박영근 국방과학연구소 항공기술연구원 수석연구원

이기두 국방과학연구소 항공기술연구원 수석연구원

허기봉 국방과학연구소 항공기술연구원 수석연구원

이명섭 국방과학연구소 항공기술연구원 책임연구원

2016년 다보스에서 크라우드슈밥이 4차산업혁명 시대를 선언한 이후 4차산업혁명의 물결은 민간뿐 아니라 국방 분야에도 큰 영향을 미치고 있다. 특히 드론으로 대표되는 무인기분야는 인공지능(AI)과 자율화기술을 기반으로 빠르게 발전하고 있으며, 향후 미래 전쟁에서 승부를 가를 수 있는 게임체인저로 기대를 모으고 있다. 실제로 2020년 발생한 ‘2차 아르메니아&아제르바이잔 전쟁’에서 무인기를 적극 활용한 아제르바이잔이 전쟁에서 승리한 바 있으며 현재 진행중인 ‘우크라이나&러시아 전쟁’에서도 무인기의 활약이 연신 보도되며 실전에서 무인기의 역할이 크게 부각되고 있다. 반면 무인기와 함께 무인기 대응 기술도 함께 발전하고 있는데 이를 고려하여 무인기의 생존성을 높이기 위한 스텔스 기술이 선진국을 중심으로 개발되고 있다. 이 글은 스텔스 무인기전투기(UCAV : Unmanned Combat Air Vehicle) 기술 및 개발동향에 대하여 기술하고자 한다.

지속적으로 감소되고 있는 군 인력자원과 국방 예산은 군 전력 구조의 변화를 통한 예산 절감을 강하게 요구하고 있다. 이를 해결할 수 있는 방안으로 무인화가 대안으로 부상하였고 AI와 자율화 기술의 성숙은 무인기 개발을 더욱 촉진하고 있으며 실제로 전 세계의 무인기 시장은 높은 성장이 예측되고 있다. 무인기는 유인기와 비교하여 많은 장점을 가지고 있다. 기술적 측면에서 무인기는 조종사를 위한 조종석 및 생존 장비가 불필요하기 때문에 소형화가 가능하며 비행 중 급기동에 의해 발생하는 조종사의 의식상실과 같은 인간의 육체적 한계를 고려하지 않아도 되기 때문에 높은 성능의 비행체 설계가 가능하다.

운용적 측면에서 무인기는 오랫동안 유인기 투입이 어려운 3D(Dull, Dirty, Dangerous) 임무에 주로 활용되어 왔다. 근래에는 원거리에 있는 종심(Deep)표적을 감시하고 타격하기 위한 임무를 추가하여 4D로 불리고 있으며 적 대공망을 뚫고 적 종심 표적에 접근하기 위해서 스텔스는 필수적이다.

다음은 전략적 측면에서 무인기는 유인기 대비 작전 투입 에 대한 부담이 적다. 이는 무인기가 다른 군사적 수단에 의한 공격보다 덜 침략적인 방법으로 인식될 수 있으며 운영 주체를 확인하기 어렵고 조종사의 인명 손실 위험이 없기 때문에 국가 간 분쟁으로 확전될 가능성이 상대적으로 낮기 때문이다. 1960년 미국의 U-2 정찰기가 구 소련을 정찰하다 격추되어 조종사가 생포되었다. 미국은 U-2 추락 직후 조종사가 사망했을 것으로 판단하고 사건을 은폐하기 위해 기상관측용 비행기 실종이라는 위장용 성명을 발표하였다. 그러나 소련은 조종사 생포 사실을 숨기고 미국과 계획된 정상회담 직전 추락한 U-2 항공기 자료 및 조종사를 공개하여 결국 미·소정상회담은 취소되었고 미국은 도덕성 논란 및 외교적 어려움을 겪게 된다. 이처럼 전투기의 추락과 포로가 된 조종사는 언론의 관심이 집중 되어 정치적 압력 수단이 될 수 있고 국가의 정책결정에 영향을 미칠 수 있다. 이러한 관점에서 적에게 들키지 않고, 조종사의 생존을 걱정하지 않아도 되는 스텔스무인기는 매우 유용한 무기체계이다.

과거 무인기는 기술의 한계로 인해 제한된 영역에서 감시 및 정찰과 같은 임무에 주로 활용되었으나 IT 기술 발전과 함께 다양한 분야로 임무가 확대되고 있다. 특히 스텔스 성능을 갖춘 무인기의 경우 인명 손실 없이 적 대공망을 뚫고 종심 표적에 대한 정보 획득 및 공격이 가능하기 때문에 미래 전장의 게임체인저로 각광받고 있다. 스텔스 무인기에 대한 연구는 스텔스 기술을 선도하고 있는 미국에서 시작되었으며 대부분의 스텔스 무인기는 높은 스텔스 및 체공 능력을 위해 꼬리날개가 없는 무미익에 동체와 날개가 일체화된 전익기형상을 주로 적용하고 있다. 현재 미국은 기술개발을 위한 시범기 단계를 거쳐 현재 일부 기종은 전력화된 것으로 분석되나 세부적인 내용은 알려지지 않고 있다. 유럽의 경우 스텔스 기술개발을 위한 시범기 수준의 연구가 진행되었으며 중국과 러시아가 후발 주자로 개발을 진행하고 있다. 특히 중국의 경우 스텔스무인기 분야에 많은 투자를 하고 있으며 일부 기종은 이미 전력화한 것으로 알려져 있다.

