지난 호에서 이어지는 내용입니다.

 

22. RC의 역사(1940년대 이전)        

무인항공기와 RC는 군사나 취미용 등 사용 목적과 규모에 차이가 있을 뿐 초기 원천 기술과 사용 원리에는 큰 차이가 없다. 그로 인해 무선 전파를 활용한 무인항공기 조종 기술의 발전은 RC 분야의 본격적인 시작과 발전에 많은 영향을 미쳤다. 

 

1940년대 초는 제2차 세계대전이 한창 발발하던 시기다. 당시 무인항공기 원격 조종 기술은 독일에서 원거리 무선 유도 무인비행폭탄(V1) 용도, 미 해군에서는 적 함선을 목표로 겨냥한 무선 조종 폭격기(TDR-1 Assault Drone) 용도로 활용할 만큼 초기 단계에서 한 단계 더 도약했다. 

 

그리고 1940년대 중반 제2차 세계대전이 종료되면서 군사용으로 쓰이던 무선 조종 기술이 민간 RC 분야로 넘어오기 시작했다. 소수에서만 사용하던 첨단 무선 조종 기술이 고급 레저 활동으로 상업화를 이루는 시점이다.

 

이는 일상에서도 취미로 무선 조종을 즐길 수 있는 토대이자 RC 분야 비행기 설계와 무선 기술의 발전 등 RC 기기 기본 구조 확립의 토대가 됐다고 볼 수 있다.

 

다만 당시 RC 시스템은 무선 전파를 활용한 조종이 필수인데 초기엔 비교적 장거리 송수신이 가능한 AM(Amplitude Modulation, 진폭 변조) 방식을 기반으로 한 무선 신호를 사용했다. 

 

당시 온ㆍ오프 방식(binary control)의 릴레이(relay) 신호를 사용했기에 단순한 신호를 송수신하는 데 문제가 없었다. 하지만 AM 방식은 주파수 채널이 제한적이고 진폭만을 변화시키는 방법이라 여러 대를 동시에 조종하기엔 무리가 따랐다. 

 

특히 비행기 조종을 위한 무선 정보 신호가 반영되면 진폭만 커지거나 작아지는 변화를 보여 동일 대역 주파수 외부 신호에 의한 전파 신호의 잡음과 간섭에 매우 취약했다. 그리고 배터리 제작 기술과 사용 용량이 매우 제한적이었다.

 

1940년대 말에 이르러서 RC는 장난감 같은 단순한 형태에서 실제 항공기와 비슷하게 점점 복잡한 형태로 발전해 나갔다. RC 모델 전용 키트가 제작됐고 전 세계적으로 관련 커뮤니티가 형성되기 시작했다. 

 

23. RC의 역사(1950년대)   

1940년대가 RC가 일반화되면서 상업화로의 초석을 다진 시기라면 1950년대는 RC를 이루는 주요 핵심 부품들의 제조 기술이 본격적으로 발전하기 시작한 시기다.

 

대표 기술은 정밀한 전파 송수신을 위한 FM 방식 전환과 PWM(Pulse Width Modulation, 펄스 폭 변조)을 활용한 정밀 제어, 멀티채널 활용, 전자 기술인 트랜지스터, 서보 메커니즘의 도입을 예로 들 수 있다.

 

▲ AM(Amplitude Modulation, 진폭 변조)

▲ FM(Frequency Modulation, 주파수 변조)

 

먼저 기존 AM의 진폭 변조 방식은 간단하지만 잡음이나 간섭에 취약했다. 이에 따라 일부 시스템에서 FM 방식으로 서서히 전환되기 시작했다. 

 

FM 방식은 사용 대역폭이 기존 방식보다 넓어 주파수 등에 의한 신호를 분리할 수 있었다. 따라서 정확한 신호 전달이 가능하고 신호 간섭까지 줄어드는 효과가 있었다. 다만 송수신 거리는 AM 방식보다 비교적 짧아졌다. 

 

AM과 FM 방식 모두 전파 특성이 있어 둘 중 어느 것이 더 낫다고 할 수 없다. 하지만 RC는 주로 먼 거리가 아닌 조종자 시야 범위에서 정확한 신호 전달이 필요한 분야라 시간이 지날수록 FM 방식을 더 선호했다.

 

▲ PWM(Pulse Width Modulation, 펄스 폭 변조)

 

▲  멀티채널 RC 송신기와 서보

 

다음은 PWM을 활용한 정밀 제어와 멀티채널이다. 하나의 송신기에서 신호의 주기를 조절해 여러 신호를 발생하는 PWM 방식을 활용, 서보와 모터를 정밀 제어하거나 동시에 여러 장치를 독립적으로 제어하기 시작했다. 

 

PWM은 신호가 켜져 있는 주기를 조절해 디지털 신호를 아날로그 신호와 같이 활용할 수 있는 원리다. 신호가 켜진 펄스 폭이 전체 폭 주기에서 차지하는 비율에 따라 전체 신호량이 조절된다. 이를 백분율로 나타낸 값을 Duty Cycle(듀티사이클)이라고 한다. 

