겨울이 다가오고 있습니다. 추운 날씨에 드론 작업을 수행할 때 고려해야 할 사항.
작성자 : Michael Winberg
2024년 11월 22일


우크라이나에 첫눈이 내리기 시작하면서 추운 날씨에 드론 운영에 대한 글을 쓰는 것이 적절해 보입니다. 이 기사에서는 추운 날씨, 주로 민간 드론에서 클래스 I[1] 무인 항공 시스템(UAS)을 운영하는 데 따르는 몇 가지 과제를 강조합니다. 이러한 문제 중 일부는 스웨덴 겨울 전쟁 핸드북[2]에 알려지고 설명되어 있는 반면, 다른 일부는 드론 커뮤니티 외부에서는 덜 알려져 있습니다. 그러나 모든 지사에서 드론이 보편화됨에 따라 겨울철 원격 조종 기체 운영의 한계에 대한 공통된 이해가 필요합니다. 이 기사를 통해 지휘관과 참모들이 특정 시스템의 한계에 대해 의문을 제기하고 UAS 요원에게 이러한 질문에 답하기를 바랍니다.


러시아-우크라이나 전쟁의 세 번째 겨울 기간으로 접어들면서 2023년 겨울과 마찬가지로 드론 활동이 적거나 전혀 없는 기간을 볼 수 있을 것으로 보이며, 이는 전선을 따라 지상 작전에 영향을 미칠 수 있습니다. 2023년 한 해 동안 우크라이나와 러시아 채널이 소셜 미디어에 공개한 드론 영상이 눈에 띄게 감소한 것을 알 수 있습니다. 눈이 내리는 예측할 수 없는 날씨, 낮은 구름 천장, 낮은 기온, 더 적은 일조 시간[3]은 드론 활동 감소의 요인입니다. [4] 스웨덴과 같은 국가에서는 겨울철에 발생하는 가장 일반적인 문제에 대한 해결책을 찾는 것이 중요합니다.


혹한기 드론 작전을 수행하려면 특히 드론, 특히 FPV(First Person View) 플랫폼이 민간용 부품으로 제작되고 요소로부터 최소한의 보호를 받거나 전혀 받지 못하는 우크라이나에서 계획에 따라 작전을 수행할 수 있도록 조치를 취해야 합니다. 군용 시스템은 일반적으로 섭씨 영하 30도 안팎에서 작동하는 것으로 평가되지만 취미용 민간 플랫폼은 섭씨 영하 10도 정도로 제한됩니다. 우크라이나에서 더 추운 온도에서 쿼드콥터가 작동하는 것을 볼 수 있지만 계획할 때 고려해야 합니다. 현재로서는 추운 날씨로 인해 얼마나 많은 드론이 손실되었는지 알 수 없지만 손실이 적어도 미미하지 않다는 지표가 있습니다.


쿼드콥터(특히 FPV)의 온도 임계값이 낮은 한 가지 이유는 배터리가 더 작고 일반적으로 바람의 냉각 효과에 더 많이 노출되기 때문입니다. FPV 플랫폼에 사용되는 리튬 폴리머(LiPo) 배터리는 견고하고 가벼우며 전력을 공급할 수 있는 능력이 뛰어납니다. 그러나 약간만 추운 날씨에도 성능에 부정적인 영향을 미쳐 비행 시간이 짧아지고 속도가 느려지며 추울 때 이러한 배터리를 충전하면 배터리가 손상될 수 있다는 단점이 있습니다. [5] 물론 이것은 드론의 배터리뿐만 아니라 컨트롤러의 배터리뿐만 아니라 진행 중인 임무를 조정하고 시청하는 데 사용되는 태블릿과 스마트폰(일반적으로 모두 리튬 이온 배터리를 사용함)에도 영향을 미칩니다. 민간인의 해결책은 차 안에 앉아 있거나 배터리를 따뜻하게 유지하기 위해 손난로 또는 전용 배터리 워머 백과 같은 다른 장비를 가져와 비행하는 것입니다. 트렌치에서 작업자는 체온을 사용하거나 배터리를 흐르는 열원이 있는 경우 근처에 두어야 할 수 있습니다. 우크라이나의 작업자는 교대 근무 중에 여러 임무를 수행하고 있으며, 이는 한 작업자가 체온만으로 모든 장비를 따뜻하게 유지할 수 없다는 것을 의미합니다. 이것은 의심할 여지 없이 팀의 노력이 될 것이며, 이는 우리가 겨울 동안 참호에서 최소한의 노력으로 적용할 수 있는 솔루션을 개발해야 함을 의미합니다. UAS를 안정적으로 작동하려면 배터리, 장비 및 히터에 전력을 공급할 수 있는 전원이 필요합니다. 휴대용 발전소[6]와 같은 솔루션은 정전 시 전력 공급을 확보하기 위해 우크라이나에서 점점 더 보편화되고 있습니다.