1990년대 미국의 국방고등연구계획국(DARPA)은 공군 및 해군의 대공제압 및 장거리 타격을 위한 UCAV 연구를 시작하여 공군용으로 보잉이 X-45A를, 해군용으로 노스롭그루먼이 X-47A 시제기를 각각 개발하였다. 2002년 12월에 미 국방부는 공군과 해군에서 각각 진행하던 UCAV 프로그램을 통합 관리하도록 지시하였고, 2003년 10월 미 공군 및 해군의 UCAV 프로그램은 J-UCAS(통합무인전투기시스템) 프로그램으로 편입되었다. J-UCAS 운용개념 에는 미 공군과 해군이 요구한 개전 초기 적 방공망을 제압하는 임무와 방공망 제압 이후 지속적 감시·정찰 및 고가치 표적에 대한 정밀 타격 임무가 포함되었으며, DARPA는 J-UCAS 사업을 위해 X-45A 및 X-47A 후속기 개발을 추진하였다.

2004년 미 국방예산의 축소로 J-UCAS 예산이 일부 삭감되고 2006년 장거리, 생존성, 접근성보다는 장기체공을 통한 감시 및 공격용 무인기에 대한 필요성이 강조되며 J-UCAS 프로그램은 취소되었다. 이에 따라 미 공군은 X-45 추가 개발 계획을 중지하고 이를 대신할 장거리전략폭격기(LRS) 프로그램을 시작하였다. 반면 공군과 달리 폭격기를 운용할 수 없었던 해군은 UCAV 개발을 강력하게 요구하여 UCAS-D(무인전투기시스템 시연) 프로그램을 추진하였다. 2007년 해군은 항공모함에서 UCAV에 대한 운용 시연을 요청했으며, 보잉의 X-45C 와 노스롭그루먼사의 X-47B가 경합을 하였으나 X-47B가 선정되었다. 이후 UCAS-D 주관 사업자인 노스롭그루먼은 X-47B 시제기 2대를 제작하여 2015년까지 공중 급유 및 항모운용 등 UCAS-D 프로그램에서 요구한 성능 시현을 성공적으로 수행하였다. 이후 UCAV 개발 능력을 확인한 해군은 UCAV를 실제 운용 가능한 무기체계로 개발하기 위한 항공모함탑재 정찰 및 공격용 무인기 개발을 위한 UCLASS(무인 항공모함 발사 공중 감시 및 타격) 사업을 추진하였으며 미국의 대표적인 항공 업체 4곳이 제안서를 제출하였고 X-47B가 우선협상대상자로 선정되었으나 예산 및 역할 등의 문제로 결국 취소되었다. 당시 미 해군은 UCAV를 함대 주변에 대한 감지 정찰 임무뿐 아니라 유인전투기와 합동으로 공대지 및 일부 공대공 교전 임무를 수행할 수 있기를 원하였다.

이후 UCAV 개발은 해상무인공중급기(CBARS)사업으로 대체되어 진행되었다. CBARS사업은 무인기가 함대 상공에서 ISR 임무와 함께 공중급유기 역할도 수행할 수 있는 능력을 요구하고 있다. 현재 이 사업의 주관사로 MQ-25(Stingray)를 제안한 보잉사가 선정되어 사업이 진행중이다.

(1) X-45(보잉)

미국 DARPA와 공군은 대공망제압 임무에 무인기를 활용하기 위해 기술 입증하기 위한 UCAV 기술시범 프로그램을 추진하였으며 계약자로 보잉사가 선정되어 1999년부터 X-45A 개발이 본격 시작되었다. X-45A 형상은 큰 후퇴각 날개와 무미익을 특징으로 하며 초도비행은 2002년 5월에 수행되었다. X-45A의 형상과 제원은 [그림 2]와 같다.

특이한 점은 수직 미익이 없는 무인기에서 방향제어를 위해 일반적으로 스포일러를 사용하는데 반해 X-45A에서는 방향제어를 위해 조종면을 이용한 ‘Crow mix’라는 독득한 제어 기법을 적용하였다. ‘Crow mix’는 한쪽 날개의 바깥쪽과 중앙 조종면을 서로 반대로 작동하여 자세 변화를 억제하면서 항력으로 비행체 방향을 제어하는 방식이다. 항법의 경우 기존 3차원 항법에 시간 요소를 추가한 4차원 항법기술이 적용되었다. 4차원 항법은 무인기 운용자가 임무계획단계에서 비행체가 특정 위치에 도착할 시간을 지정하는 것으로 X-45A는 비행 중 실제 바람 조건을 고려하여 지정된 시간에 목적지에 도착하도록 비행 속도를 자동으로 제어한다.

