쿼드콥터(출처: Josh Sorenson-https://www.pexels.com/photo/quadcopter-flying-on-the-skey-1034812/ ) 요즘 드론 하면 대부분 4개의 프로펠러를 가진 쿼드콥터를 떠올릴 것이다. 최근 몇 년 사이 인기가 폭발하면서 항공 촬영이나 레저 같은 민간 수요가 급증했기 때문이다. 뿐만 아니라 정찰감시에서 초소형 폭격기와 같은 군사적 역할까지 대두되고 있다. 덕분에 우리 군도 대거 합류해 일명 ‘드론봇 전투단’이 쿼드콥터의 군사적 사용을 연구하고 있다. 이에 따라 쿼드콥터의 군사적 역할은 앞으로도 계속 확대될 것으로 보인다. 그런데 왜 하필이면 쿼드콥터가 대세일까?
국군의 드론 봇 전투 체계 교육 연합 사실 쿼드 콥터는 비행 역학상 매우 불안정이다.[1]이는 쿼드 콥터 구조에서 기인한다.통상의 회전 날개 항공기와 달리 비행 중에 자주적으로 안정화하는 구조가 아니기 때문이다.그래서 비행 방향 및 고도를 유지하기 위해서 지속적으로 각 로터의 미세한 조정이 필요하며 이는 사람의 능력에 이뤄질 수 없다.이는 IMU 같은 정밀한 관성 센서와 로터 하나 하나를 통제하는 탑재 소프트웨어를 필요로 한다.이는 쿼드 콥터의 개념이 최초의 회전 날개기처럼 탄생했음에도 불구하고 21세기에 이르러서야 인기를 얻게 된 이유다.반면 보통 헬기는 구조상 비행 간 자동적으로 안정화되는 구조인 것은 물론 별도의 항공 소프트웨어가 없어도 인간의 능력으로 통제가 가능하다.쿼드 콥터의 단점은 여기서 그치지 않는다.우리가 볼 수 있는 소형 쿼드 콥터는 전기 모터를 사용한다.프로펠러 하나에 모터 하나가 있다.이것은 기계적으로는 매우 간단하고 단가를 낮추기 위해서는 좋지만 하나라도 고장 나면 기체 전체를 통제 불능하게 한다.쿼드 콥터 방향의 조정은 모든 모터가 필요하기 때문이다.그래서 그대로 추락하기 쉽다.6개, 8개의 모터 달린 변형인 헥사, 오쿠토 콥터는 이를 어느 정도 만회하지만 근본적인 문제는 그대로 갖고 있다.또 전기 모터는 출력에 대비하여 무게 및 부피가 급속히 증가한다.이는 대형 전기 모터의 사용을 어렵게 했으며 소형 전기 모터를 복수 사용하는 것을 강요한다.이는 한계가 있어 이들에게 필요한 배터리 때문에 비행 가능 시간 줄여서 먹는 결과를 초래한다.그 때문에 가끔 나오는 기묘한 유인 쿼드 코프타(절대로 타서는 안 됨) 같은 것 이외는 거의 소형에서 나오는 이유이다.전기 모터 대신에 내연 기관을 사용 할 수 없는 것이, 쿼드 콥터와 같은 종류는 프로펠러의 각도(pitch)을 이용하고 조종하는 것은 아니고 각 프로펠러의 회전수(RPM)을 조정하며 비행하는 일이기 때문이다.내연 기관은 그러한 급속한 RPM조정이 불가능하다.그리고 내연 기관 여러개의 기계적 복잡성을 추가한다면 보통 헬기를 만드는 것이 훨씬 효율적일 것이다.물론 쿼드 콥터가 단점만 있는 것은 아니다.다행히 대량 생산이 매우 쉽다.기계적으로 단순한 것이어서 단가도 낮고 많이 나온다.이를 제대로 조종하기 위한 소프트웨어는 한번 만들면 되기 때문에 개별 단가에 미치는 영향이 적다.그러니까 이렇게 인기를 모을 수 있었을 것이다.비행 시간이나 임무 유료 하중의 한계 대신 대량 운용이 쉽고, 군용으로도 앞으로도 쓰일 것으로 보인다.특히 최근 전술적 감시 정찰 센서가 상당히 가벼워져서 소부대 정찰의 필수품이 될지도 모른다.그러나 요즘은 초소형의 고정익(수직 이착륙은 못하지만, 체공 시간이 훨씬 길다)UAV까지 나갔기 때문에 공기가 줄어들 가능성도 있다.
eBee 초소형 고정익 UAV, 그리고 어쨌든 수송 및 소규모 타격용으로는 그다지 적합하지 않다. 가장 큰 문제가 너무 작은 수송용량이다. 이 때문에 중국에서 최근 발표한 박격포탄을 떨어뜨리는 이른바 박격기도 쿼드콥터가 아니라 통상 헬리콥터다. 쉐이벨의 캠코퍼스-100 역시 임무용량 35kg의 소형 드론인 반면 통상적인 헬리콥터의 모습을 하고 있다. 덕분에 체공시간이 10시간이나 된다.[2] 한편 지난 드론봇 전투단 시연에서 나온 국군의 폭격 쿼드콥터는 농업용 쿼드콥터를 개조한 기체였다. 당연하지만 훨씬 폭장량이 적다.
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Black Hornet III물론 FLIR의 자사 Prox Dynamics의 Black Hornet 같은 35g(!!)[3]의 초소형 통상 헬기형 드론도 있지만 미래의 대부분의 초소형 드론의 자리는 쿼드 콥터가 차지하는 것으로 보인다.특히 대량 생산을 통하여 성능은 최상이 아니더라도 무인 드론이어서 전술처럼 군중 비행을 통한 전장 감시 및 타격이 가능할지도 모른다.하지만 중대형(탑재 능력 35kg이상)타격 및 수송 드론은 아마 보통 헬기가 차지하는 것이 아닌가 싶다.한국군도 하루 빨리 농사를 짓고 징집된 쿼드 콥터를 부모의 품으로 돌려줄 소형 무인 시스템 개발에 성공해야 드론 봇 전투단의 명함을 내밀 수 있을 것이다.레퍼런스:1. Leishman, J. G. Principles of Helicopter Aerodynamics. Cambridge:Cambridge University Press, 2000.2.https://www.uasvision.com/2017/03/31/schiebel-camcopter-approaches-manned-unmanned-teaming-operations/#more-492063.https://www.uasvision.com/2017/04/05/black-hornet-3-in-development/#more-49291레퍼런스를 쓰다 만 것같아 보이면착각이 아닙니다.잘못 크롬 탭을 모두 닫아 버리고 슈발
