업이나 항공촬영 등의 용도에서 내연기관+스와시플레이트를 이용하는 실제 헬기와 구조가 동일한 RC헬리콥터가 오랜 기간 사용되었다.
그러나 2000년대 이후로 급격히 발전한 경량 고출력 브러시리스 모터와 리튬이온 배터리, 전자제어 기술에 힘입어 RC분야에서 내연기관 대용으로 전기 모터가 대중화되었고, 로터의 피치 제어에는 다소 못 미치지만 전기 모터 특유의 자유로운 RPM 제어 성능과 터보샤프트만큼은 아니지만 썩 괜찮은 성능, 그리고 터보샤프트 이상으로 동력 계통을 소형화 할 수 있으며 모터가 직결된 고정피치 프롭을 돌릴 뿐이라는 극단적으로 간단한 구조 등 여러가지 장점이 겹쳐서 소형 멀티콥터가 실용화될 수 있었다.
다시 말해 현재의 멀티콥터와 같은 방식은 고효율의 배터리와 고도의 전자제어 및 모터 기술이 뒷받침되어야 하고, 전통적인 헬리콥터에서는 터보샤프트의 출력과 효율을 뛰어넘을 만큼의 배터리와 모터 기술이 개발되지 못했기 때문에 아직까지 소형 RC분야에서만 사용되고 있다.
멀티곱터의 유용성[편집]
항공촬영 및 FPV[편집]
기술발전으로 인해 작은크기에 큰센서를 달거나 4K급으로 나오는 카메라와 캠코더들이 속속 나오면서 멀티콥터에 장착하여 촬영하는 일도 생기고 있다. 최근에는 짭프로(샤오미), 짭짭프로(SJ시리즈) 등등의 유사 제품이 나오면서 가격이 현실적으로 내려왔다 . 과거에는 주로 RC헬기로 이루어지던 무인항공촬영이 최근에는 거의 멀티콥터 쪽으로 넘어가고 있는 것이다. 이는 유지보수 측면과 공간의 여유, 안전성 측면에서 장점이 있기 때문이다. 특히 멀티콥터는 구조상 짐벌(GIMBAL)을 설치하기가 용이 하므로 동체는 안정된 화면을 찍기가 매우 수월하다. 한편 이 자체를 헬리캠이라고도 한다.
사실 같은 파워소스를 사용하는 RC헬기와 멀티콥터의 기계적 성능만을 따졌을 때는 헬기 쪽이 훨씬 뛰어나다. 안쪽부터 바깥쪽까지 받음각이 일정하고 프롭 대비 엄청나게 커다란 로터를 회전시키는 헬기는 정지추력이 뛰어나고 안정성이 높다. 게다가 헬기는 그걸로도 모자라 스테빌라이저를 달아 안정성을 확실히 확보하였으며, 서보를 통한 주기적 받음각 조작은 모터 회전속도의 증감과는 비교할 수 없을 정도로 반응이 빠르며 무엇보다 낮은 로터 받음각에서 저장해 둔 로터의 회전 에너지를 순간적으로 선회력이나 추력으로 변환할 수 있어서 순발력에서는 스포츠카와 경운기 수준의 차이가 난다. 멀티콥터가 한 바퀴를 도는 동안 4~5바퀴는 돌아가는 엄청난 피루엣 속도는 덤. 모터의 출력으로 자세를 제어하므로 실질 추력이 명목 추력의 절반 수준까지도 떨어지는 멀티콥터와 달리 헬기는 모터는 모터고 서보는 서보라서 모터 출력을 항상 최대로 유지할 수 있으며 테일로터에서 사용되는 일부 추력을 제외한 대부분의 추력이 실질 추력이다. 다시 말해 2kg의 추력을 갖는 모터 하나가 달린 헬기와 500g의 추력을 갖는 모터 4개가 달린 멀티콥터를 비교하면 실제로는 헬기 쪽이 훨씬 과격하게 움직일 수 있다는 것이다. 최근에는 멀티콥터 헬기들도 3D비행이 가능한 제품들이 출시 되고 있으나 아직까진 가변피치 6채널 헬기들 수준까지는 따라오지 못하고 있다.
고속/고해상도 파워셋과 자이로 등의 전자센서 도움이 없으면 비행 자체가 불가능한 멀티콥터와는 기계적인 성능에서 게임이 되지 않는다. 헬기도 테일자이로는 필요하지만, 멀티콥터처럼 3축 모두 빠짐없이 자이로가 필요하지는 않다. 게다가 80년대 초창기 RC헬기는 자이로가 없었지만 수직미익을 크게 달아 일반 비행은 무리없이 할 수 있었다호버링은 지옥. 다만 현재는 헬기도 기계식 스테빌라이저를 3축 자이로로 대체하고 있는 추세다.
