드론(9) : 우주 및 수중 분야

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⑧ 우주 및 수중 분야

보잉 777 점보기보다 날개 길이가 더 긴 74m에 이르는 대형 무인(無人) 항공기가 등장했다. 그러나 이들은 초경량 탄소섬유로 동체를 만들어 무게는 스와치가 만든 경차 스마트보다 가볍다. 특히 태양전지로 동력을 얻어 중간에 연료를 공급할 필요없이 수개월씩 연속 임무가 가능하다.

초대형 태양광 무인기 드론을 지구 관측에서 인공위성을 대체할 수단으로 활용하기 위해서다. 지구 상공 20㎞의 성층권에서 활동하는 태양광 드론은 위성보다 고도가 낮아 지상을 더 자세히 관측할 수 있다. 인터넷 중계와 환경 감시도 가능하며 또 위성은 특정 장소를 하루에 한 번 지나가지만 태양전지 드론은 하루 종일 같은 곳을 관측할 수 있다. 기구(氣球)나 항공기는 기류의 영향을 많이 받지만 태양광 드론이 활동하는 성층권은 구름 위에 있어 그런 문제도 없다.

태양전지 드론이 이 분야에서 급성장하는 이유는 기능이 위성과 비슷하면서도 제작 발사 비용은 위성의 80분의 1 수준인 500만 달러에 지나지 않기 때문이다.

보잉 항공기의 자회사인 오로라 플라이트 사이언스는 성층권을 비행할 수 있는 태양광 드론 '오디세우스'를 개발했다. 동체와 날개에 붙은 박막형 태양전지가 낮에 전기를 생산해 배터리에 충전하면 햇빛이 없는 밤에도 비행할 수 있다. 이들은 대기 연구에 투입되는데 위성처럼 높은 곳에서 넓은 지역을 관측하면서도 항공기처럼 원하는 곳으로 쉽게 이동할 수 있기 때문이다.

 

NASA태양광드론(헬리오스)

벨기에 우주항공연구소의 프레데릭 택 박사는 드론으로 스모그를 유발하는 이산화질소 오염 정도를 분석할 수 있다고 발표했다. 기존 인공위성은 고도가 높아 대기오염을 가로세로 각각 3.5㎞, 7㎞ 정도의 해상도로만 분석할 수 있었는데 태양전지 드론은 해상도가 500m에 수개월 연속 임무가 가능해 비용 대비 성능이 훨씬 우수하다는 것이다.

보잉이 태양전지 드론 분야에 뛰어들자 프랑스 우주항공 업체 에어버스도 이 분야에 뛰어 들었다. 이들이 개발한 태양전지 드론 '제퍼S'는 2019년 23시간57분의 최장 연속 비행 기록을 세웠다. 제퍼S는 날개 길이가 25m이지만 경량 탄소섬유로 만들어 전체 무게는 75㎏에 불과했다. 소형 항공기와 비슷한 크기면서도 무게는 항공기 좌석 두 개 정도밖에 안 된다.

에어버스는 페이스북과 함께 제퍼S로 인터넷 중계 서비스를 추진한다. 페이스북은 자체 개발한 태양전지 드론 '아퀼라'로 인터넷 서비스를 시도했지만 시험 과장에서 잇달아 문제점이 발견되어 사업을 접었는데 에어버스와 제휴하여 사업을 추진한다는 것이다.

드론이란 개념이 항공 분야에만 활용되는 것은 아니다.

미 해군이 개발한 무인 전투선박도 드론이다. 정찰용인 3m 길이에 카메라가 장착된 X-클래스는 ‘제트스키 로봇’과 모습이 비슷했다. 7m 길이로 잠수기능과 장착된 중화기가 특징인 무인 전함 X-클래스는 길이 11m로 적진 침투 및 특공대 수송, 정찰 등을 수행하며 중화기 및 어뢰가 장착되어 있다. 최대 속도는 35노트, 48시간 연속 항해가 가능해 대테러 작전 및 비정규 전투, 잠수함 수색 등 다양한 활동에 투입되고 있다.

잠수함이나 잠수정 같이 바다 속을 다니는 배들이 수면 위로 올라오는 이유는 탑승하고 있는 사람 때문인데 드론 잠수정은 사람이 탑승하지 않아 장시간을 수중에서 누빌 수 있다. 특히 잠수정 조종 요원들은 사무실에 앉아서 원격으로 수중 격납고에서의 발진은 물론, 잠항 및 회항과 같은 모든 잠수 업무를 조종할 수 있다. 또한 태양광 배터리 충전을 위해 스스로 수면 위에 떠오르거나, 바람이 부는 것을 감지하여 돛대를 펼칠 수 있는데 드론 잠수정의 특징은 수심 200m까지 내려가 잠항할 수 있다는 점이다.