 

듀티사이클과 주기를 여러 채널로 설정한 후 각각 독립적으로 사용해 특정 장치를 제어할 수 있다. 다만 신호 조절의 정밀도가 높아지거나 채널이 많아지면 주파수 대역폭도 넓어지기 때문에 사용할 주파수 대역을 넓히거나 대역 내에서 적절히 사용해야 한다.

 

▲ 진공관

 

▲ 진공관 송신기(조종기)

 

마지막으로 트랜지스터의 활용이다. RC 분야 초기부터 송수신기의 신호 증폭은 진공관을 이용했다. 진공관은 전류의 흐름을 저항 없이 이동하기 위해 유리관 내부를 진공상태로 만들어야 해서 붙인 명칭이다. 

 

진공관 내 전자를 방출하는 캐소드(Cathode)와 전자를 받아들이는 애노드(Anode) 사이에 그리드(Grid)를 설치해 전류 흐름을 증폭ㆍ스위칭하면서 제어하는 원리다.

 

고출력이 필요한 초기 전자기기나 오디오 앰프, 레이더, 방송용 송신기 등에서 주로 사용했으며 전류의 증폭 등 제어가 필요한 전자기기 발전을 이뤄냈다.

 

그러나 진공관은 크고 무거운 데다가 기본 전력소비량이 높다. 게다가 충격에 민감하게 반응해 내구성이 떨어진다. 그로 인해 전기 신호 증폭에 대한 새로운 방안이 필요했고 트랜지스터를 활용하기 시작했다. 

 

트랜지스터는 1947년 개발 당시 크기가 컸으나 반도체 재료로 구성된 고체 상태의 소자 크기를 작게 만듦과 동시에 회로가 작아지고 설계도 매우 간단해졌다. 기본적인 원리는 진공관과 유사하다.

 

전자를 방출하는 이미터(Emitter)와 받아들이는 컬렉터(Collector) 사이의 전류 흐름을 제어하는 베이스(Base)를 설치하는 구조다. 

 

다만 전자를 만들어 방출하는 방식만 다르다. 진공관은 캐소드 가열이지만 트랜지스터는 PN 접합을 이용한다. 트랜지스터는 작고 저전력으로 쉽게 사용할 수 있는 장점이 있다. 1950년대 이후부터 점차 진공관을 대신하기 시작했고 현대에 이르러서는 CPU, GPU, RAM 등 컴퓨터 부품 전반에 쓰이고 있다. 

 

진공관 방식은 트랜지스터보다 신호가 부드럽고 왜곡이 없다는 장점이 있어 현재는 방송 송신기, 레이더 시스템, 오디오 앰프 등의 일부에서만 사용된다. 트랜지스터는 진공관보다 저전력으로 사용할 수 있을 뿐 아니라 가볍고 설계가 간단해 모든 전자기기에 전반적으로 쓰이기 시작했다. 

 

RC 분야의 송신기도 이에 속했다. 트랜지스터의 등장으로 RC 분야에서도 신호를 효율적으로 증폭하고 원하는 채널만 선택적으로 필터링하기가 더욱 쉬워졌다.

 

이처럼 RC 관련 기술이 비약적으로 발전하면서 1950년 후반부터는 RC 민간 시장에 대대적으로 보급되기 시작했다. RC 분야는 전문적인 지식과 육안 조종 숙달이 필수인 만큼 일반인에게는 입문 장벽이 높아 대중화가 더딘 편이었다. 

 

그러나 소수 동호인을 바탕으로 비행기뿐 아니라 자동차와 보트 등의 분야에서도 서서히 발전하기 시작했다. 그 결과 RC가 서로 간섭하지 않도록 RC에 사용할 각국의 주파수 대역이 점차 표준화돼 갔다.

 

 

---

참조

Unmanned Aviation(A Brief History of Unmanned Aerial Vehicles)

THE AIRCRAFT BOOK 비행기 대 백과사전

https://outerzone.co.uk/plan_details.asp?ID=10813

https://ko.wikipedia.org/wiki/%EB%9D%BC%EC%9D%B4%ED%8A%B8_%ED%98%95%EC%A0%9C

https://www.modelaviation.com/legendary-life

https://gfmc.online/iffn/tech/tech_11.html

https://www.modelaviation.com/history-of-rc

https://www.mccrash-racing.co.uk/sc/propo.htm

http://www.s296576215.websitehome.co.uk/flyingrchistory.html

https://electronics.stackexchange.com

 

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’ 2025년 2월 호에서도 만나볼 수 있습니다.> 

 

119플러스 정기 구독 신청 바로가기

119플러스 네이버스토어 구독 신청 바로가기

119플러스 웹진

소방전문 매거진 119플러스 웹진 과월호 보기

www.fpn119.co.kr/pdf/pdf-fpn119.html

네이버 스토어 구독 신청하기

국내 유일 소방전문 매거진 119플러스를 가장 빨리 만나는 방법!

smartstore.naver.com/fpn119

소방용품 정보를 한 눈에! '소방 디렉토리'

소방용품 품목별 제조, 공급 업체 정보를 알 수 있는 FPN의 온라인 디렉토리

www.fpn119.co.kr/town.html?html=town_list.html