Electric Sky, 드론용 무선 충전 시스템 개발을 위한 DARPA 보조금 획득
스타트업 Electric Sky는 미국 국방고등연구계획국(DARPA)으로부터 22만 5000달러의 지원금을 받아 Whisper Beam 송신기의 개발에 착수했다고 발표했다. 이 장치는 비행 중인 무인항공기에 정밀하게 집중된 무선 전력을 공급하는 것을 목표로 한다.
Electric Sky는 DARPA의 소기업 혁신 연구 프로그램에서 제공하는 6개월 기간의 1단계(Phase I) 상금을 활용해, 무선 아키텍처를 드론 군집 제어에 맞게 조정하는 방법을 연구할 예정이다.
프로젝트의 첫 단계에서는 근거리에서 작동하는 실험실 시연 시스템을 만들고 시험한다. 이 실험을 통해 출력과 거리를 높이는 시스템 개선에 활용할 수 있는 데이터를 확보할 것으로 예상된다.
Electric Sky는 시애틀 인근과 텍사스주 미들랜드에 사무실을 두고 있다. 최고경영자는 제프 베이조스의 우주기업 블루 오리진의 수석 법률 고문을 지낸 로버트 밀먼이다. 전 XCOR Aerospace 최고경영자 제프 그레이슨은 공동 창업자이자 수석 기술자이며 Whisper Beam 시스템의 발명자다.
회사의 사명은 모든 크기의 항공기와 비행체를 위한 전력 생산 및 추진 장치 분야에 혁신적인 기술을 도입하는 것이다.
드론용 무선 전력을 다루는 기업은 Electric Sky만이 아니다. 예를 들어 시애틀의 PowerLight Technologies는 드론과 5G 기지국에 전력을 공급할 수 있는 레이저 시스템을 개발하고 있다. 원리는 비교적 단순하다. 지상에 있는 강력한 레이저가 드론을 자동으로 추적하며 기체에 붙은 광전지 패널에 빛을 쏘는 방식이다.
배터리에서 얻은 에너지는 드론의 배터리 충전과 전기모터 구동에 사용된다. 이런 시스템은 비싸고 효율도 높지 않다. 레이저에 투입해야 하는 에너지가 광전지에서 다시 회수되는 에너지보다 몇 배나 많다. 게다가 날씨 조건에 따라 작동이 좌우된다.
마이크로파(SHF) 복사의 지향성 빔을 이용해 드론에 원격으로 전력을 공급하려는 시도도 있다. 빔의 일부는 기체에 탑재된 장치가 포착해 전류로 바꾸고, 이 전류가 탑재 배터리 시스템에 전력을 공급한다. 이 방식에도 문제가 있다. 에너지 밀도가 높으면 드론의 탑재 전자장치가 손상될 수 있고, 밀도가 낮으면 배터리를 충분히 충전할 만큼의 출력을 얻지 못한다.
레이저와 마이크로파 빔은 보통 처음에는 강하지만 거리가 늘어날수록 약해진다. 반면 Whisper Beam은 처음에는 약하다가 수신기 근처에서 점점 강해진다.
“Whisper Beam 기술은 전자기파 버전의 '속삭임의 회랑(whispering gallery)'에 해당한다. 속삭임의 회랑에서는 방 건너편에 있는 한 청자만 말하는 사람의 소리를 들을 수 있고, 말하는 사람과 청자 사이에 서 있는 다른 사람들은 들을 수 없다. 소리가 너무 약해서 그들은 들을 수 없다”
'속삭임의 회랑' 효과는 음향파가 여러 번 완전히 내부 반사되면서 이른바 속삭임의 회랑 모드라고 불리는 정상파를 만들어 내는 현상과 관련이 있다. 무선공학에서는 이러한 효과를 마이크로파 및 광학 공진기를 만드는 데 사용한다.
Electric Sky 송신기가 방출하는 전파는 수신기 쪽으로 스스로 초점을 맞춰, 날씨와 관계없이 드론이 킬로와트 단위의 전력을 소비할 수 있게 한다.
“장거리 전력 전송은 불가능하다는 것은 신화다. 다만 이것이 경제적이었던 적은 없다. 이 새로운 방식은 지상 송신기의 비용과 기체에 탑재되는 수신기의 크기를 줄인다”
그의 말에 따르면, 이 빔 시스템은 어떤 유형의 전기 항공기와도 함께 사용할 수 있다.
“어떤 유형의 전기 항공기든 비행 중에 에너지를 공급받을 수 있다. 전기 배터리, 수소 연료전지, 하이브리드 방식 모두 해당된다. Whisper Beam 기술은 에너지 소모가 큰 이륙과 상승 단계에서 특히 유용하며, 설계자들이 비행 거리 확대, 비행 안전성 향상, 배터리의 최대 부하 감소, 지상 정비 시간 단축과 같은 다른 요구사항을 충족하도록 돕는다”
Electric Sky는 DARPA를 위해 새로운 무선 아키텍처를 무인항공기 군집 제어에 적용할 수 있는지 연구할 예정이다. 회사는 DARPA의 소기업 혁신 연구(SBIR) 프로그램에 따라 근거리에서 작동하는 실험실 시연 시스템을 구축하고 시험할 계획이다. 이 실험을 통해 더 높은 출력과 더 먼 거리로 나아가는 데 필요한 데이터를 얻고, 이후 송신기를 조정해 하늘에서 드론을 추적할 수 있도록 한다.
비행 중 드론을 충전하는 문제를 해결하면, 민간과 군사 임무를 모두 수행할 수 있는 이기종 소형 무인기 군집이라는 개념을 발전시키는 데 많은 가능성이 열릴 것이다.