 

록히드마틴사 무인잠수정 오르카

미국이 개발하는 ‘수중 드론’은 길이가 무려 132피트(약 40m)나 된다. 이 수중드론은 수천 마일 밖에서도 적의 잠수함을 탐지할 수 있는데 무인선의 운용 비용은 약 2,000만 달러에 불과해 수십억 달러가 드는 유인 함정에 비해 훨씬 경제적이다.

드론과 수중 드론의 가장 큰 차이점은 드론이 무선으로 작동하는데 반해 수중 드론은 '선(tether)'에 의해 ‘부표(buoy)’와 연결되어 있다는 점이다. 전파는 물을 통과하기 어렵기 때문에 선을 통해 부표에 탑재된 와이파이 휴대폰이나 노트북에 데이터를 전송한다. 소비자는 수중 드론의 수중 도달 거리에 따라 선의 길이를 선택해 주문할 수 있다. 화이트 샤크는 다이버가 센서 등 장비를 착용할 경우 '선' 없이도 작동 가능하다.

미 해군의 드론 활용 개발은 계속되어 2014년 8월 미국 버지니아주에서 무인 보트 13척을 동원해 함정 호위 시험을 했다. 미 해병대는 상륙전에 사용할 무인 군집 상륙돌격장갑차, 미 육군은 자율주행 차량 여러 대로 이뤄지는 지상 군집 로봇도 개발하고 있다.

수중 드론으로 바닷 속 사진을 찍고 이를 기반으로 3차원(3D) 해저 지형도도 만든다. 한국의 포스텍 창의IT융합공학과 유선철 교수팀은 센티미터(㎝) 수준의 정밀한 이동이 가능한 수중 드론 ‘싸이클롭’(Cyclops)을 3D 해저 지형도와 실사 모형 제작에 활용한다. 가로ㆍ세로ㆍ높이 각 1〜1.5m 크기의 사이클롭은 위아래와 앞뒤, 좌우 등에 모두 8대의 추진기를 달아 미세한 거리도 정확하게 이동할 수 있다. 무게(약 210㎏)도 부력과 같게 맞췄기 때문에 마치 무중력 상태인 우주에서 유영하는 것처럼 움직인다. 덕분에 해저 지형에 대한 근접 정밀 촬영이 가능하다. 사이클롭은 지각 움직임이나 생물 활동 영향으로 일어나는 해저환경 변화 조사, 해저터널 같은 인프라 건설, 군사 목적 등에 효과적으로 응용된다.

잠수함이나 잠수정만 무인 즉 드론으로 작동되는 것은 아니다. 한마디로 해상운송에서도 모빌리티 혁명이 추진 중인데 영국 조사기관 <클레덴스리서치>는 2025년 자동운항선 시장 규모를 2018년보다 25배 늘어난 788억달러로 전망했다. 영국 <롤스로이스>는 2018년 단거리 훼리의 자동운항 시험에 성공했고 노르웨이의 야라인터내셔널도 컨테이너선을 자동으로 운항 중이다.

 

무인스텔스 연안전투함

일본도 40개 기업이 공동으로 원격선박 조종시험에 성공했다. 일본은 2025년까지 자동운항선 실용화를 내걸고 2040년까지 내항선의 절반을 무인화한다는 계획이다. 고령화와 인력 부족 등 어려움이 많은 일본의 수송업계가 도출한 아이디어로 선박의 무인 운항은 관광과 방재 등에도 유리하다는 설명이다.

한국도 <삼성중공업>이 거제조선소 인근 해상에서 무게 300t급 선박을 원격 자율로 운항하는 데 성공했다. 한국은 자동화 기술을 활용한 스마트항만 구축사업도 추진하고 있다. 자동운항선박과 자율주행 트럭, 자동 크레인 등을 이용해 항만으로 컨테이너를 들여오고 내보내는 전 과정을 자동화하겠다는 뜻이다.

드론은 계속 업그레이드되고 있다. 드론이 사람의 손짓에 따라 움직이는 기술도 개발되었다. 방법은 간단하다. 드론에 탑재된 카메라가 사람의 얼굴과 손을 인식해 손짓을 따라 움직이는 ‘팜 콘트롤’ 기술이 장착된 것이다. 이런 기술이 장착되자 가격도 파괴적 수준으로 떨어졌다. 미국 고프로의 ‘드론 카르마’는 액션 카메라를 장착했는데 공중에 떠서도 흔들림 없이 고화질의 동영상을 20여 분이나 촬영할 수 있다. 이 제품의 가격은 1,500달러 정도로 노트북 한 대와 비슷하다.

 

경성대 오승환 박사는 드론 조정이 편리해진데다 휴대하기도 편리하여 스마트폰처럼 웬만한 성인들이 모두 드론 한 대씩 갖는 시대가 조만간 올 것이라는 예측도 있다. 드론의 보급이 이처럼 활성화될 수 있는 것은 깜깜한 길에서는 불을 밝혀주고, 등산을 하다가 조난이 됐을 땐 내비게이션으로 길을 알려주는 것과 같은 효과를 얻을 수 있기 때문이다.