추운 환경에서 LCD 화면을 사용하는 것은 재생 빈도가 느려지고 느려지기 때문에 어려울 수 있습니다. 영하의 온도에서 사용하면 파손될 수도 있습니다. 우크라이나에서는 FPV 전용 LCD 모니터가 더 작은 DIY 지상 관제소(GCS)에 내장되는 경우가 많으며, 하나의 GCS는 한 번에 최대 4대의 항공기를 모니터링할 수 있습니다. GCS를 섭씨 10도 이상으로 유지하는 외부 열원이 필수적입니다. 자체 GCS를 구축할 때 다른 구성 요소에서 생성된 열을 사용하여 LCD 모니터를 따뜻하게 유지하거나 화면에 특정 히터를 적용해야 합니다. [7] 이는 FPV에 일반적으로 사용되는 RC 송신기의 디스플레이에도 영향을 미칠 수 있습니다.


그러나 배터리나 화면만 추위의 영향을 받는 것은 아닙니다. 시중에서 구할 수 있고 우크라이나에서 사용되는 대부분의 플랫폼은 플라스틱으로 만들어지며(탄소 섬유 프레임도 일반적이지만) 다양한 유형의 플라스틱은 추운 날씨에 다소 취약합니다. 분자 수준의 변화는 플라스틱을 덜 유연하고 부서지기 쉽게 만들어 균열이 발생하기 쉽게 만듭니다. 이는 플랫폼이 목표물을 향해 회전하거나 급강하할 때 가속력에 노출될 때 문제가 될 수 있습니다. 점점 더 많은 부품이 3D 프린터로 인쇄되거나 플랫폼 수정이 일반적인 전쟁에서는 이러한 수정이 플랫폼에 취약점을 추가할 위험이 추가됩니다. 그럼에도 불구하고 플라스틱의 한계를 극복할 수 있는 방법이 있습니다. 추운 환경에서 운영하면 드론 지출이 증가할 수 있으며, 이는 장기적으로 물류 문제가 됩니다.


추운 날씨에 비행하는 것은 항상 프로펠러, 날개 및 동체의 결빙과 관련이 있습니다. 무인 플랫폼도 크기에 관계없이 다르지 않습니다. 춥고 습한 날씨 또는 안개와 구름을 뚫고 비행할 때 날개와 프로펠러에 얼음이 쌓여 공기 흐름과 양력에 영향을 미치고 플랫폼을 제어하기가 더 어려워지고 드론이 하늘에서 떨어질 위험이 높아질 수 있습니다. 땅에는 눈이나 비가 내리지 않을 수 있지만 더 높은 곳에 있을 수 있습니다. 대형 무인 항공기는 날개의 결빙을 막기 위해 다양한 제빙 화학 물질이나 내장 기술을 사용할 수 있지만[8], 오늘날 소형 항공 시스템을 운영하는 드론 운영자는 결빙이 어떻게 발생하는지 이해하고 해당 지식을 사용하여 물이 표면에 "달라붙는" 것을 방지하는 프로펠러에 실리콘 기반 윤활제 또는 발수제를 적용하는 것과 같은 창의적인 솔루션을 생각해야 합니다. [9] 결빙은 프로펠러나 항공기 본체에서만 발생하는 것이 아닙니다. 센서, 특히 센서를 보호하는 유리도 영향을 받을 수 있으므로 작업자가 주변 환경과 잠재적 대상을 관찰하는 데 방해가 될 수 있습니다. 이는 습기가 하우징으로 들어갈 수 있는 올바르게 밀봉되지 않은 센서의 경우 특히 그렇습니다. [10] 이것은 전자 장치가 보호되지 않는 FPV 드론에서도 발생할 수 있습니다. 그러나 일반적으로 "단방향 드론"으로 사용되기 때문에 보드를 보호해야 할 필요성은 일반적으로 다른 플랫폼만큼 중요하지 않습니다. 더 작은 UAS의 결빙을 방지하기 위한 연구가 진행되고 있다는 점에 유의해야 합니다. [11] 그러나 오늘날 전장에서 가장 흔한 시스템에서 단기간에 실현될 가능성은 거의 없습니다.


