Lauren Nagel 작성
요즘 드론은 패키지 배송, 건물 점검, 영화 촬영 등 정말 다양한 분야에서 사용되며 어디서나 볼 수 있는 존재가 된 것 같습니다.
드론이 점점 흔해짐에 따라, 눈에 띄는 다양한 드론의 종류를 구별할 수 있게 되면 유용합니다.
이 가이드는 다양한 종류의 드론과 무인항공기(UAV)를 구분하는 데 도움을 줍니다.
이 글에서는 다음 내용을 살펴봅니다:
- 드론의 정의(UAV, 드론, UAS, RPAS)
- 고정익, 회전익 및 동력 리프트 드론
- 동력원(전기, 태양광, 가스, 하이브리드, 수소 및 레이저 충전)
- 헬리콥터, 쿼드콥터, eVTOL 등 드론의 종류
그림 1: 비행 중인 DJI 매빅 3 프로 쿼드콥터 드론 (출처)
1. 드론의 정의 (UAV, 드론, UAS, RPAS)
메리엄 웹스터 사전에서는 ‘드론’을 “원격 제어 또는 탑재된 컴퓨터에 의해 조종되는 무인 항공기 또는 선박”으로 정의합니다.
드론은 동일한 정의를 공유하는 ‘무인항공기’(UAV)와 혼용되어 사용됩니다.
항공기를 ‘무인’이라고 부르는 것은 조종사가 탑승하지 않는다는 사실을 엄격하게 의미하는데, 승객을 태우는 드론은 이미 충분히 실현 가능한 것으로 입증되고 있기 때문입니다. eVTOL에 대해 논의하기 시작하면 이 부분은 조금 더 복잡해지지만, 나중에 나오는 섹션에서 다루겠습니다.
추가로 유의할 점은 ‘드론’과 ‘UAV’는 일반적으로 항공기 자체만을 의미하는 반면, 드론을 비행시키는 데 필요한 모든 구성 요소를 포함하는 다른 용어로는 UAS와 RPAS가 있다는 것입니다.
UAS(무인 항공 시스템)는 “조종사가 탑승하지 않은 상태에서 운용되는 항공기와 그와 관련된 요소들”로 정의됩니다.
RPAS의 정의는 더 상세하며, “원격 조종 항공기 시스템, 그와 관련된 원격 조종국, 필요한 명령 및 제어 링크, 그리고 형식 설계에 명시된 기타 구성 요소”를 의미합니다.
ICAO에 따르면 두 용어의 주요 차이점은 실제 운용 시 UAS는 특별한 공역 편의를 받아야 하고 다른 항공기와 분리되어야 하는 반면, RPAS는 유인 항공기와 함께 공역에 통합될 수 있다는 점입니다.
두 용어의 기술적인 차이점은 RPAS는 원격 조종국(RPS)에서만 조종할 수 있는 반면, UAS는 RPS 또는 지상 통제소(GCS)에서 조종할 수 있다는 점입니다.
2. 고정익 드론, 회전익 드론 및 동력 리프트 드론
유인 항공기와 마찬가지로 드론은 양력을 발생시키는 표면의 구조에 따라 분류할 수 있습니다.
고정익 드론
그림 2: AeroVironment의 JUMP 20 고정익 UAV (출처)
먼저, 이름에서 알 수 있듯이 고정익 드론은 움직이지 않는 날개를 가지고 있으며, 이 날개는 드론 본체에 고정되어 있습니다. 에일러론이나 러더와 같이 회전하고 움직이는 조종면을 갖출 수 있지만, 날개 자체는 고정되어 있습니다. 그림 2는 이러한 예시 중 하나인 AeroVironment의 JUMP 20 을 보여주며, 이 드론은 수직 이착륙(VTOL) 기능과 고정익의 효율성을 결합한 독특한 설계를 갖추고 있습니다. 이 시스템에서는 전방 비행 중 날개의 공기역학적 형태에 의해 양력이 발생하며, 전용 수직 로터는 활주로 없이도 호버링과 이착륙을 가능하게 합니다.
고정익 드론의 장점은 공기역학적 형태 덕분에 장시간 비행할 수 있어 넓은 지역을 커버할 수 있고 에너지 효율이 높다는 점입니다. 이는 감시 및 기후 모니터링과 같이 드론이 몇 시간 또는 며칠 동안 비행해야 하는 임무에 이상적입니다.
추가 읽을거리: UAV 동력 시스템 비교
주요 단점은 조종사가 익히기 어려운 높은 학습 곡선, 이착륙에 필요한 넓은 공간, 그리고 제자리에서 호버링할 수 없다는 사실입니다.
