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멀티콥터

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목차

1. 개요

멀티콥터는 3개 이상의 로터를 가진 수직 이착륙 항공기로, 각 로터의 회전 속도 조절을 통해 자세를 제어한다. 1907년 프랑스에서 가솔린 엔진을 탑재한 유인 쿼드콥터 연구가 시작되었으며, 2000년대 스마트폰에 사용되는 MEMS 자이로스코프와 가속도 센서의 보급으로 소형 멀티콥터가 일반화되었다. 다양한 로터 수와 사양에 따라 분류되며, 항공 촬영, 스포츠, 농업, 물류, 군사 등 다양한 용도로 활용된다. 안전성 확보를 위해 로터 수를 늘리거나, 전자전 방해에 대한 대책 마련이 중요하며, 각 국가별로 항공법 및 규제가 존재한다.

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    오토자이로는 엔진 동력 없이 전진 운동으로 회전하는 로터를 통해 양력을 얻는 회전익 항공기로, 헬리콥터와 달리 수직 이착륙은 불가능하지만 짧은 활주로 이착륙이 가능하며, 스포츠 및 레저용으로 주로 사용된다.
멀티콥터
멀티콥터
다양한 멀티콥터 구성
다양한 멀티콥터 구성
개요
유형회전익기
작동 방식둘 이상의 로터를 사용하여 추진력과 제어력을 얻는 항공기
일반적인 구성쿼드콥터
헥사콥터
옥토콥터
역사
개발20세기 초 실험적으로 개발 시작
대중화21세기 들어 기술 발전과 가격 하락으로 대중화
구성
로터 수3개 이상
일반적인 로터 배열X형
+형
Y형
H형
제어 방식각 로터의 속도 조절을 통해 기체를 제어
장점
수직 이착륙헬리콥터와 마찬가지로 수직 이착륙 가능
호버링공중에서 정지 비행 가능
소형화작은 크기로 제작 가능
조종 용이성비교적 조종이 쉬움
활용성다양한 분야에서 활용 가능
단점
비행 시간헬리콥터에 비해 비행 시간이 짧음
탑재 능력헬리콥터에 비해 탑재 능력이 부족
기상 조건강한 바람에 취약
활용 분야
취미 및 여가 활동드론 촬영, 드론 레이싱 등
군사정찰, 감시, 수색 및 구조 등
상업배송
농업
건설
측량
사진 촬영
참고 문헌
웹사이트AeroQuad - The Open Source Quadcopter
Multicopter Table
UAVP-NG - The Open Source Next Generation Multicopter
UAVP-NG - The Open Source Next Generation Multicopter
DIY Drones
OpenPilot
How to Pick The Best Multirotor Frame
Multirotor Frame Configurations
QuadRanger VTOL
뉴스 기사ALMA Filmed with Hexacopter
이미지Octo Quad

2. 역사

멀티콥터의 개념 자체는 헬리콥터 개발 초기부터 존재했다. 가솔린 엔진을 사용한 유인 쿼드콥터 연구가 20세기 초반부터 시도되었으며[16], 이후에도 다양한 형태의 멀티로터 항공기 실험이 이어졌다. 일본에서는 1980년대부터 전동식 소형 멀티콥터 연구가 시작되었으나[20][21], 당시의 기술적 한계로 인해 널리 보급되지는 못했다.

본격적인 발전은 2000년대 이후 MEMS 기술 기반의 저렴하고 작은 자이로스코프와 가속도 센서가 스마트폰 등에 널리 사용되면서 가능해졌다. 이러한 센서 기술의 발전은 리튬 폴리머 배터리, 고효율 브러시리스 모터 등의 발전과 맞물려 소형 무인 항공기(드론) 형태의 멀티콥터 개발을 촉진했다. 2010년 프랑스 Parrot SA|패럿fra 사의 AR.Drone|AR.Droneeng 출시는 일반 소비자 시장을 열었고, 이후 중국의 DJI와 같은 기업들이 고성능 카메라 짐벌을 탑재한 제품을 출시하며 시장을 급격히 성장시켰다.[24][25]

2010년대 이후 멀티콥터는 항공 촬영, 취미용 비행, 드론 레이싱, 물품 배송[26], 지뢰 탐지[36][37], 통신 중계[40] 등 다양한 분야로 활용 범위가 넓어지고 있다. 유인 비행이 가능한 전기 멀티콥터[17][18][19] 개발도 진행되는 등 기술 발전이 계속되고 있다.

