겨울에 더 뜨거운 마이크로 레이싱 드론
겨울철 방구석 레이싱을 책임질 마이크로 드론
아무리 훈훈한 날도 한동안 온도계는 영상으로 돌아오지 않을듯합니다. 겨울입니다. 차가운 겨울은 드론에게 가혹합니다.
이런 추운 날씨는 드론에게 해롭습니다. 사진=https://www.pexels.com
낮은 기온이 드론에게 해로운건 다름 아닌 배터리 때문입니다. 낮은 온도에서는 배터리가 충분한 전류를 만들지 못하고 리튬폴리머 배터리가 견디는 최저 전압 이하로 떨어지기 쉽기 때문입니다. 기준 이하로 전압이 떨어진 드론 배터리는 영구적인 고장을 일으키기도 합니다.
그래서 DJI의 매빅 엔터프라이즈는 배터리 내부에 난로가 장착되어 있습니다. 사진=https://www.dji.com
하지만 매빅 엔터프라이즈는 업소용이니 평범한 보통의 드론 파일럿인 우리는 배터리를 품 안에 고이 넣어 온도를 유지하면 됩니다.
아무리 매서운 추위에도 드론을 날릴 팁은 다양하니까요.
이제 문제는 드론이 아닙니다. 드론은 날면서 열을 내지만 드론을 조종하는 냉정한 우리의 손은 추위에 견디기 어렵기 때문이죠.
그래서 겨울을 위한 드론 장갑도 있지만. 사진=https://hobbyking.com
손만 추위를 타지 않잖아요. 밖은 춥다니까요. 그럼 겨울이라고 드론을 끊어야 하나요? 방법은 있습니다.
안 나가면 됩니다. 사진=https://www.maxpixel.net
실내 비행에 특화된 드론이 있습니다. 마이크로 레이싱 드론입니다.
마이크로 레이싱 드론 BLDC 모터를 품다
수많은 드론 중에 마이크로 레이싱 드론은 작은 크기와 가녀리면서도 민첩한 비행성능으로 또 하나의 드론 계보를 이끌어 왔습니다.
그 시작은 완구형 소형 드론을 개조해서 태어났지만 반응은 엄청났습니다.
그 인기에 힘입어 다양한 마이크로 레이싱 드론이 탄생했습니다.
완구형 드론과 완성형 레이싱 드론을 만들던 이신은 QX 시리즈를 출시했고
마이크로 레이싱 드론은 실내용 완구 드론에 레이싱 드론에 초소형 FPV 카메라가 결합된 구조입니다. 좁은 공간을 비행해야 하기 때문에 잦은 충돌에 프로펠러를 보호는 덕트 구조가 특징입니다. 덕트는 소음을 줄이고 비행 효율을 높이는데도 도움이 되죠.
지난 2017년부터 2018년까지 모든 마이크로 레이싱 드론은 타이니우프를 기본으로 하고 있습니다. 사진=https://www.tinywhoop.com
작은 프로펠러를 위한 브러시 모터(Brush Motor)도 마이크로 레이싱 드론의 특징입니다. 힘이 약하고 수명도 한계가 있지만 가볍고 빠른 회전 덕분에 작은 드론에 유리하기 때문이죠.
속도를 강화한 마이크로 레이싱 전용 모터들이 속속 등장했습니다. 사진=https://www.tinywhoop.com
브러시 모터는 마이크로 드론에 적합합니다. 하지만 모두 알고 있습니다. 본격적인 드론이라면 BLDC 모터가 필요하다고요. BLDC 모터는 여러 개의 전자석(스테이터, Stator)을 순서대로 동작시키는 원리도 회전하는 모터입니다. 브러시 모터와 다르게 자석이 나란히 붙어 있는 바깥쪽이 회전합니다. 서로 만나 회전하는 부분은 베어링이 있는 축 뿐이라 수명이 길고 힘이 좋습니다.
그래서 BLDC를 작게 만드는 일이 어렵습니다. 사진=https://www.kareareadrone.com
하지만 지난겨울 이 새로운 드론을 시작으로 마이크로 드론이 달라지기 시작했습니다.
비록 마이크로 레이싱 드론의 표준인 타이니우프의 모터축의 대각선 길이 65mm 보다 12mm 큰 77mm 이었지만 방구석을 탐험하기에는 부족하지 않습니다.