회전익 드론
회전익 드론은 로터 블레이드가 중앙 마스트를 중심으로 회전하여 공기를 아래로 밀어내고, 항공기가 떠오르는 데 필요한 수직 양력을 생성합니다. 모든 수직 이착륙(VTOL) 항공기는 소형 및 대형 헬리콥터와 멀티콥터를 포함하여 이 범주에 속합니다. 회전익 드론은 추진력을 발생시키는 단일 로터 또는 최대 16개 이상의 로터를 가질 수 있습니다.
회전익 드론의 장점은 초기에 조작이 더 간단하고 제자리에서 호버링할 수 있어 다양한 역할을 수행할 수 있다는 점입니다. 기본 모델은 가격도 비교적 저렴하므로, 이 업계에 입문하려는 사람들에게 소형 회전익 드론은 훌륭한 시작점이 됩니다.
주요 단점은 짧은 비행 시간과 관련이 있습니다. 위쪽 및 전방 추진력을 생성하는 데 많은 에너지가 필요하기 때문에 기체의 항속 거리와 비행 시간이 제한됩니다.
동력 리프트 드론
그림 3: Skywalker X8 틸트로터 드론(taobao.com 사진)
동력 리프트 드론은 고정익 드론과 회전익 드론 사이의 매력적인 중간 지점을 차지하며, 비행을 완성하기 위해 두 방식의 요소를 모두 사용합니다.
로터는 VTOL 방식의 이착륙에 사용되며, 일단 비행이 시작되면 항공기는 전방으로 향하는 고정익 방식의 추진으로 전환됩니다. 따라서 회전익 드론의 낮은 공간 요구 사항의 장점을 누리는 동시에 고정익의 향상된 공기역학적 성능과 효율성도 갖추고 있습니다.
동력 리프트 드론에는 틸트로터, 틸트윙, 그리고 두 세트의 수직 로터가 장착된 드론 등 여러 종류가 있습니다.
틸트로터 드론은 비행 중 수직 추진에서 수평 추진으로 전환하기 위해 로터 자체가 회전합니다. Skywalker X 8 VTOL은 콥터 모드와 고정익 모드 사이를 전환하는 세 개의 로터를 갖춘 훌륭한 예시입니다.
설계가 약간 다른 틸트윙 항공기는 로터가 날개 자체에 고정되어 있어 이륙에서 전방 비행으로 전환되는 동안 전체 날개가 회전하므로 비행 중 더 극적인 전환을 거칩니다.
틸트로터와 틸트윙은 한 구성에서 다른 구성으로 변환되기 때문에 컨버티플레인이라고도 불립니다.
세 번째 유형은 이륙과 전방 비행에 수직으로 배치된 로터 세트를 사용하며, 어느 세트도 회전하거나 위치를 변경하지 않는 드론을 말합니다. 이 경우 한 세트의 로터는 이착륙에만 사용되고, 수직으로 배치된 다른 세트는 전방 추진이 필요한 비행 구간에서만 사용됩니다.
두 세계의 장점을 모두 갖춘 것처럼 보이지만, 동력 리프트 드론은 설계가 상당히 복잡하여 더 흔하지 않은 이유를 설명해 줍니다. 안정성을 유지하면서 구성 간 전환이 가능한 시스템을 설계하는 것은 어렵지만, 일단 구현되면 매우 다재다능한 항공기가 됩니다.
3. 동력원 - 전기, 태양광, 가스, 하이브리드, 수소 및 레이저 충전 드론
오늘날 시장에 출시된 회전익 드론의 대부분은 리튬 이온 폴리머(LiPo) 배터리에서 나오는 전기로 구동되지만, 많은 새로운 동력원이 탐구되고 있습니다.
전기 / 배터리 구동 드론
LiPo 배터리는 충전이 가능하고 가벼워 설계 관점에서 이상적입니다. 이는 드론의 가장 흔한 동력원으로, 저희의 LiPo 배터리 가이드에서 자세히 다룹니다.
태양광도 전력원으로 사용되어 왔으며, 드론의 상단 표면에 태양전지가 장착됩니다. 이 개념은 태양이 계속 비추는 한 비행 시간의 제한을 사실상 없애기 때문에 업계를 완전히 뒤흔들 수 있습니다.
그렇지만 태양전지는 상당한 표면적이 필요하며 거의 독점적으로 고정익 모델에 사용되어 왔습니다.
싱가포르 대학교의 엔지니어링 팀이 완전한 태양광 쿼드콥터를 제작했습니다. 설계는 태양전지와 로터 자체 외에는 거의 아무것도 없었지만, 여전히 인상적인 기체였습니다.
