무시무시한 무인기?! 진짜 정체를 밝혀라!

일반 레이더에 감지되지 않는 구역인 고도 2만 m를 유유히 날며 성층권에서 지구를 샅샅이 내려다본다. 인터넷 회선이나 인프라가 구축되지 않은 사막이나 오지 상공을 떠다니며 무선 인터넷 신호를 송출한다. 그런가 하면 피자를 주문하자 배달부가 오지 않고 꽉 막힌 교통 상황을 피해 정확한 시간에 집 앞에 피자를 내려다 놓는다.

이 모든 것을 해내는 것은 무인 항공기(무인기)다. 최근 서해 백령도와 경기 파주시에서 북한의 것으로 확인되는 무인기가 잇따라 발견돼 떠들썩하면서 무인기에 대한 관심이 높아졌다.

이번 사태로 국내에서 무인기에 대한 관심이 높아졌지만 2000년대 초부터 아프가니스탄 전쟁에서 위력을 발휘하며 세계적으로 무인기에 대한 기술 개발 경쟁이 이미 치열한 상태다. 정찰이나 정밀한 타깃 공격 등 군용뿐만 아니라 재난재해 감시, 테러 현장 침투, 택배와 같은 다양한 목적에 따라 운용된다. 이에 따라 전 세계 51개국이 무인기를 개발하고 있으며 운용 중인 무인기도 이미 150종을 넘었다.

가장 앞선 기술력을 자랑하는 미국이 운용하는 군용 무인기 비율은 2005년 5%에서 2010년 41%로 크게 늘어났다. 항공 우주 관련 연구 기관인 틸 그룹(Teal Group Corp.)은 2023년 전 세계 무인기 시장 규모가 890억 달러(약 93조 원) 수준으로 성장할 것이라는 전망을 내놨다.

■ 무선 컨트롤 시스템에서 위성 통신 중계까지

무인기 조종 원리는 리모컨으로 조종하는 모형 자동차나 모형 비행기와 기본적으로 같다. 최근 방송 프로그램이나 스포츠 중계에서도 하늘에서 내려다보는 것과 같은 영상을 만나볼 수 있다. 이전에는 카메라 기자가 헬기를 직접 타 영상을 찍었지만 지금은 방송용 카메라를 무인기에 부착하는 ‘헬리캠’이 보편화되고 있다.

이런 소형 무인기는 무선 컨트롤 시스템을 이용한다. 특정 주파수의 전파 신호를 리모컨이 보내면 자동차나 비행기가 이 신호를 수신해 프로그램 된 대로 작동하는 방식이다. 조종할 수 있는 거리가 대략 수백 m에서 1km 정도에 그친다.

하지만 수백 km 이상 활동 반경을 넓히는 군용 무인기는 이야기가 달라진다. 위성 통신 중계를 이용하는 것이다. 지상 통제소에서 위성으로 신호를 보내면 위성이 중계 역할을 해 무인기에 신호를 전달하는 방식이다.

그래서 보통 항공기의 조종석이 있는 위치에 무인기는 광대역 위성 안테나가 자리 잡고 있다. 이 안테나가 받은 신호를 무인기 내 컴퓨터가 분석해 무인기를 자동으로 작동시킨다.

무인기가 자신의 위치를 인식할 때는 위성 위치 확인 시스템(GPS) 신호를 활용하는데, 이 때문에 2011년 12월 미국의 무인기 ‘센티넬(RQ-170)’을 이란이 포획했다고 주장하는 사건이 발생하기도 했다. 당시 이란 측은 지상에서 GPS 신호를 똑같이 쏴 무인기가 자신의 위치를 착각하게 만드는 ‘GPS 스푸핑’ 기술을 이용해 빼앗았다고 주장했다.