초소형 BLDC 모터가 장착 되었으니까요. 사진=http://www.boldclash.com
아무리 초소형이라해도 BLDC 모터입니다. 순간 속도는 가벼움이 무기인 브러시 모터와 비교하면 큰 차이가 없을지 모릅니다. 하지만 최고 속도는 배터리의 한계까지 거침없습니다. 이제 65mm 크기의 소형 마이크로 레이싱 드론의 출현은 시간문제 였습니다.
모든 부품을 하나로
BLDC 모터를 마이크로 드론에 사용하고 싶어도 사용할 수 없는 이유는 더 있습니다. 브러시 모터는 전기를 흘리면 돌고 끊으면 섭니다. 전기를 계속 주면 최고 속도로 돌지만 가끔씩만 주면 천천히 돕니다. 브러시 모터는 전기 스위치 하나로 속도 조절이 가능합니다. 하지만 여러 개의 전자석을 가진 BLDC 모터는 속도 순서에 맞춰 전기를 넣어줘야 합니다.
BLDC 모터는 항상 전자변속기 (ESC, Electronic Speed Controller)가 필요합니다. 사진=http://www.dji.com
하지만 조종기의 전파를 받을 수신기 하나 넣을 공간도 없는 조그만 마이크로 드론에 ESC까지 넣는 건 큰 문제입니다. BLDC 모터를 제어할 전자변속기는 높은 전류를 사용하기 때문에 작게 만드는데 한계가 있기 때문입니다.
비우프가 대단했던 건 전자변속기 까지 하나로 넣은 통합 기판 때문이죠. 사진=http://www.boldclash.com
그리고 BLDC 모터 전용 마이크로 드론을 위한 범용 통합 보드가 탄생합니다.
크레이지비 플라이트 컨트롤 (FC) 입니다. 사진=https://www.banggood.com
비록 크기 때문에 아직 고성 프로세서는 적용되지 못했지만 5A (암페어)의 전류까지 소화하는 이 통합 플라이트 컨트롤은 수신기는 당연하고 비행 상태를 모니터로 확인하는 OSD (On Screen Display)까지 내장되어 있습니다.
LiPo(리튬폴리머) 배터리로는 부족하다. LiHV (리튬하이볼티지)
드론은 리튬폴리머 (LiPo) 배터리를 사용합니다. 높은 전류를 만드는 이 배터리가 가지는 최대 전압은 4.2V 입니다. 리튬폴리머 배터리는 강한 전류를 만드는 장점 대신 일정 전압보다 떨어지거나 낮아지면 영구적인 손상을 입습니다.
모터는 전압이 높을수록 빨리 회전하기 때문에 리튬폴리머 배터리를 직렬로 연결해 전압을 높여 사용합니다. 사진=http://www.onbopower.co.kr
마이크로 드론은 큰 배터리를 사용할 여유가 없습니다. 65mm밖에 되지 않거든요. 모터에 사용할 수 있는 최대 전압은 1S의 4.2V 밖에 되지 않죠. 그러나 속도의 한계에 도전하는 레이싱 드론은 독특한 배터리를 사용하기도 합니다. 이 배터리의 최대 전압은 리튬폴리머 배터리보다 0.15V 더 높은 4.35V입니다.
0.15V 만큼 더 빠릅니다. 리튬하이볼티지(LiHV) 배터리입니다. 사진=https://www.banggood.com
이미 한계까지 전류를 사용하는 마이크로 드론의 BLDC 모터에 0.15V 전압이 오른다고 속도의 체감은 기대보다 크지 않습니다. 하지만 높은 전압에서 비행을 시작한 만큼 0.15V는 만큼 비행시간도 늘어납니다.
실내를 정복할 마이크로 레이싱 드론
이제 실내를 정복하는 마이크로 레이싱 드론은 브러시 모터를 버리고 더 강력해진 BLDC 모터와 통합 플라이트 컨트롤러와 더 높은 전압의 LiHV 배터리로 진화했습니다.
실내 FPV 비행을 개척한 타이니우프는 이제 서서히 역사의 뒤안길로 물러나고 있습니다. 사진=https://www.tinywhoop.com
많은 드론 메이커들이 이 새로운 규격의 마이크로 레이싱 드론을 앞 다퉈 출시하고 있습니다 .
