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드론, 그것이 알고 싶다 여기도 드론! 저기도 드론! 드론 전성시대 이성운 기자입력 2017-05-30 09:33:28

 

근래 TV를 켜보면 예능, 뉴스, 다큐 등 장르에 상관없이 드론으로 촬영한 영상들이 쏟아져 나온다. 이제는 대중들에게도 드론은 더 이상 낮선 존재가 아니게 되었다. 하지만 이러한 드론의 역사를 거슬러 올라가보면, 1차 세계대전 당시 효과적으로 적군을 사살하기 위해 개발되었다는 숨겨진 과거가 나온다. 이렇듯 우리에게 친숙한 드론이지만, 우리는 아직 드론에 대해서 잘 알지 못한다. 이에 본지는 ‘드론이란 무엇인가?’라는 물음을 던지고 그 해답을 찾아본다.

 

1. 드론의 정의 및 분류

 

1) 정의

드론(Drone)
: 조종사가 탑승하지 않은 상태에서 지상의 원격조종이나 사전에 입력된 프로그램에 따라 비행하거나, 주위 환경을 스스로 인식하고 판단해 자율 비행하는 비행체.

 

- 미국은 드론을 주로 UAS(Unmanned Aerial System)라고 하며, UN산하 국제민간항공기구(International Civil Aviation Organization : ICAO)는 드론을 RPAS(Remotely PilotedAircraft System)라고 하는 등 통합된 체계(System)임을 강조하고 있다.

 

2) 분류
드론은 비행체 형상에 따라 고정익형, 회전익형, 혼합형으로 분류되며, 혼합형은 고정익형과 회전익형의 특성을 함께 가진다.

드론은 운용 주체에 따라 군수용 드론과 민수용 드론으로 구분되며, 현재 90% 이상의 드론이 군수용으로 활용되고 있다. 군수용 드론은 정찰용, 전자 전용, 기만용, 공격용, 전투용, 표적용 등의 목적으로 운용되며, 중량, 고도 등 성능기준에 따라 세분화된다.

 

 

민수용 드론은 취미·레저용, 농업방제용, 영상촬영용 등으로 사용되고 있으며, 최근 Amazon社, Google社 등의 글로벌 기업이 드론을 활용한 서비스 출시를 준비하고 있다.

 

 

2. 드론의 구성요소 및 기술체계

 

1) 구성요소

드론은 비행체, 지상통제장비, 데이터링크, 임무장비, 지원체계 등으로 구성된다.
▲비행체는 컴퓨터, 항법장비, 추진동력, 연료장치, 통신장치 등으로 구성된 기체 ▲지상통제장비는 이륙, 비행, 착륙, 임무수행 등 비행 전반을 제어하는 장비 ▲데이터링크는 비행체와 지상통제장비 간 통신을 위한 장비 ▲임무장비는 드론의 사용 목적에 맞게 비행체에 탑재되는 카메라 등의 장비 ▲지원체계는 드론의 운용에 필요한 정비 설비, 조종교육 체계 등이다.

 

 

멀티콥터와 같은 소형 드론도 비행제어장치를 탑재한 비행체, 제어 및 임무 데이터 송수신을 위한 무선통신장치, 카메라 등의 임무장비, 지상에서 비행과 임무를 통제하기 위한 조종기와 통제장비, 배터리 충전기 등으로 구성된다.

 

 

2) 기술체계
드론의 기술체계는 비행체, 추진동력, 비행·임무제어, 데이터링크, 지상통제, 소프트웨어 융합, 교통·공역 관리 등 7개 기술로 구성된다. 드론 기술은 항공기 기술인 비행체, 비행제어, 관제기술 등을 포함하고 있으며, 항공기 기술의 축소판이라 할 수 있다.
 

 

3) 드론 핵심 기술

비행제어시스템
비행제어시스템은 드론의 안전한 비행과 임무 수행을 위한 비행제어 기술로서, 드론의 두뇌 역할을 한다. 고신뢰성과 안정성을 보장할 수 있는 하드웨어 및 소프트웨어로 구성되어 있으며, 비행제어시스템의 System-On-Chip으로 소형화 및 고성능화를 구현했다. 또한 다양한 탑재장비 및 센서, 데이터링크 장비와의 인터페이스 기능을 제공한다.


