과거 정찰 임무 중심이던 군사용 드론이 무기 탑재와 군 수물자 수송 등으로 확장되고 있다. 특히 러시아 우크라이나 전쟁 사례를 통해 다양한 군사 임무에서 드론 운용의 중요성은 명확히 드러나고 있다.

 

미국 공군의 Agility Prime 프로그램을 통해, 민간에서 완성한 항공모빌리티(AAM) 기술을 군이 초기 수요자로 받아들이고 있으며, 군에 활용하기 위해 군사용 인증과 실증테스트를 지원하는 혁신 모델도 추진되고 있다. 이는 군수, 물류, 인명구조를 포함한 드론 기반의 후방 지원체계 구축이 세계적 추세임을 보여준다.

 

우리나라 군 역시 드론봇 전투체계 구축을 목표로 하고 있다. 그러나 현재는 정찰용 드론 중심에 머물러 있어 군 수품 수송용 드론 체계화는 아직 초기 단계라 할 수 있다. 특히 다중 기체(정찰, 수송, 감시 등)를 하나의 시스템으로 통합 관제할 수 있는 기술이 부족해 이에 대한 준비가 필요한 시점이다.

 

이와 동시에 전 세계적으로 비대면 물류 수요 증가와 인건비 상승, 재난 대응 이슈가 겹치면서 드론 활용 군·민 연계 수송 체계 필요성 또한 빠르게 확산하고 있어, 이의 대응 방안이 필요하다. 최근에는 인공지능(AI) 기반 자율 비행 기술과 정밀 내비 게이션 시스템의 발전으로 군사 드론의 역할이 점차 확대 되고 있다.

 

이와 같은 군수용 드론을 위해서는 크게 다음과 같은 ▲군 수송용 드론에 화물 탑재 모듈 교체 시스템의 정렬· 결합·분리가 가능한 다목적 수송용 드론 플랫폼, ▲전력기반 CAV(Cargo Air Vehicle)의 안정적인 전력 공 급을 보장하기 위해 실시간 배터리 상태 모니터링, 최적의 전력 분배, 그리고 핫스왑 비상 전력 공급 기능을 제공하 는 전력 최적화 시스템, ▲군이 요구하는 보안 기능과 2kg 미만 모듈 구조의 탑재 통신장치를 포함하는 링크 삼중화 데이터 링크 시스템, ▲군수용 드론이 이륙부터 착륙까지 스스로 상황에 대처 하면서 안전하게 운항할 수 있도록 장애물 회피, 안전 착 륙, 장애 대응이 가능하게 하는 온보드 항전시스템과 AI 기반 자율 비행 핵심 기술 등 4가지 기술이 필요하다.

 

◇군사 드론 활용한 자동화 보급체계 구축과 대응 체계 필요

 

국방에서는 지능화된 무인기로 발전하는 속도가 매우 빠 르고 필수 전략자산으로 역할이 증가하고 있어 우리 군 수요 기반 국산화 및 기술 확보가 시급하다. 국방부의 드론 봇 전투체계 구축 목표에 맞춰 드론 기술을 선제적으로 개발하고, 이를 국방 분야에 활용함으로써 관련된 기술력을 높일 수 있다.

 

이에 국방용 드론 기술 국산화와 국방·민수 관련 드론 세계시장 진출 등 점유율을 확대할 필요가 있다. 또한 군의 요구를 반영해 드론 군수품 수송 체계를 구축·운영함으로써 군 시설 등 후속 지원체계 고도화와 미 래 운송 산업 확산이 필요하다. 고난도 기술이 요구되는 200kg급 고중량 화물 탑재 드론 분야는 개인사업자 또는 중소기업 등이 수행하기 어려운 분야 중 하나다.

 

안전성 검증, 현장 실증 등에 대한 여러 노하우와 인력이 필요하므로 정부 주도로 투자 및 시장을 창출하고, 드론 제작, 부품, S/W 등 관련 민간기업이 실증하는 드론 산업의 활성화가 필요다. 특히, 드론의 빠른 상용화를 위해 기술 개발과 현장 실증 (기반 조성 포함) 병행이 필요하다. (실증 단계 : 시스템 및 기술 개발 ⇒ 드론 거점 구축 ⇒ 실 증 및 운영 ⇒ 개선 및 추가 개발 ⇒ 실증 및 운영 ⇒ 사업 화)

 

또 배송 분야는 물류비·인건비 감소를 위해 전 세계적으로 드론을 적극 활용 중으로, 잠재시장이 큰 물류 드론 시장을 선점하기 위해서는 정부 주도로 국방 수요를 만들어야 한다. 이를 통해 수요처 요구에 맞는 빠른 개발, 실증, 요구사항 추가 및 맞춤형 사업모델 발굴, 수요 창출, 시장 확산의 선순환 구조가 필요하다.

