항공 산업의 미래, 로봇항공기

항공 산업의 미래, 로봇항공기

 

로봇항공기 또는 무인항공기(UAV, Unmanned Aerial Vehicle)란 비행기 조종사가 탑승하지 않는 항공기로 각종 센서, 통신 장비, 그리고 임무 장비를 탑재하고 있으며 원격 조종 또는 스스로 조종되는 비행체를 말한다.
■ 무인항공기 시스템
무인항공기를 보다 정확하게 표현하면 '무인항공기 시스템'이라고 부르는 것이 맞다. 무인항공기는 단순히 비행체 하나만으로 이루어진 것이 아니고 여러 가지 요소들이 통합되어 운용되어지는 복합 시스템이기 때문이다.

[무인항공기 시스템 구성]

 

이러한 무인항공기 시스템은 일반적으로 다음과 같은 핵심 구성 요소로 이루어진다.
비행체 요소 : 무인항공기의 기체(platform)를 말하며 기체에 실리는 추진 장치, 연료 장치, 전기 장치, 항법 전자 장치, 전기 장치 및 통신 장비 등을 포함한다.

지상 통제 장치 요소 : 임무 계획 수립과 비행체 및 임무 탑재체의 조종 명령, 통제 그리고 영상 및 데이터의 수신 등 무인항공기 운용을 위한 주 통제 장치를 말한다.

임무 탑재체 요소 : 카메라, 합성구경 레이더(SAR), 통신 중계기, 무장 등의 임무 수행을 위해 비행체에 탑재되는 임무 장비를 말한다.

데이터 링크 요소 : 비행체 상태의 정보, 비행체의 조종 통제, 임무 탑재체가 획득하거나 수행한 정보 등의 전달에 요구되는 비행체와 지상간의 무선 통신 요소를 말한다.

이착륙 장치 요소 : 무인항공기가 지상으로부터 발사 및 이륙하고 착륙 및 회수하는 데 필요한 장치를 말한다.

지상 지원 요소 : 무인항공기 시스템의 운용과 유지를 위해 소요되는 일련의 지상 지원 설비 및 인력 등을 총칭하는 말이며 무인항공기의 효율적인 운용에 필요한 분석, 정비, 교육 장비 시스템을 포함한다.

무인항공기 시스템을 구성하는 장비들은 운용 목적 및 방식, 비행체의 크기, 그리고 수행하는 임무 등에 따라 그 구성이 달라질 수 있다.
■ 무인항공기의 분류
무인항공기의 분류는 성능별, 크기별, 고도별, 양력 발생별, 그리고 운용 목적별로 분류 방법이 매우 다양한데 최근 들어 무인항공기에 대한 관심과 개발이 세계적으로 활발하게 되자 이러한 틀에서 벗어나 자의적으로 분류하는 경우가 많아지고 있다.

[고도 및 중량별 대표적 무인항공기]

 

오늘날에는 기체 크기 수cm, 중량 100g 이하의 초소형 무인항공기(MAV, Micro Air Vehicle)에서부터 중량이 약 1만 2,000kg, 적재 중량이 거의 1,000kg이고 항속 거리나 체공 시간 또한 수천km, 수십 시간 이상이 되는 초대형 무인항공기까지 아주 다양하게 개발되고 있다.

[크기별 무인항공기 구분]

구 분	용 도
초소형 무인항공기(Micro UAV)	직접 던지는 방식이 가능한 수cm 크기
소형 무인항공기(Mini UAV)	차량으로 이동하거나 분리하면 1～2인으로도 휴대, 운반 및 운용 가능
중소형 무인항공기 (OAV, Organic Aerial Vehicle)	차량으로 이동하면서 운용
중형 무인항공기	단거리 무인항공기 이상급의 무인항공기
대형 무인항공기	중거리 이상급의 무인항공기

 

이 외에도 무인항공기는 운용 목적에 따라 특정 지역에 대한 실시간 감시, 정찰 및 정보 수집을 수행하는 정찰용 무인항공기, 유인 전투기를 대체하여 공중 전투 및 지상 폭격 임무까지도 수행이 가능한 전투용 무인항공기, 기상 관측 및 화학 생물학 작용제 탐지 장비를 탑재한 원격 측정용 무인항공기, 통신 중계용 무인항공기, 표적용 무인항공기 등으로 구분할 수도 있다.

■ 무인항공기의 역할
미래에는 정보의 중요성이 커짐에 따라, 인명 피해 없이 실시간 그리고 연속적으로 비디오 및 레이더 영상을 보낼 수 있는 무인항공기의 역할이 더욱 커질 것으로 전망된다.