그러나 2013년 이후 이와 같은 문제들은 빠르게 발달한 전자장비의 사용으로 대부분 해결할 수 있다. 물론 RC헬기처럼 UFO 수준의 기동성을 보여주거나 배면비행을 할 수는 없지만, 일반 비행에는 문제가 없는 수준의 반응성과 헬기 못지 않은 안정성을 갖추고 있다. 그리고 항공촬영에는 그 정도면 충분하다. 작고 가벼우면서도 고화질을 보여 주는 카메라의 발달로 페이로드가 적어진 것도 멀티콥터에 유리하게 작용했다.
게다가 크고 무거운 로터를 돌리는 헬기에 비해 작고 가벼운 프로펠러를 여러 개 돌리다 보니 안전 면에서는 헬기보다 훨씬 뛰어나다. 물론 멀티콥터의 프롭도 잘못 맞으면 살이 찢겨나가는 수준의 위험이 있지만, 헬기 로터처럼 뼈를 박살내는 위험보다는 훨씬 안전하다. 게다가 멀티콥터나 비행기의 프롭이 일부 카본을 사용하는 제품도 있으나 대부분 플라스틱이고 개중에는 90도정도 휘어도 부러지지 않는 연질 플라스틱도 사용되는 반면, 헬기는 닥치고 충전재 채운 카본이고 돈 없어도 FRP다. 플라스틱 로터가 없는 건 아닌데, 아무리 커 봐야 200급 헬기에나 쓰고 대부분 손바닥만한 팜급 헬기용이다. 450급 헬기에도 플라스틱 로터가 있긴 있었는데 철심 넣은 아주 단단한 플라스틱이다. 이런 거나 카본제의 단단한 로터에 맞으면 당연히 엄청나게 위험하다. 로터의 회전속도 자체는 프롭의 1/2이하로 낮지만, 회전직경이 3배쯤 되기 때문에 사실상 로터 끝단의 속도는 프롭보다 높은데, 무게는 10배쯤 나가고 무게중심이 회전축에서 멀어 운동에너지는 그 이상이며 단단하기까지 한 놈을 돌리며 날아온다고 생각해 보면...반면 멀티콥터는 고만고만한 모터와 프롭을 여러 개 달기 때문에 하나하나의 모터 출력도 낮고 작은 프롭으로 인해 관성도 작다. 저고도에서 근접하여 촬영하는 무인항공촬영의 특성상 이는 매우 큰 장점이다.
전자제어가 중요한 멀티콥터의 특성상 필수적으로 마이컴이 들어가게 되는데, 이 역시 항공촬영에 유리하다. 카메라/영상 관련 장비를 제어할 필요가 있을 때, 헬기는 새로 제어회로를 달아야 하지만 멀티콥터는 마이컴을 조금 손보면 끝이다.
그리고 이게 가장 중요한 건데, 유지보수가 압도적으로 쉽다! 상승과 하강, 회전, 전후좌우 비행 및 안정성 확보 모두가 모터의 회전속도를 전자적으로 조절해서 이루어지는 멀티콥터는, 상승/하강/회전/전후좌우 비행, 심지어는 안정성 확보까지 기계적인 움직임을 통해 이루어지는 헬기에 비해 기계적 구조가 터무니없이 간단하다. 간단히 말해 뼈대에 전자장비랑 프로펠러 달린 모터만 있는 셈이니.