추위 위험으로부터 드론 및 기타 장비를 실내로 가져오면 장비에 결로로 인해 습기가 생성되어 전자 장치가 손상되거나 다시 꺼내면 장비에 얼음이 형성될 위험이 있습니다. 장비를 재충전하거나 유지 보수를 위해 가져와야 할 수 있기 때문에 외부에 두는 것은 거의 선택 사항이 아닙니다. 대신, 문제를 처리할 수 있는 한 가지 가능한 방법은 민감한 장비를 내부로 가져가기 전에 밀폐된 비닐 봉지에 넣는 오래된 사진작가 트릭을 사용하는 것입니다. 그러면 수분이 가방 외부로 모여 드론, 고글 및 송신기를 건조하게 유지합니다. 이는 드론뿐만 아니라 다양한 전자기기에 사용할 수 있습니다.


가을, 겨울, 초봄은 일반적으로 바람이 많이 부는 날을 의미합니다. 소형 무인 시스템을 사용하면 바람이 조금만 불어도 배터리에서 훨씬 더 많은 전력을 끌어와 플랫폼을 수평으로 유지하거나 직선으로 비행할 수 있습니다. 까다로운 부분은 지면의 바람이 30, 100 또는 1000미터 위의 바람보다 덜 강력할 수 있다는 것입니다. 고도 또는 목표 지역에서 바람이 얼마나 빨리 불는지 알려주는 것이 항상 쉬운 것은 아닙니다. 목표 관심 지역으로 향하는 도중에 강한 역풍이 불면 플레이 시간이 단축되고 측면에서 불어오는 돌풍은 목표물을 공격하는 것을 복잡하게 만듭니다. GNSS 거부 영역에서는 운전자가 알아차리지 못하는 사이에 플랫폼이 경로를 벗어날 수 있습니다. 예보가 있는 날씨 함수에서 지원을 받을 수 없다고 가정합니다. 이 경우, 계획은 연중 특정 기간 동안 바람으로 인해 임무가 짧아지거나, 탐색이 복잡해지거나, 차량 손실이 발생할 위험이 높을 가능성을 고려해야 합니다. UAS 운영자는 시스템의 날씨 제한을 알고 있어야 할 뿐만 아니라 향후 작업을 구체화하기 위해 배회 탄약과 같은 시스템에 의존할 수 있는 직원도 알아야 합니다.


