- 비행기를 조종하지 않는 사람들을 위한 비행기
- 목표는 높은 안전성을 유지하면서 자동차 운전만큼 비행을 쉽게 만드는 것
- 미국에서는 50~300마일의 여행은 거의 대부분 자동차로 이동
- 그 거리가 상업용 항공사를 이용하기에는 너무 짧고 대중교통을 이용하기에는 너무 멀기 때문
- 미국에는 19,000개 이상의 공항이 있고, 대형 상업용 비행기 기술은 거의 자동으로 비행할 수 있을 정도로 발전
- 문제는 소형 비행기 기술이 혁신하지 못하고 과거에 머물러 있기 때문
- 소형 비행기를 조종하는 것은 복잡하고 정신적으로 힘들며 위험함 (자동차 운전보다 약 28배 더 위험)
- 구식 비행기와 구식 비행 제어 장치로 인해 정기적으로 사고가 발생
- 비행기는 비싸고 이윤 폭이 적음
- 2020년에 비행을 배우면서 이 문제를 처음 접함
- "현대적인" GA(General Aviation, 일반 항공) 비행기로 배우고 있었지만, 2018년에 제작된 비행기에 엔진 컴퓨터가 없고 연료/공기 혼합비를 제어하는 수동 레버가 있다는 사실에 충격 받음
- 더운 날 시동을 거는 것은 까다로운 잔디 깎는 기계를 시동 거는 것과 같았음
- 교관은 내가 몇 시간 동안 100%의 집중력을 발휘하지 않으면 내가 죽을 수 있는 여러 가지 방법을 말해줌
- 당시에 SpaceX에서 엔지니어로 일하고 있었고, 대학교 재학시절에 자율항공기를 제작해본 경험이 있음
- 비행기가 너무 안전하지 않고 운용하기에 너무 복잡해서 많은 사람들이 항공에서 멀어지게 만드는 것이 핵심 문제라는 것이 분명했음
- 그래서 SpaceX를 떠나, 애플의 소프트웨어 엔지니어였던 친구와 AirHart를 설립
하드웨어와 소프트웨어
- 비행기의 컴퓨터, 센서, 액추에이터 등 모든 하드웨어를 자체 개발함
- 소프트웨어는 실제 제어를 수행하는 모든 소프트웨어를 자체 개발함
- fly-by-wire 제어 시스템으로 조종사의 조종봉과 제어 표면 사이에 기계적 연결 대신 조이스틱에서 컴퓨터로 명령을 전송하면 서보로 제어 표면을 움직임
- 간소화된 제어 체계를 구현하여 비행기 조종을 한 가지 동작으로 하나의 조작을 수행하도록 함
Airhart Assist의 작동 방식
- 비행기의 force-feedback 조이스틱이 위치를 비행 컨트롤러 3개로 병렬로 전송하여 안전성과 중복성을 위해 작동함
- 비행 컨트롤러는 조이스틱 위치를 회전률이나 상승률 명령으로 해석함
- 비행 컨트롤러는 각종 센서들의 데이터를 읽어 비행기 상태를 정확히 추정함
- 현재 상태와 조이스틱에서 원하는 상태를 바탕으로 제어 이론과 공력학 계산을 통해 비행기를 원하는 상태로 만들기 위한 제어 표면 위치를 계산함
- 오류 체크, 한계 보호 등 안전 조치가 포함되어 비행기가 불안전한 상태에 빠지지 않도록 함
- 전통 비행기와 달리 실속, 회전, 위험 자세 등 좋지 않은 상태로 비행기를 명령하는 것이 불가능해짐
시스템의 안전성 확보
- 모든 것이 단일 결함 허용(Single-Fault Tolerant)임
- 즉 SPOF가 없음 : 발생할 수 있는 어떤 결함(끊어진 전선, 타버린 저항, 프로세서의 비트 플립, 커널의 무작위 중단 등)도 시스템의 기능에 영향을 미치지 않음
- 3개의 비행 컨트롤러가 2개의 다른 센서 세트("strings")에서 정보를 받아 독립적으로 취할 행동을 계산하고 어떻게 할지 투표함
- 각 string은 자체 전원, 백업 배터리, 네트워킹 하드웨어, 중요 센서 세트를 갖춤
- 엔진이 유일한 단일 장애점(SPOF)이나, 중복 점화 시스템, 연료 펌프, 컨트롤러 등을 갖추고 있음
- 엔진이 꺼지면 배터리가 약 30분간 시스템을 작동시켜 비상 착륙할 시간을 줌
- 조종사가 어떤 경우로든 행동 불능 상태가 되면, 승객은 자율 비상 착륙을 시작할 수 있음
- 많은 것이 잘못되고 시스템이 실패하면, 전체 기체 낙하산을 활성화하여 비행기를 안전하게 땅으로 내릴 수 있음
조종간 기술 제거에 대한 우려
- 많은 사람들이 "조종간 기술을 제거하면 조종사의 실력이 떨어지지 않을까?"라고 궁금해할 것임
- 간단한 대답은 "아니오"임
- 훌륭한 조종사를 만드는 핵심은 조종간 기술이 아니라 좋은 의사 결정과 위험 관리임
- GA의 단독 조종사에게는 이것이 더욱 중요함
의사결정과 위험관리에 집중하는 시스템
- 에어하트는 조종사들이 의사 결정과 위험 관리에 전적으로 집중할 수 있는 도구를 제공하는 시스템을 구축하고 있음
- 오늘날 많은 문제를 만드는 조종간의 주의 산만을 제거할 것임
- 조종간 기술은 수백 명의 승객을 태우고 비행하는 항공사 조종사에게는 필수적이지만, 주말 여행을 위해 4인승 비행기를 타는 일반인에게는 필요하지 않음
- 에어하트 시스템은 비행기의 제어력을 잃는 것을 불가능하게 만들어 오늘날 일반 항공에서 발생하는 치명적인 사고의 80%를 잠재적으로 해결할 수 있음
비용 절감을 위한 노력
- fly-by-wire 시스템의 비용은 보통 수백만 달러에 달하지만 훨씬 적은 비용으로 만들 계획임
- 자동차용 부품 활용, 1000달러 이상 하는 레이저 링 자이로 대신 100달러 미만의 MEMS 자이로를 사용할 수 있는 센서 융합 수학, 시스템 설계의 근본 원리적 접근 등을 통해 비용 절감
- 많은 하드웨어를 직접 개발해야 하므로 자체 제어 표면 액추에이터, 디스플레이 어셈블리를 개발하고, 라디오와 GPS 하드웨어도 개발 중
자동차 스타일 접근 방식의 규모 필요성
- 이러한 자동차 스타일의 접근 방식을 활용하려면 규모가 필요함
- 문제는 비행이 아주 매력적이지 않다는 것. 현대 비행기는 90년대 것처럼 보임
- 에어하트는 첫 번째 비행기인 Airhart Sling은 조종석의 전체 UI/UX를 사용하기 쉽도록 재설계하고, 객실을 오늘날의 비행기보다 훨씬 더 럭셔리카처럼 느껴지도록 재설계하며, 에어하트 어시스트를 통합하여 비행을 훨씬 더 접근하기 쉽고 매력적으로 만들고 있음
- 자동차 스타일 접근 방식의 규모의 경제가 작동하려면 디자인의 매력이 매우 중요함