조현정 국방대학교 무기체계 전공 석사과정 육군 대위

*6회에 걸친 ‘미래전쟁’ 특별연재 중 5편입니다. 미래전쟁에서 AI, 스텔스, 사이버, 양자, 유/무인 등 다양한 기술이 어떤 영향을 제공할 것인지를 분석하고, 국방대학교 <전쟁론> 강의 에서 다룬 주제를 중심으로 우리 군의 미래전 수행에 대한 고민을 공유합니다.

우리 정부는 국방개혁안인 ‘국방혁신 4.0’를 통해 AI 과학기술 강군 육성을 위한 핵심전력으로 드론, 로봇 등을 활용한 ‘AI 기반 유ㆍ무인 복합전투체계’를 제시하였다. 유ㆍ무인 복합전투체계의 최종 목표는 기계가 인간의 개입 없이 인간 전투원과 대등한 위치에서 상호 협업(teaming)하며 임무를 수행하는 것이다. 이를 위해 인간은 기계에게 인간 수준의 지능과 판단력, 즉 자율성을 요구하고 있다.

‘유ㆍ무인 복합전투체계 구축’이라는 밑그림은 선명해졌다. 이제는 유ㆍ무인 복합전투체계가 적용된 미래 모습을 구체적으로 그려볼 차례이다. 이해를 돕기 위해 먼저 자율성 기술과 개발 동향에 대해 알아보고, 자율비행 드론을 중심으로 한 미래 전투의 모습을 시나리오 형식으로 살펴보려 한다. 또한 이를 통해 자율성 기술이 우리 군에 미칠 영향과 기술 적용의 쟁점, 나아가 국방개혁 4.0에 대한 제언을 제시하고자 한다.

유ㆍ무인 복합전투체계의 핵심 기술은 기계의 자율성을 결정짓는 인공지능(AI)에 있다. 인공지능과 자율화 수준의 발전은 곧 유ㆍ무인 복합전투체계의 수준으로 연결된다.

자율성(Autonomy)이란 외부의 구속이나 제약을 받지 않고 스스로 자유의지를 갖고 행동하는 것을 말한다. 인공지능의 자율성 수준은 크게 자동화, 반자율, 자율단계로 구분할 수 있으며, 자율성이 높을수록 인공지능의 수준 또한 높다고 볼 수 있다. 이 자율성 수준을 미 공군 대령 존 보이드(John Boyd)가 제시한 의사결정 과정 OODA Loop 개념에 투영하면 [표 1]과 같이 3단계로 분류할 수 있다.

보이드는 인간의 의사결정 과정을 관측(Observe), 판단(Orient), 결심(Decide), 행동(Act)이라는 4단계로 나누어 설명하였다. 이러한 과정은 인간뿐만 아니라 인공지능이 탑재된 기계나 로봇, 무기체계의 경우에도 동일하게 적용할 수 있다. 무기체계가 관찰, 판단, 결정, 행동을 할 때 인간의 통제하에 놓이는 경우 ‘자동화 단계’, 어느 정도 독자적으로 임무 수행을 하지만 그 과정에서 인간의 감독을 받는 경우 ‘반자율 단계’, 인간의 통제를 전혀 받지 않고 무기체계가 자체적으로 의사결정을 한다면 자율단계인 ‘자율단계’에 해당한다고 볼 수 있다. 유ㆍ무인 복합전투체계에서 운용되는 무기체계는 대체로 완전한 자율단계인 ‘Human out of the loop’ 수준의 자율성을 지향하나 작전환경, 임무의 특성 등에 따라 활용되는 수단과 필요한 자율성 수준도 상이하다. 이 글에서는 자율비행 드론(Drone)이라는 하나의 구체적인 수단을 중심으로 먼저 자율비행 드론의 기술 개발 동향에 대해 살펴보고자 한다.