X-45A에 장착된 전자장비는 자율화 기능을 포함하여 패키지로 개발되었으며 이 장비는 대리 항공기인 T-33 전방에 탑재되어 실제 비행과 유사한 조건에서 기능이 검증되었다. 참고로 T-33의 비행영역은 X-45와 유사하다.

X-45A에는 2개의 내부무장창이 있으며 한쪽 당 소형스마트폭탄 6발을 장착할 수 있도록 설계되었다. 2004년 X-45A는 차이나레이크 시험장에서 두 번의 스마트폭탄 투하시험이 성공적으로 완료되었으며 이는 UCAV에서 처음 실시한 내부무장 투하시험으로 기록되었다.

2003년 미 공군은 X-45A 대비 무장운용능력 증대 및 비행영역이 확장된 UCAV를 요구하여 X-45C 개발이 시작 되었다.

X-45C는 X-45A보다 큰 탑재 능력 및 긴 체공시간, 넓은 비행영역을 갖도록 기체 크기가 증대되었으며, 기존 X-45A 형상과 다른 전익기 형상으로 진화하였다. 전익기 형상은 동체와 날개 사이를 부드럽게 연결하여 불연속성에 의한 스텔스 성능 저하를 최소할 수 있는 장점이 있다.

이후 보잉은 X-45C를 기반으로 차세대 스텔스 무인기 팬텀레이(Phantom Ray)를 개발하였으며 감시·정찰은 물론 적 방공망 제압, 전자전과 공중급유 임무를 수행할 수 있는 다목적 무인기로 개발되었다. 팬텀레이의 초도비행은 2011년 4월 진행되었으며 이후 요구된 임무에 대한 다양한 기능이 시험되었다.

[그림 5] Phantom Ray

(2) X-47(노스롭그루먼)

해외에서 항공모함을 이용한 장거리 타격임무가 많아진 미 해군은 UCAV 개발에 관심을 기울이게 된다. 이에 노스롭그루먼사는 자체 투자를 통해 X-47A를 개발하였다. 이후 미 해군은 DARPA와 함께 항공모함에서 운용 가능한 해군용 UCAV프로그램을 시작하며 2001년 항공모함 운영에 적합한 무인기의 조종/안정성 연구용 시제기로 노스롭그루먼사의 X-47A를 선정하였다. X-47A는 스텔스를 고려한 무미익과 다이아몬드 외형을 특징으로 하며 2개의 내부무장창을 보유하고 있다.

X-47A는 2001년 7월 처음 일반에 공개되었으며 2003년 2월 초도비행을 수행하였다.

초도비행은 조종사 개입 없이 이륙부터 착륙까지 자동비행 모드로 수행되었다. 이는 무인기 개발에서 일반적으로 적용하는 조종사에 의한 수동비행 후 자동비행으로 전환 하는 방식과는 사뭇 다른 도전적 접근방식으로 기술적으로 2가지가 고려된 것으로 추정된다. 첫 번째는 X-47A가 지상시험을 통해 자동비행모드에 대한 사전검증이 충분히 이루어졌다는 점이다. 이를 위해 노스롭그루먼은 지상에 실제 시제기를 포함한 통합시험 시설을 구축하여 실 비행 상황을 높은 수준으로 모사한 시험을 수행하였다. 두 번째는 UCAV의 대표적 형상인 무미익 전익기 형상 자체가 가지는 공기역학적 불안정성으로 인해 자동비행이 수동비행보다 안전하다고 판단했을 것으로 추정된다. UCAV관련 많은 연구에 따르면 무미익 전익기의 경우 날개에 발생하는 소용돌이 흐름과 공기흐름의 박리로 인해 비행 안정성이 크게 저하됨을 알 수 있으며 국내 UCAV 축소기 시험을 통해서도 유사한 교훈을 가지고 있다.

X-47A의 항법은 항공모함에서 운용성을 고려하여 기존 항법에 SRGPS(Shipboard Relative GPS)가 추가 적용 되었다. SRGPS는 해군 고유의 GPS 기반의 항공모함 접근 및 착륙 시스템으로 데이터링크를 통해 항공모함 착륙을 위한 센티미터 단위의 정밀한 항법정보를 제공할 수 있다. X-47A의 전자장비는 X-45A와 유사하게 대리 항공기인 Beechcraft사의 Baron에 탑재되어 실제 비행 조건에서 성능 및 기능이 검증되었다. X-47A 비행시험 시 통제 불능 상황으로 인한 지상 피해를 방지하기 위해 비행 상태에서 언제든 비행을 강제로 종료시킬 수 있는 비상비행 종료장치가 탑재되었다. 따라서 비상시 비행종료 명령이 인가되면 항공기는 지상 피해를 최소화하기 위한 비행 종료 기동을 수행한다.

2003년 노스롭그루먼은 X-47A의 후속으로 X-47B 개발을 시작하였다. X-47B은 X-47A 형상에 날개를 덧붙인 형상으로 날개 면적을 넓혀 장기체공이 가능하고 저속에서 조종 특성이 우수하며 덧붙인 날개 부분을 접어 항공모함에서 운용이 용이토록 설계되었다.