추진동력 기술
추진동력 기술은 드론의 사용목적 및 환경 등에 최적화된 추진동력 체계 기술로서, 친환경·고성능·고효율 동력원 개발이 진행되고 있다.
추진동력 기술에는 ▲드론에 특화된 소형경량 추진동력 기술 ▲고고도 장기체공(High Altitude Long Endurance : HALE)을 위한 태양전지, 수소연료 엔진 등 추진동력 기술 ▲내연기관, 태양전지, 연료전지 등을 조합한 하이브리드 동력 기술 ▲장시간 비행을 위한 고성능 배터리 기술 등을 포함된다.

소형 드론은 주로 리튬이온폴리머 배터리와 모터를 추진동력으로 사용하며, 모터의 종류에 따라 전기속도제어기(Electronic Speed Controller, ESC)를 장착한다.

 

탑재장비·센서 기술
드론은 다양한 탑재장비와 센서를 통합한 집합체라 할 수 있으며, 최근 센서의 성능 향상과 가격 인하가 드론의 대중화를 이끈 요인 중 하나이다.
탑재장비·센서 기술에는 ▲GPS(Global Positioning System), INS(Inertial Navigation System), ADS(Automatic Dependent Surveillance) 등 항법 관련 센서의 소형경량 기술 ▲3차원 공간정보 획득 및 장애물 탐지용 소형 LADAR(Laser Detection And Ranging) 기술 ▲EO(Elector-Optical), IR(InfraRed), 멀티스펙트럼 카메라 등의 탑재장비 기술이 포함된다.
더불어 소형 드론은 각속도를 측정하는 자이로센서(Gyroscope), 중력가속도를 측정하는 가속도 센서(Accelerometer), 방위를 측정하는 지자기센서(Magnetometer), 고도를 측정하는 기압센서(Barometer) 등의 센서를 장착한다.

 

자율비행 및 충돌회피 기술
자율비행 및 충돌회피 기술은 드론이 지정된 목적지까지 비행하는 동안 다른 물체를 탐지하고 회피하는 기술이다.
자율비행 및 충돌회피 기술에는 ▲3차원 지도 기반의 운행 경로에 따라 자율 비행하는 기술 ▲주변 상황 인식 센서와 비행제어 소프트웨어의 장애물 충돌회피 기술 ▲유인기의 조종사 역할을 대신할 수 있는 비협조적 충돌회피 기술 ▲기체 고장 및 비행환경 변화에 스스로 안전하게 대처하는 기술 등이 포함된다.
자율비행 및 충돌회피 기술은 드론 선진국에서도 아직 완성하지 못한 기술로서, 드론뿐만 아니라 자율주행차와 같은 무인이동체를 구현하기 위해서도 필수적인 공통 기술이다.

 

데이터링크 기술
드론의 데이터링크 기술은 제어 데이터와 정보 데이터를 송수신하기 위한 무선통신 기술이다.
데이터링크 기술에는 ▲비행 및 임무 제어 데이터, 임무 정보 데이터 등을 송수신하기 위한 양방향 통신 기술 ▲유효성, 신뢰성, 통합성을 보장할 수 있는 소형경량 통신시스템 기술 ▲ 무선주파수(Radio Frequency, RF), LTE 등 무선통신 적용 기술이 포함된다.
향후 드론을 국가공역 내에서 운행할 수 있도록 데이터링크 기술의 고신뢰성 확보 방안과 표준화에 대한 연구가 진행되고 있다.

 

3. 국내·외 드론 개발 동향

 

1) 군수용 드론

군수용 드론 기술은 미국과 이스라엘이 우위에 있으며, 미국은 전략급 드론에서, 이스라엘은 전술급 드론에서 축적된 기술을 보유하고 있다.

 

미국

고성능·다기능 무인기를 개발할 수 있는 세계 최고의 드론 기술력을 확보하고 있고, 소형 드론에서 고고도 장기체공 대형 드론까지 다양한 드론을 개발해 활용하고 있다. 또한 최근 스텔스 기능의 드론을 실전배치했으며, 수소연료 드론을 개발하고 있다.

