국군의 무인 항공기 개발 현황

 “미래 전장은 무인 드론이 지배한다.”

 

 

최근 플로리다에서 열린 미공군협회 주최 심포지엄에서 테슬라·스페이스X의 최고경영자(CEO) 일론 머스크가 한 말입니다. 4차 산업혁명에 들어서면서 많은 관심을 받은 분야 중 하나가 바로 UAV 또는 드론이라 불리는 무인비행체입니다. 현재 드론은 농업, 소화, 영상 촬영, 택시, 배달 등 다양한 산업에 활용되며 일상생활에 밀접한 관계를 가지고 있습니다. 하지만 전 세계적으로 드론의 개발을 가장 적극적으로 추진하고 있는 부문은 국방영역입니다. 작년 사우디아라비아 아람코의 정유 시설 테러사건에 무인기가 사용되며 세계가 집중하였습니다. 또한 최근에는 미국이 하늘의 암살자라 불리는'MQ-9 리퍼' 무인기를 사용해 이란의 혁명 수비대 사령관을 사살하였습니다. 이처럼 국방 영역에서 드론은 이제 대체 불가능한 무기체계로 자리 잡고 있습니다.

 

드론의 탄생 배경

 

사실 드론은 처음부터 군용 목적으로 만들어졌습니다. 1849년 오스트리아 제국군은 베니스를 폭격하기 위해 사람이 타지 않은 열기구에 폭탄을 실어 공격을 감행하였습니다. 이 사건은 사람이 타지 않고 특별한 목적을 가지고 비행체를 날렸다는 점에서 드론의 시초라고 전해졌지만, 1930년대 초반 영국이 왕복 가능한 재사용 무인항공기 ‘Queen Bee'(퀸 비)를 개발하면서 오늘날 드론의 실질적인 원조로 알려지게 됩니다. 그 후 얼마 지나지 않아 2차 세계대전이 발발하는데 그 당시 무인 비행기 연구가 본격적으로 시작되며 지금의 프레데터, 타라니스, X-47B, 글로벌 호크, MQ-9 리퍼 등이 개발되었습니다. 그리고 현재 기술 발달로 점차 소형화된 드론은 다양한 센서·카메라 기능이 탑재되면서 이제는 군용 뿐 아니라 공중 촬영, 농업, 물류운송, 재난재해 감시 등 다양한 곳에서 활용되고 있는 것입니다.

 

현 드론의 실질적 원조로 보는 Queen Bee

 

한국 군용 무인기는 어떤 것이 있을까?

송골매

 

'RQ101'- 송골매     출처:국방일보

우리나라 대표적인 드론(무인기)은 RQ-101 ‘송골매’입니다. 송골매는 1990년대 초반 개발된 군 정찰용 저고도 단거리 무인기입니다. 2002년 우리 군에 실전 배치된 송골매는 길이 4.5미터, 높이 1.5미터의 크기로 시속 185km까지 운항 가능한 것으로 알려져 있습니다. 그리고 TV카메라와 전방관측적외선카메라(FLIR)를 동시에 탑재해 반경 80km 작전 범위에서 주·야간 영상획득이 가능한 장점을 갖추고 있습니다. 송골매의 개발로 우리나라는 미국, 이스라엘, 프랑스, 영국, 캐나다 등에 이어 10번째 무인기 생산국이 되었습니다.

 

리모아이 006

리모아이 006     출처: 국방일보

대대급에서 정찰용으로 운용 중인 리모아이는 무인기 중소기업 유콘시스템이 만들었습니다.

길이 1.72m, 무게 6.5kg로 최대 시속 75km까지 운항이 가능하며 운항시간은 2시간 정도입니다. 주간에는 10배까지 줌이 되는 13만화소 동영상 촬영카메라를 탑재하고 야간에는 적외선 카메라(IR)로 교체해 운용이 가능합니다. 비행 중 실시간으로 비행경로를 변경할 수 있고 통신두절 시에는 자동으로 귀환해 착륙할 수 있는 시스템을 갖추고 있는 장점을 갖추고 있습니다. 통신거리상의 제약으로 운용거리는 15㎞ 정도지만, 지상통제장비를 차량에 탑재할 경우에는 지상에서 조종하며 최장 150㎞까지 이동할 수 있습니다.

 

지금까지 국군의 정찰용 드론에 대해 알아보았는데 그럼 전투 드론은 어떤 것이 있을까요?

전투 드론은 무장형 드론 그리고 자폭형 드론 두 가지로 나뉩니다. 무장형 드론은 장착한 무장을 발사하여 타격 임무를 수행하는 것이고, 자폭형 드론은 표적을 식별한 뒤 비행체 스스로 표적에 충돌하여 타격하는 것입니다. 무장형 드론은 잘 알려진 미국의 MQ-9 리퍼, MQ-1 프레데터 등을 연상하면 됩니다.

