드론은 사람이 탑승하지 않고 무선 신호에 따라 주어진 임무를 수행하는 비행체다. 얼핏 보면 단순해 보이지만, 복잡하고 견고한 부품이 들어간다. 인천 송도컨벤시아에서 진행 중인 ‘2023 대한민국 드론·UAM 박람회’에서 다양한 드론 부품을 살펴봤다.

드론 부품은 크게 비행체 부품과 임무 모듈 부품으로 나뉜다. 비행체는 유지하되 목적에 따라 다른 임무 장비를 탑재해 용도를 바꾼다. 농약살포기를 달면 방제드론, 카메라를 달면 감시드론이 되는 식이다.

드론용 부품은 비행시간을 늘리고 고장을 방지하기 위해 가벼우면서도 내구성이 좋아야 한다. 다양한 목적으로 사용하는 만큼 내열성도 필요하며, 강한 진동이 지속적으로 발생하기 때문에 각 부품을 연결하는 커넥터도 견고해야 한다.

드론의 머리에 해당하는 전장부품도 복잡하다. 완구용 드론은 비행만 잘 하면 되지만, 특정 임무를 수행하는 드론은 적외선, 초음파, 카메라, 라이다 등 다양한 임무장비를 작동하면서 수집한 데이터까지 송수신해야 하기 때문이다.

비행 제어하는 두뇌, 전장부품

드론을 움직이려면 지상에서 데이터를 수신해야 한다. 기체 제어 전반의 데이터를 지상과 송수신하는 '데이터링크(Data Link, DL)'가 그 역할을 수행한다. 임무 정보, 비행 좌표 및 경로 정보, 드론이 취득한 데이터 등을 지상과 연결한다.

'플라이트 컨트롤러(Filght Controller, FC)'는 기체의 위치, 자세, 나아갈 목표에 따라 각 모터에 동작 신호를 넣는다. 이때 '파워 매니저(Power Manager, PM)'가 모터 및 임무 장비에 전력을 배분해 각 부품을 개별적으로 통제할 수 있다.

드론과 지상을 오가는 데이터는 필히 보호해야 한다. 보안 취약점을 공격해 수집한 데이터를 탈취하고, GPS등 내장된 센서를 조작해 추락시키거나 포획할 수도 있기 때문이다. '데이터링크 쉴드(Datalink Shield, DS)'는 데이터링크가 송수신하는 데이터를 암호화, 복호화한다.

복잡한 임무를 수행하는 드론에는 '미션컴퓨터(Mission Computer)'가 추가된다. 단순히 데이터를 취득하고 전송하는 일은 데이터링크만으로 가능하지만, 취득한 데이터를 응용·분석·변형하려면 미션컴퓨터가 필요하다. 인공지능을 탑재해 영상을 분석하거나, 회피기동 등 복잡한 기능을 적용할 때 필수인 부품이다.

노정호 (주)쿼터니언 기술이사는 “드론용 부품은 가볍고 작게 만드는 것이 중요하다”면서, “드론 전용으로 소형화한 네트워크 장비 ‘이더넷 허브(Ethernet Hub)’와 ‘미션 컴퓨터’를 전시했다”고 말했다.

내부 전장부품을 하나의 기판에 모은 업체도 있었다. 김지우 (주)프리뉴 국내영업팀 대리는 “기판 하나에 모든 모듈을 통합해 정비 및 대량 생산에 유리하다”고 설명했다.

드론용 모터, 출력 높고 수명 긴 BLDC 모터 사용

드론용 모터는 전기자동차 등에 사용하는 다른 모터와 큰 차이가 없다. 김학수 모터이엔지(주) 사업팀 차장은 “기존 모터의 크기를 드론에 맞게 축소한 형태”라면서, “가볍고 견고한 소재를 사용하는 재질 최적화 이외에는 별반 다르지 않다”고 설명했다.

드론에는 DC모터와 BLDC(Brushless DC)모터 두 종류를 주로 사용한다. DC모터는 전자석으로 구성된 회전자에 전기를 지속적으로 공급하는 ‘브러시(brush)’가 맞닿아 있는데, BLDC 모터는 바깥쪽의 영구자석을 회전자로 만들어 브러시 없이도 전기를 공급할 수 있다.

DC모터는 브러시가 마모되면 전류를 공급하지 못한다. 제어가 간편하고 가격이 저렴하지만, 수명이 짧아 완구용 드론에만 사용한다.

BLDC 모터는 다른 부품과 직접 닿지 않아 마찰로 인한 동력 손실이 없고 수명도 길다. 하지만 모터의 회전에 맞춰 극성을 변환하는 컨트롤러가 따로 필요해 DC모터보다 비싸다.

김학수 모터이엔지 사업팀 차장은 “BLDC 모터는 항상 일정한 전원을 유지하고 크기 대비 출력이 높기 때문에 효율을 극대화해야 하는 드론에 알맞다”고 설명했다.

→[드론 부품②]임무 모듈 부품 편으로 이어집니다.