앞으로 개발될 무인 호버 바이크 이미지. 국방과학연구소 제공.

다양한 임무에 투입되는 드론

과학기술의 발전으로 무인항공기, 즉 드론의 운용 영역이 크게 확대되고 있다. 특히 UAM(도시형 공중 모빌리티·Urban Air Mobility)에 관한 관심이 가파르게 증가하면서 여러 글로벌 기업이 PAV(개인용비행체·Personal Air Vehicle) 연구에 박차를 가하고 있다. 고중량 수직이착륙 드론을 비롯한 미래 비행체는 교통 수단뿐 아니라 무기체계로도 활용될 수 있으며, 군사 선진국을 중심으로 그 수요가 꾸준히 증가하고 있다.



수직이착륙이 가능한 드론은 도로 상황에 구애받지 않고 운용할 수 있다는 큰 장점이 있다. 또한 무인으로 운용할 경우 인명 피해의 우려 없이 위험한 지역에 침투할 수 있어 작전 효율성을 높일 수 있다. 이를 활용하면 최전방 GOP 부대, 고지대에 위치한 공군 레이더부대, 천재지변으로 차량 접근이 어려운 곳에 고립된 부대 등에 군수품을 안전하게 수송할 수 있다.

침투 및 제압 임무를 수행할 경우에도 활용될 수 있다. 공세적 종심기동작전의 일원으로 적의 주요 시설을 단시간 내 석권하는 임무를 지원할 수 있다. 적진 깊숙이 침투할 수 있는 기동성을 활용한다면 드론은 기동부대의 중요 전력으로 자리 잡을 수 있을 것으로 기대된다.

도심 항공 교통(UAM) 수단의 수요 전망 그래프. 출처Roland Berger‘s November report on the UAM market.

이러한 장점에도 불구하고 드론이 실제 임무에 투입된 사례는 찾아보기 힘들다. 기존 배터리 기반 전기 추진 시스템을 적용한 드론은 비행시간이 10여 분 내외 수준으로 짧고 충전에 긴 시간이 필요해 즉각적인 임무 재투입이 어렵기 때문이다. 또한 사람이나 고중량 화물을 수송할 수 있는 수직이착륙 비행체는 소형 드론에 비해 높은 수준의 신뢰성을 갖춘 비행제어·유도·항법 기술이 요구된다는 과제도 안고 있다.



사람이 탑승하는 호버 바이크 드론

국방과학연구소는 미래도전기술개발 과제를 통해 사람이 탑승하거나 고중량의 물체를 옮길 수 있는 무인항공 플랫폼인 호버바이크(Hover Bike)를 개발하기 위해 힘 쏟고 있다. 기존 무인항공기 기술을 활용해 사람이 탑승해 산악이나 호수 등을 건널 수 있고 무인 비행을 통해 화물 등 100kg에 이르는 물자를 수송할 수 있는 드론을 개발하려는 것이다.

국방연구소는 “최대 비행시간 1시간, 최종 이륙 중량 300~400kg을 목표로 개발하고 있다”며 “비행 높이는 사람이 탑승할 경우 10m 내외, 무인 운용 시 150~200m가 될 것으로 보인다”고 밝혔다.

전기추진 동력장치 구성도. 국방과학연구소 제공.

하이브리드 추진 시스템과 고신뢰성의 비행 제어 기술

기존의 멀티콥터(Multicopter) 방식의 드론은 대부분 전기 동력으로 비행한다. 이러한 전기 동력은 비행시간이 짧고 탑재 중량에 한계가 있다는 단점이 있다. 사람이 직접 탑승하거나 고중량의 탑재체를 운송하는데 결정적인 걸림돌이 될 수 있는 것이다.

이에 국방과학연구소는 전기 동력이 아닌 하이브리드 추진 시스템을 적용해 호버 바이크를 개발하고 있다. 가솔린 엔진을 이용해 발전기를 구동하고 이를 통해 얻어지는 전기 동력을 사용하는 방식이다.

국방과학연구소는 “이를 통해 충분한 전력을 확보할 수 있으며 비행시간과 거리를 획기적으로 연장할 수 있다”며 “이는 곧 임무 수행 능력의 증대 및 활용 분야의 확대, 임무 효율성 향상을 의미한다”고 설명했다.

앞으로 개발될 유인 다목적 호버 바이크 이미지. 국방과학연구소 제공.

사람을 태우는 드론에 있어서 무엇보다 중요한 것은 ‘안전’이다. 국방과학연구소는 호버 바이크가 안전하게 임무를 수행할 수 있도록 고신뢰성의 비행제어 기술에 대한 연구도 함께 진행하고 있다.

기본적으로 유인·무인 비행체 모두 자체 탑재된 자동 비행장치가 비행체를 제어한다. 비행체의 자동 이착륙은 물론 비행 중 자세 안전화 및 충돌 회피 등 전 과정을 비행체에 탑재된 컴퓨터와 소프트웨어가 담당한다. 국방과학연구소는 호버 바이크에 3중 비행제어 컴퓨터를 적용해 신뢰성을 극대화하고 있다.

호버 바이크가 무기체계에 적용될 경우 활용분야 예시. 국방과학연구소 제공.

드론은 관심도에 비해 성능적 한계 및 자체 기술개발의 어려움으로 무기체계로서 아직 두각을 나타내지 못하고 있는 실정이다. 이에 국방과학연구소는 “개발 중인 호버 바이크가 실질적인 성과를 내 드론 기술의 국내 수준을 단기간에 국제적 수준으로 격상시키는 데 기여할 수 있기를 바란다”며 “개발 산출물이 국방 분야는 물론 민간 등 다양한 분야에 활용할 수 있기를 기대한다”고 밝혔다. 안승회 기자.   

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