가스 구동 드론
반대편 끝에서는 가스 구동 드론이 장거리 임무 수행의 주요 주역이 되었습니다.
전기 모터가 연소 모터보다 효율적이지만, 가솔린은 LiPo 배터리보다 약 50배 높은 에너지 밀도를 가지고 있어 에너지 우위를 유지합니다.
가스 구동 드론에는 무연 가솔린, 2행정 모터 오일, 니트로 기반 가솔린, 디젤 등 여러 가지 연료 옵션이 있습니다.
대부분의 가스 구동 드론은 더 큰 엔진을 더 쉽게 장착할 수 있기 때문에 고정익 구성을 갖추고 있습니다. 공기역학적 형태가 매우 큰 자연 양력을 발생시키기 때문에 몇 시간 또는 며칠 동안 비행하는 데 필요한 연료는 거의 없습니다.
기록을 경신한 비행에서 Vanilla Unmanned의 디젤 구동 VA001 드론은 닷새 동안 계속 비행했을 뿐만 아니라, 착륙했을 때 기체에 3일치 연료가 더 남아 있다는 사실이 밝혀졌습니다.
지금까지 가스 모터는 더 무거운 모터와 연료 시스템이 필요하기 때문에 회전익 드론에서는 흔하지 않았습니다.
그림 5: VA001 디젤 구동 드론(사진: vanillaunmanned.com)
게다가 소음이 발생할 수 있고 시작하려면 모터를 점화해야 합니다. 그렇지만 Goliath 쿼드콥터와 같이 단일 가스 구동 모터로 네 개의 프로펠러를 구동하는 모델을 포함한 일부 모델이 개발되고 있습니다.
하이브리드 동력 드론
하나가 아니라 두 개의 동력원을 자랑하는 세 번째 드론 범주가 등장했습니다. 하이브리드 동력 드론은 게임 체인저이며 가스/배터리 구동 또는 배터리/태양광 구동과 같은 다양한 구성으로 제공될 수 있습니다.
이 기체들의 성능은 타의 추종을 불허하며 회전익과 고정익 항공기 모두에서 온갖 기록을 경신해 왔습니다.
Pipistrel의 Nuuva V300은 배터리 구동 수직 리프트와 순항 비행을 위한 연료 효율적인 내연 기관을 결합한 하이브리드 전기 추진 시스템을 활용하는 훌륭한 예시입니다. 혁신적인 설계 덕분에 이 항공기는 최대 300kg의 화물을 운반하면서도 2,500km 이상의 인상적인 항속 거리를 달성할 수 있어 기존 헬리콥터에 비해 운영 비용을 크게 절감합니다.
그림 6: 2025년 1월 성공적인 첫 비행과 함께 이륙하는 Nuuva V300
또한 PHASA-35의 개념 증명도 곧 나올 예정입니다. 이는 성층권에서 최대 1년의 비행 시간을 갖는 것으로 홍보되는 고고도 장기 체류(HALE) 하이브리드 드론입니다. 이 드론은 낮에는 태양광으로, 밤에는 배터리로 작동하며, 충분한 양력을 제공하기 위해 35m의 날개 폭을 갖추고 있습니다. 드론 개발자들은 이 드론이 통신 네트워크 제공, 기상 모니터링, 감시와 같은 위성의 현재 기능 중 상당 부분을 대체할 수 있다고 믿습니다.
수소 및 레이저 충전 드론
언급할 다른 두 가지 동력원은 수소 연료전지와 비행 중 배터리 레이저 충전입니다.
수소 연료는 드론, 항공 및 일반 운송 산업에서 많은 잠재력을 지닌 깨끗하고 에너지 밀도가 높은 동력원입니다.
Heven은 여러 대의 수소 구동 드론을 개발했지만, Raider가 그들의 최신 UAV입니다. 2025년 2월 11일 아부다비 IDEX에서 공개된 이 드론은 최대 8시간의 연속 비행을 가능하게 하는 수소 연료전지 시스템을 갖추고 있습니다. 모듈형 설계 덕분에 화물 운송, 감시 및 긴급 대응을 포함한 광범위한 응용 분야가 가능하며, 장기 체류 드론의 새로운 기준을 세우고 있습니다.
그림 7: Heven의 Raider 수소 구동 드론 (출처)
드론 레이저 충전은 2012년부터 등장한 기술입니다. 최근 중국 시안양의 노스웨스턴 폴리테크니컬 대학교 연구팀은 무기한 비행할 수 있는 레이저 충전 드론을 선보였습니다. 그들은 레이저 빔이 드론을 계속 조준하도록 하여 전력이 끊기지 않도록 하는 “지능형 시각 추적 알고리즘”을 사용합니다.
