신기술동향 - ① 신개념 선도형 드론 산업 개발 전략

[손명숙]

신기술동향

① 신개념 선도형 드론 산업 개발 전략

서울공대지 2017 Summer No.105

윤광준 건국대학교 교수, (現) 건국대 스마트드론연구소 소장,

(現) 국제지능형무인기학회(ISIUS) 회장, (現) 한국무인기시스템협회 회장

신개념 드론

21세기에 들어서면서 휴대폰이 인간 삶의 양상과 관련 산업 시스템을 혁신적으로 변화시켜왔듯이, 향 후 드론이 인간 생활 패러다임 변화와 4차 산업 판도를 주도해 나갈 신개념 제품으로 역할을 할 것이라고 예측하며 이 칼럼을 기고해 본다.

지난 70년간 무인비행체, 무인잠수정, 무인선박, 무인차량 등이 간헐적으로 “드론(drone)”이란 별칭으로 불려왔으나 요즈음 멀티콥터 드론(4개 이상의 프로펠러로 구성)이 레저용과 사진 촬영용으로 활성화 되며 대중의 관심이 폭발적으로 늘고 있다.

드론(drone)은 원래 윙윙 소리를 내며 날아다니는 수벌을 칭하는 영어 단어인데, 1940년대에 미국에서 대공포 훈련용으로 개발된 무인항공기 “OQ2”(그림 1)를 타겟 드론(target drone)이라고 명명하며 드론이라는 용어가 쓰이기 시작하였다. 그 후 고정익항공기 드론 형상으로 개발되어 군의 정찰/감시 임무를 수행하여 왔고 현재는 미사일 발사 등 공격 임무도 수행하는 기종도 있다. 미국에서 1970년대에 ROV(Remotely Operated Vehicle)”Deep Drone”(그림 2)이 수중 드론으로 개발되어 심해 구조 및 인양용으로 활용되었다. 1984년 대한항공 007기가 사할린 바다 상공에서 소련 수호이 전투기의 미사일 피격을 받아 바다에 추락했을 때 그 잔해를 수색하기 위하여 Deep Drone이 투입된 적이 있다.

                그림 1  OQ2, Target Drone, 1940년에 미 육군이          그림 2 수중 정찰용 Deep Drone, 1970년대에 미 해군이

                         개발하여 실전 배치  *출처: Wikipedia                        개발하여 운용, *출처: Wikipedia

그림 3 현재 활용 중인 드론과 인간 삶의 패턴을 바꿀 수 있는 미래형 신개념 드론 형상

*출처: 건국대 스마트드론연구소

그림 내에 있는 드론들의 이름 - 왼쪽 위부터 -

통신중계용 고고도 드론 , 군 작전용 중고도 드론 , 수직이착륙 고속이동  틸트로터 드론, 수직이착륙 멀티콥터  유인 드론 ,

지상 근접 정보 수집용 Micro UAV , 수직 이착륙 멀티콥터  택배 드론 , 새/곤충형 드론, 수중 드론, 수상 드론  등

최근 수직이착륙이 가능하고 일반인도 쉽게 조종이 가능한 멀티콥터 소형 드론이 개발되어 항공촬영, 레저용 및 레이싱용 등으로 활용되며 민간용 드론 시장이 매우 커지고 있다. 중국 이항 사는 2016년 초에 미국 Las Vegas에서 열린 CES(consumer electron­ics show)에서 사람이 탈 수 있는 대형 멀티콥터 비행체를 전시하였는데, 유인 드론(manned drone, www.popsci.com/ videos /video-channel/manned-drone)이라는 명칭을 사용하였다. 이러한 경향을 고려하여 “드론”을 무인항공기의 별칭 의미보다는 무인이동체로 운용되면서 안정성이 증대되고 탑재 중량이 충분하여 필요 시 사람도 태우고 자율 이동을 할 수 있는 자율이동체라는 새로운 개념으로 정의하고 선도형 신개념 드론 산업 개발 전략을 제시하고자 한다.