 

정책적 측면에서 군수용 드론 개발은 글로벌 방산 시장의 핵심 산업으로 자리 잡은 산업이다. 선진국들은 군사 드론을 활용한 자동화 보급체계를 구축하고 있어 이에 대한 대응 체계가 필요한 시점이다.

 

국내 방산업체가 국제 경쟁력을 갖추기 위해서는 정부 차원의 연구개발 지원과 국방 부 조달 계약확보가 필요하다고 본다. 기술적 측면에서는 전 세계적으로 드론 보급체계가 발전 하고 있다. 미국, 중국, 이스라엘은 이미 군용 수송 드론을 적극 도입하고 있다. 따라서 자체적인 군수 드론 기술을 확 보하지 못하면 해외 기술 의존도가 증가하고 국방 기술 경쟁에 뒤처질 위험이 크다.

 

시장적 측면에서 본다면, 군수용 드론은 기존 물류 시스템 대비 운용 비용 절감과 빠른 보급 속도로 군과 민간 모두에서 높은 수요가 예상된다.

 

향후 군수용 드론 시장의 성장은 방위산업뿐만 아니라 재난 대응 및 원격 물류 시장까지 확장될 것으로 전망된다. 이 외에도 사회적 측면에 서는 전장에서 병력의 위험을 최소화하고, 물류 자동화를 통해 인력 부담을 줄이는 등 군사적 안정성을 향상하는 효과가 있다. 자연재해나 긴급 구호 상황에도 활용될 수 있어 사회적 기여도는 높을 것으로 예상된다.

 

◇ 탑재중량 200kg 이상의 수송 드론 기술 개념

 

탑재중량 200kg 군사용 화물 수송 드론 기술을 확대 적용하려면 안전성 확보를 위한 기술 개발이 필수다. 기체가 스스로 위험을 인지하고 판단해 조종사나 파일럿의 명령 없이 대응할 수 있는 통합 모듈형 시스템 기반 항공전자 소프트웨어 기술 개발이 절대적이다.

 

첫째, 화물 탑재 모듈 교체 시스템을 갖춘 드론 플랫폼 기술은 기체가 착륙 시 자동으로 화물 탑재 모듈과 정렬·결 합하도록 설계되어야 한다. 실시간 센서 데이터를 통해 미세한 위치 오차를 조정하고, 자동 진단 및 오류 수정 기능을 통해 결합 신뢰성을 극대화함으로써 다양한 임무 수행에 맞춰 모듈을 빠르게 교체할 수 있는 차세대 항공 모빌 리티 시스템 구현이 필수다

 

CAV 항공기의 비행 안전성과 에너지 효율성을 극대화하는 전력 관리 시스템으로, 실시간 모니터링과 AI 기반 예측 분석을 통해 배터리 수명을 연장하고, 전력 사용 최적화로 우선순위 기반 전력 분배와 빠른 전력 전환 기술을 통해 긴급 상황에서도 안정적인 전력 공급을 보장해야 한다.

 

둘째, 데이터링크 시스템은 물리적으로 지상 통신장비, 탑재 통신장비, 점검 장비로 구성되어야 한다. 각 통신장비 는 운용 환경에 따른 링크의 다중화 구현을 위한 밴드별 통신장치와 세부 요구 성능 및 기능을 구현한 하위 모듈 로 구성된다. 특히 전장에서의 요구도를 충족하되 탑재에 유리하도록 모듈화와 집적화를 통해 소형·경량으로 제작하는 것이 기술의 핵심이다.

 

탑재중량 200kg급 군수용 드론에 장착된 항공전자 장비 를 통해 획득한 실시간 정보를 연산, 제어 및 실현하는 온보드 항전시스템은 오동작 및 작동 중지가 허용되지 않는 고신뢰성 설계로 개발하고 성능 검증 필요하다. 즉, 항공전 자 장비의 모니터링, 제어 및 자율 비행 기술이 군수용 드론 운용 환경에 운영되도록 최적화된 항전시스템이 필요한 것이다.

 

신속한 온보드 데이터 처리를 위한 짧은 Run time kernel, 최소화된 Latency 등이 가능한 성능·저전력의 드론 탑재형 온보드 프로세서 개발이 병행되어야 한다.

 

셋째, AI 기반 온보드형 자율 비행 기술은 영상장치, LiDAR, IoT 센서 등 비용 효율적인 항공 센서를 활용하여 탑재중량 200kg급 군수용 드론의 장애물 회피, 안전 착륙 및 장애 대응 기술이 필요하다. 다중 센서 기반의 영상인  처리 속도 및 인식률 확보를 통한 객체 인식, 드론 위치 제어 등의 기술 융합으로 자율 비행을 지향하여야 한다.

