<지난 호에서 연결되는 내용입니다.>

 

1. 입문자를 위한 ‘알고 있으면 사고를 예방할 수 있는 안전비행 요령’ 

입문자를 위해 ‘나도 드론을 배우고 싶다’ 마지막 연재로 실제 비행간 사고를 예방할 수 있는 안전비행 요령에 관한 내용을 준비했다. 사실 안전과 관련된 내용은 범위가 넓어 전부 담을 순 없었지만 그래도 필자가 국내ㆍ외 많은 공역에서 실제 비행하며 느낀 것 중 가장 중요한 몇 가지만 간략하게 정리했다. 

 

▲ 기체 방향과 조종자 방향 정보가 일치하는 정상적인 경우(실외)

1) 지자계센서 오류가 발생하지 않은 장소에서 비행을 시작하자 

앞서 지구자기장 교란으로 인한 기체 이상 증상을 중점으로 다뤘지만 사실 기체의 각종 센서 오류에 영향을 미치는 건 지구자기장 교란뿐만이 아니다.

 

평소와 같은 지구자기장 교란 수치가 낮은 비행 환경에서도 지자계센서 이상 증상은 다른 여러 요소로 인해 충분히 발생할 수 있다.

 

특히 자성을 가졌거나 자계에 영향을 줄 수 있는 고압선과 철골, 금속 구조물이 이에 속한다. 만약 드론 주변에 고압선 또는 철골, 금속 구조물이 있다면 지자계센서 오류가 발생할 확률이 매우 높다. 

 

지자계센서 오류는 조종자가 드론 이착륙 장소와 주변 환경에 대해 조금만 신경 쓴다면 충분히 예방할 수 있는 현상이다.

 

구조물에 영향을 받지 않는 거리까지 드론의 고도를 높이거나 옆으로 이동하면 금세 정상으로 돌아온다. 

 

그러나 일시적인 증상이라도 지자계 오류가 발생하는 장소에서 자주 비행을 시도하거나 오류 증상을 무턱대고 방치해선 안 된다.

 

나침반에 자석을 오래 문지르면 자성이 변해 정확한 방향을 가리킬 수 없듯이 지자계센서 또한 오류가 발생할 수 있는 환경에 수시로 노출된다면 정확성이 떨어질 수 있다. 

 

▲ 기체 방향과 조종자 방향 정보가 일치하지 않은 비정상적인 경우(실내)

실례로 필자는 재난 현장 도착 즉시 신속히 드론을 운용하기 위해 현장 도착 전 출동 차량에서 5~10분 정도 미리 드론의 전원을 켜고 바인딩을 해두는 경우가 많았다.

 

출동 차량의 경우 외부 재질과 적재된 출동 장비 대부분이 자성에 영향을 줄 수 있는 금속으로 돼 있고 통신 장비도 많아 현장 도착 전까지 차량 내부에서는 당연히 지자계센서 오류가 지속됐다.

 

하지만 당시엔 신속한 드론 운용을 위해 어쩔 수 없는 선택이었다.

 

그 결과 수개월 후 실제 드론의 방향과 조종기 OSD 표출 정보상의 기체 방향이 약 45~60°까지 서로 틀어져 있는 걸 발견했다.

 

지자계센서 방향을 바로 잡기 위해 캘리브레이션(교정)을 시도했으나 제대로 안 될 정도로 지자계센서의 기능이 저하된 상태였다.

 

원인을 파악하던 중 출동 차량에서 전원을 미리 켜 비행 준비를 시도했던 드론만 모두 비슷한 증상이 발견됐다. 

 

▲ 지자계센서 정상 작동ㆍ오류 현상 비교

따라서 지자계센서 오류에 영향을 줄 수 있는 환경에 자주 노출된 게 영향을 미쳤다고 판단할 수 있었다. 

 

사실 지자계센서 방향 정보는 진지한 여가를 즐기는 조종자들에겐 무시할 수 있는 비행 정보일 때도 있다.

 

20년 전부터 RC를 즐기던 사람들은 그 이전부터 각종 센서 없이도 능숙하게 비행했으니 말이다. 하지만 드론 위치제어와 자세제어 기능이 기본사양이 된 현시점에서는 얘기가 다르다.

 

각종 센서 기능을 통한 자동 비행 경험만 있거나 이미 자동비행에 익숙해진 상태라면 센서 기능에 의존할 수밖에 없다.