드론 개발 현황

현재까지 구글, 페이스북, DHL, 아마존 등과 같은 글로벌 기업들이 4차 산업 제품의 하나로 민간용 드론을 선택하여 드론 산업 시장에 뛰어 들면서 드론 시장이 빠르게 성장하고 있다.

드론 관련 세계 시장(그림 4, 5)을 보면, 공중 드론은 2015년 123억불에서 2020년 222억불로, 자율주행 드론은 78억불에서 280억불로, 농업용 드론은 19억불에서 108억불로, 해양용 드론은 27억불에서 63억불로, 연평균 22% 성장이 예상된다.

<그림 4> 무인이동체 종류별 시장 규모 예측 자료, *출처: 한국항공우주연구원 무인이동체 사업단

<그림 5> 세계 무인시스템 제품 시장 예측 자료, *출처: Teal Group 2016, Euroconsult 2016

2016년 1월에 발표한 ABI 리서치의 예측 (www.roboticstrends. com /article/consumer drone market)에 의하면 2025년에 민간 용 소형 드론 시장은 46억불이 될 것이고, 2014년의 490만개의 소 형 드론 판매 대수가 2015년에는 9천만 대로 늘어난다고 하였다. 민간용 소형 드론 창출하는 서비스 가치까지 포함할 경우 2019년 에 민간용 소형 드론 관련 시장은 84억불에 달할 것으로 예측하고 있다. 중국 베이징 시 기관지인 경화시보는 2025년 세계 드론 시장 의 총가치 규모는 710억달러에 이를 것으로 전망하였다. 2016년 중 국 DJI 사는 항공 사진촬영용으로 만 1.6조원 매출을 기록하였다. 중국 심천 지역에서 드론 벤처 기업으로 시작한 DJI 사의 경우, 항 공촬영용 드론 비즈니스 모델을 잘 발굴하고 대규모 투자를 유치하여 홍콩 과학기술대학과 활발한 산학 연구 개발을 통하여 중국 의 드론 산업을 활성화에 크게 기여하였고 전세계 민간 드론 시장 의 70%를 점유하며 글로벌 드론 기업으로 인정받고 있다. 2016년 9월 DJI사는 소형으로 접이식이며 4K 영상을 제공할 수 있는 카메 라 드론 Mavic Pro(그림 6)를 1000만원대 제품으로 선보이며 3kg 이상의 기존의 중형 멀티콥터 카메라 드론 제품을 빠르게 대체하 고 있다. 2016년 6월 페이스북은 세계 오지의 18~27km 상공에 3 개월 이상 띄워 인터넷 통신을 제공하기 위해 개발 중인 드론 '아퀼 라'(그림 7)의 96분간 첫 시험 비행을 공개했다. 그러나 2016년 12 월 시험 비행에서 추락하여 연구 개발 과정의 첫 시련을 격고 있으 며 문제 해결 노력을 하고 있다.

그림 6 DJI사 카메라 드론 Mavic Pro, 4K Full HD Camera, 폴딩 후 크기: 83 x 83 x 198mm, 무게: 734g, 비행시간: 27분 , 최대 시속: 65km, 전방 및 하향 비전 센서로 실내에서 정밀 호버링 가능    *자료: www.dji.com/mavic

<그림 7> Facebook 통신 중계 Drone “Aquila”  *자료: Pakwired.com

2014년에 선보인 구글 사의 Project Wing(그림 8)은 날개 부착형 수직이착륙 고속이동 드론으로 멀리 떨어진 오지라도 쉽고 빠르게 택배를 보낼 수 있는 데 착륙이 쉽지 않아 배달 장소에서 외이어 하강 장치로 물건을 배달하는 개념이다. 2016년 10월 프로젝트 윙 프로그램을 맡아온 Dave Vos가 구글을 떠나며 새로운 국면에 직면해 있다. 트론 택배 계획 발표로 회사 홍보 효과를 가장 크게 본 아마존 사가 첫 번째 드론 택배 서비스를 2016년 12월 영국 캠브리지에서 하였다. 이전에 공개한 것과 다른 형태의 프라임 에어 쿼드콥터 드론으로 13분만에 소비자에게 물건을 배송하였는데, 비행 배송 범위는 24km이고, 최고 속도는 시속 88km 정도이며 최대 2.3kg의 화물을 수송할 수 있다. 아마존 사는 후속 모델로 전통적인 쿼드콥터 드론에 날개와 추진 프로펠라를 부착하여 강풍 환경에서 더 빠른 배송을 위한 드론과 무인자동차와 협업할 수 있는 배달 시스템 연구 개발에 박차를 하고 있다.