BLDC 마이크로 레이싱 드론의 대중화 UR65
사진=https://www.banggood.com
유연한 플라스틱 프레임이 장점인 UR65는 BLDC모터로 안정적인 비행이 특징입니다.
- 호환 수신기 : DSMS/DSMX, Flysky, Frsky
- 모터 : SE0603 17000KV
- 플라이트 컨트롤러 : 크레이지비 F3 (OSD 포함)
- 전자변속기 용량 : 5A (Blheli-S)
빨간색 초소형 스포츠카, 스내퍼6 (Snapper6)
사진=https://www.banggood.com
UR65와 같은 플라이트 컨트롤러를 가진 스내퍼6는 UR65의 형제 기체입니다. 빨간색 알루미늄 덕트와 카본 프레임이 모터를 단단히 고정해 민첩한 반응을 자랑합니다.
- 호환 수신기 : DSMS/DSMX, Flysky, Frsky
- 모터 : SE0603 19000KV
- 플라이트 컨트롤러 : 크레이지비 F3 (OSD 포함)
- 전자변속기 용량 : 5A (Blheli-S)
실내에 가능한 최고의 속도, 타이니호크(Emax Tinyhawk)
사진=https://www.banggood.com
공기가 머물러 속도를 방해되지 않도록 일체형으로 디자인된 Emax사의 타이니호크입니다. 모터 축 거리가 75mm로 타이니우프 보다 크지만 크고 강력한 모터가 사용됩니다. 그만큼 안정적인 비행을 자랑합니다.
- 호환 수신기 : Frsky
- 모터 : SE0825 15000KV
- 플라이트 컨트롤러 : 마텍 F4 (OSD 포함)
- 전자변속기 용량 : 3A
타이니우프의 계승, 베타65 (Beta65)
사진=https://betafpv.com
타이니우프의 디자인을 그대로 BLDC 모터와 함께 계승한 베타65입니다. 검증된 디자인을 이어받은 만큼 뛰어난 비행 성능으로 호평을 받고 있습니다.
- 호환 수신기 : DSMS/DSMX, Flysky, Frsky, FUTABA
- 모터 : 0603 19000KV
- 플라이트 컨트롤러 : BETAFPV F4 (OSD 포함)
- 전자변속기 용량 : 5A
진화를 계속하는 마이크로 레이싱 드론
이제 방구석을 비행할 마이크로 레이싱 드론은 크기만 타이니우프와 비슷할 뿐 레이싱 드론에 더 가까워졌습니다. 비행 방법도 설정 방법도 크게 다르지 않습니다. 그런데도 마이크로 레이싱 드론의 진화는 계속되고 있습니다. 벌써 배터리를 직렬로 연결해 2배로 높은 전압을 사용하는 마이크로 레이싱 드론의 소식이 들리고 있습니다.
크레이지비 플라이트 컨트롤러의 새 버전입니다. 2S 배터리를 지원합니다. 사진=https://www.banggood.com
스내퍼7을 만든 해피모델(Happymodel)은 이 플라이트 컨트롤러로 새 마이크로 레이싱 드론 모뷸라7(Mobula7)을 출시했습니다.
레이싱 드론은 카메라 각도에 따라 기본속도가 달라집니다. 모뷸라7은 더 빠른 비행을 작당한 듯 카메라 각도를 조종할 수 있습니다. 사진=https://www.banggood.com
재미있는 드론이라면 뭐든 만드는 드론의 명가 이신(Eachine)역시 트래쉬캔 (TRASHCAN) 출시를 앞두고 있습니다.
묘하게 모뷸라와 닮은 트레시캔 역시 2S 배터리로 동작합니다. 얼마나 빨라야 속이 후련할지 원.... 사진=https://www.eachine.com
시베리아의 한파가 아무리 몰아와도 상관없습니다. 방안에서 이불 덮고 날릴꺼거든요. 브러시모터에서 BLDC 모터로, 1S 배터리에서 2S 배터리로 발전하는 마이크로 레이싱 드론으로 우리의 겨울은 그 어느 때보다 후끈하게 달아오릅니다.
WRITER 민연기/아나드론스타팅 필진
하늘을 나는 물건을 하나씩 공부하고 있는 엔지니어입니다.
http://blog.naver.com/smoke2000