X-47B는 2008년 12월 일반에 처음 공개되었으며 2011년 2월 지상 활주로에서 초도비행을 수행하였다.

X-47B도 X-47A와 마찬가지로 항공모함에서 운용을 위해 SRGPS 항법장치가 탑재되었으며 2013년 5월 X-47B는 항공모함 조지부시호에서 사출기를 이용한 첫 번째 비행시험에 성공하였다. 이로써 X-47B는 최초로 항공모함 이착륙에 성공한 무인전투기로 기록되었으며 함재 무인전투기 시대를 열게 되었다.

(3) RQ-170, RQ-180

RQ-170은 Lockheed Martin사가 고고도 정찰용으로 개발한 스텔스 무인기로 2006년 J-UCAS 프로그램이 중단된 이후 비밀리에 개발된 것으로 추측된다. 2009년부터 아프가니스탄에 배치되어 사진이 노출됨으로써 공식적으로 알려졌으며 언론에서 칸다하르의 야수(Beast of Kandher)로 불리기도 하였다.

2011년 이란이 자국 영토에서 작전중이던 RQ-170 기체를 나포하였다고 발표하고 미국이 이를 인정함으로써 RQ-170 정체가 외부에 크게 알려지게 되었다. 일부에서는 이란이 전자전 재밍기술을 사용해서 무인기를 나포했다고 주장하였으나 확인된 바 없다. 미국은 이란에 나포된 기체 반환을 요구하였으나 이란은 이를 거부하였고, 이란은 무인기를 역설계하여 자체 무인기를 제작하였다고 공개하였다.

RQ-180은 2011년 이란에 의한 RQ-170이 나포되자 이를 보완하기 위해 노스롭그루먼이 개발한 스텔스 무인기로 추정된다. 2013년 초도비행 후 2015년 이후 전력화된 것으로 알려졌으나 자세한 제원은 알려지지 않고 있다. 다만 RQ-170 대비하여 전자전 능력 및 정보 획득 능력이 보완된 것으로 알려져 있다.

미국이 선도하고 있는 무인기분야에서 유럽은 많이 낙후된 후발 주자이다. 유럽이 이렇게 무인기 분야에서 후진성을 못 면한 이유는 EU가 각 국가 간 공동의 목표를 설정하고 예산을 확보하는데 실패하며 점차 미국에 의존했기 때문이다.

(1) 프랑스

미국이 선도하고 있는 차세대 전투기 및 UCAV분야에서 유럽의 기술경쟁력 유지를 목적으로 2003년 프랑스는 자국 국방부가 주관하고 스페인, 이탈리아, 그리스, 스위스, 스웨덴 등 총 6개국이 참여하는 UCAV 개발 프로그램인 nEUROn을 시작하였다. 특이한 것은 이 프로젝트가 컨소시엄 구성이 아닌 프랑스 정부기관이 주관하고 다수 유럽의 방산업체가 참여하고 있다는 점이다. 이는 그동안 EU에서 진행되었던 여러 컨소시엄 프로그램의 고질적 문제점인 진행의 비효율성을 해결하려한 것으로 판단된다. 비행 체의 형상, 제원 및 성능은 [그림 12]와 같다. 무인기 외형은 X-45C와 유사한 전익기 형상을 가지고 있으며 내부무 장창을 2개를 보유하고 있다. nEUROn 프로그램은 2012년 12월 초도비행을 시작하여 2015년 100소티 비행시험을 끝으로 종료되었다. nEUROn프로그램을 통해 유럽은 스텔스 기술 및 모듈러컴퓨터 및 자율제어기술 등이 개발 되었으며 이 기술은 프랑스가 주관하고 다수의 유럽국가가 참여하고 있는 6세대 전투기 개발 프로그램에 포함된 스텔스 무인기 개발에 반석이 되었다.

(2) 영국

영국은 1990년대부터 무인기를 이용한 공격능력을 확보하기 위한 구상을 갖고 UCAV 핵심 기술개발을 위한 축소형 기술시범기인 Raven 개발 계약을 BAE사와 체결한다. 핵심기술로 무미익 전익기 형상 비행체에 대한 비행제어 기술 및 자동이착륙 기술이 포함되었다. Raven 시제기는 일반적인 UCAV와 유사한 무미익에 전익기 형상이며 기술개발을 위한 축소기로 내부무장창은 반영되지 않았다. 2001년 계획된 Raven 초도비행은 지연되어 2003년 8월에서야 자율비행모드로 수행되었으며 비행시험은 성공적이었 다. 이후 Raven개발을 통해 UCAV 핵심기술을 확보한 영국 국방부는 BAE사와 내부무장능력을 포함한 Full Scale 시제기 Taranis 개발 계약을 체결하였다. Taranis는 적 방공망을 뚫고 종심표적에 대한 정보 획득 및 공격임무가 가능하도록 높은 스텔스 능력 및 무장탑재 능력이 요구되었으며 이를 위해 2개의 내부무장창이 반영되었다. 2009년 지상시험 및 2013년 초도비행을 성공적으로 완료하였다.

Taranis 주요 제원 및 성능은 [그림 13]과 같다.