특히 자이로 센서를 장착한데다 카메라까지 장착되는 항공촬영장비의 특성상 진동에 굉장히 민감할 수밖에 없는데, 크고 무겁고 복잡하기 그지 없는 헬기 헤드는 진동 없도록 세팅하려면, 양쪽 로터의 무게와 무게중심, 피치를 정확히 일치시키고, 패들 및 웨이트밸런서의 무게, 양쪽 플라이바 길이도 마찬가지로 맞춰야 한다. 패들의 피치도 맞추는 건 말할 필요도 없다. 서브트림으로 서보혼의 수평도 잡아주어야 하고, 링키지 길이는 대칭만 맞으면 되는 게 아니라 콜렉티브+사이클릭을 최대로 조작해도 아래위에 걸리는 부분이 없도록 적절하게 조절해야 한다. 플라이바 RC헬기를 FLS로 개조했다면 와시아웃암이 콜렉티브 0도에서 수평이 되도록 와시아웃의 위치를 조절해 고정한다. 또한 십수 개의 부품으로 이루어진 헤드 부분에서 조금이라도 휜 부분이 있어서는 안 되며, 약간의 유격도 없이 정교하게 맞춰져야 하고 십수 개의 헤드 쪽 베어링이 모두 정상 상태여야 한다. 와셔가 들어가는 부분은 마모되면 잔진동을 유발하므로 와셔의 상태도 확인한다. 볼링크는 힘을 많이 받는 곳이니 깨지거나 금간 곳이 없는지, 혹은 나사산이 헐거위지지 않았는지 확인한다. 테일 쪽도 메인허브보다는 간단하지만 양쪽을 균일하게 맞춰야 하며, 테일 쪽으로 동력을 전달하는 벨트 혹은 기어는 늘어짐, 이빨 마모 없이 완전한 상태에서 적당한 장력 혹은 백래쉬를 유지하여야 하며, 특히 벨트의 경우 조립이나 수리 시 꼬이지 않도록 조심해야 하고, 테일서보 링키지에 공진이 발생하지 않도록 링키지를 잡아 주는 부품도 적절한 곳에 장착해야 한다. 헤드쪽으로 동력을 전달하는 메인기어 역시 와블링 없이 적당한 백래쉬를 유지하여야 한다. 물론 메인기어에 들어가는 원웨이 베어링의 상태가 안 좋으면 말짱 허당이다. 샤프트에 기스나 이물질이 없어 스와시플레이트나 테일 허브가 부드럽게 오르내리는지, 락링이 메인샤프트가 위아래로 흔들리지 않게 유격 없이 고정되었는지 등의 세세한 부분도 신경쓰지 않으면 안 된다. 이렇게 기계적인 정비가 완료된 후에 본격적인 세팅에 들어가게 된다. 설령 세팅이 간단하다는 플라이바리스 헬기와 비교해도 도토리 키재기 수준.
이렇게 하루종일 걸리는 헬기 헤드의 세팅과는 달리, 멀티콥터의 기계적 세팅은 사기적으로 간단하다. 각 프롭의 양쪽 무게 중심이 맞는지, 깨지거나 금간 곳은 없는지 확인한다. 끝. 이 정도면 점검하면 아무리 오래걸려도 촬영 준비할때 짬을 내서 5분 정도하면 된다. 이것도 이제 구시대적 방식이고 요즘은 아예 로터가 볼트체결 방식으로 바뀌어 탈부탁이 20초 이내로 간편하고 체결과 분리에 힘이 하나도 들지 않는다. 고정형 피치각을 가지는 제품들은 고화질의 항공촬영을 할 게 아니라면 로터 무게도 맞출 필요도 없어졌으며 그냥 전원 키고 앱키고 GPS연결만 되면 바로 공중으로 날아오른다. GPS만 바로 잡히면 준비시간은 농담이 아니라 조립부터 세팅까지 1분안에 뜰 수 있으며 GPS가 필요 없는 완구형 드론은 그냥 전원 넣고 스로틀만 올리면 바로 뜬다.
이런 장점 때문에 특수한 경우를 제외한 무인항공촬영은 이미 멀티콥터가 대세를 이루고 있다. 아니, 사실상 멀티콥터의 존재의의가 이 항공촬영에 있다고 할 정도로, 일반 무선모형과 달리 대두된 시점이 고성능 브러시리스 모터, 고방전률 리튬폴리머 배터리, 전자식 자이로센서나 마이크로 콘트롤러 등 일반적인 전기/전자 기술과 맥을 같이 하지 않고, 오히려 초소형 고화질 디지털 카메라나 무선영상송수신기의 등장시기와 일치한다. 실제로 저렴하고 간단한 KK2 같은 비행제어보드(FC)가 간단한 셋팅과 부팅 시간, 우수한 비행성을 보여 줌에도 취미로 하는 동호인들 대부분 NAZA급, 본격적으로는 우공급 이상의 FC를 탑재하는 것은 영상촬영에서 보다 안정적인 화면을 얻기 위해서다. 즉 일반 항공RC같은 비행 자체에는 대부분 관심이 없다는 뜻이다.
다만 각국에서 사생활문제로 인해 관련 법들이 생기는 상황이므로 무작정 날리고 촬영하면 큰코다칠 수 있으니 주의.
2015년 7월 영국의 한 누드비치 상공에 드론이 출현했다는 기사가 나왔다. 해당 드론의 소유주나 촬영 장비 장착 여부는 아직 밝혀지지 않았으나, 당시 누드비치를 이용하던 사람들은 사진이 찍히지 않았을까 우려하고 있다고 한다.
농업이용[편집]
반면 농약방제 등으로 멀티콥터가 사용되는 예는 별로 없다. 위에서 말한 바와 같이 성능 면, 특히 정지추력에 있어서는 헬기 쪽이 더 뛰어나서 많은 양을 싣고 날 수 있기 때문이다.
