자연재해는 전 세계 어디에서나 발생할 수 있다. 응급구조대원들이 희생자의 긴급한 요구를 지원하고 식수, 음식, 전기 등 필수 서비스 공급을 회복하기 위해서는 통신 복구가 필수다.
일본 엔지니어링 회사인 후카덴(Fukaden Corporation)은 그들의 고성능 테더 드론(Tethered drone)에 장착하도록 설계된 이동통신 기지국에 전력을 공급함으로써 이러한 인도주의적 노력을 실현하고 있다. 응급구조대원들은 현장에서 즉각적인 통신 기능을 지원받기 위해 경량 휴대용 드론을 배치할 수 있다. 이를 통해 응급구조대원은 의사결정을 내리고 신속한 의사소통에 필요한 지원을 받을 수 있다.
후카덴 테더 드론은 인명이 위태로운 자연재해 상황을 지원하기 위해 신속하게 배치할 수 있다.
후카덴은 일본의 주요 통신사와 협업해 테더를 통해 드론에 전력을 전달하는 파워 컨트롤 박스Ⅱ 주 전원공급장치 시연 테스트를 진행했다. 이 장치는 최대 150 m까지 1 ㎾의 전력을 전달할 수 있고, 장치를 병렬로 사용해 전력량을 3배로 늘려 3 kW까지 스케일링 가능하다. 이는 10 ㎞ 직경의 셀룰러 서비스를 제공한다.
고전압으로 더 가볍고 얇은 케이블 사용 가능
이제까지의 테더 드론의 단점은 전원 케이블의 두께와 무게였다. 길고 무거운 케이블은 무게 증가로 항력이 증가해 더 큰 출력을 요구하며, 드론에 센서나 고해상도 비디오 카메라와 같은 새로운 기능을 추가하는 것을 제한했다.
후카덴 드론은 1 kW~5 kW의 전력이 필요하고, 공급 전압을 24 V에서 370 V로 높이면 공급 전류가 15분의 1로 줄어든다. 이를 통해 1 kW 테더 케이블의 무게를 미터당 125 g에서 11.1 g으로 10분의 1 이하로 줄일 수 있는 얇은 테더 케이블을 사용할 수 있다.
테더형 드론용 후카덴 전원공급장치 "파워 컨트롤 박스 II 주 전원공급장치"(뒤) 및 Vicor DCM™을 2개 장착한 전원 장치의 일부(오른쪽)
드론까지 370 V로 전송하려면, 모터 구동에 필요한 DC 24 V로 출력을 낮추기 위해 고밀도의 경량 DC-DC 컨버터 모듈을 드론에 장착해야 한다.
초기 후카덴의 고전압 DC-DC 컨버터 설계는 무겁고 너무 많은 부피를 차지했다. 따라서 후카덴은 경량의 소형 DC-DC 컨버터를 물색해 대형 컨버터를 Vicor DCM™ 전원 모듈로 교체했다.
Vicor DCM은 고주파 ZVS(Zero-Voltage Switching) 기술을 사용하는 절연형 DC-DC 컨버터 모듈로, 높은 변환 효율과 출력-전력 밀도가 높은 것이 특징이다. 이 DCM을 사용해 부피를 75% 줄이고 무게를 50% 이상 줄였다.
고성능 통신 드론 제작
차세대 후카덴 통신 드론은 최대 9 ㎾의 전력이 필요하다. 후카덴은 더 높은 전압 전력(DC 700V), 더 얇은 케이블 연결, 3개의 병렬 Vicor BCM
® 버스 컨버터로 업그레이드해 최대 4.5 kW까지 전력을 스케일링할 수 있었다. 추가로 거의 9 kW까지 스케일링하기 위해 두 개의 후카덴 전원공급장치를 병렬로 연결할 수 있다.
후카덴의 차세대 통신 기지국은 최대 9 kW를 필요로 한다. 높은 전압의 전력(DC 700V), 얇은 케이블, 병렬로 배치된 3개의 Vicor BCM을 사용해
전력을 쉽게 확장하여 성능을 향상시킬 수 있었다. 추가된 전력으로 드론은 92시간 동안 비행할 수 있으며 통신 영역 직경 10 km를 유지할 수 있다.
증강된 전력을 사용한 드론은 92시간 동안 비행할 수 있으며 통신 영역 10 km를 유지할 수 있다. 또한, 향상된 성능을 통해 기지국이 모든 악천후에서 더 나은 성능을 발휘할 수 있도록 한다.
소형의 가벼운 전력 모듈은 전력 설계 및 스케일링이 용이하며, 미션 크리티컬(mission critical)한 인명 구조 배치를 위한 드론 기지국의 설치를 가능하게 했다. 후카덴 휴대용 기지국 장치는 짧은 시간 내에, 자연재해가 발생했을 때의 필수 응급 구조 장비가 되고 있다.
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