드론에 적용된 자율성 기술의 대표적인 사례는 자율비행(Autonomous Flight) 기술이다. 자율비행 드론은 이동 경로에 대해 미리 준비된 정보 없이도 주변 환경을 인지하고 지정된 목적지까지 자율적으로 비행할 수 있다. 이러한 기술은 주로 국내외 민간기업의 주도로 개발되고 있으며, 완전 자율비행 기술은 아직 드론 선진국에서도 완성하지 못한 상태이다. 하지만 현재까지 완전 자율비행 전 단계의 자율성 기술은 확보된 것으로 알려져 있으며, 국내외 자율 비행 드론의 주요 개발 사례는 다음과 같다.

드론의 자율비행 기술을 선도하는 나라는 역시 미국이다. ’20년 3월 미 엑사인 테크놀로지스(Exyn Technologies)는 세계 최초로 GPS 위성 신호를 사용할 수 없는 터널, 지하 광산 등 복잡한 환경에서 자율비행이 가능한 드론을 개발했다. 해당 드론은 GPS 신호나 외부 통신에 의존하지 않고 센서에 탑재된 SLAM 기술을 활용해 실시간으로 자율비행과 3차원 지도 제작이 가능한 것으로 알려져 있다.

또한 ’22년 5월 중국 저장대학의 연구진은 숲과 같은 미지의 복잡한 환경에서 자율적으로 편대 비행이 가능한 드론 테스트에 성공했다고 발표했다. 해당 드론은 자율 분산 협조 알고리즘을 통해 중앙 통제가 없어도 자율적으로 장애물을 피하고 자신의 위치를 파악하여 최적화된 비행경로를 생성할 수 있다. 한편, ’22년 5월 국내에서도 한국철도 공사가 자율비행 드론을 활용해 철도시설물을 정밀 진단하고 체계적으로 관리하는 통합 안전관리시스템을 개발했다고 발표했다. 이 시스템은 드론이 철도시설물 주위를 자율비행하며 촬영한 영상을 3차원으로 분석해 이상 유무를 판별하고 통계화하여 관리가 가능하다.

이처럼 자율비행 드론은 사전에 입력된 환경정보가 없이도 탑재된 센서와 알고리즘만을 사용하여 장애물 탐지·회피를 포함한 자율비행이 가능하도록 개발되는 추세이다.

자율성 기술이 적용된 미래의 유ㆍ무인 복합전투는 어떤 모습일까. 자율비행 드론을 운용하여 장애물을 극복하는 구체적 상황에 한정하여 살펴보고자 하며, 이를 통해 변화하게 될 주요 작전개념과 우리 군의 모습들을 제시하였다.

공격부대의 공격 기세 유지를 위해서는 아군의 기동을 방해하는 적의 장애물을 빠르게 극복하는 것이 중요하다. 자율비행 드론은 기존의 장애물 극복 절차(제압-차장-확보-개척) 속에서 크게 정찰, 제한적 공격, 장애물 탐지 및 제거 목적으로 운용될 것이다.

정찰 임무를 위해 전투원은 이제 더는 생명의 위협을 무릅쓰고 위험한 전투현장에 은밀히 침투할 필요가 없다. 전투원은 전투현장에서 멀리 떨어진 장갑화 된 차량에 위치하여 드론의 감시 및 정찰 활동을 실시간 모니터링한다. 드론은 각종 첨단화된 센서를 탑재하여 장애물 개척지점 주변 정찰, 장애물 규모 및 위치 확인, 좌표 획득 등의 임무를 수행하며, 운용 및 복귀시간을 고려하여 교대 드론을 투입함으로써 공백없이 임무를 수행한다.