(3) 독일/스페인 

독일과 스페인은 해상정찰용 무인기 Barracuda 공동개발을 추진하였다. Barracuda는 제한된 스텔스 성능을 목표로 공기흡입구는 동체 상부에 있지만 V자형 꼬리날개를 보유하고 있어 기존 스텔스 무인기 형상과 차이를 보이고 있다. 동체 중앙 하부에는 2개의 임무장비탑재창이 있어 임무장비 및 무장탑재도 가능하도록 설계되었다.

Barracuda는 2006년 4월 초도비행에 성공하였고 2007년 9월 시험비행 도중 시제기 추락하여 개발이 일시 중단 되었으며 2009년 시제기를 다시 제작하여 비행시험을 완료하고 다음해 사업이 종료되었다.

(4) 스웨덴

스웨덴 SAAB사는 2000년부터 UCAV 연구를 위해 SHARC 및 FILUR 프로그램을 추진하였다. SHARC 프로그램은 제한된 스텔스 형상의 무인기에 대한 자율 비행 기술 개발을 목표로 축소기를 제작하였고 2002년 초도 비행 및 2004년 자동 이착륙 시험을 성공적으로 완료하였다.

FILUR 프로그램은 스텔스 기술 개발 및 입증을 목표로 스텔스 형상의 축소된 시제기가 제작되었으며 2005년 초도 비행에 성공하였다.

이후 스웨덴의 UCAV 개발은 SAAB사가 유럽이 참여하는 nEUROn 사업에 합류하며 공동개발로 변경되었으며 FILUR 프로그램의 연구 결과는 nEUROn 사업에 적용되었다.

중국은 드론산업을 차세대 과학기술산업으로 선정하고 R&D 투자 및 인프라 보강과 같은 정책적 지원을 통해 드론 산업을 적극 지원하고 있다. 그 결과 중국의 대표적 드론 기업인 DJI사가 전 세계 민간 드론 시장을 주도하며 중국의 소형 드론산업은 세계 최고 수준으로 급성장했다. 반면 군사용으로 주로 사용되는 대형 무인기의 경우 미국과 유럽에 비해 많이 늦게 개발을 시작하였으나 정부의 적극적 지원 속에 급격히 기술 격차를 줄여가고 있으며 극초음속 무인기 분야의 경우 미국을 앞서가고 있다. 특히 중국이 반접근·지역거부전략을 천명하고 미국이 이에 대응하기 위해 항공모함 탑재용 UCAV 개발을 진행하자 중국도 이에 맞서 자국의 항공모함에서 운용 가능한 UCAV 확보를 추진하였다. 중국의 UCAV 운용개념은 미국과 유사하게 장거리 감시·정찰과 방공망 제압, 대지 타격 임무에 초점을 맞추고 있으며 근래 각종 에어쇼 및 열병식을 통해 개발중이거나 전력화된 다양한 UCAV를 공개함으로써 기술적 성과를 과시하고 있다.

(1) GJ-11(Gongji-11)

GJ-11 무인기는 AVIC사의 Lijian(영문 : Sharp Sward) 기술시범기를 기반으로 Hongdu사가 개발한 무미익 스텔스 무인기로 2011년 최초 형상이 공개된 이후 미국 보잉사의 X-45C와 유사한 형상 때문에 중국이 해킹을 통해 획득한 기술을 활용하여 개발한 것이라는 의혹이 제기되기도 했다.

이 무인기는 공중급유 기능이 있고 EO/IR 센서 및 SAR를 탑재할 수 있어 장거리 감시·정찰임무 수행이 가능하고 전자전 및 타격 임무도 가능한 것으로 알려져 있다. 이를 위해 2개 내부무장창이 설치되어 있으며 향후 공대공 능력 및 항공모함 운용 능력도 갖출 것으로 예측되고 있다. 2012년 12월 최초 시제기가 조립되어 2013년 초도비행에 성공하였으며, 현재 일부 실전 배치된 것으로 알려져 있다.

(2) CH-7(Cai Hong-7)

CH-7 무인기는 감시·정찰 및 공격임무를 수행할 수 있도록 설계된 스텔스 무인기이다. 2018년 China 에어쇼에서 모형이 처음 공개되었으며 미국의 X-47B와 유사한 스텔스 형상을 적용하고 있다. CH-7은 위성 데이터링크를 갖춰 장거리 운용이 가능하며 내부무장창에 정밀유도무기 및 전자전장비 등이 탑재 가능할 것으로 알려졌다. GJ-11 무인기대비 순항속도가 느리나 최대 15시간까지 장기체공이 가능하여 감시·정찰임무에 특화된 것으로 분석되며 최근 언론에 따르면 향후 항공모함 탑재 가능성도 있는 것으로 추정하고 있다.

이외 2018년 China 에어쇼 및 Singapore 에어쇼에서 WJ-700 및 Star UAV가 공개되어 UCAV 연구가 다양하게 진행되고 있음을 알 수 있다. 중국 정부는 이들 UCAV 중 일부를 선정하여 전력화 할 예정으로 알려졌다.