더욱이 멀티콥터의 엔진화가 어렵다는 점이 발목을 잡게 된다. 일반적으로 농업용으로 사용되는 헬기는 250cc 정도의 2행정 가솔린 엔진을 사용하는데, 이 정도는 되어야 30~40kg 정도의 약제를 싣고 한 시간 이상 비행이 가능하기 때문이다. 헬기건 멀티콥터건 배터리의 에너지 밀도상 전동으로는 10분 이상 비행이 어렵기 때문에 농업 등에 이용하기는 곤란하다고 알려졌으나...
2016년 이후 멀티콥터로 농약방제를 하는 경우가 점점 늘어나고 있다.
상술한 대로 전동식의 멀티콥터로는 비행시간이 짧은 단점이 있는데, 헬기에 비해 상대적으로 매우 저렴한 가격과 유지비가 단점을 상쇄하고도 남는다.
일반적으로 방제용 헬기의 경우 크기가 대형이어서 이동용 차량이 필요한데, 당연히 차량이 필요하므로 헬기 구입 가격에 차량가격이 포함되어 보통 1억원이 넘는 가격을 자랑한다. 거기다 헬기는 일단 추락사고가 발생하면 견적이 어마어마하므로 자차를 포함한 보험을 드는데, 보험료가 1년에 2천만원이 넘는다. 유지 보수를 위한 정비 비용을 포함하면 1년 유지비가 대략 3천만원선.
반면 방제용 멀티콥터의 경우 1천만원대~5천만원대의 저렴한 가격을 무기로 시장을 잠식해나가고 있다. 멀티콥터 관련 부품의 가격이 점차 저렴해지면서 덩달아 저렴해지는 수리비와 보험료는 덤. 1년 유지비가 자차 보험료 포함해도 4백만원이면 한국소 고기 사먹을 돈이 남는다.
최근 드론으로 농업분야에 이용되는 작물관리 분야에서도 새롭게 각광받고 있다. 드론에 적외선,감마,자외선 카메라를 내장해서 집안에서 pc나 태블릿으로 자신 농장 영역만 설정해주면 드론이 GPS를 이용, 자동으로 이륙해서 해당 지점으로 날아간 뒤 카메라로 스캔해서 자동으로 위성시점의 로드맵을 만들어준다. 농작물의 상태와 온도를 앱에서 분석하여 알아보기 쉽게 시각적으로 표시해 주기 때문에 작물 상태를 살피러 직접 돌아다닐 필요가 없다. 특히 키가 큰 작물(가령 옥수수라든지)의 중심 지점에는 사실상 비행기나 헬리콥터를 타고 살펴보지 않는 이상 농작물 상태를 볼 수가 없는데 항공기를 띄울 필요없이 드론으로 간단하게 할 수 있어서 1년에 6,000달러가 넘는 엄청나게 비싼 비용이 들어가지만 미국 같은 대규모 농작물을 운영하는 나라에서는 사용자 수가 급속하게 증가하고 있다. 사실 관리인원과 농작물 감시를 위한 항공기 운영비를 생각하면 되려 싼편에 속한다. 게다가 이건 자신이 언제든이 원하면 띄울 수 있는 장점이 있고 자동 비행이기 때문에 별도로 조작법을 배울 필요도 없이 그냥 마우스나 터치 몇번이면 완전자동이다. 유지비는 1년 사용료만 내면 그 이후론 배터리 충전비용이 끝이다. 참고로 유지비 안에 드론 수리 비용도 포함되어 있으므로 농업인들이 마음놓고 날릴 수 있게 되었다.
연구용[편집]
재 무인기 연구의 대세. 멀티콥터의 연구소재로서의 장점은 기계적 구조와 제어변수의 단순성이다. 헬기는 기계적으로 멀티콥터보다 안정성이 높고, 쿼드 이하일 경우 하나의 모터만 멈춰도 추락하는 멀티콥터와 달리 엔진이 멈춰도 오토로테이션으로 활강 착륙할 수 있는 등 여러 장점이 있지만 , 그만큼 구조가 복잡하고 정비가 힘들기 때문에 기계적인 고장이 발생하면 초보자는 손을 쓰기가 어렵다. 멀티콥터는 극히 단순한 모터 + 고정피치프로펠러 라는 동력 구조가 대칭상으로 4회 혹은 그 이상 중복되기 때문에 이러한 제어 측면의 단순성이 부각되면서 현재 대세가 된것. 그 외에 값싸고 안전하며 실내 비행이 가능하고 유지보수가 쉬우면서 뛰어난 기동성까지 갖춰 수많은 연구소에서 사랑받는 존재이며, 매달 멀티콥터를 이용한 관련 논문도 쏟아져 나오고 있다. 사실 무엇보다도 기존의 고정익 혹은 R/C헬리콥터의 경우 공기역학이나 동역학적 설계를 구사할 수 있는 능력이 되어야만 했으나 멀티콥터는 완제품으로 구매할 수 있는 프로펠러를 제외하고는 공기역학 등을 잘 몰라도 어쨌든 날게는 할 수 있으므로 상대적으로 작은 대학 연구실과 같은 곳에서 특히 애용하며, 최근에는 대형 연구소에서도 상당한 관심을 가지고 연구중이다.