<그림 8> 택배 드론 Project Wing, *자료: Google

<그림 9> 아마존 사 택배 드론,

쿼드콥터 수직이착륙 저속 이동형에 틸트 주날개를 부착하여 수직이착륙 고속 이동형 제품으로 전환 중  출처: 아마존

독일의 글로벌 물류 기업 DHL은 2013년부터 아마존보다 빠르게 택배 드론 연구를 시작하여 12km 거리의 도시 지역에 의약품을 배달을 성공시키면서 주목을 받고 있다. 쿼드콥터를 강풍 환경에서 택배 서비스를 할 수 있는 쿼드콥터 형태로 형상 개조를 하여 최대 시속 68km 까지 성능을 높였다. 후속 모델로 악천후 환경에서도 안정적으로 서비스를 하기 위하여 수직이착륙과 고속이동 기능이 가능한 틸트 윙 부착형 드론 기종을 개발하고 있다.

<그림 10> DHL 사 택배 드론,

쿼드콥터 수직이착륙 저속 이동형에 틸트 주날개를 부착 하여 수직이착륙 고속 이동형 제품으로 전환 중

국내 드론은 1980년대에 군사용으로 고정익형 무인항공기를 개발 하면서 본격적으로 시작되었고, 2000년부터 한국항공우주연구소 가 수직이착륙 고속이동 틸트로터 드론 스마트 UAV를 개발하면서 2014년 세계 7위권의 기술력을 보유한 것으로 평가되고 있으나 근 래에 중국에 추월당한 것으로 평가되고 있다. 무인항공기 분야의 연구개발은 국방과학연구소와 한국항공우주연구원 등 정부출연연 구소가 주도하는 가운데, 한국항공우주산업, 대한항공이 주로 체계 종합 및 비행체 개발을 담당하고 LIG넥스원, 한화테크윈 등의 대 기업을 포함한 중소업체들이 소형 드론과 대형 드론 부체계 기술 을 개발하고 있다. 요즈음 국내의 기업들도 민수용 드론 부분에 관 심이 높아져 방재, 소방이나 물품 수송을 위한 드론 개발에 CJ 대 한통운 등 대기업이 참여하기 시작하였고 관련 벤처기업들도 등장 하고 있다. 2016년부터 미래창조과학부의 지원으로 무인이동체 공 통기술개발, 차세대무인이동체 원천기술개발, 소형무인기 기반기 술, 공공혁신조달 연계 소형무인기 기술개발 지원사업이 진행되어 효과가 기대된다. 또한, 국토교통부는 2016년부터 드론산업 활성 화를 위해 추진 중인 드론 시범 사업 대상지역 7곳을 선정하여 드 론 산업 활성와를 위하여 상당한 노력을 하고 있고, 다부처 공동사 업으로 국민안전 대응 무인항공기 융합시스템 구축 및 운용 사업이 2017년도에 시작되어 다양한 정부 지원 정책이 한국 드론 산업 경 쟁력 제고에 큰 역할을 할 것이다.

그림 11 한국항공우주산업이 국방과학연구소와 개발한 고정익형 드론 “송골매”,

작전반경 100km, 비행시간 4-5시간  *출처: 연합뉴스

그림 12 한국항공우주연구원이 개발한 수직이착륙 고속이동 틸트로터 드론  “스마트 UAV”