(3) WZ-8/DR-8

2019년 중국 건국 70주년 열병식에서 처음으로 공개된 WZ-8(또는 DR-8) 극초음속 무인기는 고고도에서 고속 정찰 및 대함, 탄도 미사일의 타격결과를 측정하는 임무를 수행할 수 있는 것으로 알려졌다. 기체에는 돌출물이 없는 것을 고려할 때 스텔스 성능을 보유한 것으로 추정되며 주익 끝단에 수직날개 형태의 조종면이 있어 수직미익 역할을 담당할 것으로 추정된다. 추진기관은 공기흡입구가 없고, 엔진 노즐이 작은 점을 고려할 때 액체연료추진 방식이 적용된 것으로 추정되며 이 경우 마하 5 이상의 극초음 속비행이 가능할 것으로 예상된다. 또한 착륙장치를 보유하고 있어 일반적인 항공기와 같은 이착륙 방식으로 운용될 것으로 분석되지만 기체 상단에 연결고리 같은 장비가 있어 대형 항공기에서 공중 투하 방식으로 운용될 가능성도 있는 것으로 분석되었다. 이 무인기는 2015년 시험비행을 수행하였으며 현재 실전배치된 것으로 추정되며 고고도에서 극초음속으로 비행하여 요격이 어려워 미국에 큰 위협이 될 것으로 분석되고 있다.

(4) An Jian(Dark Sword)

2006년 China 에어쇼에서 처음 개념이 공개된 무인기 An Jian은 2018년 전기체 크기의 비행체 사진이 온라인에 게시되며 많은 논란이 되었다. 비행체의 구체적인 크기 및 성능은 알려지지 않았으나 동체 길이가 12m 이상으로 추정되며 기존의 UCAV형상과 달리 중앙하부에 흡입구가 있고 전방에 카나드, 후방에 수직 꼬리날개가 있는 것으로 볼 때 일반 전투기 형상에 가까우며 일부 스텔스 기술이 적용된 것으로 분석된다.

S-70(Okhotnik, 영문: Hunter)은 러시아 Sukhoi사가 2011년부터 개발중인 UCAV이며, 기존 MiG사의 ‘SKAT’ UCAV 개발 프로그램을 기반으로 최신 5세대전투기 Su-57 기술을 적용한 것으로 알려졌다.

‘SKAT’은 무장탑재가 가능한 UCAV로 MiG사가 2005년부터 개발을 시작하여 2007년 MAKS 에어쇼에서 처음 모델이 공개되었으며 형상은 스텔스가 고려된 무미익 전익기 형상으로 2개의 내부무장창을 보유하고 있다.

S-70은 SKAT과 같이 무미익에 전익기 형상으로 AI 기술과 Su-57용으로 개발중인 신형 엔진이 탑재될 예정이며 Su-57과 유사하게 내부무장창이 설계되어 Su-57에 탑재될 무장 대부분이 장착 가능할 것으로 분석되고 있다. 비행시험으로 2019년 8월 초도비행이 자율비행으로 진행되었으며, 같은 해 9월 Su-57과 함께 유무인 편대(MUMT(manned-unmanned teaming))비행시험이 진행되었고, 2021년 1월에는 무장투하시험이 성공적으로 진행되었다.

향후 러시아는 서방에서 개발하고 있는 ‘Loyal Wingman’ 체계와 유사하게 무인기인 S-70과 유인전투기인 Su-57로 유무인 편대를 구성하여 운용할 계획인 것으로 알려졌다. 이러한 유무인 복합체계는 조종사 유연성에 AI의 반응 속도를 합하여 편대의 전투력을 향상시키고, 유인기가 무인기의 약점을 보완할 수 있을 것으로 기대된다. 러시아는 2023년부터 S-70에 대한 양산을 시작할 예정이다.

인도는 X-45C와 유사한 형상의 UCAV를 개발중에 있다. 자세한 개발 내용은 비밀로 취급되어 공개되지 않았지만 정밀 유도무기를 운용할 수 있는 내부무장창을 보유한 것으로 알려져 있다. 2022년 7월 기술시범을 위한 축소기가 초도비행을 하였고 2025년 Full Size 시제기가 제작될 예정으로 알려져 있다.

[그림 22] 인도 UCAV 기술시범기 GHATAK(축소기)

스텔스 기술은 매우 민감한 국방 핵심 기술로 해외로부터 기술이전이 불가함에 따라 독자적인 기술 개발이 불가피하다. 국방과학연구소는 국내 스텔스 기술 확보를 위해 2000년대 초반부터 개별 요소 기술들에 대한 연구 개발을 지속적으로 수행해 왔다. 그 결과의 일부로 2014 년 8월 15일 ‘기술독립’을 상징적으로 보여주는 축소형 스텔스 무인기(비행 안전을 위해 최소 크기의 수직 미익 유지)의 초도비행에 성공하였으며 이어 2015년에 꼬리날개가 없는 무미익 축소형 스텔스 무인기 비행에 성공함으로써 스텔스 무인기 개발에 필요한 기반 기술을 확보하였음을 보여주었다. 이는 선도적인 미국의 UCAV 시범기들과 프랑스의 nEUROn, 영국의 Taranis 등 항공선진국의 UCAV 시범기 비행에 뒤이은 비행성공 사례로 스텔스 무인기에 대한 국내 연구개발 기술 수준을 보여주고 있다. 국방과학연구소는 후속 과제들을 통해 저피탐 도료(RAM : Radar Absorbing Material), 저피탐 구조(RAS : Radar Absorbing Structure), 스텔스 형상설계, 능동제어, 항공 추진 등 스텔스 무인기 개발에 필요한 핵심 기술을 고도화하기 위한 연구를 지속 진행중이다.