이 기사는 주로 장비와 다른 부품이 추운 날씨에 어떻게 반응하는지에 초점을 맞추었지만 요소에 대한 노출이 작업자에게 어떤 영향을 미치는지 잊어서는 안 됩니다. FPV를 비행하려면 일반적인 RC 송신기를 사용할 때 손가락의 미세한 운동 기술이 필요하며[12], 작업자는 추위에 너무 오래 노출되면 잃게 됩니다. 우크라이나의 드론 팀은 차가운 바람을 피해 실내 또는 지하로 이동했지만, 일부 팀은 여전히 난방이나 적절한 대피소가 없는 환경에서 작전을 수행해야 합니다. 일부 드론 팀은 특정 "컨트롤러 장갑"[13]을 사용하는 반면, 다른 드론 팀은 작업자와 장비 모두의 보온성과 보호를 위해 열 판초를 사용합니다. 눈 덮인 풍경에서 GNSS 없이 비행하는 것은 랜드마크가 눈 아래에 숨겨져 있을 때 복잡해질 수 있으며, 이는 Google 지도(또는 이와 유사한 것)의 데이터를 사용하는 자동 탐색에 영향을 미칠 수 있습니다. [14] 이를 위해서는 기술자나 팀 리더의 추가적인 탐색 지원이 필요합니다. 플랫폼을 빠르게 시작하고 복구할 수 있는 능력은 주로 생존 가능성과 관련이 있습니다. 그러나 눈이나 비로부터 민감한 전자 장치를 보호해야 하며, 이는 밤낮으로 눈이 내리는 조건에서 차량을 준비, 발사 및 복구하는 운전자의 교육으로 요약됩니다.


마지막으로, 군용 시스템은 민간 등급 시스템보다 낮은 온도에서 작동할 수 있지만 해당 기능에는 더 높은 가격표가 붙습니다. 우크라이나에서 보았듯이 동료 분쟁에서 UAS를 운영하면 의심할 여지 없이 많은 시스템 손실이 발생할 것입니다. 이러한 환경에서 군사 시스템을 사용하면 공급업체가 제공할 수 있는 것보다 더 빨리 예비 부품이 고갈될 위험이 있습니다. 민간 시스템을 사용하거나 Amazon과 같은 사이트에서 구할 수 있는 부품으로 플랫폼을 구축하면 한 제조업체의 프레임을 다른 제조업체의 프레임으로 교체할 수 있기 때문에 시스템이 특정 예비 부품에 대한 의존도를 줄일 수 있습니다. 모든 시스템은 군사 작전 내에서 그 자리를 차지하고 있으며 다양한 분야와 마찬가지로 목적에 가장 적합한 곳에서 사용되어야 합니다. 이 기사는 군용 또는 민간용 플랫폼에 대한 논쟁으로 간주되어서는 안 되며 오히려 둘 다에 대한 논쟁으로 간주되어야 합니다.


추운 날씨와 전자전 및 대UAS(CUAS) 능력에 대한 관심이 계속 높아짐에 따라 겨울철 소형 무인 시스템을 운영하는 능력이 크게 제한될 수 있습니다. 추위에 대한 저항력을 높이면서 저렴한 비용을 유지할 수 있는 솔루션이 필요합니다. 오늘날 드론이 전파 방해 노력에 대한 대응책으로 광섬유 제어 시스템을 장착하고 있는 것을 볼 수 있지만, 영하의 기온은 광 케이블에 영향을 미칠 가능성이 높습니다. 이번 겨울은 광섬유를 장착한 드론이 추운 날씨에 어떻게 작동하는지 목격할 수 있는 첫 번째 겨울이 될 것이며, 그렇다면 겨울철에 더 많이 사용되어야 할 것입니다.


이 기사는 인간은 물리학이든 날씨든 여전히 자연과 경쟁하고 있다고 말하면서 결론을 내립니다. 이번 겨울에 자연을 "길들일" 수 있는 행위자가 누구든 UAS가 봄이 올 때까지 우위를 점할 수 있기 때문에 가동 중단 시간을 최소화할 수 있습니다. 겨울이 긴 스웨덴과 같은 북극 지역의 국가에서는 우크라이나와 러시아 부대가 추운 날씨에 드론 작전을 수행하는 방법을 매우 자세히 연구할 필요가 있습니다. 이 저자는 북유럽 UAS 학교가 북극에서의 갈등, 특히 낮은 전술적 수준에서 대비하기 위해 주제에 대한 공동 연구를 수행 할 것을 권장합니다.


저자는 스웨덴 군대의 상사입니다.



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