군용 드론을 생각하면 대부분 정찰 또는 무장형 드론을 떠올릴 것입니다. 실제로 타 선진국들의 군에서는 정찰과 무장형 드론에 집중하고 있고, 우리가 뉴스에서 접하는 드론들 또한 마찬가지입니다. 하지만 현재 우리 국군은 자폭형 무인기 대대가 따로 있을만큼  자폭형 드론에 집중되어 있습니다. 

 

데빌 킬러

 

싱가포르 에어쇼에서 선보인 데빌킬러 소형 모델     출처: SBS 뉴스

데빌킬러는 2014년 항공우주산업(KAI)가 개발한 자폭형 고속무인기로 육상과 해상에서 모두 사용이 가능합니다. 길이 1.5m, 무게 25kg, 최대속도는 시속 350km~400km로, 반경 40km에 있는 목표물을 10분 이내에 공격할 수 있습니다. 영상카메라와 위성항법장치를 갖추고 있어 목표물을 자동 식별해 자폭이 가능하며, 무엇보다 날개를 접을 수 있는 구조로 장병들이 휴대하다가 날려 적진을 부술 수 있는 장점을 가지고 있습니다. 특히, 전쟁 발발시 수도권에 가장 큰 위협이 되는 북한 장사정포를 잡을 수 있는 무기로 높은 효용성이 있을 것으로 기대되고 있습니다. 아직까지 군에 투입되지 않은 채 검증 중에 있지만, 2018년에 열린 드론봇 전투발전 콘퍼런스에서 KAI는 기존의 업그레이드 버전인 대형 데빌 드론 DK-150을 선보이며 육군 드론봇 전투단에 적합한 무기체계가 될 것으로 기대되고 있습니다.

 

하피

 

발사하는 자폭형 드론 하피     출처: 국방일보

공군은 제8전투비행단에 하피운용대대를 창설, 600억원의 예산을 투입해 1999년부터 하피를 실전배치 하였습니다. 지상에서 발사한 하피는 2~5시간 정도 상공에서 비행하며 적 레이더 전파가 잡히면 곧바로 레이더를 향해 돌진해 자폭합니다. 적은 하피 발사를 인지하는 순간부터 레이더를 작동하지 못하는데 그 사이 아군의 전투기나 무인항공기가 적진에 침투하여 아군 전투기의 생존성과 임무수행을 보장합니다. 탄두까지 실은 하피의 무게는 약 152kg이며 최고 3km상공까지 올라갑니다. 또 시속 120km로 반경 400~500km까지 작전수행이 가능합니다.

하피운용대대가 따로 있을만큼 뛰어난 성능을 자랑하는 하피지만, 국내산이 아닌 이스라엘산이라는 점이 아쉬움이 남습니다.

현재 군에서는 국내·외산 따지지 않고 자폭형 드론 도입에 적극적인 모습을 보이고 있습니다. 작년 6월 21일 방위사업청에서는 '자폭형 무인기'로 무기체계 입찰 공고를 내며 자폭형 드론의 비중을 한 층 더 늘릴려는 모습을 보였습니다. 이번에 도입될 자폭형 무인기는 특수작전용으로 알려져 있으며, 군 및 방산관계자들에 의하면  한 사람 또는 몇 사람에 의해 운반이 가능한 크기의 자폭형 무인기를 원하는 것으로 전해지고 있습니다.

 

선진국 무인기 현황

 

선진국 무인기 사례      출처: 조선일보

 

미국

 

현재 드론 기술을 이끄는 나라는 미국, 중국, 이스라엘, 러시아, 유럽 등 여러 선진국들이 이끌고 있습니다.그 중 드론의 기술발전을 선도하고 있는 나라는 단연코 세계 최강의 군사력을 가진 미국입니다.

미국은 20여 년 전 걸프전 때부터 이미 드론을 전장으로 내보내며 시범적으로 사용해왔습니다. 그 후 미군은 고고도무인정찰기(HUAV)부터 정찰과 폭격이 가능한 중형 프레데터(MQ-1)와 대형 리퍼(MQ-9)까지 다양한 용도의 드론을 보유하고 있다. 현재 미군이 보유한 드론의 수는 8000여 대에 이르는 것으로 추정됩니다.