■ 무인기 ‘팔방미인’으로 진화

무인기는 군용으로 활용되기 시작했다. 현재 전장에서 임무 수행 능력이나 성능이 가장 검증된 것으로 평가받는 미국의 ‘글로벌호크(Global Hawk)’는 지상으로 전파를 발사한 뒤 지표면의 굴곡이나 물체에 반사된 전파를 받아 영상을 만드는 합성 개구 레이더(SAR)를 비롯해 가시광선, 적외선을 식별할 수 있는 센서가 모두 달려 있다. 지상에 있는 30cm 크기의 물체를 구별할 수 있을 정도로 촘촘히 감시한다. 이와 함께 지상에서 움직이는 타깃만을 찾는 모드도 작동시킬 수 있어 더욱 위력적인 것으로 평가받는다.

정찰용 무인기가 위력적인 이유는 고도 500km에 떠있는 정찰 위성보다 더 뛰어난 정찰 능력 덕택이다. 위성은 지구 궤도를 돌기 때문에 한 곳을 24시간 실시간 감시하기 어렵다. 반면 무인기는 비행시간만 허락한다면 특정 지역을 지속적으로 들여다볼 수 있다.

군용으로 출발한 무인기는 이제 팔방미인이 되고 있다. 인터넷 유통 업체 아마존은 지난해 12월 최대 2.3kg 무게의 짐을 싣고 최대 16km 떨어진 지역까지 물품을 배송하는 무인기를 선보였다. 피자 업체 도미노나 세계적 물류 기업인 DHL도 무인기를 활용한 배송을 준비하고 있다.

테러 현장이나 기상 관측이나 재난 재해 감시에도 무인기는 폭넓게 활용된다. 2011년 동일본 대지진으로 후쿠시마 원전 방사능 물질 누출 사태에서도 글로벌 호크는 원전 시설에 접근해 적외선 카메라로 원전 내부와 온도 등 필수적인 정보를 파악했다. 미국의 AAI 사가 만든 무인기 ‘에어로손데(Aerosonde)’는 허리케인 내부에 접근해 기상 자료를 수집하는 데 성공하기도 했다.

세계 최대 인터넷 기업 페이스북은 무인기와 인공위성 등을 이용해 사막과 같은 오지에서도 인터넷을 할 수 있도록 하는 기술을 개발 중인 것으로 알려졌다. 마치 무인기가 와이파이 공유기와 같은 역할을 하는 것이다.

■ 가장 공을 들이는 기술은 체공 시간

미래 무인기 개발에 가장 공들이는 부분은 연료 문제 해결이다. 고고도(高高度, 지상 7,000에서 10,000m쯤의 높이) 첨단 무인기의 활동 고도는 성층권이기 때문에 산소가 희박해 연료 효율이 떨어진다. 중저고도 무인기도 임무를 지속하기 위해서는 얼마나 오래 떠있을 수 있느냐가 관건이다.

수소 연료 전지가 우선 대안으로 떠오르고 있다. 미국 보잉 사의 ‘팬텀 아이(Phantom Eye)’나 에어로바이론먼트(AeroVironment) 사의 ‘글로벌 옵서버(Global Observer)’가 모두 수소 연료 전지 모터를 사용해 4일 이상 떠 있을 수 있지만 아직 작전 수행 능력은 물음표다. 영국 방위 산업체 키네틱 사의 무인기 ‘제퍼(Zephyr)’가 지난 2010년 7월 14일 21분 연속 비행한 기록을 가지고 있다.

때문에 태양 전지를 날개에 달아 태양열 에너지를 이용하는 무인기도 나왔다. 미국 에어로바이론먼트 사의 ‘헬리오스(Helios)’다. 떠있는 상태에서 연료를 채우는 공중 급유 무인기도 경쟁적으로 개발되고 있다.

궁극적으로는 조종하는 사람의 의중까지 읽을 수 있는 ‘인공지능’ 무인기가 2030년대에 나올 것으로 예상된다. 미국 고등방위연구계획국(DARPA)은 무인기끼리 서로 통신하며 편대 비행 임무를 수행할 수 있는 인공 지능 무인기 개발 로드맵을 세워놓았다.