무인항공기는 흔히 말하는 3D(Dull, Dirty, Dangerous) 임무에 적합하다. 정밀한 센서들을 이용하여 고고도에서 광범위한 지역을 장시간 정찰할 수 있다.(Dull)

또한 핵 또는 생화학전 때 인명 손실 없이 오염된 지역에서 임무 수행이 가능하다.(Dirty) 또한 유인전투기를 대신하여 적의 화력 또는 방공망 제압 등 위험한 역할을 대신할 수 있을 것이다.(Dangerous)

[무인항공기로 촬영된 사진]

최근 전장에서의 무인항공기는 전장의 상태를 실시간 화상으로 공격할 목표를 직접 눈으로 보면서 타격하며 그 결과까지도 영상으로 볼 수 있음에 따라 전투 필수 장비로 자리매김하게 되었다.

또한 단순한 정찰 감시는 물론 그 임무를 매우 다양화하여 전투기나 폭격기의 임무까지 대신한다.

아마도 미래의 전쟁은 인간이 직접 생명을 걸고 하는 기존의 전쟁 형태에서 벗어나 만화 또는 SF 영화에서나 상상했던 무인항공기와 같은 로봇들의 대리전이 되지 않을까 생각된다.

또한 무인화와 자동화 기술이 발전함에 따라 무인항공기는 군사용과 더불어 민간 분야에서도 매우 유용한 장비로 우리에게 다가서고 있으며 실례로 무인항공기를 사용한 방제/방역, 영화/방송 공중 촬영, 도로/해안 및 가스배관망 감시 등 다양한 민수 분야로의 적용을 확대해 나가고 있다.

[무인항공기의 군사/민간 분야 역할]

군사 분야	민간 분야
-실시간 정찰 : 목표 탐색/식별	-포병 화력 유도
-전투피해 평가	-해상/해안 감시
-지뢰 탐지	-전자전 수행(기만, 공격, 방어)
-적 레이더 교란/파괴	-무인 공중 전투
-무인 폭격	-해안 상륙 작전 지원
-항공 기동로 개척	-국경 순찰
-지형 및 시설물 공중 촬영	-영화/방송 공중 촬영
-산불/산림 감시	-해안/선박 감시
-범죄 색출/추적	-방제/방역
-기상 자료 수집	-재해 예방
-통신 중계	-환경 감시
	-재난 구조

현재까지 무인항공기는 광범위한 활용 가능성과 잠재성이라는 장점을 소유하고 있음에도 불구하고 수요가 대부분 군수 용도로 제한되어 있는 것이 사실이다.

이것은 현재 기술 수준의 무인항공기가 유인항공기에 비하여 높은 사고율 및 운용 단가, 비행 공역에서의 충돌 위험 등의 문제들을 가지고 있기 때문이다.

향후 이러한 문제점들이 해결된다면 무인항공기의 본격적인 민수 분야 실용화가 가능하게 되며, 이에 따라 빠른 시일 내에 막대한 민수시장이 창출되리라 많은 전문가들은 예측하고 있다.

■ 무인항공기의 역사
무인항공기 연구의 시초는 1883년 영국인 더글러스 아치볼드(Douglas Archibald)가 연줄에 풍력계를 달아 매어 360m 상공의 공중바람 속도를 측정한 데서 시작되었다. 1887년에 아치볼드는 기구(연)에 카메라를 부착하여 지상 촬영을 하였는데 이것이 세계 최초의 무인항공기라고 할 수 있을 것이다.

이후 1898년에는 미국인 윌리엄 에디(William Eddy)가 스페인과의 전투에서 카메라를 장착한 기구(연)를 띄워 많은 사진을 획득하였는데 전투에서 사용된 최초의 정찰용 무인항공기로 기록되고 있다.

"무인항공기의 역사는 전쟁의 역사와 대동소이하다."라고 해도 과언은 아니다. 제1차 세계대전 때 미국 GM사의 'Kettering Bug'나 1933년 최초로 왕복이 가능한 영국의 'Queen Bee' 등이 개발되었고 제2차 세계대전 기간 중에는 연합군과 독일군 양측이 모두 무인항공기를 운영하였는데 독일은 원격 조종으로 목표물까지 정확하게 비행할 수 있는 공격용 무인항공기로 영국의 조기 경보 체계를 무력화시키기도 하였다.

하지만 1950~1960년대에는 대부분의 무인항공기들이 성능 미비, 임무 능력 부재로 인해 시련기를 맞이하였고 1970년대 베트남전쟁과 냉전기의 영향으로 정찰 무인항공기의 활약상에 관심이 고조되기도 하였다.

대부분의 국가에서 무인항공기에 관심이 떨어지고 있을 때 이스라엘은 저가/단순형 무인항공기를 이용하여 아랍 국가들과의 전쟁에서 혁혁한 성과를 올렸다.

