군사용 넘어 상업용으로 확산…배터리 성능·무게 개선 ‘과제’

[한경비즈니스=김태헌 기자] 드론의 역사는 생각보다 오래됐다. 약 1910년대부터 군사용 무인 비행체에 대한 기본적인 연구가 시작됐고 초창기 미사일 타격 연습용으로 사용돼 왔다.

이후 항공정찰이나 지상 폭격 등의 목적으로 쓰임새가 확대됐다. 드론이 본격적으로 군사용 목적으로 쓰인 것은 이스라엘이 1973년 개발한 디코이(Decoy)를 사용하면서부터다. 이스라엘은 드론을 활용해 이집트의 미사일 기지를 파괴하는 성과를 거뒀다.

이후 이스라엘은 1982년 스카우트(Scout)를 개발해 시리아 미사일 기지를 파괴하기도 했다. 이스라엘의 공격형 드론이 등장하기 전까지 드론은 상대방 진영을 탐색하거나 적의 움직임을 파악하는 수준이었다.

군사 대국인 미국도 자국 군인들의 인명 손실을 막으며 적을 타격할 수 있는 드론의 장점에 주목했다. 미국은 2000년대 중반부터 군사용 드론을 적극 활용하고 있고 지난 3월 5일에도 소말리아 무장 조직을 공격해 조직원 150명을 사살하기도 했다. 이처럼 드론의 첫 등장은 군사용이 목적이었고 여전히 전체 드론 규모의 90%는 군사용으로 사용된다.

드론의 사전적 의미는 ‘벌이 윙윙거린다’는 데서 유래했다. 현재는 조종사가 탑승하지 않고도 지정된 임무를 수행할 수 있도록 제작된 비행체를 통틀어 드론이라고 부른다. 국내에서는 넓은 의미로 ‘사람이 탑승하지 않는 항공기’를 드론이라고 정의하고 있다.

여기에는 전파를 이용해 원격으로 조종하는 RC, 사람이 탑승하지 않는 UAV, 원격으로 조종하는 RPA 등도 포함된다.

◆초기에는 사격용 목표물로 활용

최첨단 기술 집약체인 드론의 진화가 급격히 빨라지고 있다. 지난 3월 1일 드론 분야 세계 1위 기업인 중국 DJI는 인공지능 시스템이 탑재된 ‘팬텀4’를 공개했다. 이번에 선보인 팬텀4는 세계 최초로 인공지능을 더한 피사체 감지 시스템을 탑재했다.

팬텀4는 DJI를 대표하는 팬텀 시리즈 후속 모델로 장애물 감지 시스템, 피사체를 추적하는 ‘액티브 트랙’, 터치만으로 비행과 조종이 가능한 ‘탭 플라이’ 등의 기능이 있다.

장애물 감지 시스템은 드론 비행 중 자체적으로 장애물과의 충돌을 방지해 자동 운항하는 기능으로, 최근 무인 자동차에 탑재된 기능과 유사하다. 또 액티브 트랙 기술은 사용자가 스마트폰과 태블릿PC 등을 통해 특정 물체를 인식시키면 이를 추적, 촬영하는 기능이다.

이 기능을 이용하면 조깅하는 사람이나 자전거를 탄 사람을 드론 스스로가 따라다니며 촬영할 수 있다. 여기에 목적지를 촬영하고 출발 장소로 되돌아오는 홈기능까지 더해졌다.

이처럼 최신 성능을 갖춘 드론이지만 드론의 최초 탄생은 사격용 목표물로서의 가치에 지나지 않았다. 초기 드론은 표적 드론, 정찰 드론, 감시 드론, 다목적 드론 등 군사용으로 사용됐고 그 활용도 보잘것없이 작았다.

◆상업 분야에서 농업용 비중 높아

현재 드론은 군사용과 상업용 등 크게 2개로 용도가 구분된다. 상업용에는 농업용·여가용 드론 등이 있고 비행 형태로의 구분은 고정익과 회전익 드론으로 나눌 수 있다. 이들 드론은 쓰임새는 물론 비행기법과 크기·무게 등이 모두 다르다.

드론 중 군사용에 이어 가장 높은 비율을 차지하는 드론은 농업용 드론이다. 농업용 드론은 농약을 싣고 스스로 논밭을 파악해 자동 방제 작업을 펼친다.

최근 출시되고 있는 농업용 드론은 지금까지 사람이 직접 농약 살포 지역에서 수동 조작해야 했던 것과 달리 인공지능이 탑재됐다. 예를 들면 스마트폰 등으로 농약 살포 지역을 지정해 주기만 하면 농약을 살포하고 농약이나 배터리 등이 다하면 스스로 출발 지점으로 돌아오기도 한다. 사람의 역할은 단지 농약을 보충하고 배터리를 교환해 주는 일 뿐이다.

드론의 농업 사용 확대는 국내뿐만 아니라 국제적 추세다. 한국보다 드론 활용에 적극적인 일본은 20여 년 전부터 농업용 드론을 개발해 2013년 농촌 지역 드론 보급 대수가 2500대를 넘어섰다.