 

그래서 비행 경험이 많지 않은 입문자는 비행 중인 드론의 방향을 육안으로 확인할 수 없는 상태에서 조종자 OSD에 표시된 방향 정보까지 맞지 않는다면 드론을 안전하게 회수하기 어려울 수도 있다.

 

특히 주변에 특정할 만한 지점이 없는 산악이나 개활지의 경우 드론 FPV 화면으로도 조종자의 위치를 찾기 어려운 때가 있는데 이때 지자계센서의 역할이 매우 중요하다. 

 

2) 비행 중 GPS 수신 개수는 많을수록 좋고 일정해야 한다 

GPS(Global Positioning System, 범지구위치확인시스템)수신기는 GNSS(Global Navigation Satellite System, 범지구위성항법시스템) 종류 중 하나로 드론의 위치를 정밀하게 제어하고 고정해주는 가장 중요한 센서 중 하나다.

 

GPS 기능을 활용해 비행할 경우 별다른 조종 없이 자동비행이나 제자리 비행이 가능할 정도로 비행에 안정감을 더해준다.

 

기존 RC로 불리던 시대에서 인프라가 넓어지면서 드론이라고 불릴 수 있도록 가장 중요한 역할을 한 것도 바로 GPS 기능 덕분이다. GPS 자동위치제어 기능으로 인해 비행이 쉬워지면서 입문 장벽이 거의 무너졌다고 할 수 있을 만큼 대중화가 됐기 때문이다.

 

GPS 기능은 그 유무에 따라 드론 비행 난이도가 천지 차이일 정도로 입문 장벽 기준에 상당한 영향을 미친다.

 

그러나 GPS 기능을 활용한 드론 비행은 장점만 있는 건 아니다. 요즘엔 자동차 대부분이 자동변속기로 나오면서 수동변속기로 운전할 수 있는 사람이 많이 줄었고 휴대전화에 전화번호 등 정보를 저장할 수 있는 기능이 많아지면서 전화번호를 외우는 사람이 거의 없다.

 

드론 또한 이미 GPS 기능에 너무 익숙해진 조종자는 GPS 기능이 없으면 드론 비행이 어려울 수 있다. 그래서 만약 GPS 기능이 원활하게 작동하지 않을 경우 이에 대처할 수 있는 조종 실력을 갖추지 못하면 사고를 피하기 어렵다.

 

GPS 기능 오류에 대처하려면 조종자가 기본적으로 자세제어(Atti, angle mode)만으로 조종할 수 있는 조종 실력을 갖춰야 한다. 그리고 가능한 GPS 기능 오류가 발생하지 않도록 GPS 작동원리를 이해하고 비행할 수 있어야 한다.

 

GPS 기능 원리에 대해 짧게 요약하면 드론에 부착된 GPS 수신기는 안정적인 기능을 위해 최소 4개 이상의 GPS 위성 신호가 필요하다. 3개의 위성(삼각 측량)으로 위치를 파악하고 1개 이상의 위성으로 오차를 수정한다.

 

다만 4개의 위성만으로는 오차범위가 매우 크기 때문에 최대한 많은 위성 신호를 수신해야 오차범위가 줄어 GPS 기능을 안정적으로 사용할 수 있다.

 

안정적인 GPS 위성 수신 개수의 기준은 많을수록 좋지만 사용 용도와 목적에 따라 조금씩 차이가 있다. 드론의 경우 최소 8~12개 이상의 위성 신호를 기준으로 한다. GPS와 GLONASS, Galileo, beidou 등의 위성을 동시에 활용할 수 있는 듀얼 수신기인 경우 30개 이상의 위성을 수신받을 수 있다.

 

드론은 안정적인 비행을 위해 가능한 많은 GPS 위성 신호가 필요하지만 수신된 위성 개수를 비행 중 상시 유지ㆍ관리하는 것도 매우 중요하다.

 

예를 들어 GPS 수신 위성 개수가 18개에서 6개 이하로 줄어들면 체감상 조종자가 예상하는 범위보다 변화된 위치 오차범위가 넓게 느껴질 수밖에 없다. 

 

18개의 위성이 수신될 때의 조종감과 같이 조종자가 원하는 위치로 이동하는 게 어려워지고 드론을 그 위치에 고정할 수 없게 된다. 결국 특정경로비행이나 근접촬영 등 세밀함이 요구되는 비행은 어려워진다.