2. 1. 초기 연구

가솔린 엔진을 탑재한 유인 쿼드콥터 연구는 헬리콥터 초기부터 진행되었다. 1907년 프랑스의 브레게-리셰 자이로플레인이 지상 60cm 상공에 떠오르는 데 성공하여 최초로 비상한 회전익기로 여겨진다. 1922년에는 미국 육군 주도로 드 보테자 헬리콥터 실험이 이루어졌는데, 이는 1922년 12월 18일 첫 비행에 성공한 미국의 4개 로터 헬리콥터였다. 또한 1948년 첫 비행에 성공한 영국의 시에르바 에어 호스(Cierva Air Horse)는 3개의 로터를 가진 "중량물 운반" 헬리콥터로, 로터 강도를 유지하면서 큰 양력을 얻기 위해 다수의 로터를 채택했다.[16]

헬리콥터가 실용화된 이후인 1958년에도 미국 육군은 터빈 엔진으로 구동되는 커티스-라이트 VZ-7 실험을 진행했다. 이후 틸트로터 방식으로는 1963년 X-19, 1966년 X-22 등의 실험이 이어졌다.

일본에서는 1994년 3월 7일, 인력 헬리콥터인 YURI-I가 쿼드로터 방식으로 일본항공협회 공식 시험에서 높이 20cm, 체공 시간 19.46초를 기록하며 초기 쿼드로터의 사례로 남았다.

전동식 소형 멀티콥터는 일본에서 1980년대부터 나고야 대학 등 연구기관과 일부 애호가들에 의해 개발이 시도되었다.[20][21] 그러나 당시에는 가볍고 용량이 큰 배터리와 고출력 전동기를 구하기 어려웠고, 복잡한 자세 제어 기술이 필요해 일반인이 조종하기는 힘들었다. 1989년 7월 키엔스가 출시한 자이로소서는 자이로스코프(모터로 코마를 회전시키는 방식)를 탑재하여, 이전까지 수직이착륙기 조종 경험이 없는 사람도 비교적 쉽게 조종할 수 있게 만들었다.

2. 2. 발전과 상용화

가솔린 엔진을 탑재한 유인 쿼드콥터 연구는 헬리콥터 초기부터 진행되었다. 1907년 프랑스의 브레게-리셰 자이로플레인은 지상 60cm 상공에 떠오르는 데 성공하여 최초로 비행한 회전익기로 여겨진다. 1922년에는 미국 육군이 드 보테자 헬리콥터 실험을 진행했으며, 이는 같은 해 12월 18일 첫 비행에 성공한 미국의 4개 로터 헬리콥터이다. 헬리콥터 실용화 이후인 1958년에도 미국 육군은 터빈 엔진으로 구동되는 커티스-라이트 VZ-7 실험을 실시했다. 이후 틸트로터기로서 1963년 X-19, 1966년 X-22 실험이 이루어졌다.

초기 멀티로터 헬리콥터로는 3개의 로터를 사용한 영국의 시에르바 에어 호스(Cierva Air Horse)가 있으며, 이는 1948년 첫 비행에 성공한 "중량물 운반" 헬리콥터였다.[16]

1994년 3월 7일, 일본항공협회 공식 시험에서 인력 헬리콥터인 YURI-I가 쿼드로터를 장착하고 높이 20cm, 체공 시간 19.46초를 기록했다. 이는 일본에서의 초기 쿼드로터 사례 중 하나이다.

전동식 소형 멀티콥터는 일본에서 1980년대에 나고야 대학 등 연구기관과 일부 애호가들 사이에서 개발이 시작되었다.[20][21] 그러나 당시에는 가볍고 용량이 큰 배터리와 고출력 전동기 확보가 어려웠고, 자세 변화에 따른 복잡한 제어가 필요하여 일반 애호가들이 조종하기는 어려웠다. 1989년 7월 키엔스에서 출시한 자이로소서는 이러한 상황을 바꾸는 계기가 되었는데, 수직이착륙기 조종 경험이 없는 사람도 비교적 쉽게 조종할 수 있게 만들었다. 당시 탑재된 자이로스코프는 모터로 팽이를 회전시키는 방식이었다.

2000년대 이후 스마트폰 등에 사용되는 MEMS 자이로스코프와 가속도 센서가 대량 생산되어 가격이 저렴해지면서, 이를 탑재한 멀티콥터가 널리 보급되기 시작했다. 2010년 프랑스의 Parrot SA|패럿fra 사가 출시한 AR.Drone|AR.Droneeng은 큰 반향을 일으켰다. 이전까지 주로 산업용 장비로 여겨지던 드론을 일반 소비자도 쉽게 구입하고 비행시킬 수 있게 되면서 오늘날 드론 붐의 시발점이 되었다.

드론 붐의 시발점이 된 AR.Drone


특히 2010년대에는 카메라 짐벌을 도입한 중국의 DJI 제품이 세계 시장 점유율의 70% 이상을 차지하며 시장을 주도했다.[24][25]

독일의 볼로콥터(Volocopter)는 18개의 로터를 가진 전기식 멀티콥터 시제품 시리즈로, 유인 비행에 성공한 세계 최초의 전기식 멀티콥터이다.[17][18] 저렴한 모터를 다수 사용하여 경제적이고 조용하며, 최대 4개의 모터가 고장 나도 제어를 유지할 수 있는 이중화 기능을 갖추었다.[19]

알티게이터(AltiGator) 사의 오닉스스타 XENA-8F 동축 회전식 접이식 드론


멀티콥터 기술이 발전하면서 상업적 활용 시도도 활발해졌다. 2013년 12월, 미국 아마존닷컴은 멀티콥터를 이용한 배송 서비스인 “Amazon Prime Air” 구상을 발표했다.[26]

일본에서는 드론 관련 이벤트와 서비스가 연이어 등장했다.

