미크로 드론
2002년 9월 19일, 2002년 9월 21일 업데이트
2005년 6월 18일 업데이트
출처:
http://www.aerovironment.com/area-aircraft/prod-serv/bwidpap.pdf
친구 크리스토프 타르디의 도움으로 인터넷에서 미니 드론의 개발을 발견한 것은 매우 놀라운 일이었다. 관심 있는 독자는 영어로 된 PDF 문서인 "검은 외로움의 미크로 항공기 개발"을 찾을 수 있다. 영어로는 MAV(Micro Air Vehicle)라고 한다. 이러한 장비의 성능은 당신을 말을 잃게 만든다. 물론 인터넷에서는 매일 새로운 것을 발견할 수 있다. 이 물체들은 장난감처럼 보이지만 전혀 그렇지 않다. 검은 외로움은 15cm의 날개 길이를 가진다. 문서는 2000년 8월에 실시된 시험을 언급하고 있다. 즉, 2년 전의 일이다. 궁극적인 목적은 명백히 군사적이다.
검은 외로움
이 시험은 4년간의 개발 프로그램의 최종 결과물이다. 이 장비의 사양은 놀랍다:
- 날개 길이: 15cm 미만
- 무게: 100g 미만
- 유용 적재량: 12g
- 2g의 내장형 비디오 카메라로 원격으로 컬러 이미지를 전송
- 속도: 시속 55km
- 비행 시간: 30분
- 전기 추진, 배터리로 구동
- 통신 범위: 2km
- 비행 자동 조종 장치를 내장하여 훈련을 받지 않은 사람이 쉽게 사용할 수 있음. 비행 제어는 내장형 마이크로프로세서로 수행
- 비행 제어 및 무선 통신 관리 시스템 무게: 5g
- 두 개의 조종면(수평면과 수직 중심면)에 작용하는 마이크로 모터 각각 0.5g
1993년 랜드 코퍼레이션은 비행 미크로 머신의 실현 가능성을 조사했다. 군대는 곤충처럼 날거나 기어다닐 수 있는 크기의 장비 개발을 고려하고 있다고 밝히고 있다. 우리가 살고 있는 시대가 나노 기술의 시대라는 점을 고려하면, "나노 로봇"과 "나노 항공학"이 등장하는 것은 놀라운 일이 아니다. 이러한 물체의 크기 축소에 이론적으로는 제한이 없으며, 분자 및 원자 크기 이하가 되지 않는 한 말이다. 1마이크론 정도의 직경을 가진 나노 펌프를 만들 수 있는 사람이 있다면, 몇 밀리미터 크기의 장비는 거대한 존재다.
이 개발 프로그램에는 플로리다 대학과 애리조나 대학을 포함한 여러 대학이 참여했다. 목표는 600m 거리의 목표지점에 30g의 유용 적재량을 전달하는 것이었으며, 장비는 최소 2분 이상 비행할 수 있어야 했다. 이 프로그램의 마지막 단계에서 2000년 8월에 성공적으로 시험된 장비의 성능은 다음과 같다:
- 무게: 80g (...)
- 날개 길이: 15cm
- 탄소섬유로 된 직접 구동형 전기 모터로 구동. 효율은 83%이며, 모터 자체 효율은 70%.
- 비행 시간: 30분 (...)
- 속도: 시속 55km, 이는 이론적으로 27km의 이동 거리와 13km의 작동 반경을 의미한다.
- 1.8km(현재 작동 반경의 한계)까지 데이터를 전송할 수 있으며, 16개의 채널을 사용한다.
- 비행 고도: 250m. 이는 일반적인 비행 고도이며, 최대 고도는 아니다.
- 영상 송신기 무게: 1.4g. 컬러 해상도: 510 x 488 픽셀.
- 송신기 소모 전력: 550mW.
- 신호 출력 전력: 2.4GHz에서 100mW.
- 원격 조종 주파수: 433MHz
- 유용 적재량: 12g
- 전체 제작 비용이 매우 낮다.
리튬 배터리는 저렴하고 매우 신뢰할 수 있다. 비행 중 9/10의 시간은 일정 속도로 이루어지므로 항공역학적 최적화 문제를 단순화한다. 전기 모터 무게는 7g이다. 모터-프로펠러 조합은 분당 5,000회 회전 시 10g의 추진력을 제공한다. 50x50cm 크기의 풍동에서의 시험 결과, 풍차 효율은 83%로 측정되었으며, 컴퓨터 계산 결과 82%로 예측되었다. 날개는 발포 폴리스티렌으로 제작되었으며, 표면 코팅과 구조 요소를 접착제로 붙였다. 코팅은 케블라로 되어 있으며, 수직 안정판은 발사목으로 제작되었다. 비행 중 데이터 수집 및 전송 시스템은 16개의 채널을 지원하도록 설계되었다. 저장 모드에서는 전체 장치가 캐리어 백 안에 들어갈 수 있다(제임스 본드를 떠올리게 한다).
"미니 항공기 제조자", 즉 모형 항공기 제조자(나도 그랬다)는 이 장비의 형태에 놀랄 것이다. 날개 끝이 없으며, 매우 낮은 전개비를 가진 날개이다. 답은 간단하다. 항공기 성능보다는 물체의 컴팩트함을 우선시했다(이는 높은 전개비를 필요로 한다). 꼬리 날개의 부재: 순수한 항공적 안정성 시스템은 최소한으로 제한된다. 이 장비는
수동 조종이 불가능하다.
그러나 이는 놀라운 일이 아니다. 이는 자동 제어 시스템의 발전의 결과이다. 인간은 이 분야에서 매우 제한된 성능을 가진다. 감지기 성능이 낮고 반응 시간이 길다. 여러분은 그림 A처럼 지