사실 연구용으로 이만한 게 없는 게, 이와 같은 연구들은 대부분 최신 전자/IT 기술을 활용하여 기체를 제어,활용하는 연구이며, 소프트웨어만 잘 짜여 있으면 큰 문제 없이 비행할 수 있는 멀티콥터가 너무나도 적절하다. 반면 헬기를 이용했다간 문제 발생시 대부분 동역학과는 별 관계 없는전자 쪽이나 프로그래밍에 매진해 온 연구자들에겐 소프트웨어 문제인 건지 하드웨어 문제인 건지 판단하는 것조차 난이도가 높다. 멀티콥터는 프로펠러가 서로 반대로 돌면서 자이로효과 등을 상쇄해 버리기 때문에 초등학생조차도 직관적으로 이해할 수 있지만 헬기의 원리는 쉽게 이해하기 힘들다. 보통 성인조차 사이클릭 피치에서 세차현상이 어떻게 작용하는지부터 머리를 절래절래 흔들기 시작하는데, 그 사이클릭 피치가 스와시플레이트를 통해 전달되는 과정에서의 위상 변화까지 따지면 그냥 생각하는 것을 그만둔다. 구형 RC헬기의 플라이바와 스와시플레이트의 피치 입력이 어떻게 믹싱되는지까지 따지기 시작하면 전자공학이나 컴퓨터 프로그래밍을 전공한 사람들은 대부분 두 손 다 들게 된다.
환경, 생태계 연구에서도 활약하고 있다. 바다, 아프리카 초원 등 광범위하고 접근하기 힘든 곳의 생태계를 관찰하고 연구하기 위한 장비로 주목받고 있다.
취미용[편집]
개인적인 취미로서의 항공촬영, 혹은 전자과 공돌이의 마이컴 활용이라는 측면에서 많은 인기를 얻고 있지만, 비행 자체를 즐기는 항공 RC로서 멀티콥터는 어정쩡한 특성으로 인해 인기가 많지 않았다. 위에서도 언급했듯 초기모델들은 RC헬기와 비교하면 배면 비행도 불가능하고 반응성, 순발력이 압도적으로 떨어지는 등 다양하고 과격한 비행은 불가능하기 했기 때문이다. 그야말로 딱 고성능 모터를 장착한 4채널 고정피치 헬기 정도의 비행이 가능한 수준이였다. 물론 멀티콥터에 가변피치 프로펠러를 적용한다면 이야기는 달라지지만, 대신 헬기보다 간단한 유지보수는 안드로메다로 날아가 버린다.
반대로 적은 정비소요를 살려 가벼운 마음으로 날리는 정도로 즐기고 싶다면, 이번에는 RC비행기 쪽이 압도적으로 유리하다, 특히 EPP 재질의 전동비행기는 유지보수 따위 개한테나 주고 막 날릴 수도 있는 수준의 물건으로, 일상정비는 고사하고 추락해도 웬만하면 그냥 날리거나, 혹시 부러졌을 프롭만 교체해 날리는 수준이다. 물론 자이로 센서가 없으니 프롭의 무게 밸런스(그로 인한 진동) 따위를 신경쓸 이유도 없다. 정말, 아주 재수 없는 경우에 EPP재질의 날개나 동체가 부러지는데, 순간접착제로 붙이고 테이프로 감고 다시 날리면 된다. 물론 안정적인 호버링이나 좌우비행이 가능한 멀티콥터에 비해 자유도는 떨어지겠지만, 속도를 즐긴다면 어떨까!?
결국 항공RC에 있어서는 이도저도 아닌 어정쩡한 위치라, 유인항공기에 비유하자면 오토자이로정도에 해당하는 입지를 갖고 있다고 할 수 있겠다.
다만 최근 나오는 항공 촬영 멀티콥터들은 중량이 가볍고 로터를 정밀하게 세팅해야 하는 일반 4~6채널 R/C헬기와 달리 프롭자체를 나사돌리듯이 순식간에 분해하고 조립할 수 있어 등에 매는 가방 제품으로 나와 휴대성이 헬기 수준으로 좋아졌다. 간편하고 준비시간도 짧아 초보자도 무리 없이 자전거나 오토바이등으로 이동하면서 즐길 수 있게 되면서 2015년 들어서 급 증가하는 추세. 무엇보다 조종이 정말로 쉽기 때문에 초보자들도 쉽게 접근이 가능한게 장점이다.