  • 2015년 11월: 치바현 가토리시에서 제1회 “드론 임팩트 챌린지 2015”가 개최되어 61명의 조종사가 참가했다.[27][28] 니코니코 생방송을 통해 생중계되기도 했다.[29]
  • 2016년 3월: 치바현 지바시 마쿠하리 멧세에서 “Japan Drone 2016” 행사가 열렸고, 실내 레이스인 “드론 임팩트 챌린지 2016”도 함께 개최되었다.[30][31][32] 관람객 수는 8,023명이었다.[33]
  • 2016년 4월: 라쿠텐은 드론 배송 서비스 “소라라쿠”를 5월부터 시작한다고 발표했다. 첫 단계로 골프장에 도입되었으며, 사용된 헥사콥터는 최대 2kg의 짐을 싣고 목적지까지 자율 비행, 화물 투하, 귀환까지 자동으로 수행했다.[34]
  • 2016년 7월: 효고현 카도시에서 일본 최초로 상금이 걸린 드론 레이스가 개최되었다. 조종사들은 고글을 착용하고 드론 시점에서 시속 100km가 넘는 속도로 경쟁했다.[35]
  • 2016년 11월: 쿄상은 제56회 전일본 모형 취미 쇼에서 고도 유지 기능을 갖춘 저공 비행용 쿼드콥터 “DRONE RACER”를 발표하고 출시했다. 이 모델은 R/C카에 사용되는 휠러 프로포로 조작할 수 있도록 설계되었다.[38][39]


특수 목적 활용 사례도 등장했다. 2016년 8월, 헥사콥터 드론으로 지뢰를 탐지하고 처리하는 서비스인 “Mine Kafon Drone”이 Kickstarter|킥스타터eng에서 개발 자금을 모금했는데, 목표 금액 7만유로의 두 배 이상을 모으는 데 성공했다.[36][37]

2017년에는 KDDI가 LTE 통신을 이용하는 “스마트 드론”(옥토콥터)으로 실증 실험을 진행했다. 이 실험에서는 총 6.3km의 시계 외 장거리 비행을 통해 저수지에 약제를 살포하는 과제를 수행했으며, 비행 중 “드론 포트”에서 무인 충전을 실시하여 행동 반경을 넓혔다. 이는 일본 정부가 목표로 하는 산간 벽지에서의 드론 택배 등에 활용될 가능성을 보여주었으나, 안전성 확보가 과제로 남았다.[40]

2. 3. 한국의 멀티콥터 역사와 발전

제공된 원본 소스에는 '한국의 멀티콥터 역사와 발전'에 해당하는 내용이 없습니다. 따라서 해당 섹션에 추가할 내용이 없습니다.

3. 구조와 원리

멀티콥터는 기체 중앙에서 방사상으로 배치된 여러 개의 로터(회전익)를 갖춘 회전익 항공기의 일종이다. 일반적으로 수직 방향으로 3개 이상의 로터를 장착하며, 각 로터의 회전 속도를 개별적으로 제어하여 비행한다.

3. 1. 기본 원리



멀티콥터는 기체 중앙에서 방사상으로 배치된 여러 개의 로터(회전익)를 갖추고 있으며, 각 로터를 동시에 균형 있게 회전시킴으로써 비행한다. 일반적으로 수직 방향으로 3개 이상의 로터를 갖춘다. 상승과 하강은 로터의 회전 속도의 증감에 따라 이루어지며, 전진·후진·선회 등은 각 로터의 회전 수에 차이를 두어 기체를 기울임으로써 수행한다.

로터의 수가 2개 이하인 경우에는 자세를 제어하기 위해 사이클릭 피치 기구와 같이 회전 중에 로터의 각도를 연속적으로 바꾸는 기구가 필요하지만, 로터 수가 3개 이상으로 증가하면 각 로터의 회전 속도를 증감시키는 것만으로 자세를 제어할 수 있다. 이 때문에 싱글 로터 방식의 헬리콥터보다 자세 안정성이 좋다. 각 모터의 회전 속도 제어는 탑재된 자이로스코프로 기울기를 감지하여 보정하는 방향으로 모터의 회전 속도를 변경하는 방식으로 이루어진다.

로터는 고정 피치의 것이 많이 사용되며, 시계 방향과 시계 반대 방향의 로터를 번갈아 배치함으로써 회전의 반작용을 상쇄한다.