 

드론 비행 중 GPS 수신 개수가 줄거나 수신이 어려워지는 가장 큰 원인으로는 드론 주변의 전파 간섭이나 위성 전파 수신을 직접 방해하는 장애물에 의해서다. 먼저 전파 간섭은 육안으로 확인이 어렵고 영향이 대부분 미미하다.

 

그러나 드론이 주변 고층 건축물 등 장애물에 가려져 전파수신에 방해를 받을 경우엔 다르다. 장애물에 의해 GPS 수신 개수가 줄어들거나 수신이 어려워지면 드론 위치 정보 취득에 많은 영향을 받을 수밖에 없다.

 

드론 위치 정보 취득 원리는 일정한 속도의 GPS 위성 전파가 드론의 GPS 수신기까지 도달하는 데 걸린 시간을 계산해 위성과 드론의 거리(의사 거리)를 정확히 파악한 후 제어하는 데 있다.

 

하지만 비행 중인 드론의 주변 장애물로 인해 GPS 위성 전파를 수신받기 어려워지면 오히려 주변 장애물에 반사된 전파가 수신돼 잘못된 위치 정보를 인식할 수 있다. 직접 수신이 아니라 반사돼 수신된 시간만큼 거리정보도 늘어나 위치 정보 정확성의 오차가 커질 수밖에 없다.

 

게다가 GPS 수신 개수까지 줄면 그 오차를 넘어 GPS 기능이 오히려 조종에 방해되거나 사고를 유발할 만큼 심각한 오류로 진행될 수 있다.

 

GPS 위성 전파가 주변 장애물로 인해 지속해서 반사돼 GPS 수신기에 전달되면 반사된 거리만큼 위치 정확도의 오차가 커져 불확실한 위치 정보대로 드론이 재이동하기도 한다. GPS 위치제어 기능을 너무 믿고 방심하는 사이 드론은 주변 방해물에 충돌해 추락할 수 있다.

 

▲ GPS 의사 거리 오차에 의한 위치 정보(제어) 오류 현상

이 같은 사고 예방법은 개활지에서만 비행하거나 건축물 등 장애물에 가까이 접근하지 않는 거다.

 

만약 불가피하게 주변 장애물이 많은 장소에서 비행할 경우 조종자는 시야에 드론을 항상 확보하고 GPS 위치 제어 오류 증상을 즉각적으로 대응하기 위해 조종기에서 절대 손을 떼지 않아야 한다.

 

GPS는 드론뿐 아니라 많은 분야에서 사용할 만큼 정확하고 유용하다.

 

하지만 조종자가 제 기능을 제대로 발휘할 수 없는 환경에서 운용하거나 작동원리를 잘 이해하지 못한다면 오히려 비행에 방해가 돼 직접적인 사고 원인 될 수 있다는 걸 명심하자.

 

3) 기체 소음ㆍ진동에 민감하게 반응하자

거의 모든 기계는 소음이나 진동을 통해 이상 유무를 판단할 수 있다. 갑자기 발생한 소음은 반드시 그 원인이 있기 때문이다. 드론 조종자 또한 평소 드론의 작동음이나 진동을 각별하게 신경 써야 한다. 

 

평소와 다른 드론의 작동음이나 진동은 기체 프레임, 모터 등의 볼트 체결이 약해 발생하기도 한다. 그러나 대부분 원인은 드론에 새로운 장비를 부착하거나 드론 기체의 규격과 맞지 않은 모터 또는 프로펠러를 사용할 때 발생한다.

 

시중에 판매되는 많은 제품(BNF, RTF)의 드론은 유명 제조사일수록 하드웨어와 소프트웨어 모두 오랜 시간 동안 여러 테스트를 거쳐 최적의 성능으로 출시한다.

 

그래서 조종자가 별다른 설정을 하지 않아도 비행성이 상당히 탁월하다. 하지만 제조사에서 권장하지 않은 부품을 사용하거나 또 다른 기기를 추가 설치ㆍ부착할 경우 문제가 발생할 수 있다. 

 

제조사에서 만든 제품이 아닌 사이즈와 형태, 재질 등 규격이 다른 프로펠러나 변형ㆍ파손된 프로펠러를 사용하면 진동뿐 아니라 고장을 일으키기도 한다. 특히 드론의 추력을 늘리기 위해 사이즈가 큰 프로펠러를 잘못 사용하면 모터나 변속기, 배터리 중 하나는 반드시 타 버리는 치명적인 손상이 발생한다.