미국도 농산물 작황 점검이나 가축 이동 추적 등에 드론을 활용하고 있고 유럽연합(EU)은 영농 규모 확인에, 프랑스는 포도주 과잉생산을 막기 위한 포도나무 제거에 드론을 활용 중이다.

◆회전익 드론이 안정성 뛰어나

드론은 농업용뿐만 아니라 최근에는 인명 구조용과 우범지대 감시 같은 역할에도 사용되고 있다. 구조용 드론은 군사용이나 농업용 드론에 비해 기술적 초기 단계지만 드론을 활용한 구조가 정착되면 익사 사고 등에서 ‘골든 타임’을 확보할 수 있는 확률이 더욱 높아질 것으로 보인다.

드론의 종류는 크게 고정익과 회전익으로 나뉜다. 쉽게 말해 고정익은 고정된 날개를 가진 일반적 비행기 모양의 드론을 말하고 회전익은 회전하는 여러 날개를 가진, 우리가 흔히 생각하는 드론을 떠올리면 된다.

고정익 드론은 일반 비행기 모습과 같기 때문에 비행 방식도 비행기와 유사해 전진만 할 수 있다. 무선으로 조종하는 RC 모형 비행기가 고정익 드론의 대표적 모습이다.

회전익 드론은 보통 4개에서 8개 정도의 로터가 달렸고 앞뒤 상하로 이착륙할 수 있다. 최근 상업용 드론의 대부분은 비행 안전성과 한 장소에 오래 머무를 수 있다는 장점 등을 이유로 대부분이 회전익 드론을 채택하고 있다.

비행 기법이 다르기 때문에 두 드론의 쓰임새 역시 차이가 난다. 고정익 드론은 군사용으로 주로 사용된다. 무인 폭격기로 활용되거나 적진을 빠르게 파악하고 촬영할 때 유리하기 때문이다. 반면 회전익 드론은 한곳에 오래 머무르며 사진이나 영상을 촬영하거나 빠른 속도가 필요 없는 때 주로 사용된다.

드론의 핵심 기술은 현재 위치와 이동 경로 등을 나타내는 항법 시스템, 비행체의 자세 제어 시스템, 통신 시스템 등으로 나뉜다. 하지만 최근 가장 주목받고 있는 드론 부품은 역시 배터리다. 상업용 드론은 비행시간이 짧아 보통 20~30분 내외로 비행할 수 있다는 단점이 있다.

하지만 최근 리튬-에어 배터리 연구가 시작되면서 비행시간도 차츰 늘어날 것이란 전망이 나오고 있다. 또 드론의 동력원인 배터리의 무게가 결국 드론 비행시간을 줄일 수 있기 때문에 배터리 용량과 함께 배터리 자체 무게를 줄이는 기술도 드론 업계가 풀어야 할 숙제다.

◆드론 전용 주파수 할당도

최근에는 드론이 사용하는 주파수와 영상 등을 빠르게 전송할 수 있는 통신 기술도 드론의 핵심 기술로 꼽히고 있다. 현재의 통신 기술은 롱텀에볼루션(LTE)에 이어 5G 통신도 상용화를 앞두고 있어 사실상 초고화질인 4K 영상의 생중계까지 가능한 수준에 이르렀다.

특히 레이싱 드론은 드론의 비행 영상을 볼 수 있는 ‘헤드플레이’를 통해 끊어지지 않고 시차가 없는 영상 전송이 중요하다.

지금까지의 레이싱 드론은 시간차 때문에 개별 주파수를 활용해 영상을 전송받았지만 통신 수준이 발달하면서 이동통신사망을 이용, 스마트폰으로 레이싱 드론을 조종할 수 있는 기술에까지 도달했다. 레이싱 드론의 속도는 최대 시속 100km를 넘어 약간의 시차에도 장애물을 피하지 못하고 충돌하는 등 사고가 발생하기 때문이다.

또 드론 활용이 많아지면서 드론 전용 주파수도 신설됐다. 드론을 무선으로 조종하기 위해서는 드론과 조종기가 무선 신호를 주고받아야 하지만 지금까지 드론과 관련된 주파수 대역이 없어 전파 혼선과 주파수 불법 사용 논란이 발생했다.

이런 문제를 해소하기 위해 미래창조과학부는 2015년 12월 ‘항공업무용 무선 설비의 기술 기준’을 개정해 기술 기준이 마련된 5030~5091㎒대역(61㎒ 폭)을 드론 주파수로 분배했다. 해당 주파수는 전 세계적으로 드론 전용으로 분배돼 있다.

국립전파연구원 관계자는 “항공 업무용 무선 설비의 기술 기준 개정을 통해 아직 초기 단계인 국내 드론 산업 생태계의 성장 기반을 조성하고 관련 시장 활성화에 기여할 것”이라며 “한국이 향후 무인 항공기와 관련된 국제 표준화를 주도할 수 있는 계기가 될 것으로 기대한다”고 말했다.

자료 : 한국경제매거진 kth@hankyung.com 제 1059호 (2016년 03월 16일)