반면, 여러 개의 로터 중 하나라도 정지하면 추락할 수 있기 때문에, 본질적으로 싱글 로터 방식의 헬리콥터보다 안전성이 떨어진다는 단점이 있다. 또한 로터의 회전 속도만으로 제어 가능하다는 간소한 구조를 살리기 위해 일반적으로 사이클릭 피치 기구나 가변 피치 기구를 갖추지 않는다. 민첩하고 정밀하게 회전 속도를 제어하기 위해 회전 모멘트가 증가하는 로터의 대형화에도 제약이 있다(일반 항공기의 로터나 프로펠러는 정속 회전하고, 피치만으로 제어한다). 이러한 이유로 에너지 효율이 나쁘고, 특히 고속 수평 이동은 어려워한다.

따라서 멀티콥터는 경량의 기체를 정밀하게 제어하는 용도에 적합하고, 중량물을 고속으로 운반하는 용도는 어려워한다.

로터를 프로펠러라고 기술하는 경우도 보이지만, 추진력을 주로 발생시키는 장치가 아니므로 적절하지 않다.

주로 무선으로 원격 조종하는 '''라디오 컨트롤 헬리콥터'''나 자율 비행이 가능한 무인 항공기('''드론''')으로 사용되는 외에, '''유인 드론'''·'''비행 자동차''' 등 유인 항공기로서의 연구도 진행되고 있다.

3. 2. 비행 제어기 (Flight Controller)

비행 제어기 보드(Naze32)


자율 비행이 가능한 무인기에는 비행 제어기(Flight Controller: FC)가 탑재되어 있다. 이 부품은 드론의 “두뇌”[41], “심장부”[42], “핵심”[43] 등으로 불릴 만큼 중요한 부품으로, 컴퓨터와 자이로센서, 가속도센서, 기압 센서, GPS 등이 하나의 보드에 담겨 있다. 각 센서로부터 얻은 정보를 바탕으로 컴퓨터가 기체의 자세를 감시하고 안정화시키며, 조종에 따라 기체의 기울기와 진행 방향을 제어하는 데 사용된다.[44]

비행 제어기의 하드웨어로는 Naze32와 CC3D가 많이 사용된다.[45][46][47]

이 하드웨어에 제어 알고리즘을 구현한 펌웨어를 설치하여 사용한다. 기본적으로 각 하드웨어 전용 펌웨어를 사용하지만, 다른 하드웨어에서도 공통으로 사용할 수 있는 펌웨어도 있다. 대표적인 펌웨어는 다음과 같다.

  • BaseFlight

:: 구글 크롬용 애드온으로 설정이 가능한 무료 펌웨어이다[48]. Naze32의 기본값이다[49].

  • CleanFlight

:: Baseflight에서 파생된 펌웨어이다. 개발 속도가 Baseflight보다 빠르고, 인기가 많아 관련 정보가 많다[49].

  • BetaFlight

:: Cleanflight의 성능 강화 및 개선판이다[50].

  • OpenPilot

:: CC3D의 기본값이었던 오픈소스 펌웨어이다. 현재는 개발이 중단되고 LibrePilot으로 이전되었다.[41][51]

  • LibrePilot

:: 2015년 OpenPilot의 포크로 시작된 펌웨어이다[52].

4. 종류

(내용 없음)

4. 1. 로터 수에 따른 분류

멀티콥터는 장착된 로터의 수에 따라 다음과 같이 분류될 수 있다.

  • 트라이콥터: 로터 3개
  • 쿼드콥터: 로터 4개
  • 헥사콥터: 로터 6개
  • 옥토콥터: 로터 8개


역사적으로 다양한 로터 수의 멀티콥터가 개발되었다.

  • 드 보테자트 헬리콥터(de Bothezat helicopter): 1922년 12월 18일 첫 비행에 성공한 미국의 4개 로터 헬리콥터이다.
  • 시에르바 에어 호스(Cierva Air Horse): 1948년 첫 비행에 성공한 영국의 3개 로터 "중량물 운반" 헬리콥터로, 로터 강도를 저하시키지 않고 큰 양력을 얻기 위해 3개의 로터를 사용했다.[16]
  • 볼로콥터(Volocopter) 설계: 18개의 로터를 가진 독일의 전기식 멀티콥터 시제품 시리즈이다. 유인 비행에 성공한 세계 최초의 전기식 멀티콥터로 알려져 있다.[17][18] 저렴한 모터를 다수 사용하여 경제적이고 조용하며, 최대 4개의 모터 고장에도 제어를 유지할 수 있는 이중화 기능을 갖추었다.[19]

4. 2. 사양에 따른 분류

멀티콥터는 로터의 개수와 배치 방식 등 다양한 사양에 따라 분류될 수 있다. 주요 로터 구성 방식은 다음과 같다.

  • 동축 로터
  • 사이클로로터
  • 맞물림 로터
  • 테일 로터
  • 탠덤 로터
  • 횡형 로터


역사적으로 다양한 로터 구성을 가진 멀티콥터들이 개발되었다.