 

따라서 드론 기체에 평소와 다른 소음이나 진동이 발생한다면 즉시 회수해야 한다. 또 조종자는 제조사에서 권장하는 매뉴얼대로 사용하고 있는지 확인하고 혹시 모를 드론 액세서리 부착 상태와 프로펠러의 변형ㆍ파손 등 상태를 반드시 확인해 보는 게 좋다. 

 

▲ 프로펠러 규격에 따른 비행 비교 테스트 영상(기체 진동과 내부 센서의 신호 주파수가 비슷할 경우 주파수 공명현상으로 기체가 제 기능을 발휘하지 못하거나 심하면 추락할 수 있다.)

 

4) 연료(배터리) 상태는 전압과 온도 그리고 저항값으로 판단하자

드론을 띄우기 위해 다양한 연료를 사용하지만 일반적으로 가장 많이 사용하는 건 바로 리튬이온폴리머(이하 리포) 전기 배터리다.

 

드론 연료로 리포 배터리를 가장 많이 사용하는 이유는 다양한 형태로 제작할 수 있고 방전율이 높아 드론을 자유롭게 띄울 수 있을 정도의 전류를 공급할 수 있기 때문이다. 

 

하지만 모든 연료는 기온의 영향을 많이 받는다. 특히 전기 배터리의 경우 화학반응을 통해 에너지를 공급하기 때문에 겨울철 영하권일 때 이온의 화학 반응성이 떨어져 실제 용량만큼 사용하기 어렵다.

 

따라서 드론 비행 시 전기 배터리의 이상적인 성능을 발휘하기 위해선 배터리 온도를 최소 15℃ 이상으로 사용해야 한다. 약 20~25℃ 정도가 최적 온도지만 배터리를 사용하기 시작하면 온도가 서서히 올라가므로 15℃ 정도에서 비행을 시작해도 큰 무리가 없다.

 

그리고 비행에 필요한 연료는 비행 중에도 조종자가 실시간으로 확인할 수 있어야 한다. 전기 배터리의 경우 일반적으로 드론 제조사에서 조종자가 확인하기 쉽도록 배터리 잔량을 퍼센티지(%)와 남은 비행시간으로 알려주기도 한다.

 

하지만 배터리에 셀 편차가 있거나 저항이 높으면 정확성이 매우 떨어진다. 따라서 조종자는 배터리 저전압으로 인한 추락을 방지하기 위해 배터리의 전압 변화로 남은 비행시간을 판단하고 충전 시 저항값으로 배터리의 남은 수명 상태도 파악할 수 있어야 한다.

 

※ 리포 배터리는 온도가 떨어질수록 리튬이온의 화학 반응성이 떨어져 5~-15℃ 사이에 보관할 경우 공칭전압으로 오래 보관할 수 있다. 하지만 반대로 배터리를 사용하면 리튬 이온의 화학 반응성의 최적 온도인 25℃에 사용하는 게 가장 효율적이다. 

 

▲ 셀 편차가 큰 배터리는 사용하지 말아야 하며 배터리 상태는 가장 낮은 셀 전압을 기준으로 한다.

 

▲ 저항값이 평소보다 높아지면 적은 양의 충전 전류로도 전압이 쉽게 올라가기 때문에 사용 시간이 줄어든다.

 

5) 비행 매너를 지키자

마지막으로 필자가 사고를 예방하기 위해 입문자에게 제일 하고 싶은 얘기는 바로 공공장소에서의 비행 매너다. 아무리 드론에 관한 공부를 많이 한다 해도 주변 다른 조종자를 전혀 인식하지 않는 매너 없는 행동은 나를 포함한 주변에 다른 여러 조종자에게까지 좋지 않은 영향을 미친다.

 

따라서 내 행위로 다른 사람에게 실례가 되거나 피해를 주지 않을지 생각해 보고 만약 그럴 가능성이 있다면 하지 않아야 한다. 가끔 주변 조종자에게 피해를 줄 수 있음에도 서슴지 않게 행동하곤 하는데 대부분 누가 가르쳐 주지 않아 모르는 경우다.