4. 드론의 종류
이제 드론을 분류하는 방법을 살펴보았으니, 사용 가능한 몇 가지 특정 드론 종류를 알아보겠습니다.
쿼드콥터, 헥사콥터 및 옥토콥터
멀티 로터 드론은 아마도 가장 눈에 띄는 UAV 형태로, 컴팩트한 본체, 여러 개의 암, 고속 회전 프로펠러로 구성됩니다.
다양한 크기로 제공되며 로터의 수에 따라 명칭이 붙습니다: 쿼드 = 로터 4개, 헥사 = 6개, 옥토 = 8개. 같은 규칙에 따르면 로터가 16개인 드론은 헥사데카콥터라고 불립니다.
그림 8: Inspired Flight IF800 Tomcat 중형 리프트 쿼드콥터 드론
단일 로터 구성은 주어진 수직 단면에 로터가 하나만 있는 반면, 동축 구성은 완전히 또는 부분적으로 겹치는 두 개의 로터를 갖습니다.
많은 드론은 조종사가 비행 내내 기체를 시야에 두고 관찰을 바탕으로 조종하는 가시권 비행(VLOS) 방식으로 조종됩니다. 다른 드론은 1인칭 시점(FPV) 방식으로 조종되는데, 드론에 장착된 카메라가 FPV 고글이나 모니터에 영상을 전송하여 조리 내부에 탑승한 듯한 시점에서 원격으로 조종할 수 있습니다.
추가 읽을거리: 드론 설계 계산 및 가정
헬리콥터 드론
한때 드론 산업의 틈새 분야였지만 헬리콥터 드론에 대한 수요가 증가하고 있으며, 시장 규모는 2027년까지 110억 달러에 달할 것으로 전망됩니다.
유인 헬리콥터와 동일한 원리로 작동하는 헬리콥터 드론은 단일 로터 또는 동축 로터를 사용하여 수직 양력을 발생시키고, 꼬리 로터로 회전 토크를 상쇄합니다. 멀티로터 드론과 마찬가지로 헬리콥터의 장점은 사실상 어디서나 이착륙할 수 있다는 점입니다.
다만 드론 헬리콥터는 배터리로 구동되는 초소형 모델을 제외하면 상당수가 가솔린으로 구동된다는 점에서 독특합니다. 물론 예외도 있는데, AeroVironment의 VAPOR 55 헬리콥터가 대표적입니다. 이 기체는 완전 전기식으로 최대 10파운드까지의 페이로드를 운송할 수 있습니다.
헬리콥터 드론이 사회에 주는 중요한 이점 중 하나는 위험한 임무에서 사람을 대체할 수 있다는 점입니다.
유인 헬리콥터는 비행 조건이 열악할 수 있는 험난한 지형에서 비행해야 하는 수색 및 구조, 재난 구호, 소방 지원 등의 작전에서 중요한 역할을 합니다.
무인 헬리콥터는 접근이 어려운 지역에 물자를 전달하고, 연기나 강풍이 부는 환경에서 비행하며, 위험한 상황에 처한 사람을 구조하는 등 이러한 역할을 수행함으로써 상황을 바꿀 수 있습니다. 이 모든 작업은 현장에 인력을 파견하지 않고도 수행할 수 있습니다. 이러한 목적으로 정밀하게 설계된 Laflamme Aero의 LX300 헬리콥터는 악천후에서도 비행할 수 있으며, 성인 평균 체중을 운반하기에 충분한 최대 90kg의 페이로드를 갖추고 있습니다.
eVTOL 항공기
전기 수직이착륙 항공기(eVTOL) 범주에는 모든 전기 구동 수직이착륙 기체가 포함되지만, 본 기사에서는 이 산업의 크고 경쟁이 치열한 분야인 도심 항공 모빌리티(UAM)에 초점을 맞추겠습니다.
이 새로운 교통수단은 교통 관련 배출량을 줄이고 통근 시간을 단축할 수 있는 잠재력을 지니고 있으며, 일종의 하늘의 우버 역할을 할 수 있습니다.
이에 따라 도심에서 사람을 운송할 수 있는 안전하고 효율적인 eVTOL 기체를 누가 설계하고 제조할 수 있을지를 두고 경쟁이 계속되고 있으며, Archer, Joby Aviation, Lilium, Vertical Aerospace 등의 기업이 앞서 나가고 있습니다.