  • 드 보테자트 헬리콥터(de Bothezat helicopter): 1922년 12월 18일 첫 비행에 성공한 미국의 4개 로터 헬리콥터이다.
  • 시에르바 에어 호스(Cierva Air Horse): 1948년 첫 비행에 성공한 영국의 3개 로터 "중량물 운반" 헬리콥터이다. 로터 강도를 저하시키지 않고 큰 양력을 얻기 위해 3개의 로터를 사용했다.[16]
  • 볼로콥터(Volocopter): 18개의 로터를 가진 독일의 전기식 멀티콥터 시제품 시리즈이다. 유인 비행에 성공한 세계 최초의 전기식 멀티콥터로 알려져 있다.[17][18] 저렴한 모터를 다수 사용하여 경제적이고 조용하며, 최대 4개의 모터 고장에도 제어를 유지할 수 있는 이중화 기능을 제공한다.[19]


5. 용도

멀티콥터는 그 특성을 활용하여 다양한 분야에서 사용되고 있다. 대표적으로 항공 촬영 및 영상 제작 분야에서 활약하며, 사람이나 기존 항공기가 접근하기 어려운 곳에서의 촬영을 가능하게 했다. 또한, 스포츠 중계나 드론 레이싱과 같은 엔터테인먼트 분야, 농업에서의 방제 및 파종, 물류 시스템에서의 드론 배송, 군사적 목적, 그리고 재난 지역 탐사나 시설 경비 등 광범위한 용도로 활용 범위가 넓어지고 있다. 취미용으로도 널리 보급되어 많은 사람들이 비행을 즐기고 있으며, 직접 부품을 구매하여 직접 제작하는 경우도 있다.[56]

5. 1. 항공 촬영

카메라를 탑재한 멀티콥터는 항공 촬영이나 조사 등에서 사람이나 기존 항공기가 접근하기 어려운 곳에서 새로운 시점의 촬영을 가능하게 했다. 촬영 중인 영상은 FPV(First Person View)를 통해 지상에서 실시간으로 확인할 수 있지만, 전파법의 제약으로 인해 송신 출력과 대역폭이 제한된다.

일반적인 사진이나 비디오 촬영용 가시광선 카메라 외에도, 적외선 카메라를 탑재하여 특수 촬영을 하는 경우도 있다. 영상 제작에 사용되는 멀티콥터는 카메라를 브러시리스 짐벌(Gimbal)에 장착하여 기체의 흔들림을 효과적으로 상쇄시킨다. 이를 통해 매우 안정적인 영상 촬영이 가능해졌다. 또한, 연속 사진 촬영을 이용한 사진측량 방식이나 레이저 측량 장비를 탑재한 측량용 기체도 개발되어 활용되고 있다.

멀티콥터로 촬영한 영상의 예시 (여름 니가타현 이와후네군 아와시마 촬영)


과거의 무선조종 헬리콥터를 이용한 항공 촬영은 카메라의 흔들림이 심해 동영상 촬영에는 부적합했고, 주로 사진 촬영에 머물렀다. 그러나 DJI사가 발표한 Z15와 같은 혁신적인 카메라 짐벌(카메라 안정 장치)이 등장하면서, 흔들림이 거의 없는 전문가 수준의 영상 촬영이 가능해졌다. 이러한 브러시리스, 직접 구동 방식의 짐벌 기술은 2013년 NAB 쇼에서 다른 회사인 FREEFLY사가 MōVI라는 제품을 선보이며 더욱 발전했다.

현재 시중에서 쉽게 구할 수 있는 취미용 멀티콥터는 기존의 싱글 로터 헬리콥터에 비해 안정성이 뛰어나고 조종이 간편하다는 장점이 있다. 전문가용 기체에 비해 크기가 작고 가벼우며, 전장 10cm 미만의 초소형 모델부터 30cm~40cm 정도의 모델이 일반적이지만, 80cm에 달하는 큰 모델도 있다. 기체 재질은 주로 합성수지(플라스틱이나 스티로폼 형태)로 만들어진다. 세계적으로 중국 제조업체의 시장 점유율이 높아지고 있으며, 한국 국내에서도 다양한 국적의 제품이 판매되고 있다.[56] 일부 열성적인 애호가들은 제어 유닛, 모터, 로터, 배터리, FPV 시스템, 기체 프레임(합성수지나 탄소섬유) 등 부품을 개별적으로 구매하여 직접 기체를 제작하고 비행 실험이나 취미 비행을 즐기기도 한다.[56]

FPV 레이서


업계 최대 DJI사의 Phantom 4

5. 2. 스포츠·레이스

경기장이나 코스 상공에서의 항공 촬영으로는, 2015년 1월 22일, 스포츠 방송 최초로 멀티콥터를 이용한 중계를 미국 스포츠 채널 ESPN이 X 게임 중계에서 실시했다.[54] 일본에서는 2015년 9월 6일, 인터넷과 CATV을 통한 트라이애슬론 대회 생중계에 멀티콥터에 의한 항공 촬영이 추가되었다.[55]

FPV(First Person View) 시스템을 이용하여 박진감 넘치는 드론 레이싱을 즐기는 경우도 있다.[56]