여기에 그치지 않고 기술발전의 속도 또한 상당합니다. 미국은 1개의 지상통제시스템을 통해 다수의 무인기를 동시에 통제할 수 있는 플랫폼의 공용화, 인공 지능에 의한 완전 자율비행과 자율 임무 수행 등의 방향으로 기술발전을 추진하고 있습니다. 또 고고도에서 장기간 체공할 수 있는 터보팬 엔진, 수소엔진, 태양전지 등 다양한 무인기용 동력원들도 개발하고 있습니다. 특히 ‘발키리(Valkyrie)’라는 이름으로 진행되고 있는 프로젝트가 눈에 띄는데, '발키리'는 1대의 유인 전투기가 폭탄을 탑재한 수십 대의 드론을 통제해 적 핵심기지를 초토화할 수 있는 유무인 복합체계의 발전적인 구상입니다. 마치 벌떼와 같은 군집드론으로 생각하면 이해가 쉽습니다.

 

이란의 군 사령관을 사살했던 미국의 'MQ-9 리퍼' 무인기      출처: 뉴스웨이

 

중국

 

민간 드론 시장은 중국의 DJI가 세계 드론 시장의 70%를 장악했고, 이제는 군용 드론 개발을 위해 엄청난 예산을 투입하고 있습니다. 중국은 이미 미국의 프레데터와 비슷한 중형 정찰·공격드론 '이룽'을 개발했으며, 최근에는 미국의 우방국인 사우디아라비아와 '이룽' 무인항공기 수출계약을 맺었습니다. 계속해서 나아가 중국은 고고도 무인정찰기 ‘글로벌호크’(RQ-4)를 모방한 '싼룽'도 개발 중이며, 스텔스 무인전투기 '리젠'도 시험단계에 돌입했습니다. 중국의 무인기는 미국에 비해 상대적으로 뒤떨어진 평가를 받고 있지만 가격이 싸다는 장점이 있습니다. 중국은 이런 장점을 활용 및 정부의 전폭적인 지지를 받으며 무섭게 성장하고 있습니다. 

 

미국의 프레데터를 모방한 중국 무인기 '이룽'     출처: 머니투데이

미국, 중국 이외에도 이스라엘은 미국 못지않은 세계 2위의 무인기 기술 수준을 갖추고 있고, 영국, 프랑스 등 유럽과 러시아 등 많은 선진국들이 무인기 개발에 앞서 있으며 미래 전쟁의 주역은 드론이 될 것임을 암시하고 있습니다.

 

국내 무인기 개발 현황

우리나라는 북한이 날린 것으로 추정되는 무인기가 잇따라 발견되면서 무인기 통제에 정부가 직접 나서며 규제가 심한 편입니다. 안보 위협에 내린 결정이지만 무인기 산업 발전의 발목을 잡고 있는 상황입니다. 하지만 그럼에도 불구하고 방위사업청이 올해부터 10년 동안 드론 개발에 2조4000억 원을 투입할 방침을 내리며 적극적인 투자를 하고 있습니다. 민간에서 획득이 가능한 근거리 정찰 드론 등은 국내 구매로 사업을 추진하고, 초소형 무인기와 중·대형 공격드론 등은 핵심기술개발을 통해 사업 기간을 단축해 조기에 전력화를 완성하는 투-트랙(Two-track) 전략을 추진하고 있습니다. 이와 같은 적극적인 추진에 무인기 개발에 관한 관심이 높아지고 있습니다. 실제로도 군 당국과 국내 방산업체들은 미래전 양상과 작전 개념 변화에 맞춰 사단급, 차기 군단급, 중고도 등 다양한 신형 드론을 개발했거나 개발 중에 있습니다.

 

항공우주산업

KF-X 전투기 사업을 맡는 등 한국의 전투기 산업의 중심이 되는 한국항공우주산업이 무인기 개발에 빠질 수 없습니다. 현재 무인기 개발 근황을 보면 다음과 같습니다.

 

. 한국형 무인 전투기(UCAV) 자체 연구 개발

-UCAV 운영개념 수립 및 개발기반을 확보한 상태로 현재 시제 제작 및 비행시험을 완료했습니다.

 

러시아의 무인 전투기(UCAV) S-70 오크호트니크    출처: 국방일보

. 유인기 무인화 실용기술(반디OPV)

-미래 군/민간용 감시, 정찰을 위한 사업입니다. 제저장치 개조 및 개조설계/제작하였습니다.

현재는 기능시험 수행 중에 있습니다.

 

. 정밀 타격용 무인기 체계 자체 연구 개발

-엄폐지역, 해안포와 같은 타격이 어려운 지역을 타격하기 위한 목적을 가지고 있습니다.

소형, 고속, 저소음 비행체를 개발하였으며 영상기반 유도/항법/제어시스템을 개발하였습니다.