게다가 최근에 나오는 완구형 드론들은 가변피치가 아니지만 날개 피치를 변경하는 대신 강력한 모터 제어를 통해 역추력!으로 배면비행을 실현시켰고 최고급 테크닉에 속하는 3D 플립 비행도 원터치로 되는등 기술 발전에 힘입어 빠르게 변화하고 있다. 과거에는 이런 비행기술들은 고급 컨트롤에 속했지만 시대가 변하면서 이것도 자동화가 되어가고 있는 중이다. 반응속도도 레이싱 드론급들은 거의 브러시리스 4채널 헬기 수준까지 따라 왔으며 360도 롤비행이라던지 전진 플립, 백플립 하는 시간도 1초도 안 될 정도로 고속화되었다. 특히 요즘에는 레이싱 드론이 FPV가 기본으로 되어가는 추세라 과거 로터 크기 때문에 헬기로 하지 못했던 숲속 나무 고속 통과라던지 장애물 속 통과 등 되려 드론으로는 할 수 있지만 R/C헬기가 못하는 영역이 점점 늘어남에 따라 기존 유져들도 드론으로 많이 이동중이다.
공연용[편집]
롯데월드는 나이트 퍼레이드인 Let's Dream 공연시 플라잉 랜턴이라는 이름의 등 모양 멀티콥터를 25대 가량을 운용한다. 롯데월드 실내에 30개의 센서를 설치하여 하트 모양 등 다양한 대형으로 자동으로 움직이도록 프로그램되어있다.
인텔도 비슷한 작업을 했다. 100대의 멀티콥터와 오케스트라를 동원했다. 이후 2018 평창 올림픽 개회식에서도 시연을 보인다. 참고로 인텔은 DJI사 다음으로 가장 많은 드론 특허를 소지중이다.
북한도 2019년 신년맞이 콘서트에서 드론쇼를 선보였다.
여행과 드론[편집]
드론이 대중화됨에 따라 여행의 재미와 기록의 가치가 더 높아지고 있다. 이전까지만 해도 여행 기록은 단순 사진이 한계였지만 대중화된 드론으로 인해 공중에서 촬영하는 동영상과 사진은 기록의 의미를 더 크게 확장시켜주었다.
동시에, 발전된 전기전자공학과 최첨단 기술에 힘입어 약 20여분에 달하는 긴 비행시간과 소형 경량이면서 우수한 화질을 지원하게 되어 더이상 예전처럼 항공촬영한다고 무거운 비행체를 띄울 이유가 없어졌다.
심지어, FPV기능을 이용하여 내가 드론에 탑승해 공중에서 보는것같은 시야를 제공받을수 있는데, 이 기능을 적극 활용한다면 금상첨화 그 자체. 여행을 더 즐겁고 신나게 즐길수 있다. 실제로 외국의 경우 스키여행 같은 눈덮인 산에서 FPV로 멋진 설경 감상과 촬영, 봄에는 푸른 들판과 산을 FPV로 감상하며 비행하는 영상이 유튜브에 다수 올라와있다.
드론이 대중화되면서 더이상 이런 컨텐츠들이 남의 이야기만은 아니게 되었다. 나도 드론을 다룰줄 알고 적당한 드론을 구입하여 취급 방법을 익힌다면 영상속 컨텐츠 남부럽지않게 나도 즐길수있는 시대가 된 것.
물론, 드론을 보유하는건 자동차처럼 어렵게 면허도 따고 해야하는게 아닌만큼 누구나 돈으로 해결할수 있는 일이다. 레이싱드론처럼 직접 만들거나 기성품 드론을 구입(보통 MAVIC시리즈가 가장 인기가 좋음)할수있는 자금만 있다면 누구든 드론을 확보할수 있기 때문이다. 심지어 예전처럼 항공촬영기체 한대 돈천만원 하는것도 아니다. 가격도 하이엔드 컴퓨터정도에 해당하는 100~200만원 선. 옵션으로 추가배터리를 서너개씩 집어넣고, 휴대용 여행충전기 등을 선택해야 200만원정도. 그게 아닌 본체+조종기+배터리 한개 혹은 두개정도는 일반적으로 100만 초중반선에서 가격이 형성된다.