5. 3. 농업

이전에는 무선 조종 헬리콥터를 농업에 사용했지만, 조종에 숙련된 기술이 필요하다는 단점이 있었다. 최근에는 고정밀 위성측위 기술을 이용한 자율 제어 방식의 멀티콥터가 도입되어 종자와 비료 살포, 병해충 방제 등에 활용되고 있다.[58]

5. 4. 물류

여러 국가에서 드론 배송 서비스 계획이 진행 중이며, 일부 지역에서는 실험적으로 운영되고 있다. 또한 의약품처럼 긴급성이 요구되고 무게가 가벼운 화물을 중심으로 자동제세동기(AED)를 긴급 수송하는 시도도 진행되고 있다.[57]

5. 5. 군사

전장에서의 폭격에도 활용될 수 있는 연구가 진행 중이다.[53]

5. 6. 기타


  • 드 보테자트 헬리콥터(de Bothezat helicopter)는 1922년 12월 18일 첫 비행에 성공한 미국의 4개 로터 헬리콥터이다.
  • 시에르바 에어 호스(Cierva Air Horse)는 1948년 첫 비행에 성공한 영국의 3개 로터 "중량물 운반" 헬리콥터로, 로터 강도를 저하시키지 않고 큰 양력을 얻기 위해 3개의 로터를 사용했다.[16]
  • 볼로콥터(Volocopter) 설계는 18개의 로터를 가진 독일의 전기식 멀티콥터 시제품 시리즈로, 유인 비행에 성공한 세계 최초의 전기식 멀티콥터이다.[17][18] 저렴한 모터를 다수 사용하여 경제적이고 조용하며, 최대 4개의 모터 고장에도 제어를 유지할 수 있는 이중화 기능을 제공한다.[19]


카메라를 탑재한 멀티콥터는 항공촬영이나 조사 등에서 사람이나 기존 항공기가 접근할 수 없는 미지의 시점에서 촬영을 가능하게 했다. 촬영 중인 영상은 FPV를 통해 지상에서 실시간으로 모니터링할 수 있지만, 전파법의 제약으로 출력과 대역폭이 크게 제한된다. 사진이나 비디오 등의 가시광선 카메라 외에 적외선 카메라를 탑재하는 유형도 있다.

영상 제작용의 경우, 카메라는 브러시리스 짐벌에 탑재됨으로써 흔들림 없는 영상 촬영이 가능해졌다.

이전의 무선조종 항공촬영은 카메라 흔들림이 크기 때문에 동영상에는 적합하지 않았고, 사진 촬영이 주였다. 하지만 DJI사가 발표한 Z15라는 새로운 카메라 짐벌(카메라 안정장치)에 의해, 거의 흔들림 없는 안정된 영상을 촬영할 수 있게 되었다. 이러한 브러시리스, 직접 구동 방식의 짐벌은, 다른 회사인 FREEFLY사에서 MōVI라는 제품이 2013년 NAB 쇼에서 발표되었다.

화산 분화 상황을 파악하기 위해 멀티콥터를 사용하여 자동 항행에 의한 화구 관측이나, 관측용 로버를 산 정상으로 운반하는 등의 용도로 사용되고 있다. 도호쿠 대학과 주식회사 엔루트의 공동 연구로 아사마산과 신모에다케에서 현장 실험이 이루어지고 있다. 레이저 센서 등을 사용하여 실내에서도 자동 비행이 가능하며, 경비나 위험 지역 탐사에도 활용되고 있다. 자율비행이 가능하다는 장점을 활용하여 사람이 접근하기 어려운 곳의 조사에 활용될 것으로 기대된다. 대형 보안 회사 세콤(SECOM)이 소형 비행 감시 로봇으로 쿼드콥터 형태의 멀티콥터를 개발했다.

현재 일반 매장에서 대량 판매되는 취미용 멀티콥터는 기존의 싱글 로터(일명 "헬리콥터"형)에 비해 안정성이 높고 조종이 용이하다. 전문가용에 비해 소형·경량이며, 전장은 10cm 미만부터 30cm~40cm 정도가 많지만 80cm 정도의 것도 있다. 기체 재질은 합성수지(일명 "플라스틱"이나 "스티로폼" 형태)가 많다. 세계적으로 중국 제조업체 제품의 시장 점유율이 높아지고 있으며, 일본 국내에서는 일본 제조업체 제품도 판매되고 있다.[56] 열성적인 애호가들 중에는 각 부품, 제어 유닛, 모터, 로터, 배터리, FPV 시스템, 기체 재료(합성수지나 탄소섬유) 등을 개별적으로 구입하여 직접 제작하고, 비행 실험이나 취미 비행을 즐기는 사람도 있다.[56]

6. 안전성

로터 4개 중 하나에 문제가 발생해도 추락으로 이어질 수 있기 때문에[60] 안전성이 요구되는 항공촬영 분야 등의 산업용도에서는 로터 수를 6개 또는 8개로 늘린 멀티콥터를 사용하는 것이 바람직하다.[61][62]