 

 

또한, 해킹 방지가 가능하도록 양자암호화 기술을 적용한 4G/5G 통신·보안 모듈과 통신망 구축을 통해 야산, 험지 등 위험지역 회피용 최적경로 설정 및 최소 간섭 비행경로 생성이 가능하여야 한다.

 

◇국내 기술 동향

 

국내 드론은 용도에 따라 무기·물품·카메라·소화탄 등 다 양한 적재를 수반하며, 적재 가능 무게에 따른 유상하중 (payload) 확보 기술 개발이 진행 중이다. 초기 국내 무인기 개발은 군사 용도가 주요 목적이었다. 

 

1970년대 기만용 무인기인 “솔개”를 국방과학연구소의 주도로 개발하고, 2000년대 초반 한국항공우주산업의 “송골매”가 전력화되어 운용 중이다. 유상하중을 포함하는 국방 분야 멀티콥터는 MTOW 25kg, MTOW 40kg이 주력이며, 수송용 드론을 위한 고중량 멀티콥터 수요가 점차 증가 중이다.

 

A사는 드론 플랫폼의 높은 내구성과 안정성을 강화하기 위해 국내 자체 생산기술을 활용해 임무 중량 40kg을 탑재하고 30분 이상 비행 가능한 고중량 드론 플랫폼을 제작해 국내 외 정부 기관이나 군사 목적으로 공급하고 있다.

 

또 B사는 2시간 이상, 25km 넘게 비행할 수 있는 자동 수동형 수직이착륙(VTOL) 드론 ‘스카이 펜서’ 개발에 성공한 경험이 있다. 한국 최초로 UAM 시장에 뛰어든 C사는 고도화된 항공전자 및 ICT 기술력을 바탕으로 오버에어의 세계적인 전기 수직 이착륙 항공기(eVTOL) 개발 역량 을 보유하고 있다.

 

최근 UAM에 들어갈 고출력 모터의 필요에 따라 기존 드론에 많이 사용되는 BLDC뿐만 아니라 내연기관을 이용하는 하이브리드 형태의 모터와 AFPM(Axial Flux Permanent Magnet) 모터도 개발하고 있다.

 

친환경 수요에 따라 국내 대기업들은 수소 연료전지와 리튬 황 전지라 는 새로운 패러다임의 배터리를 개발하고 있다. 또한, 가볍고 높은 안전성을 갖춘 수소 연료전지 파워팩(DM15)을 개발·탑재한 드론 기체(DS30W) 및 일체형 수소드론 (DT30X) 기술을 보유하고 있기도 하다.

 

모터는 최근 UAM에 들어갈 고출력 모터의 필요에 따라 기존 드론에 많이 사용되는 BLDC뿐만 아니라 내연기관 을 이용하는 하이브리드 형태의 모터와 AFPM(Axial Flux Permanent Magnet) 모터도 개발하고 있다. 프레임·프로펠러는 국내 수요가 아직 많지 않아 개발 중인 업체가 제한적이나 일부에서 카본 기술을 바탕으로 대형 물류 드론 프레임을 개발하고 있으며, FC는 기존의 pixhawk에 안전 관련 기능들이 추가되고 있다.

 

특히 UAM과 같이 특수 목적에 맞도록 커스터마이징 FC 가 개발되는 추세이다. 무인기에서 활용되는 센서는 시각 범위 탐지기, 적외선 탐지기, 다분광 및 초분광 센서, 레이더, 라이다(LIDAR), 음향 센서, 감지 및 회피 센서, 항법 센서, 온도 및 습도 센서로 구분되며, MEMS(미세 전자 기계 시스템) 기반으로 센서의 소형화가 가속화됨에 따라 단일 센서 모듈이 복합센서 모듈 및 one-chip 복합센서 형태로 개발되는 추세다.

 

글로벌 군용 드론 시장 예측 출처=Spherical insights 탐지 및 회피 기술은 객체 인식 기술, 3D 맵핑 기술, 드론 위치 제어 등 복합적 기술 융합을 통해 개발 진행하고 있다.

 

드론 상태탐지 기술은 연구 초기 단계로, 향후 빅데이 터와 AI 기술을 활용하여 많은 진전이 필요한 수준이며, 드론 이상 상황 감지 및 대응은 3D 맵핑 기술, 라이더 또는 적외선 등을 활용한 객체 센싱 기술 등 다양한 첨단 IT 기술이 복합적으로 구성되는 분야로 향후 지속적인 연구가 이루어져야 상용화 수준 달성이 가능할 것으로 예상된다.

이어서 탑재 중량 200키로 이상의 군수용 드론[1]에 이어서 ...

 

글 정중채 중소기업기술정보진흥원 PM