유인 드론(택시)[편집]
유인 드론도 현재 개발은 되고 있으나 안전성, 법률 등 여러가지 문제로 빠르게 개발되지는 못하고 있다. 한국에서는 중국산 드론을 택시로 이용할 수 있도록 추진중이며 국산도 곧 개발될 예정이다. 2025년 상용화를 목표로 2020년에는 시험비행도 했다. 대당 가격은 3억원 수준이며 최고 시속 130km/h이다. 여러 드론마다 비행 구간을 부여해, 충돌 위험을 낮추고 안전성을 높였다. 여의도에서 인천공항까지 20분이면 갈 수 있다. 미국에선 우버가 2023년 상용화를 선언했고, 프랑스는 2024년 드론 택시 운행을 시작할 계획이다. 요금은 일반 택시 대비 2배 가량의 요금이나, 자율주행이 적용되는 2035년경에는 일반 택시보다 저렴해질 전망이다. 개인소유의 유인드론은 아직 계획이 없다.
위에도 기술돼있듯이 멀티콥터는 배터리의 에너지밀도 문제로 인해 유인드론을 비롯한 대형기체에는 아직 현실적이지 않다. 이 때문에 배터리 대신 연료전지를 이용하는 방안 등이 연구 중이다.
군용: 무장 드론[편집]
사람을 직접 접촉시키지 않아도 된다는 특성 덕에 무기를 장착한 멀티콥터를 도입하려는 시도가 종종 나온다. 폭발물을 장착하고 자폭시키는 것도 물론 가능하지만 비효율적이고, 대체로 실탄 화기 또는 폭발성 투사체를 발사하는 무기를 장착하는 방향으로 연구가 이루어진다. 물론 사람이나 동물을 해치는 용도로 사용하는 것에 반발하는 움직임도 만만치 않고, 드론을 조작하는 신호를 추적받으면 조종사의 위치가 발각되기 때문에 이를 은폐 또는 교란하는 수단도 함께 마련되어야 하는 등 군용 무장 드론 상용화는 쉽지 않을 것으로 전망되고 있다.
2019년 언론 기사 중 터키에서 Asisguard라는 회사에서 제작한 소총탄 200발들이 + 유탄 15발들이 무장 드론 도입을 검토한 적이 있다는 기사도 있다.
우크라이나 전쟁에서 드론을 사용하여 수송열차에 폭격을 한 것으로 원시적으로 나마 실제 전투에서 사용된게 포착되었다.
관련 규제, 자격 및 단점[편집]
이처럼 취미, 산업, 여행 등 다양한 분야에서 드론이 대중화되어가고 있지만, 정작 안전과 비행에 대한 제한사항 등을 잘 모르는 경우도 부지기수. 자동차도 빨간불은 가면 안되고 초록불은 가도 되는 것과 같이 질서와 규칙이 정해져있듯, 드론 역시 마찬가지로 질서와 규칙이 항공법, 비행장 안전사고 방지차원에서 존재한다.
2020년까진 12kg을 초과하는 기체에 한에 자격증이 필요했지만 2021년 3월부터 관련 법이 바뀌어 250g을 초과하는 기체부터 자격증이 있어야 비행이 가능해진다. 자격증의 정식 명칭은 "초경량비행장치조종자" 이며 최대이륙중량을 기준으로 1종에서 4종까지 나뉘어 있다.
자격증 종류 조종 허용 기체 무게 1종 25kg 초과 150kg 이하 2종 7kg 초과 25kg 이하 3종 2kg 초과 7kg 이하 4종 250g 초과 2kg 이하
4종의 경우 학과시험이나 실기시험 없이 온라인 강의만 수료하면 운용자격을 취득할 수 있고, 3종은 실기시간만 채우면 인정되며, 나머지 1~2종의 경우 전문교육기관에서 실기시간을 채운 후 시험에 응시할 자격이 생긴다.
다만 드론 시험은 매우 까다롭게 평가하는데, 까다로움을 넘어 완벽주의자들이 평가한다고 해도 될 정도. 미숙한 부분은 감점 먹이는 정도로 그치는 운전면허와 달리, 하나라도 미숙한 부분이 있다면(정말 위험한 상황이 아닌 단순히 목표위치를 조금만 벗어나는 수준이더라도!) 칼같이 탈락시킨다.
가장 먼저, 조종자 준수사항으로는
- 야간비행금지
- 낙하물 투하 금지
- 인구밀집지역에서 비행금지
- 음주, 약물 복용, 기타 비정상적인 상태 또는 방법으로 비행금지
- 가시거리 내에서 비행을 할 것
- 안개 등 시정이 불량한 상황에서 비행금지
- 사전승인 없이 비행금지구역에서 비행금지
등이 있다.
여기서 음주비행등을 제외하면 관련 기관의 승인이 있으면 야간비행등을 할 수 있다. 실제로 대한민국에서 최초로 야간비행을 승인받은 경우가 2018 평창 동계올림픽의 개회식때 드론 퍼포먼스가 있다.