다음으로, 식별된 적의 핵심 표적을 파괴 또는 무력화하기 위해 자율비행 드론에 소형 폭탄, 소총, 전파 교란기 등의 공격 임무 장비를 탑재하거나 자폭 드론을 이용한다. 이러한 공격 능력은 세계 문화유산, 핵 발전소와 댐과 같은 주요 시설을 피해 제한된 범위 내에서 활용 가능하며, 특히 공격 대상이 사람인 경우 전투원은 전체적인 상황과 임무 유형에 따라 공격 능력을 제한할 수 있다.

마지막으로, 지뢰탐지 및 제거라는 특수한 임무를 수행하기 위해 X-ray 투시기, 로봇팔, 케이블 절단기, 산탄총 등 다양한 임무 장비를 탑재한 드론을 적극적으로 운용한다. 이때 전투원은 감시 및 정찰 드론이 수집한 실시간 장애물 정보를 분석하여 개척 계획을 수립하여 장애물 탐지 및 제거 드론을 투입시키고, 드론이 미처 탐지 또는 제거하지 못한 장애물은 무인 지뢰 제거 차량과 로봇으로 개척한다.

전쟁수단의 변화는 작전개념의 변화를 가져온다. 앞서 살펴본 시나리오를 통해 드론과 자율성 기술이 가져올 단편 적인 미래를 그려볼 수 있었다. 자율비행 드론이라는 수단에 의해 변화될 작전개념은 다음과 같다.

첫째, 장애물 극복 시 정찰 임무는 ‘은밀함’보다 ‘신속한 정보획득’을 먼저 고려할 것이다. 이는 생존성보다 행동의 자유를 먼저 도모하는 개념이다. 전통적인 정찰 임무는 전투원의 생존성을 보장하기 위해 위장, 소음 방지 대책 등을 강구하고 은ㆍ엄폐가 가능한 지형지물을 활용해 정찰지역으로 최대한 은밀하게 접근했다. 반면, 드론과 같은 기계의 경우 상황에 따라 비행을 통한 정찰 행위가 노출되더라도 드론의 생존성보다 정보획득과 같은 임무완수를 먼저 고려할 수 있다. 이는 다른 드론과 동일한 능력을 보유하면서도 비교적 저렴한 비용으로 대체 가능한 기계의 특성을 고려한 것이다. 적의 관측이나 사격과 같은 위협 상황에서 드론의 생존 가능성은 일반적인 비행 속도보다 빠를수록 일부 보완될 수 있을 것이다.

둘째, 비선형적이고 불연속적인 작전을 수행할 수 있다. 다시 말해 장애물 극복절차인 제압, 차장, 확보, 개척 작전을 기존의 순차적인 과정에서 벗어나 시간과 공간을 초월하여 동시에 수행할 수 있도록 만든다. 전통적인 병력에 의한 장애물 개척의 경우 병력의 생존성을 위해서는 장애물 개척지점 주변의 위협요소를 먼저 식별하고 제거해야 했다. 반면, 장애물 탐지 및 개척 드론은 정찰 드론과 동시에 투입되어 스스로 위협요소를 회피하거나 공격 드론의 엄호를 받으면서 특수임무를 수행할 수 있다. 이처럼 정찰, 공격, 지뢰 제거 등 다양한 임무를 지상, 공중 등 다영역의 공간에서 동시에 수행할 수 있다는 특징은 곧 작전부대의 전체적인 작전 템포를 향상시키는 데 기여할 것이다.

미래 자율비행 드론의 운용으로 작전개념이 변화함에 따라 우리 군의 부대구조, 교육훈련 분야에서도 다음과 같은 변화가 예상된다.

첫째, 군의 부대구조는 가볍고 유연한 구조, 즉 레고형 부대로 재설계될 것이다. 현재의 부대구조는 실시간 변화 하는 전장 환경에 효과적으로 대응하기 불리한 계층적인 피라미드식 구조로 설계되어 부대 운용에 있어 융통성이 부족하다. 반면 레고형 부대는 작전상황과 임무에 따라 실시간으로 부대의 규모와 형태를 자유롭게 변형시켜 재편성할 수 있다. 예를 들어 평시에는 서로 다른 소속부대와 지휘 관계를 가진 부대들이지만 장애물 극복이라는 공동의 임무를 수행하기 위해 정찰, 지뢰 제거 등 다양하고 독립적인 임무를 수행하는 모듈화 부대들을 결합하여 하나의 레고형 부대로 편성하여 임무를 수행할 수 있다.