많은 멀티콥터는 무선 조종이며, 전자전(ECM)과 같은 전파 방해를 받으면 추락을 피할 수 없다.[63][64] 미리 설정된 페일세이프 기능에 의한 자동 착륙이나, 사전에 기체를 경량화하는 등의 피해를 줄이는 정도의 대응 수단밖에 없다.[63] 우크라이나 침공(2022년)에서는 광섬유를 이용한 유선 조종 드론이 우크라이나와 러시아군 양측에서 사용되고 있다.[65]

일반적으로 프로펠러 피치가 고정되어 있기 때문에 오토로테이션이 불가능하다. 수동적 안정성도 없다. 자세 제어에는 항상 동력으로 회전 속도를 제어할 필요가 있다. 따라서 배터리 방전 등으로 동력을 잃으면 치명적이다. 배터리 잔량에는 항상 주의를 기울여 잔량이 감소하면 즉시 착륙시켜야 한다.

강하를 지시하면 회전 속도가 저하되기 때문에 자세 제어 능력이 저하된다. 스로틀을 올려도 프로펠러의 관성 때문에 실제로 반영되는 데는 지연이 있다.[66] 피치가 가변적이라면 회전 속도를 변경하지 않고 신속하게 추력을 조정하여 역추력을 발생시키는 것도 가능하다.

대책으로 기체 외형을 고안하여 회전하면서 강하할 수 있도록 한 것[67]이나, 낙하산이 고안되고 있다.[68]

7. 법규 및 규제

개인이 멀티콥터를 쉽게 구매하고 조작할 수 있게 되면서, 일본에서는 총리 관저 무인기 추락 사건이나 문화재 등 건축물 무단 촬영, 지역 축제 등 행사에서 허가 없이 사용하거나 조종 미숙으로 인한 충돌·추락 사고가 발생하는 등 안전 관리 문제가 부각되었다.[69][70][71][72][73][74][75][76] 이에 따라 멀티콥터를 포함한 무인 항공기에 대한 규제를 담은 개정 항공법이 2015년 9월 4일에 통과되어 같은 해 12월 10일부터 시행되었다.[77][78][79]

일본 항공법에서는 무인항공기를 "비행기, 회전익 항공기, 활공기, 비행선으로서 구조상 사람이 탈 수 없는 것 중 원격 조종 또는 자동 조종으로 비행시킬 수 있는 것"으로 정의하며, 기체 본체와 배터리 무게 합계가 200g 미만인 것은 이 정의에서 제외한다. 그러나 총중량 200g 미만 등으로 인해 '무인항공기'에 해당하지 않더라도 '모형항공기'로서[80] 공항 주변 등의 '제한표면' 관련 규제 및 기타 항공법 규제는 여전히 적용될 수 있다.

다음과 같은 공역에서 무인항공기를 비행시키려면 사전에 국토교통대신의 허가를 받아야 한다.


  • A영공: 공항, 헬리포트 및 비행장 주변 공역
  • 공항, 헬리포트 및 그 주변에 설정된 '제한표면' 상공
  • 제한표면이 설정되지 않은 비행장 주변의 특정 공역 (국토교통성 고시 제1404호)[81] (예: 미사와 비행장, 키사라즈 비행장, 이와쿠니 비행장)
  • B영공: 지표 또는 수면으로부터 150m 이상의 고도
  • C영공: 인구밀집지역(DID) 상공 (A, B영공 제외)


자신의 토지를 포함한 사유지 상공이라도 위 규제 공역(A~C)에 해당하면 국가의 허가가 필요하다. 단, 실내 또는 그물 등으로 6면이 완전히 둘러싸인 공간 내에서의 비행은 허가가 필요 없다. 규제 공역(A~C)이 아닌 곳에서는 항공법상 국가 허가는 불필요하지만, 다른 법령이나 지방자치단체 조례에 따른 규제가 있을 수 있다. 또한, 비행금지구역, 민간훈련시험공역, 자위대·주일미군 관련 제한 공역(요코타 공역 등) 등도 고려해야 한다.

규제 공역(A~C)에서 비행하려면 관계 기관과 사전 조정을 거쳐 동의를 얻은 후 국토교통대신의 허가를 받아야 한다. 예를 들어 A영공은 공항 관리자, B영공은 해당 공역의 관제 기관(항공교통관리센터, 공항 사무소 등)과 협의해야 한다.[82]

공역 종류나 허가 유무와 관계없이, 무인항공기 비행 시에는 다음과 같은 방법 규제를 준수해야 한다. (단, 국토교통대신의 특별 승인을 받으면 예외 적용 가능)

  • 야간 비행 금지 (일몰 ~ 일출)
  • 지상고 150m 이상 비행 금지
  • 조종자가 직접 눈으로 볼 수 없는 범위에서의 비행(시계 외 비행) 금지 (원격 모니터 감시 포함)
  • 지상 또는 수상의 사람, 차량, 선박, 건축물 등으로부터 30m 이상 거리 유지[83]
  • 축제, 전시회, 스포츠 경기, 데모 활동 등 다중 밀집 행사 장소 상공 비행 금지[84]
  • 폭발물, 위험물 등 및 무기류 적재 금지 (연료, 안전 장치 등 제외)
  • 항공기에서 물건 투하 금지 (액체 살포 포함, 지상에 내려놓는 경우 제외)


https://www.mlit.go.jp/koku/koku_tk10_000003.html 무인항공기(드론·라디오컨트롤기 등)의 비행 규칙 - 국토교통성