이에 자극받은 미국은 다시금 다양한 무인항공기 개발에 박차를 가하였고 해군의 '파이오닐(Pioneer)'를 필두로 '헌터(Hunter)', '프리데이터(Predator)', '글로벌 헉(Global Hawk)'로 이어져 현재까지 사용되고 있는 무인항공기 체계를 구축하게 된다.

최근에는 아프가니스탄전쟁과 이라크전쟁에서 그 위용이 널리 알려지면서 무인 항공기의 중요성과 필요성이 일반인들에게까지 인식되고 있다.

[국가별 주요 무인항공기]

 

이에 반해 국내 무인항공기의 개발은 미국이나 유럽, 이스라엘에 비하면 미미한 수준이나 적극적으로 참여를 시도하고 있는 입장이다.

1970년대 무인 표적기 개발을 필두로 1990년대에 저고도 단거리 무인항공기인 Night Intruder(비조)를 독자 개발하였고 1999년 기상 관측용 무인기 두루미, 2002년 민수용 스마트 무인기, 2004년 근접 감시용 무인기, 2008년 중고도 무인기 사업을 진행 중에 있다.

세계적인 무인항공기 시장이 2012년 약 100억 달러로 확대가 예측되는 가운데 국내에서도 군수 및 민수용으로의 다양한 수요 확산이 예상됨에 따라 무인항공기 관련 기업이 매년 증가하면서 각종 무인항공기 개발 프로그램을 증대시키고 있어 한국의 무인항공기 시장, 기술, 그리고 인력 인프라는 계속해서 확장 발전될 것으로 기대된다.

■ 무인항공기의 미래
무인항공기가 매력적인 시스템이긴 하나 경제적 문제, 공역 문제, 그리고 주파수 분할 문제 등 다양한 법적/제도적 문제점을 안고 있는 건 주지의 사실이다.

하지만 라이트 형제가 꿈꾸었던 "날고자 하는 꿈", 가고자 하는 곳이면 어디든지 갈 수 있고 보고자 하는 곳을 보다 가까이 다가가서 정확히 볼 수 있으며 로봇과 마찬가지로 인간을 대신하여 위험한 임무를 인적 손실 없이 용이하게 임무를 수행할 수 있고 사람이 탑승하지 않음으로 인해 용도에 따라서는 소형화와 경량화가 가능하다는 점 등을 생각해 볼 때 무인항공기 시장의 밝은 미래를 예측해 볼 수 있다.

사람들이 생각하는 무인항공기에 대한 두려움, 즉 "저 비행기가 날아다니다가 우리 집 앞마당으로 떨어지지 않을까?"라는 막연한 두려움은 예전 마차가 주 교통수단이던 시절 자동차가 처음 등장했을 때의 그것과 유사하다고할 수 있다.

우리나라가 무인항공기 분야에서는 후발주자이지만 적극적인 투자와 세계적으로 기술 경쟁에서 우위를 점하고 있는 항법전자기술, 초정밀 영상기술, 무선통신기술 등의 IT 기술과 로봇기술, 그리고 항공기술에 의한 시너지 효과가 발생한다면 짧은 기간 내에 괄목할 만한 성장을 이룰 수 있을 것이다.

무인항공기는 흔히 말하는 3D(Dull, Dirty, Dangerous) 임무에 적합하다. 정밀한 센서들을 이용하여 고고도에서 광범위한 지역을 장시간 정찰할 수 있다.(Dull) 또한 핵 또는 생화학전 때 인명 손실 없이 오염된 지역에서 임무 수행이 가능하다.(Dirty) 또한 유인전투기를 대신하여 적의 화력 또는 방공망 제압 등 위험한 역할을 대신할 수 있을 것이다.(Dangerous)

무인항공기는 광범위한 활용 가능성과 잠재성이라는 장점을 소유하고 있음에도 불구하고 수요가 대부분 군수 용도로 제한되어 있다.

이것은 현재 기술 수준의 무인항공기가 유인항공기에 비하여 높은 사고율 및 운용 단가, 비행 공역에서의 충돌 위험 등의 문제들을 가지고 있기 때문이다. 향후 이러한 문제점들이 해결된다면 무인항공기의 본격적인 민수 분야 실용화가 가능하게 될 것이다.

라이트 형제가 꿈꾸었던 "날고자 하는 꿈", 가고자 하는 곳이면 어디든지 갈 수 있고 보고자 하는 곳을 보다 가까이 다가가서 정확히 볼 수 있으며 로봇과 마찬가지로 인간을 대신하여 위험한 임무를 인적 손실 없이 용이하게 임무를 수행할 수 있고 사람이 탑승하지 않음으로 인해 용도에 따라서는 소형화와 경량화가 가능하다는 점 등을 생각해 볼 때 무인항공기 시장의 밝은 미래를 예측해 볼 수 있다