헬리콥터가 이긴 DARPA 중량 리프트 대회, 진짜 벽은 배터리였다

DARPA가 지난해 11월 시작한 총상금 650만 달러 규모의 '리프트 챌린지(Lift Challenge)'가 오하이오주 데이턴의 국립 미 공군 박물관 잔디밭에서 마무리됐다. 우승은 캐나다·미국계 팀 아비드론(Avidrone Inc.)의 '카타나(Katana)'에게 돌아갔다. 자체 중량 13.3kg에 51kg의 주철 하중을 싣고 코스를 돌아 자체 무게 대비 3.84배(3.84:1)라는, 이번 대회에서 가장 높은 완주 기록을 세웠다. 흥미로운 점은 이 우승 기체가 현장에서 가장 평범한 물건이었다는 것이다. 카타나는 꼬리 붐을 단 전통적인 단일 메인로터 헬리콥터로, 1940년대 이후 양산 헬리콥터를 정의해 온 바로 그 구성이다. 이 기체가 하중 대 무게 비율을 겨냥해 특별히 설계된 멀티로터와 실험적 기체들을 모두 제쳤다.

절반으로 깎인 상금

DARPA가 내건 목표는 4:1이었다. 24.9kg급 기체가 99.8kg을 들어 올리는, 현존 최고 하드웨어의 여덟 배에 해당하는 수치다. 규정에는 이 목표를 넘겨야만 상금 전액을 지급한다는 조항이 명시돼 있었고, 최고 완주 기록이 3.84:1에 그치면서 이 조항이 그대로 발동됐다. 아비드론은 광고된 250만 달러 대신 125만 달러를 받았다. 2위 M테크 오퍼레이션스(MTech Operations)는 3.64:1로 75만 달러, 3위 익스트림 에어리얼 콘셉츠(Xtreme Aerial Concepts)는 3.45:1로 50만 달러를 가져갔다. 초청받은 124개 팀 중 61개 팀이 7일에 걸쳐 비행했지만 4:1에 도달한 팀은 없었다. 참가 기체는 최소 49.9kg의 바벨 플레이트를 9.3km(5해리) 코스에 실어 나른 뒤 7.4km 지점에서 하중을 떨어뜨리고 30분 안에 완주해야 했으며, 카타나는 이 코스를 19분 17초에 끝냈다.

비교 대상을 보면 이 수치의 의미가 분명해진다. 오늘날 상용 플랫폼의 하중 대 무게 비율은 1:1 안팎이거나 그 아래이며, DJI 플라이카트 100은 약 0.53:1 수준으로 평가된다. 규정 상한인 24.9kg짜리 경연 기체가 자체 무게의 네 배 가까운 짐을 든다는 것은 완전히 다른 차원의 성능이다. 다만 이 성능이 한 번에 5해리를 버티는 조건에서만 검증됐다는 단서는 남는다.

리프트가 아니라 에너지가 벽이었다

이번 대회에서 드러난 진짜 공학적 발견은 상위권 기록이 아니라 실패한 팀들에게 있다. 프로그램 매니저 필립 스미스에 따르면 네 팀이 4.1:1 이상으로 구성한 상태에서 주행을 시작했지만 단 한 팀도 완주하지 못했다. 한 기체는 코스 3마일 지점에서 배터리가 방전돼 멈췄고, 마지막 날 6.11:1 도전을 위해 플레이트를 싣던 또 다른 팀은 남은 기체를 파손했다. 우승 기체와 파손된 기체 모두 무게를 들어 올리는 능력 자체는 입증했다. 문제는 그 무게를 5해리 옮길 만큼의 에너지를 기체에 저장하는 일이었다. 3.84와 4:1 목표 사이에는 킬로그램당 와트시로 쌓인 벽이 놓여 있고, 이 제약은 배터리로 나는 모든 중량 리프트 프로그램을 따라다닐 수밖에 없다.

주목할 점은 카타나가 배터리 전기 추진이라는 사실이다. 디프포스트가 공개한 부품 목록에 따르면 타이탄 배터리스의 배터리 모듈, 스콜피온 파워 시스템의 모터와 속도 제어기, 팰컨 프로펠러의 탄소섬유 로터 블레이드, 캘리언의 GNSS 안테나가 팀 자체 개발 플랫폼에 결합됐다. 전기 추진으로 5해리 구간에서 3.84:1을 달성했다는 사실이 확인된 셈이다. 배터리로는 이런 일이 불가능하다는 주장은 폐기됐지만, 동시에 그 한계선이 어디인지도 명확해졌다. 물리학이 순수한 하중 대 무게 비율만 점수판에 올렸을 때, 작은 프로펠러 여러 개보다 낮은 디스크 로딩의 큰 로터 원판이 파운드당 소모 전력을 줄인다는 사실이 그대로 순위에 반영됐다. 1·3위가 단일 로터 헬리콥터였다는 점은 이 결과를 뒷받침한다.

점수판보다 중요한 후속 시장

완주 성적과 별개로 5만 달러 규모의 주관 심사 부문 상 세 개가 수여됐다. 메릴랜드대 AMAV 팀이 '가장 혁신적인 공기역학 설계', 포털 에어크래프트(Portal Aircraft)가 '가장 혁신적인 파워트레인 설계', 디펜드텍스(DefendTex)가 '가장 유망한 팀'으로 선정됐다. 이 가운데 포털의 수상이 장기적으로 가장 큰 의미를 가질 수 있다. 포털의 제임스 서먼은 데이턴 24/7 나우와의 인터뷰에서 자사 기술이 농업 산업에 결정적이라고 판단했으며 군사·민간 용도도 있다고 밝혔다.

이 발언은 특정한 미국적 맥락 위에 놓인다. 미국의 작물 방제는 압도적으로 DJI 아그라스 계열에 의존하고 있는데, FCC의 외국산 드론 규제로 농가는 공급 공백을 마주하고 있으며 대규모로 대체할 국산 대안은 아직 없다. DARPA 상을 막 수상한 파워트레인이 이 공백을 메울 기체의 씨앗이 될 수 있다는 이야기다. DARPA는 650만 달러를 걸었지만 물리학이 아직 내주지 못한 목표 탓에 실제 이동 거리에 대해 400만 달러를 지급했다. 사전에 명시한 규정을 한마디도 번복하지 않은 이 방식은, 성능에 값을 치르는 개방형 경연이 규제보다 나은 기체를 만들어낸다는 관찰과 맞물려 있다. 결국 이번 주의 진짜 관전 포인트는 비율 그 자체가 아니라, 이 하드웨어와 공급업체들이 다음에 어디로 향하는가에 있다.