 

. 수직 이착륙 무인 헬기 (VTOL) 작년 9월 24일 초도 비행 성공

-최대 이륙중량 600kg급 유인헬기의 무인헬기 개조개발로 작년 9월 24일 초도 비행에 성공한 쾌거를 이뤘습니다. 못에서 이착륙이 가능한 수직이착륙 무인정찰기를 운용하여 핵심 표적 감시 정찰을 목표로 한하고 있습니다.

 

초도비행에 성공한 한국항공우주산업의 수직 이착륙 무인 헬기 NI-600VT      출처: 머니투데이 방송

 

항공우주연구원

현재 항공우주연구원은 정보 획득 및 분석/처리(탐지 및 인식), 조종기-이동체, 이동체-이동체 간 정보교환 기술(통신), 상황 인지·판단·처리 기술(자율지능), 등 주로 무인이동체에 공통 적용 가능한 기술 개발에 지원 하고 있습니다. 무인기 개발에는 두 가지가 눈에 띄는데 틸트로터 스마트 무인기와 군집드론입니다. 

 

.틸트로터 스마트 무인기

-수직이착륙과 고속비행이 가능한 틸트로터 항공기는 이륙 시 로터가 헬리콥터처럼 수직 방향으로 위치해 있다가 전진 비행 시에는 로터를 다시 수평으로 바꿔 속도를 높이는 항공기로, 고정익기와 헬리콥터의 장점을 결합한 것이 특징입니다. 2002년부터 10년에 걸쳐 개발에 성공했으며 이는 미국에 이어 세계 두 번째이다.

산악지형과 삼면이 바다로 둘러싸여 활주로를 확보하기 어려운 국내 환경에 적합하고 적지 정찰 등의 군사적 이용은 물론 해안 및 도서 정찰, 산불 및 교통 감시, 기상 관측 등의 다양한 분야에서 활용할 수 있습니다. 또한 활주로 없이 이동할 수 있는 개인항공기의 플랫폼으로 응용이 가능한 첨단 기술입니다.

 

한국항공우주연구원이 개발한 틸트로터 무인기     출처: 한국 항공우주연구원

.군집비행 드론

-한국항공우주연구원은 드론 정밀위치인식기술, 다수 드론과의 통신기술 및 정밀제어기술 등을 연구하여 다수 드론의 군집비행을 연구개발해냈습니다. 오차범위 10cm 내외의 고정밀 위치인식기술을 통해 다수의 드론이 서로 충돌 없이 비행할 수 있는 성과를 이뤄냈습니다.

군집 드론은 영화 ‘스파이더 맨: 파 프롬 홈’에서 나왔던 드론을 연상하면 이야기하기 쉬워집니다. 미래에는 전쟁 시 영화와 같이 군집드론이 막강한 파괴력을 보여주며 사용될 것으로 예상됩니다.
실제로 미국에서 8대의 군집 드론으로 이지스함을 대상으로 공격하는 시뮬레이션을 돌린 결과 이 중 4대가 자폭에 성공했다고 합니다. 적군이 아무리 뛰어난 방어체계를 가지고 있어도 물량으로 승부를 겨루는 드론떼를 막기란 어려운 일임을 알 수 있습니다. 공격뿐만 아니라 좁은 공간과 제한된 시야 등의 환경을 가진 도심에서도 군집 드론은 적군을 탐지하는 데 효율적일 것입니다. 군용에서 군집비행 드론의 다방면 임무를 기대할 수 있을뿐 아니라 재난 상황시에도 피해자를 탐지 및 구출하는데 큰 도움이 될 것으로 기대됩니다.

 

한국항공우주연구원이 실외에서 선보인 군집비행 드론     출처: 한국 항공우주연구원

무인기는 앞으로 항공시장의 성장을 주도할 것으로 예상되는 분야입니다. 항공 및 방위산업 전문 컨설팅업체(Teal Group)에 따르면, 무인항공기 시장 규모는 2023년 125억 달러로 증가할 것으로 보고 있습니다.

무인항공기 시장은 그동안 항공분야 선진 국가들이 과점해 왔으나 후발 기술국과 업체들이 시장에 진입하며 치열한 경쟁 구도로 변화하고 있습니다. 최근에는 중국 무인기업체들의 급성장이 두드러지고 있으며 구글, 아마존과 같은 IT 기업부터 초소형 드론을 이용해 틈새시장을 노리는 스타트업까지 치열한 경쟁을 벌이고 있습니다.

현재 우리나라는 세계 7위권의 무인기 기술 경쟁력을 가진 것으로 평가되고 있으며 2023년까지 세계 5위, 2027년 세계 3위군 무인기 산업국 진입을 목표로 하고 있습니다. 

 

 

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굴곡 많은 한국형 전투기 KF-X 사업과 4대 핵심 기술