그외 이 아래사항은 사고방지를 위한 권고사항이며 안지켜도 법적 책임은 없지만 대형 사고를 유발시킬 여지가 다분하기에 반드시 지켜주는게 좋다.
- 영상송신기 함부로 켜지 말 것, 기체 배터리 함부로 연결하지 말 것 - FPV 비행중인 타인이 주변에 있을 경우 내가 영상 송신기 켜는 순간 내 드론의 시야가 남한테 비춰지거나 서로 전파간섭이 발생, 시야 확보가 되지 않는다. 기체 주전원과 시스템이 일체화된 완제품형 드론 역시 배터리 함부로 꽂을 경우 그 순간 영상 송신기가 작동하여 같은 사고를 일으킬 수 있다.
- 보통 FPV는 원거리로 기체를 보내거나, 시속 수백km의 엄청난 속도로 비행하는 레이싱을 즐기는 경우가 많기 때문에 아차! 하는 찰나의 순간에 기체 분실, 추락의 사고가 발생할 수 있다. 문제는 그냥 땅에 추락하면 드론만 박살난다지만, 만약 사람을 친다거나 기물을 파손하였다면? 그래서 하지 말라는 것이다. 법적으로 정해진 게 아니라고 어겨도 된다는 것만은 결코 아니다.
- 여러 대 드론 동시이륙시 이륙 자제할 것 - 특히 DJI 기체들. 여러 대 동시이륙하면 주변에 조종전파, 영상전파 등 강력한 전파가 다량 떠다니게 되고 이는 전파혼선사고로 이어질 확률을 높게 만든다. 실제로 다수의 DJI 기체가 이륙할 경우 일반적인 레이싱 드론은 영상관련 극심한 잡음, 조종기 신호인식을 제대로 못하는 현상이 보고되고 있으며 심할 경우 이러한 전파방해로 인한 추락까지 실제 보고되고 있다.
- 주변에 드론, 드론뿐만이 아닌 전파를 사용하는 RC가 다수 목격된다면 주변 상황을 충분히 파악하고 이륙할것. 사고나 추락한 사람이 없는지. 오늘따라 조종 느낌이 영 좋지 않다 이런 말이 나온다면 당연히 이륙을 자제하는게 좋다.
- 센서 드론은 지구자기장 간섭수치 확인 - GPS 등 인공위성을 이용한 위성항법, 지구자기장을 이용한 전자나침반 등은 우주로부터 내리쐬는 우주잡음에 대하여 상당한 영향을 받는다. 이렇게 위치좌표 간섭에 의한 부정확한 위치신호를 계산, 수신하게 되면 당연히 드론이 제대로 움직일리 없다.
- 보통 센서드론 보유자들이 흐른다 라고 하는 걸 들어보았을 텐데 부정확한 위치좌표연산과 수신은 드론이 정확한 코스로 내가 원하는 비행을 수행하지 못하여 제대로 비행하지 못하는 주 원인이 된다. 심각할 경우 지 멋대로 굉음을 내며 날아서 도망가버리는 상황이 일어날 수도 있고, 이륙지점을 못 찾아 이상한 곳에 자동착륙 시도하는 경우도 있다. 예를들어 수면 위, 고속도로 한복판 등등 당연히 대형사고 혹은 값비싼 드론을 분실하는 주 원인.
현재 드론의 가장 큰 걸림돌 중 하나는 바로 체공시간이다. 드론계에서 압도적인 점유율을 가진 DJI의 고급 라인인 인스파이어2의 경우에는 겨우 25분 정도의 체공시간을 보이며 부속을 달 경우 눈에 띄게 감소한다. 이는 당연히 배터리를 내장하고 부상하는 드론의 특성상 물리적으로 극복할 수 없는 문제이다. 이를 해결하기 위해서는 전동기의 효율/배터리의 효율 둘 중 하나가 발전해야 하는데 문제는 두 가지 모두 현 공학계에서 한계에 봉착했다고 여겨지는 분야라는 것.
뉴스에 나오는 배달용 드론이 실제로는 커피배달, 피자배달 정도로 한정되는 것도 이 때문으로 인스파이어 2의 항속 거리가 12km 정도 나오므로 최대활동반경은 6km가 되며 물건을 매달면 기하급수적으로 떨어지기 때문이다. 결국 현재 사용되는 드론의 용도로는 농업용/촬영용/취미용 정도로 제한될 수밖에 없다.
동영상[편집]
- TED에서 시연된 멀티콥터 드론의 비행 능력
참고자료[편집]
같이 보기[편집]
