드론, 무인항공기(UAVs), 무인항공시스템(UASs)과 원격 조종 무인항공기(RPVs)라는 용어를 듣게 되면, 우리는 원격 위치에서 작동하는 고급 군사 시스템, 문 앞까지 택배를 배송하는 소형 쿼드롭터 정도를 떠올린다.
하지만 이는 아주 일부분에 불과하며 실제로 현실화된 또는 아직 상상에 머물고 있는 개념 및 애플리케이션은 급증하고 있다. 또 이러한 증가는 드론 기술의 군사적, 인도주의적, 상업적 활용과 관련된 성장이 빠르게 이루어지고 있음을 의미한다.
주로 군용 애플리케이션으로 시작된 드론은 미국연방항공국(FAA)과 유럽항공안전청(EASA) 등의 항공 규제 기관이 상업용 드론 비행 및 운영에 관한 규정을 명확하게 설정하기로 결정한 이후에 상업적 활용도가 빠르게 확장되고 있다.
아마존(Amazon), 페이스북(Facebook) 및 구글(Google) 등의 대기업들의 드론 기술 개발과 취미용 드론의 빠른 증가는 이러한 규제 절차 가속화에 일조했습니다.일조하고 있다.
한계와 기회를 명확히 파악하는 것은 경쟁에서 선두에 서기 위한 시작점이라고 할 수 있다. 군용 애플리케이션에서 기존의 대규모 업체들(예를 들면 General Atomics, Boeing, Northrop Grumman, IAI 등)은 물론 여러 대·소규모 기업들이 다양한 분야에서 상업적인 기회를 포착하기 위해 경쟁하고 있다.
스타티스타는 드론이 활용되는 산업 규모를 1270억달러 정도로 책정하였으며, 상업적 드론 산업이 성장하고 있음을 강조하고 있다. 가트너에 따르면 2016년 상업용 드론의 판매량은 60% 증가하였으며 수익은 36% 증가했고, ADS는 2018년에서 2025년 사이 해당 시장의 연평균 성장률을 14.1%로 전망하기도 했다.
자율주행자동차에 대한 관심이 증가함에 따라 드론은 도심 항공운송(UAM)에서 중요한 역할을 할 것으로 주목받고 있다.
첨단 기술 업체들이 모든 사물에 대한 인터넷 액세스 확대를 모색하고 있기 때문에 수주 및 수개월 동안 비행하는 드론은 기존의 우주 기반 위성의 저렴한 대안으로써 고고도 유사 위성(High Altitude Pseudo Satellite, HAPS)의 기능을 수행할 것으로 전망되고 있다.
시장 기회가 확대됨에 따라 대규모 다국적 기업에서 스타트업, 항공우주에서 첨단 기술 분야까지 많은 기업들이 드론 기술을 개발함은 물론 이들의 핵심 사업에 있어 부가 가치를 창출하기 위해 드론 시장에 뛰어들고 있다. 그리고 이로 인해 빠르게 기술 혁신을 이루어야만 하는 도전과제도 주어진 셈이다.
엔지니어링이 넘어야 하는 장애물
드론은 유인·무인항공기 모두에서 공통적으로 요구되는 수많은 엔지니어링 사항들을 충족해야 한다. 내구성은 자재·구조 최적화, 공기역학, 전자장비 및 추진시스템과 같은 다양한 설계에 영향을 주는 핵심 기준이다. 새로운 형상에 대한 필요에 따라 설계자들은 돌풍, 난류 등 다양한 조건을 빠르게 검증하는 아이디어를 모색해야만 한다.
드론에 의해 발생하는 소음은 도심에서 이루어지는 미션에 대한 인증·허가에 영향을 주기 때문에 반드시 고려되어야 하는 부분이다. 그리고 자율비행드론은 이전보다 훨씬 자유롭게 감지하고, 생각하며 동작할 수 있어야 한다.
레이더, 라이다, 카메라와 같은 센서는 드론에 적절하게 설계·배치되면서 사용에너지를 최소화하는 동시에 성능을 극대화해야 한다. 드론의 두뇌 역할을 하는 주문형 반도체 칩과 모든 전자 시스템은 신뢰성이 필수다.
임베디드 소프트웨어(Embedded Software)는 시스템의 지능 수준을 나타내므로 주요 차별화 요소이지만, 가능한 모든 시나리오에서 이를 제작하고 테스트하는 것은 점점 복잡 다변화되고 있는 추세다.
이러한 고려사항은 강건성, 신뢰성 및 비용에 대한 요구 사항과 함께 균형을 이뤄야 하며, 모든 드론은 관련 안전성 및 규제 요구 사항을 준수함을 입증할 수 있어야만 한다.
현재의 자율비행 시스템에는 비행 제어를 위해 가속도계, 기울기센서, 자기센서, 전류센서 및 관성 측정 장치가 필요하다. 그 밖에 레이더, 라이다 카메라가 올바르게 동작하기 위해 시스템에 의해 해석되고 결합되어야 하는 스트리밍 데이터가 있다.
센서는 드론 작동과만 관련이 있는 것이 아니다. 드론은 위성, 육상 통신이나 다른 드론과도 통신을 유지해야 한다. 이를 위해서는 여러 통신용 안테나, 데이터 연결 및 GPS 위치 지정이 필요하다. 이러한 모든 시스템은 서로 전자기 방해를 유발하지 않아야 한다. 그리고 설계에 있어 에너지와 열의 관리도 난제로 작용하고 있다.
드론의 작동을 판단하는 데이터와 프로세스를 결합하는 임베디드 소프트웨어는 센서 만큼이나 복잡하고 어려운 과제다. 현재 드론의 “뇌”는 매우 복잡해 수백만은 아니지만 수만 라인의 소프트웨어 코드라인(Software lines of code)으로 구성되어 있다. 이러한 코드라인 수는 F-15A 또는 F-16A가 출시되었을 때보다 규모가 방대하다.
증가하는 소프트웨어 코드라인(SLOC)과 세련도에 따른 영향은 이미 예상되어왔다. 5세대 미국 스텔스 전투기인 F-22의 소프트웨어는 4세대 F-16으로부터 20년 후에 출시되었고 204배의 개발 노력을 필요로 했다.
이는 드론에서도 마찬가지다. 드론 산업은 이러한 유인 전투 항공기 개발 프로그램으로부터 교훈을 얻어 차별화된 방식으로 임베디드 소프트웨어의 과제를 해결해야만 한다.
글 : 숀 카펜터(Shawn Carpenter) / 프로덕트 매니저 / 앤시스