Archer의 Midnight eVTOL 항공기는 조종사 1명과 승객 4명을 태울 수 있도록 설계되었으며 최대 100마일까지 비행할 수 있습니다.
모든 일이 순조롭게 진행된다면 2030년대 말까지 많은 주요 도시에서 eVTOL 택시 프로그램이 도입될 수 있습니다.
그림 10: Archer Midnight eVTOL (사진: Archer 웹사이트)
eVTOL 범주에는 순수 전기 기체와 배터리와 가솔린을 함께 사용하는 하이브리드 eVTOL 기체가 있습니다. 배터리 기술이 장시간 독립 비행을 지원하기 위해 여전히 발전 중이기 때문에 하이브리드 항공기는 UAM 분야에서 중요한 역할을 합니다.
예를 들어 Bell Nexus 4EX는 배터리 또는 하이브리드 가솔린-전기 방식으로 구동할 수 있도록 제작되어 충전 간 유연성과 더 긴 비행 시간을 제공합니다.
그럼에도 불구하고 이 산업의 주요 동력은 더욱 지속 가능한 교통 솔루션을 제공해야 한다는 요구이므로, 많은 기업은 여전히 완전 전기식으로의 개발에 집중하고 있습니다.
eVTOL 기체는 조종사 탑승 여부를 선택할 수 있는 비행을 위해 설계되어 하이브리드 성격을 띨 수도 있습니다. 즉, 기내에서 수동으로 조종하거나 원격으로 조종하거나 비행을 미리 프로그래밍할 수 있습니다. 이러한 다재다능함은 사회가 드론을 이용한 도심 이동 개념에 익숙해지고 일정 수준의 중복성을 중요하게 여기게 됨에 따라 유용하게 쓰일 것입니다.
고고도 장기 체류(HALE)
HALE 드론은 고고도 장기 체류(HALE) 임무를 수행하도록 설계된 목적에 걸맞은 이름입니다.
이것이 무엇을 의미하는지 예를 들면, '고고도' 드론은 60,000피트 이상에서 비행할 것으로 예상되며, '장기 체류' 비행은 며칠, 몇 달 또는 수년 동안 지속될 것으로 예상됩니다.
많은 HALE 드론은 장기 감시, 정보 수집 및 정찰 작전을 위해 설계되어 군사용으로 사용될 예정입니다. 다른 기체는 아궤도 위성 또는 유사 위성으로 사용되어기상 모니터링 및 통신 네트워크 구축과 같은 기능을 수행할 수도 있습니다.
그림 11: RQ-4 글로벌 호크 (사진 출처: 미 공군 웹사이트)
현재까지 가장 널리 사용되는 HALE 항공기는 아마도 Rolls-Royce AE 3007 터보팬 엔진으로 구동되며 특히 미 공군(USAF)에서 주로 사용하는 Northrop Grumman RQ-4 글로벌 호크일 것입니다.
최대 60,000피트에서 32시간 이상 비행할 수 있으며, 주로 위에서 설명한 군사적 목적으로 사용되어 왔습니다.
자율 드론
자동화와 AI의 인기가 높아지면서 이 기술은 드론과 무인 항공기(UAV)에도 적용되었습니다. 이를 통해 조종사가 모든 움직임을 제어할 필요 없이 첨단 센서를 사용하여 항법을 수행하고 의사결정을 내릴 수 있습니다.
Skydio는 드론 산업의 자율 주행 기술을 전문으로 하는 미국 기업입니다. 이들의 드론은 기내 컴퓨터와 사전 학습된 AI 엔진을 사용하여 주변 환경을 보고 이해합니다. 운영자는 목적지만 선택하면 드론이 가장 효율적인 경로를 계획하고, 지면으로부터의 일정한 높이를 유지하도록 고도를 조정하며 장애물을 피합니다. 이러한 드론은 좁고 잠재적으로 위험한 실내 환경에서도 비행할 수 있어 검사, 감시, 수색 및 구조 작전에 유용하게 쓰입니다.
그림 12: X10 자율 드론용 Skydio Dock (사진: Skydio 웹사이트)
결론
본 기사가 드론 산업의 다양한 드론에 대한 이해를 넓히는 데 도움이 되었기를 바랍니다. 이 분야는 여전히 정부 인증 획득, 설계 한계 극복, 소비자 신뢰 구축 등 많은 과제에 직면해 있습니다.
많은 개발이 진행되고 있는 만큼, 머지않아 이러한 항공기들은 더 크고 뛰어나게 발전하여 사회에 더욱 지속적인 서비스를 제공하게 될 것입니다.
추가 읽을거리: 드론 풍동 테스트의 미래