우리나라의 무인기 기술은 아직 걸음마 수준이다. 한국항공우주연구원 스마트무인기사업단을 중심으로 수직 이착륙과 고속 비행이 가능한 무인기 개발에 성공했고, 현재 저중고도(6~18km)에서 운용하는 무인 정찰기와 타격기 개발을 검토하는 것으로 알려졌다.

글 : 김민수 과학칼럼니스트

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[FUTURE] 신재생에너지, 준비하는 만큼 돈 번다!

 

2013년 KISTI의 과학향기에서는 올 한 해 동안 매월 1편씩 [FUTURE]라는 주제로 미래기술을 소개하는 코너를 마련했습니다. 칼럼에서 언급된 미래기술은 KISTI에서 발간한 <미래기술백서 2013>의 자료를 토대로 실제 개발 중이며 10년 이내에 실현 가능한 미래기술들을 선정한 것입니다.
미래기술이 상용화 된 10년 이후 우리의 생활이 어떨지, 또 이 기술들로 인해 우리 사회가 어떻게 변할지를 이야기로 꾸며 매월 셋째 주 월요일에 서비스할 예정입니다. 과학향기 독자 분들의 많은 관심 부탁드립니다.



2023년, 10월 각 기업의 경영전략실은 비상이 걸렸다. 10월로 예정돼 있는 탄감에 대비해야하기 때문이다. 탄감이란 정부에서 탄소를 배출하는 기업들에 대해 대대적으로 실시하는 감사를 말한다. 여기서 탄소 배출 기준을 지키지 못한 기업은 막대한 벌금을 물거나 영업정지 같은 엄격한 제재를 당하므로 기업들이 바짝 긴장하지 않을 수 없다.

우리나라는 2012년 5월 ‘온실가스 배출권 거래 및 할당에 관한 법률안’이 국회에서 통과돼 2015년부터 기업별로 온실가스 배출 허용량을 정한 뒤, 이를 초과한 기업은 초과한 양만큼 배출권을 사야 한다. 반대로 할당량보다 온실가스를 덜 발생시킨 기업은 그만큼 배출권을 팔 수 있다.

철강회사 (주)만만디 경영전략실의 최미적 부장은 요즘 좌불안석이다. 하루 종일 전자계산기를 두드려 보지만 답이 보이지 않는다. (주)만만디는 값싼 철광석을 수입․가공해 부가가치가 높은 제철, 제강 제품을 만들어 전 세계에 수출하는 기업으로, 창사 이래 한 번도 불황을 겪어보지 않은 내실이 튼튼한 기업이었다. 그런데 몇 년 전부터 상황이 녹록치 않다. 온실가스 배출권을 너무 쉽게 보고 별 준비를 하지 않았는데 그게 부메랑이 되어 돌아온 것이다.

철광석을 녹이는 데는 엄청난 화석에너지가 들어간다. (주)만만디는 정부가 정한 온실가스 배출 허용량을 매년 초과해서 쓰고 모자란 것은 다른 기업들로부터 구입해서 써왔다. 그런데 몇 년 전부터 온실가스 배출권을 팔려는 기업들이 사라졌다. 자기들 쓰기에도 모자라는 상황이 된 것이다. 그렇게 되자 온실가스 배출권 값이 천정부지로 뛰어올라 (주)만만디 영업이익은 몇 년째 가파르게 떨어지고 있다. 최 부장은 왜 미리 이런 사태를 예측하지 못했는지 땅을 치며 후회해 보지만 이미 때는 늦었다.

건설자재를 제조하는 중견기업 (주)미리미리의 경영전략실 신미리 부장은 콧노래가 절로 난다. 이런 사태를 예상하고 틈틈이 신재생에너지로 대체해 왔기 때문이다. 건설자재를 만드는데도 석탄, 석유 등 많은 화석에너지가 필요하다. 그렇다고 한꺼번에 신재생에너지로 대체할 수는 없다. 처음 설치비가 많이 들기 때문이다.



