미 해군, 텍사스 A&M과 함께 함정 착륙용 자율 주행 VTOL 항공기 개발을 위한 3년 프로젝트에 자금 지원

미 해군은 움직이는 함정 갑판에 착륙할 수 있는 완전 자율 수직이착륙(VTOL) 항공기 개발을 선도하기 위해 텍사스 A&M 대학과 획기적인 협력에 착수했다. 미 해군의 지원을 받아 3년 동안 진행되는 이 프로젝트는 항공기가 해군 함정에 착륙하는 방식을 혁신할 수 있는 강력한 솔루션을 개발하는 것을 목표로 한다.

해군 조종사에게 가장 복잡한 기동 중 하나인 함정 착륙의 어려움을 해결하기 위해 이 프로젝트는 최첨단 항공기 설계와 강력한 머신러닝 알고리즘을 결합한다. 이 혁신적인 접근 방식은 거친 바다를 항해하고 끊임없이 움직이는 목표물에 착륙할 수 있는 차세대 자율 VTOL 항공기를 위한 길을 열 수 있다.

헬리콥터를 이용한 전통적인 선박 착륙은 조종사에게 뛰어난 정밀도와 기술을 요구한다. 활주로에 착륙하는 것과 달리 선박의 착륙 구역은 제한되어 있고 바다와 함께 끊임없이 흔들리기 때문에 돌풍과 낮은 가시성 등 다양한 변수가 존재한다.

이러한 까다로운 문제를 해결하기 위해 텍사스 A&M의 연구팀은 조종사의 행동을 모방하여 착륙 과정을 자동화하는 데 집중하고 있다. "헬리콥터 조종사가 선박 갑판에 착륙하려고 할 때 실제로 움직이는 갑판을 보지 않습니다. 움직이는 갑판을 보면 조종사의 방향 감각이 흐려지기 때문에 조종사에게 인공 지평선을 제공하는 녹색 조명의 자이로 안정화 스트립인 호라이즌 바라는 특수 장비를 보도록 훈련받습니다."라고 텍사스 A&M 항공우주공학과 부교수이자 프로젝트의 책임 연구자인 모블 베네딕트 박사는 설명했다.

이 연구는 이전 연구에서 시도했던 것처럼 배의 갑판을 추적하는 대신 수평선 막대를 모니터링하여 조종사의 행동을 모방하려고 한다. 연구팀은 강풍과 항로 변경 등 변화하는 상황을 고려할 수 있을 정도로 정밀한 강화 학습 제어 알고리즘을 개발하고 있다.

전기 및 컴퓨터 공학과의 조교수이자 프로젝트의 공동 책임 연구자인 딜립 칼라틸 박사는 이 이니셔티브의 기반이 되는 기술에 대해 자세히 설명했다. "강화 학습은 자율 시스템의 제어 알고리즘을 개발하기 위한 머신 러닝의 한 종류입니다. 우리는 차량이 진로를 변경하거나 강풍이 부는 상황에서도 수평선 막대를 추적할 수 있을 정도로 정밀한 강화 학습 제어 알고리즘을 개발하고 있습니다."

이 야심찬 협업의 궁극적인 목표는 수직 이착륙(VTOL)이 가능한 항공기를 개발하여 기존 활주로의 필요성을 없애고, 순항 효율을 최적화하여 비행 시간을 연장하며, 끊임없이 움직이는 해군 함정의 갑판에 안전하고 성공적으로 착륙할 수 있는 능력을 보장하는 세 가지 중요한 요소를 포괄하는 것이다.

회전익기에 대한 전문 지식을 갖춘 베네딕트 박사는 돌풍에 강하고 효율적인 VTOL 항공기 콘셉트 설계를 주도하고 있다. 이러한 개념에는 수직 비행에서 고정익 순항으로 쉽게 전환할 수 있도록 접이식 날개가 포함될 수도 있다. 이러한 개념의 성능과 역학을 분석하기 위해 풍동 테스트, 시뮬레이션 및 비행 테스트가 수행된다.

한편 칼라틸 박사는 강화 학습에 대한 숙련도를 활용하여 실시간 데이터와 환경 요인에 빠르게 적응할 수 있는 알고리즘을 개발하고 있다. 이러한 적응력은 예측할 수 없는 거친 바다의 특성을 해결하는 데 필수적이며, 자율 시스템이 탑재된 풍향풍속계의 데이터를 활용하여 특정 조건에 대응할 수 있도록 한다.

이 프로젝트는 이전의 노력이 직면한 시뮬레이션과 현실 간의 격차를 해결할 뿐만 아니라 협업 콘솔을 사용하여 여러 무인 항공 시스템(UAS)을 제어할 수 있는 가능성도 탐색한다.

이 3년간의 벤처에 대한 해군의 관대한 자금 지원은 자동화된 VTOL 항공기 함정 착함을 위한 신뢰할 수 있는 솔루션 개발의 중요성을 강조한다. 베네딕트 박사와 칼라틸 박사는 텍사스 A&M에서 학제 간 협업을 계속하여 해군 함정 착륙의 까다로운 조건을 탐색할 수 있는 자율 VTOL 항공기의 실현을 위해 노력할 수 있게 되어 매우 기쁘게 생각한다고 말했다.

이 획기적인 프로젝트가 진행됨에 따라 해군 항공을 혁신하여 선박 착륙을 더 안전하고 효율적이며 사람의 개입에 덜 의존하게 만들어 궁극적으로 미 해군과 광범위한 항공 우주 산업에 모두 도움이 될 수 있는 잠재력을 가지고 있다.