둘째, 전문인력을 육성하기 위한 교육훈련으로 가상공간을 적극적으로 활용할 것이다. 미래 유ㆍ무인 복합전투에서 드론에 탑재되는 임무 장비의 종류와 운용의 복잡도는 더욱 증가할 것이다. 이러한 변화의 흐름 속에서 부대의 구조와 작전개념과 전술의 변화 등은 다양한 형태의 훈련을 요구할 것이고, 이에 부대의 전술 훈련은 점점 더 어려워질 것이다. 이러한 문제는 최근 4차 산업혁명의 주요 기술로 언급 되고 있는 가상현실(VR : Virtual Reality) 기술을 적용한 교육훈련을 통해 개선이 가능할 것이다. VR 기술을 활용한 교육훈련은 실제 훈련의 여러 제약사항을 극복하면서도 실제 전장 환경과 유사한 실전적 훈련 효과와 더불어 안전 보장과 예산 절감 등의 부수적 성과까지 달성시켜줄 것이다.

자율성 기술은 높은 관심에 비례하여 다양한 쟁점의 중심에 서 있다. 주요 쟁점을 다음과 같이 국민, 군대, 국가 차원으로 제시하였다.

국민 차원의 주요 쟁점은 인공지능에 대한 통제와 의존 범위를 설정하는 데 있다. 인공지능의 자율성에 대한 신뢰도가 향상될수록 인공지능에 대한 인간의 의존도 또한 높아질 수밖에 없다. 심지어 인간보다 인공지능의 의사와 판단을 더 신뢰하게 될 수도 있다. 인공지능의 자율성 수준은 장비 유지보수, 직원 성과관리 등 단순히 데이터를 분석하고 예측하는 영역뿐만 아니라 직원 인사고과, 의료진단, 판결 등 인간 고유의 의사결정 영역까지 확장될 것이다. 이처럼 사회의 각종 문제 해결을 위한 수단으로 인공지능의 편리함에 익숙해질 경우 인간이 기계를 통제하는 것이 아니라, 인간이 기계의 통제를 받을 수 있다는 것에 대한 우려의 목소리가 커지고 있다. 이를 해결하기 위해서는 인공 지능에게 자율성을 부여함으로써 얻는 이득보다 감수해야 할 위험과 손실이 큰 영역이 무엇인지, 또한 이러한 위험을 통제할 수 있는 방법이 무엇인지 등에 대한 논의와 사회적 합의가 필요하다.

군대 차원의 주요 쟁점은 군사보안과 책임소재 문제에 있다. 사람은 법의 테두리 안에서 스스로의 행위에 대한 책임을 진다. 하지만 자율성 기술이 적용된 기계와 무기체계의 경우 행위의 주체는 존재하나 책임 소재를 가리기 어렵 다. 인공지능의 모든 행위를 인간이 일일이 개입하며 추적하고 관리하지 못해 원인을 파악하기 어렵기 때문이다. 가령 자율 무기체계의 기술적 결함으로 인한 오작동 내지 해킹 공격으로 인해 군사시설 위치, 작전 현황 등 민감한 군사 정보가 노출될 경우 이에 대한 책임이 누구에게 있는 것인지, 단순히 기술 개발자나 운용자와 같은 개인에게 법적 책임을 묻는 것이 정당한 것인지 등에 대한 논쟁 소지가 있다. 결국 자율성 기술을 확보하였더라도 이러한 제도가 구축되어 있지 않으면 그 기술과 능력은 없는 것과도 마찬가지이므로 자율성 기술 적용과 운용을 위해서는 이러한 보안과 책임 문제의 해결이 필요하다.