수색, 구조 등을 위한 특례로, 경찰, 국가 또는 지방 공공 단체 등이 사고 발생 시 수색·구조 목적으로 무인항공기를 운항하는 경우에는 앞서 언급된 비행 공역 및 방법 규제가 적용되지 않는다. 다만, 이 경우에도 다른 관련 규정 준수 및 관계 기관과의 협의가 권장된다.[85][86]

이 외에도 다음과 같은 법규 및 규제가 적용될 수 있다.

  • 소형무인기 등 비행금지법: 국회의사당, 총리 관저, 대법원, 황궁, 주요 정당 본부, 외국 공관, 원자력발전소 등 중요 시설 및 그 주변 약 300m 상공 비행 금지.
  • 전파법: 영상 전송 및 제어용 송신기 규제. 2016년 8월 31일부터 산업용 드론 등을 위해 전용 주파수 대역이 설정되어 더 높은 출력의 송신기 사용이 가능한 무인이동체영상전송시스템이 도입되었다.[87][88] 이를 이용하려면 휴대국 면허 취득[89]과 3급 육상특수무선기사 이상 무선통신사의 관리가 필요하다.[90] 아마추어무선을 이용한 FPV 시스템 운용도 가능하나(4급 아마추어무선기사 이상, 아마추어국 면허 필요), 사업용 이용은 금지된다.[90][91][92]
  • 지방자치단체 조례: 특정 공원, 해수욕장, 항만 시설 등에서 비행을 금지하거나 사전 허가를 요구하는 경우가 있다.[93][94][95][96][97]
  • 민법: 타인의 주택, 토지 상공을 무단으로 비행하는 경우 토지 소유권 침해가 될 수 있으며, 추락 등으로 타인의 생명, 신체, 재산에 손해를 입히면 손해배상책임을 진다.

7. 1. 한국의 법규 및 규제

주어진 원본 소스에는 '한국의 법규 및 규제'에 해당하는 내용이 없습니다. 원본 소스는 일본의 멀티콥터 관련 법규 및 규제에 대한 내용을 담고 있습니다. 따라서 해당 섹션의 내용을 작성할 수 없습니다.

7. 2. 국제적인 법규 및 규제

미국에서는 2015년 2월 연방항공청(FAA)이 상업용 “소형 무인 항공기 시스템 규정안(Small Unmanned Aircraft System rule)”을 발표했다.[98] 이 규정안에 따르면 25kg 미만의 무인 항공기는 연방항공청(FAA)의 항공기 감항증명이 필요 없지만, 항공기 등록 및 표시는 필요하다.[98] 연방 정부의 규제에 앞서 약 절반의 주에서 이미 자체적인 법적 규제를 시행하고 있었다.[98]

영국에서는 항공법(Air Navigation Order, 2009)에 따라 20kg 미만의 무인항공기를 "소형 무인항공기"로 정의한다.[98] 20kg 미만의 무인항공기는 항공기 등록증이나 등록 절차가 필요 없지만, 원칙적으로 운항 허가와 조종사 자격은 요구된다.[98]

참조

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[87] 법률 平成19年総務省告示第482号による周波数割当計画改正
[88] 법률 平成28年総務省告示第344号による周波数割当計画改正および平成28年総務省令第83号による無線設備規則改正
[89] 문서 ロボットなどもっぱら陸上で使用であれば陸上移動局の免許を取得する
[90] 문서 携帯局の免許申請は団体・個人を問わず可能で、免許人と無線従事者との間に法令上の要件は無い。アマチュア局の免許申請はアマチュア無線技士または同等の資格者でなければできない。
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[93] 웹사이트 航空：無人航空機（ドローン・ラジコン機等）の飛行ルール - 国土交通省 https://www.mlit.go.[...] 2018-11-06
[94] 문서 http://www.mlit.go.j[...]
[95] 문서 そもそも他人の住居、邸宅や建造物（建物の囲繞地を含む）の内側に操縦者が立ち入った上で、当該住居等（囲繞地を含む）の内側または上空でドローン等を飛行させる場合には、法的にも当該住居等の管理権者の意思に服する必要がある（新住居権説、最判昭和58年4月8日刑集37巻3号215頁）
[96] 문서 距離に明文の規定が無いため、航空法30メートル離隔ルールを参考
[97] 문서 航空法に基づき国土交通大臣の事前許可を受けた機体が当該飛行方法に基づき都市公園上空を通過するのみの場合については適用除外としている。
[98] 논문 岩本 誠吾「日本における小型ドローンの法整備のあり方―比較法の視点から―」 http://www.cistec.or[...] 安全保障貿易情報センター


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