 

하지만 모른다고 전부가 아니다. 주변 조종자를 배려하지 않는다면 충분히 예방할 수 있는 치명적인 재산이나 인명 피해 사고가 발생할 수 있어 입문자는 기본적인 비행 매너에 대해 중요한 몇 가지라도 꼭 알아두는 게 좋다.

 

첫 번째 알아야 할 비행 매너는 비행 시도나 비행 중인 사실을 나보다 먼저 비행장에 온 주변 조종자에게 적극적으로 알려야 한다.

 

같은 공역에서 비행한다면 주변에 먼저 온 조종자에게 가볍게 인사를 건네거나 비행을 준비하는 모습을 보여줌으로써 비행 의도를 알리는 게 좋다. 같은 공역에서 새로운 조종자의 비행 시도를 아는 것만으로도 그 이후에 발생할 수 있는 사고에 대비하거나 발생한 사고에 서로 대응할 수 있기 때문이다. 

 

두 번째는 주변 조종자의 드론 비행에 방해가 될만한 장비 또는 장치는 사용하지 않거나 먼저 양해를 구하는 게 좋다. 같은 공역에서 비행하는 드론이 많을수록 서로 전파 간섭이 있을 수밖에 없다. 그래서 서로 거리를 두고 다른 방향에서 비행하거나 동시에 비행하는 대수를 정해놓기도 한다.

 

하지만 간혹 출력(W)이 비정상적으로 매우 높은 전파송수신 장비나 장치를 사용하는 조종자가 있다. 이는 자신의 안정적인 전파 송수신을 위해 주변 다른 조종자의 전파 송수신을 방해하는 행위다. 주변 다른 조종자는 전파 간섭이나 끊김 현상에 노출돼 사고로 이어질 수 있다.

 

세 번째는 내가 비행해야 할 공공장소에 이전부터 비행하고 있던 조종자들이 있다면 그들이 정해놓은 룰을 함께 지키는 게 좋다. 비행하기 좋은 장소는 언제나 많은 조종자가 몰리기 때문에 조종자 간 경험에 의한 질서를 유지하기 위해 비행 순서나 제한 등 룰을 정해 놓기도 한다.

 

물론 강제적인 사항은 아니지만 대부분 안전한 비행과 쾌적한 환경을 조성하기 위함이므로 동참하는 게 좋다. 단 가끔 동호회나 단체를 만들어 그들만 장소를 독점하고 소유하려는 경우는 예외다. 공공장소라면 누구에게나 열려있고 공평한 기회가 제공돼야 하기 때문이다. 

 

마지막 네 번째는 바로 비행 후 주변 정리를 깨끗이 하고 흔적을 남기지 않아야 한다. 공공장소에서 비행 후 쓰레기를 두고 가거나 지저분하게 흔적을 남긴다면 민원이 들어와 비행 장소를 추후 사용하지 못할 수도 있다.

 

비행 장소가 최적의 환경이라면 관리를 잘해 많은 조종자가 오랫동안 비행할 수 있도록 여건을 함께 만들어 가는 게 좋다.

 

2. ‘나도 드론을 배우고 싶다’ 연재를 마무리하며

드론에 입문하는 사람들을 위한 연재를 시작한 지 어느덧 1년 4개월이란 시간이 흘렀다. 연재를 시작할 당시 처음 계획했던 내용 중 조종 방법과 비행 원리 등이 빠졌지만 나름 입문자 눈높이에서의 실질적인 내용 위주로 담아 도움이 됐을 거로 생각한다.

 

조종 방법과 비행 원리가 빠진 이유는 드론 무게가 250g을 초과할 경우 필요한 4종 조종자증명 취득과정에서도 필수 과정인 만큼 쉽게 접할 수 있어서다. 그리고 입문자가 마음만 먹으면 필자의 연재 말고도 쉽게 정보를 구할 수 있다는 점을 고려했다. 

 

다음 호부터는 소방드론과 밀접한 현장 활용 사례에 관한 내용 또는 진지한 여가를 즐기는 사람들을 대상으로도 좀 더 전문적인 주제를 파트별로 연재할 예정이다.

 

서울 서대문소방서_ 허창식 : hcs119@seoul.go.kr

 

<본 내용은 소방 조직의 소통과 발전을 위해 베테랑 소방관 등 분야 전문가들이 함께 2019년 5월 창간한 신개념 소방전문 월간 매거진 ‘119플러스’ 2022년 2월 호에서도 만나볼 수 있습니다.> 

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