국가 차원의 주요 쟁점은 자율살상무기체계의 규제에 있다. 이는 자율살상무기체계를 정의하는 문제, 무기체계로 서의 적법성의 문제, 국제법 준수에 관한 문제 등이 포함된다. 국가마다 상이한 군사력과 안보이익, 작전환경에 따라 자율살상무기체계를 바라보는 관점 또한 다양하다. 가령 드론에 폭탄이나 소총, 전자장비 등을 탑재하여 물리적 교전이나 전자공격을 수행한다면 이를 자율살상무기체계로 볼 것인지, 국제법적으로 인정하는 합법적인 공격으로 볼 것인지에 대한 판단 문제가 발생한다. 현재 이에 대한 국제적 합의는 없으나, 향후 최적의 방안이 도출되기 전까지는 이러한 이슈들은 국제법적 문제로 이어질 수 있으므로 국내적으로도 자율살상무기체계 개발과 적용에 있어 방향성을 올바로 설정하는 것이 매우 중요하다.

자율비행 드론의 군사적 적용과 유ㆍ무인 복합전투체계의 조기 구축을 위해 국방혁신 4.0에 대한 제언을 하고자 한다.

첫째, 미래 감소하는 전투력을 만회하기 위해 드론 도입이 시급하다. 감시 및 정찰, 전투, 통신, 화생방 탐지, 보급품 수송 등 드론의 군사적 활용 범위가 다양해짐에 따라 이에 대한 수요가 또한 증가하고 있으나 이를 뒷받침하는 예산이 부족하고 획득체계 개선이 필요한 실정이다. 예산 부족 문제는 특히 병력의 접근이 제한되거나 고립되기 쉬운 지역에 대한 감시 및 정찰 또는 군수물자 지원 분야에 있어 예산이 우선적으로 확보되어야 할 것이다.

또한 현재 우리의 국방획득 절차는 소요 제기부터 야전 배치까지 약 10~15년의 장기간이 소요되어 전력화 시점에는 이미 낙후된 기술을 적용하게 되는 문제가 발생한다. 따라서 이 주기를 5년 내 획기적으로 단축시켜야 한다. 이를 위해 최소한의 작전운용성능의 설정, 전투발전지원요소의 동시 개발 등의 제도적 개선이 필요할 것이다.

둘째, 우리 군의 드론 활용을 촉진하고 합동성을 강화하기 위해 국방 드론의 표준화 플랫폼이 필요하다. 다시 말해 운용, 시설, 정비, 교육 등 비용이 발생하는 드론의 개별 제품들의 기능을 통합하거나 제거하여 전군의 공통 자산으로 활용한다는 것을 의미한다. 현재 우리 군은 지상ㆍ해 상ㆍ공중으로 구분된 각 군의 고유한 작전영역과 임무, 목적 등에 따라 다양한 형태와 크기, 무게, 성능을 가진 드론을 운용하고 있다. 핵심기능을 수행하는 특정 분야를 제외 하고 각 군의 드론 소요를 종합하여 분석함으로써 전군 공통, 나아가 민간과 군이 함께 활용할 수 있는 민ㆍ군 겸용 플랫폼이 필요하다.

특히 유ㆍ무인 복합전투를 직접 수행하는 대대급 이하 제대를 기준으로 작전환경과 목적, 임무 유형을 고려하여 드론의 비행체와 임무 장비, AI 소프트웨어 센서 등을 선택적으로 탑재 및 운용할 수 있도록 구축되어야 한다. 이러한 노력은 각 군의 지휘관과 드론 운용자뿐만 아니라 공통 플랫폼에 탑재 가능한 다양한 임무 장비와 기술을 개발하는 연구기관, 기업의 노력과 비용의 낭비를 줄여줄 것이다.