[그림 23] 국내 개발 스텔스 무인기 비행(축소기)

국방 예산과 병력 자원이 축소되자 많은 국가들이 무기체계 무인화를 통한 병력감축 및 비용절감을 추구하고 있다. 특히 무인기의 경우 유인기보다 예산을 절감할 수 있을 것으로 기대하였으나 현재 운용중인 무인기의 경우 운영 및 유지에 많은 인력과 비용이 소요되어 향후 개발 예정인 UCAV는 운용 및 지원 수준을 최소화하기 위한 노력이 필요하다. 이를 위해선 UCAV의 자율화 수준을 적극적으로 높여야 한다. 현재 운용중인 무인기의 경우 자율화 수준이 낮아 다수 무인기에 대한 동시 운용이 제한되어 무인기 운용 유지에 많은 인원과 장비가 요구된다. 따라서 AI 기술 등을 적극 적용하여 자율화 기술 수준을 높이고 공용화/표준화를 기반으로 소수의 운용자가 여러 기종의 다수무인 기를 동시에 통제할 수 있는 기술 개발을 통해 UCAV 운용에 필요한 인력을 최소화 할 필요가 있다.

2015년 미 해군장관은 ‘5세대 전투기인 F-35가 마지막 유인전투기가 될 것’이라고 발언하였고 많은 전문가들이 이에 동조하였다. 하지만 현재 미국을 비롯한 다수 국가에서 6세대 유인전투기를 개발하고 있으며 무인기는 유인전투기 임무 중 일부만을 담당하고 있다. 이처럼 무인기의 임무가 제한되는 이유에는 기술적 한계와 법적·윤리적 문제가 공존하고 있다. 우선 기술적 한계로 무인기가 공대공 임무를 포함한 전투기 임무를 대체하기 위해서는 높은 수준의 자율화 기술이 필요하데 아직은 제한적 이다. 특히 자율화 기술에 대한 신뢰성 확보는 매우 중요하며 AI가 적용된 자율무기체계의 경우 오작동으로 의도치 않은 전투나 전쟁 반발의 원인이 될 수 있기 때문에 더욱 신뢰성에 민감할 수밖에 없다. 법적·윤리적 관점에서는 ‘AI 기능을 갖는 완전자율 UCAV를 배치하는 것이 가능한가?’라는 점이다. 2012년 미 국방부는 전쟁은 사람에 의해 수행될 것이며, ‘사격은 반드시 인간에 의해 통제되어야 한다’는 지침을 세워놓은 바 있다. 2017년 1월 미국 캘리포니아 아실로마에서 2,000여 명의 AI 및 로봇연구자들이 모여 AI를 군사적 목적으로 사용해서는 안 된다는 아실로마 AI 원칙을 발표하였으며 미 국방부도 2020년 2월에 AI 윤리규범을 채택하여 군사 분야에서 AI기술을 사용할 경우 윤리적 사안들을 준수하겠다고 발표하였다. 유럽의 경우, ’21년 2월 유럽연합 의회에서 AI의 윤리적 적용 원칙에 관한 법안이 통과되었고 실제로 유럽에서 개발 되고 있는 6세대전투기 프로그램에서는 AI기반 무인 자율 임무수행에 대한 법적/윤리적 문제 대응을 위해 독립적인 싱크탱크에서 무인기에 적용되는 AI의 적용 범위에 대한 가이드라인을 제공하고 있다. 따라서 UCAV와 같이 공격형 무인기의 무장통제는 최소한 유인전투기에서의 통제와 같이 반자율 방식으로 운용되는 기조가 일정기간 유지될 것으로 보인다.

스텔스 항공기가 전력화되자 많은 국가들이 이에 대응하기 위한 대 스텔스 기술 개발에 많은 투자를 진행하고 있다. 따라서 미래 전장 환경에서 스텔스 기술이 차지했던 독보적 지위는 점차 축소되고 있으며 새롭게 부각되고 있는 기술이 극초음속 기술이다. 극초음속 기술은 마하 5 이상으로 비행할 수 있는 기술로 스텔스 무인기가 설사 적에게 발각되어도 현재의 방어 기술로 요격하기 어렵기 때문에 미래 핵심 기술로 부각되고 있다. 중국의 DR-8 무인기는 제한적 스텔스 능력과 함께 극초음속 속도로 고고도에서 정찰 및 피해평가임무를 수행할 수 있어 미국에 큰 위협이 되고 있다. 호주의 Hypersonix사의 경우 마하 7 이상으로 비행할 수 있는 무인기 DART AE를 개발하고 있으며, 러시아가 개발하고 있는 6세대전투기 ‘MIG-41 PAK DP’는 비행속도 마하 5 이상 성능일 것으로 판단되며 유인기 개발 이후 무인화 버전도 계획하고 있어 극초음속 UCAV의 개발 경쟁은 치열할 것으로 예상된다.

