(MIT researchers developed new algorithms for trajectory planning and control of fixed-wing “tailsitter” aircraft, which are faster and more efficient than traditional quadcopter drones. Credit: Massachusetts Institute of Technology)
니콜라 테슬라는 1928년 꼬리로 앉는 항공기인 테일시터 (tailsitter)의 디자인을 생각했습니다. 수직 이착륙이 가능한 고정익 비행기라는 대담한 상상을 해본 것입니다. 하지만 당시 기술력으로는 실제 테일시터를 개발하기는 어려웠고 2차 대전 중에도 독일이 개발을 시도했으나 실용화에는 이르지 못했습니다. 미국 역시 냉전기에 몇 차례 테일시터 항공기에 도전했으나 실용적인 항공기 개발은 실패했습니다. 그만큼 이착륙시 자세 제어가 쉽지 않았던 것입니다.
하지만 크기가 작은 드론의 경우 테일시터 디자인을 적용하기가 쉬워 최근에 이 분야에서 주목을 받고 있습니다. MIT의 에르자 탈 (Ezra Tal)과 그 동료들은 비행 궤도를 계획하는 간단하고 효과적인 알고리즘을 이용해 테일 시터 드론의 급회전이나 선회, 측면 이동 등 다영한 아크로바틱 공중 비행을 하게 만드는 방법을 개발했습니다. 물론 이 내용 역시 말보다는 아래 영상으로 한 번 확인하는 것이 이해가 더 빠를 것입니다.
(Credit: Massachusetts Institute of Technology)
현재 소형 드론의 대세는 쿼드롭터입니다. 쿼드롭터는 비행 제어가 상대적으로 쉽지만, 고정익기보다 비행 효율은 떨어져 항속 거리나 속도에서 손해를 볼 수밖에 없습니다. 테일시터는 고정익기이기 때문에 훨씬 빠른 속도와 아크로바틱 묘기를 보여줄 순 있지만, 대신 비행 제어가 어렵습니다. 연구팀의 새로운 알고리즘은 한 대의 테일시터 드론만이 아니라 여러 대의 드론을 효과적으로 컨트롤해 드론 쇼나 다른 목적으로 군집 드론을 사용할 수 있을 것으로 기대됩니다.
한 가지 더 생각해볼 수 있는 부분은 쉽게 접거나 조립할 수 있는 형태와 우수한 비행 성능을 생각할 때 소형 군용 정찰 드론으로 적합하지 않을까 하는 부분입니다. 이 드론은 수직으로 선 상태에서 호버링도 가능하기 때문에 한 지역을 고정 관측하는 일도 가능합니다.
다만 과거 냉전 시기 테일시터가 실패한 중요한 이유 중 하나는 옆에서 부는 바람(측풍)에 약하다는 것이었습니다. 마치 커다란 연처럼 생겼기 때문입니다. 테일시터 드론도 이착륙시나 수직으로 호버링시에는 이 문제에 노출될 수밖에 없는데, 어떻게 극복할 수 있을지 궁금합니다.
참고
https://en.wikipedia.org/wiki/Tail-sitter
Ezra Tal et al, Aerobatic Trajectory Generation for a VTOL Fixed-Wing Aircraft Using Differential Flatness, IEEE Transactions on Robotics (2023). DOI: 10.1109/TRO.2023.3301312
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