신개념 드론 개발 방향 제시

전 세계적으로 민수용 소형드론 시장이 급격히 팽창되고 있는 상황에서 국산 드론이 국제 경쟁력을 가지려면, 미래 시장을 선도할 신개념 드론 비즈니스 모델을 잘 발굴하고 관련 서비스 시스템과 원천 핵심기술의 확보가 중요하다. 현재 저가 보급형으로 널리 판매되고 있는 중국산 영상 촬영용 멀티콥터의 성능을 분석해 보면 풍속이 초당 10m 이상의 강풍 환경에서 안정된 안정적인 비행이 어렵다는 점인 데 이 문제를 극복할 수 있는 국산 드론 제품 개발이 시급한 실정이다. 악천후 환경에서 운용이 가능한 한국형 드론 제품이 제공된다면 경찰이나 소방대원 등 전문가 특수 임무 수행에 크게 도움이 될 것이다. 이러한 신개념 고성능 드론에 대한 요구를 해소하기 위하여 건국대 스마트드론연구소는 수직이착륙 고속이동 드론(그림 13)에 대한 연구 개발을 지난 10여년간 수행하였다. 국내 고유 디자인 기반의“다단 틸트 Flying Car”드론 시스템이 2017년 미국 특허 등록되어 제품 개발 단계에 있다. 주날개를 부착하여 고속이동 기능과 내풍성을 높일 수 있는 신개념 형상에 신소재를 활용한 초경량 구조물을 적용하고, 초소형/초경량 비행제어 컴퓨터, IoT 네트워크 개념의 드론 운용 시스템을 구성하여 최고 수준 설능의 신개념 공중 드론이 되도록 노력하고 있다.

그림 13 육해공 겸용 수직이착륙 고속이동 드론 형상,, *출처: 건국대 스마트드론연구소

맺음말: 신개념 복합 드론 종합 운용 개념 제시

신개념 한국형 드론 제품 확보 후, 국방과 국가 재난안전 관리 임무 수행을 염두해 둔 드론 모함 개념의 한국형 복합 드론(그림 14)도 제 안해 본다. 다수의 공중 드론과 수중 드론을 탑재한 민군 겸용 드론 모함을 서해, 남해, 동헤 중요 해안가나 대형 댐 내수면에 배치하고 민간용의 경우, 평상시에는 환경 감시 모니터링, 대기 및 수질 자 료 수집 등의 임무를 수행하다가 재난 위급 상황이 발생할 경우 신 속한 정보를 수집하여 확실한 대처 방안을 결정한 후, 즉각적으로 대응을 할 수 있는 3A3F (Anytime /Anywhere /Any-Disaster / Fast Sense /Fast Decision /Fast Reaction) 시스템의 구축과 운 용 방안을 그림 15와 같이 제안해 본다. 내륙 지역 재난에 대비하 여 전국 중요 거점(소방서, 경찰서, 중요 통신 중계소 등)에 다수의 공중 드론과 지상 드론을 배치하고, 해양 지역에 드론 모함을 배치 하여 한국형 재난안전 관리 시스템을 구축하여 운영하자는 것이다. 필요 시 실무자부터 국가 최고 통수권자까지 통신 정보망을 통하여 상황 발생 지역의 필요한 정보를 공유하면서 현장 상황에 가장 적 합한 대처 방안을 채택하고 신속하게 대응할 수 있는 재난안전 관 리 시스템과 그 운용 방안을 구축하자는 것이다.

우리의 영토를 테스트 베드로 하여 신개념 복합 드론과 우리의 앞선 정보통신시스템으로 구성된 재난 안전 관리 시스템에 대하여 그 성 능을 한국이 먼저 입증하고 실제로 그 시스템을 제품화 한다면, 신 개념 복합 드론 운용 시스템은 우리 국가 안보, 국민 안위에 결정적 으로 기여함은 물론, 신개념 종합 안전관리 기술 및 산업으로 인정 받아, 향후 세계시장에 협업 드론 및 ICT 운용 시스템으로 대형 패 키지 4차 산업 수출 상품으로도 가능할 것이다.

그림 14 드론 모함(Drone Carrier)에서 다수의 공중 드론과 수중 드론이 운용되며

임 무 수행을 할 수 있는 복합드론(C-Drone) 개념도,  *출처: 건국대 스마트드론연구소

<그림 15> 드론 모함(Drone Carrier)에서 다수의 공중 드론과 수중 드론이 운용되며

 임무 수행을 할 수 있는 복합드론(C-Drone) 개념도.  *출처: 건국대 스마트드론연구소

[손명숙]

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