신재생에너지란 액화석탄, 수소에너지 등‘신에너지’와 동식물의 유기물, 햇빛, 바람, 물, 지열 등을 이용한 ‘재생 가능한 에너지’를 통합해 지칭하는 말이다. 우리나라에서는 8개 분야의 재생에너지(태양열, 태양광발전, 바이오매스, 풍력, 소수력(산간벽지의 작은 하천이나 폭포수의 낙차를 이용한 발전), 지열, 해양에너지, 폐기물에너지)와 3개 분야의 신에너지(연료전지, 석탄액화가스화, 수소에너지)를 신재생에너지로 규정하고 있다.

신 부장이 주목한 것은 첫 번째로 투명 태양전지¹⁾였다. 투명 태양전지를 건물의 유리창에 설치하면 유해한 자외선을 차단하는것은 물론 전기까지 생산할 수 있다. 두 번째는 태양광으로 물을 분해하는 수소제조기술²⁾, 세 번째는 공중풍력발전기³⁾였다. 이렇듯 태양에너지, 수소에너지, 풍력에너지를 이용해 기업에 필요한 에너지를 충당했으며, 점차 신재생에너지의 비중을 높여왔다.

처음에는 설치비가 비싸고 효율이 낮다고 반대하는 목소리가 많았지만 현재는 회사 전체 에너지 비용을 아끼는 것은 물론, 남는 온실가스 배출권을 고가에 팔아 높은 수익을 거두고 있다. 이런 성과로 (주)미리미리는 올해 신 부장에게 임직원들의 최고 영예인 ‘미리미리 대상’을 수여했다. 내년 임원 승진도 따 놓은 당상이다.

공로상 수상 소감으로 신 부장은 “이런 큰 상을 받을지 꿈에도 생각 못했다. 단지 지구온난화로 병들어 가는 지구를 살리기 위해 나부터 동참해야겠다는 작은 꿈을 실천한 것뿐이다.”고 말했다.

한 사람의 작은 실천이 회사도 살리고, 지구도 살림 셈이다.

글 : 정영훈 과학칼럼니스트

[각주-미래 기술]

1) 투명 태양전지는 건물의 유리창 등에 설치하여 유해한 자외선을 차단하면서 전기까지 생산할 수 있는 투명 태양전지로서 빛에 반응하는 염료 분자와 티타늄 산화물을 이용해 만드는 것으로, 입사각이나 온도가 변화해도 효율에 미치는 영향이 실리콘 태양전지보다 훨씬 덜 민감하여 효율성을 유지할 수 있다. 국내에서는 삼성SDI와 KAIST가 공동으로 건물 일체형 투명 태양전지를 개발․발표하였다. 기술 예상 실현 시기 1~2년 후.

2) 태양광으로 물을 분해하는 수소제조기술 : 태양광을 에너지원으로, 물을 원료로 수소를 생산하는 기술로 태양전지를 이용하여 전기를 생산한 후 물의 전기 분해를 통해 수소를 생산한다. 이 기술로 인해 수소에너지의 상용화를 앞당길 수 있을 것으로 예상. 기술 예상 실현 시기 5~6년 후.

3) 공중풍력발전기 : 원통 모양의 내부에 다른 기체보다 가벼운 헬륨가스를 채운 후 하늘에 띄워, 중심에선 바람의 힘으로 돌아가는 프로펠러가 전기를 생산하여 헬륨 튜브를 묶은 선을 통해 땅으로 전달하는 공중풍력발전기. 지상의 풍력발전시스템보다 더 큰 에너지를 얻을 수 있으며 또한 하늘에 떠있기 때문에 자연경관도 손상시키지 않고 소음도 거의 없을 것으로 기대된다. 기술 예상 실현 시기 3~4년 후.

참고 : <KISTI 미래백서 2013>
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