[그림 24] DART AE 형상(호주, Hypersonix사)

현재 개발되고 있는 UCAV는 주로 정찰 및 대공망 제압 등 공대지 임무에 중점을 두고 개발되고 있다. 따라서 UCAV로 개발된 대부분 시제기들은 스텔스 성능이 우수하고 급 기동이 필요 없는 무미익 형상으로 설계되었다.

그러나 향후 UCAV 임무가 보다 복잡한 공대공 임무까지 확대되면 기존의 무미익 형상은 비행체는 매우 제한적이며 기동성 확보를 위해 V-Tail 또는 추력편향 기술 적용이 추가적으로 필요할 것으로 판단된다. UCAV 탑재 임무장비는 크게 감시 정찰을 위한 센서, 전자전을 위한 전자전 장비, 타격을 위한 무장으로 분류할 수 있다.

탑재 무장의 경우 현재 내부 무장 탑재를 위한 소형 정밀 유도무기들이 주류를 이루고 있으나 유인기에서 고출력 레이저 및 마이크로웨이브와 같은 지향성 에너지 무기를 탑재하기 위한 연구가 진행중이며 현재 개발중인 6세대 전투기의 경우 지향성 에너지 무기가 기본탑재 무장으로 고려되고 있다. 따라서 미래의 UCAV는 이러한 새로운 무장을 통합할 수 있는 준비가 필요하다. 예를 들어 고출력 에너지 무기를 운용하기 위해서는 큰 전원을 공급할 수 있는 대용량 전원공급 장치 및 운용 중 발생되는 열을 냉각 하기 위한 소형 고효율 냉각 장치도 필수적이며 특히 고출력 마이크로웨이브 무기를 운용하기 위해서는 비행체 자체가 전자기 환경에 매우 강건해야 한다.

UCAV는 현재 뿐 아니라 미래에도 무인기의 장점인 장거리 침투 및 긴 체공능력을 지속적으로 필요로 하며 이를 위해 UCAV는 자체 중량 감소 및 효율이 높은 엔진이 필요하다. 그러나 중량 측면에서 UCAV는 스텔스 성능을 위해 전파흡수 구조 및 물질이 적용하기 때문에 일반 무인기 대비 중량 증가를 피할 수 없어 최대한 중량 증가를 억제하기 위한 경량 전파흡수 기술 개발이 필요하다.

UCAV 엔진은 높은 효율을 위해 고 바이패스 비를 가져야 하며 이 경우 엔진의 단면적이 커져 무인기 내부에 장착이 불가능하게 된다. 따라서 작은 직경으로 높은 효율을 제공할 수 있는 엔진 기술 개발이 필요하다. 또한 공중급유를 통한 체공능력 보완도 고려해야 할 기술로 이를 위해선 정밀 상대 항법 기술 개발이 필요하다. 기타 센서 융합을 통한 상황인식 기술 및 예상치 못한 위협을 회피하기 위한 실시간 자율 임무 계획 변경 알고리즘도 AI 기술을 기반으로 확보해야 할 기술이다. UCAV 개발에 필요한 다양한 핵심기술이 개발되고 기술적 한계가 해결되면 UCAV는 미래 전장의 진정한 게임체인저가 될 수 있을 것이다.

미국은 무인체계의 중요성을 인식하고, 오래전부터 운용중인 유인 전투체계의 많은 부분을 무인체계로 전환하는 법률을 공표하여 무인체계를 지속적으로 발전시키고 있으며, UCAV 분야의 경우 다수의 프로그램을 통해 개발을 선도하고 있다. 중국과 러시아는 후발 주자로 미군과 경쟁하기 위해 UCAV 개발에 많은 투자를 하고 있고 현재 배치 및 운용 준비 단계에 있다. 특히 중국의 경우 극초음속 무인기를 미국에 앞서 전력화함으로써 일부 기술 분야에서 미국을 앞서고 있는 것으로 분석된다. 일본은 6세대전투기 개발을 통해 UCAV 개발에 필요한 스텔스 및 엔진 기술을 확보하고 있으며 2035년 UCAV를 전력화할 예정으로 알려져 있다.

우리 국방부도 4차 산업혁명의 첨단 IT기술을 국방에 적용하여 전력을 첨단화하는 방안으로 무인체계를 강조하고 있으나 UCAV 분야의 경우 아직 주변국과 대비하여 뒤처져 있는 것이 현실이다. 그러나 KF-21 및 무인기 국내 개발 경험 등을 고려할 때 UCAV 개발에 필요한 일반 기반 기술은 확보되었고, 스텔스 분야 핵심기술도 축소형 스텔스 무인비행체 개발 등을 통해 기술을 확보중이다. 향후 전력화를 위한 추가 투자가 적기에 이루어진다면 주변국 위협에 충분히 대응할 수 있을 것으로 판단된다.