 

이스라엘

양호한 항공전자 기술을 기반으로 전술급 드론에서 우수한 기술력을 보유하고 있다. 미국이 고성능 중·대형 드론 개발에 중점을 두는 반면, 이스라엘은 중고도 이하의 저비용·고효율 드론 개발에 중점을 두고 있다.

 

유럽

EADS社, Dassault社 등 체계통합 업체와 Rolls-Royce社 등 엔진 업체, Thales社등 항공전자 업체를 보유하고 있으며, 이러한 업체를 기반으로 우수한 임무장비 개발능력을 확보하고 있다. 또한 공동의 드론 플랫폼을 사용해 무인정찰기 등을 통합 개발함으로써 드론 개발의 효율성을 높이고 있다.

 

중국
소형 드론부터 스텔스 기능의 대형 드론까지 개발할 수 있는 역량을 보유한 것으로 알려져 있다.


일본
양호한 드론 관련 부품기술을 확보하고 있지만, 최근에 정찰용 드론 시제기를 시연할 정도로 체계 통합 기술단계가 다소 낮은 상황이다.


한국
소형부터 중고도급까지 운용할 수 있는 드론을 자체 생산할 수 있으나, 고성능 센서, 추진동력, 항공전자 등 핵심부품이 선진국 대비 열위이다.

 

2) 민수용 드론
민수용 드론 기술은 인증 및 운행 정책 등 제도적 인프라가 미흡하고, 자율비행 및 충돌회피 등의 기술이 불완전한 상황이므로 아직까지 취미용 및 제한적인 상업용으로 활용되고 있다.

 

미국
- 3D Robotics社는 민수용 시장을 처음 연 기업으로써, 오픈소스 기반의 아두이노(Arduino) 플랫폼을 바탕으로 한 제품을 개발했다.
- Google社는 '14년 드론 제조사인 Titan Aerospace社를 인수했고, 통신서비스 제공을 위한 룬(Loon) 프로젝트를 추진 중이다.
- Facebook社는 '14년 드론 제조사인 영국 Ascenta社를 인수했고, 인터넷 서비스 제공을 위한 태양전지 드론인 아퀼라(Aquila)를 개발했다.
- Amazon社는 프라임에어라는 드론 택배 서비스를 준비하고 있으며, 400ft(122m)이하 공역에 대한 드론 길인 슈퍼하이웨이를 제안했다.


유럽
- 프랑스 Parrot社는 스마트폰 앱과 연계해 조종이 가능한 드론을 세계 최초로 출시했다.
- 리눅스재단은 '14년 3D Robotics社, 퀄컴社, 바이두社, 인텔社 등 1,200개 이상 업체가 참여하는 드론코드 프로젝트를 추진했다.


중국
- DJI社는 드론 관련 특허를 가장 많이 보유하고 있고, 세계 민수용 시장의 약 70%를 점유하고 있다.
- 이항社는 '16년 CES에 유인 드론 이항184를 세계 최초로 선보였다.
- 샤오미社는 최근 뛰어난 가성비의 MI드론을 출시했다.


일본
- 야마하발동기社는 '87년 농업방제 무인헬기 R-50을 개발해 '91년부터 농가에 보급하고 있다.
- 소니전자社는 로봇 벤처 ZMP社와 합작해 Aerosense社를 설립하고, 드론 시장에 진출했다.


한국
- (주)엑스드론은 상업용 드론을 개발하고 있으며, 국립산림과학원의 산불진화 시범사업 등 다양한 국책과제를 수행했다.
- 유콘시스템(주)는 고정익 군수용 드론뿐 아니라, 영상촬영, 농업방제 등을 위한 상업용 드론을 개발했다.
- 항공우주연구원은 활주로가 필요 없고, 어느 곳에서나 운용이 가능한 수직이착륙(Vertical Takeoff and Landing, VTOL) 무인기를 세계에서 2번째로 개발했다.

 

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저자 이성엽 KDB산업은행 기술평가부

이성운 기자
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