mecㆍviewer v1.4 :: Space_Issue_No2

S P A C E I S S U E
N o. 2

July 23, 2012

기술 완성도의 지표,
TRL

정책협력센터 정책분석팀

이슈

1) 앞으로 별도의 언급이 없는

한 기술은 장치, 부품, 재료, 소

프트웨어 등을 대표하여 사용할

것이다.

기술 완성도의 지표, TRL

최근 항공, 우주, 국방 등 소위 시스템 엔지니어링(system engineering)에 해당하는 거대

과학기술 분야에서 TRL 사용에 대한 논의가 활발해지고 있다. 우리가 흔히 기술 완성도 혹은

기술 성숙도라고 번역하는 TRL은 영어 Technology Readiness Level의 약자로 기술의 개발

단계를 알려주는 지표로 알려져 있다. 이 정의가 틀린 것은 아니지만, TRL의 정의만으로는

TRL이 기존의 기술 수준을 나타내는 지표들과 무엇이 다른지, 그리고 TRL을 어떻게 사용해야

하는지 알기 쉽지 않다. 예를 들어 TRL을 시스템 기술 개발의 위험 관리(risk management)와

관련지어 생각하고 사용하는 사람은 드문 것 같다.

시스템 엔지니어링의 측면에서 보면, 어떤 새로운 기술이 개념적으로 제시되거나 제품으로

제작된다 하더라도 바로 시스템에 결합되어 활용될 수는 없다. 이는 기술뿐만 아니라 장치,

부품, 재료, 소프트웨어 등도 마찬가지이다. 새로운 기술

1)이 실제 시스템에 결합되어 활용되기

위해서는 그 이전에 실험, 시험, 인증, 평가 등의 많은 개발 및 검증 단계들을 거쳐야 한다.

그럼 우리는 어느 시점부터 새로운 기술이 개발되었다고 말할 수 있을까? 실험실 상에서

기술의 시제품이 제작된 순간 그 기술은 개발된 것일까? 아니면 제작된 시제품이 실험실

내에서 인증 및 평가를 거쳐야 개발되었다고 말할 수 있을까? 아니면 완제품이 사용될 실제

환경에서 그 시제품이 성능 시험을 마쳐야 기술 개발이 완료된 것일까?

이 질문에 대한 시스템 엔지니어의 답은 간단하다. 질문이 잘못된 것이다. 원래 시스템

엔지니어링 측면에서 “기술 개발”은 어떤 특정한 시점에 정확하게 완료되는 것이라기보다

일련의 개발 과정(process)을 의미하기 때문이다. 다시 말하여 흔히 일반인이 생각하듯, “기술

개발”은 기술이 미개발된 상태이거나 기술 개발이 완료된 상태, 이렇게 두 가지로 이등분 되지

않고 일련의 단계 혹은 과정을 거치게 되는데, 이 단계들을 표현한 것이 바로 TRL이다. 그리고

이분법적인 의미로 사용되고 있는 “기술 개발”이란 말 대신, “기술 완성도” 혹은 “기술

성숙도”라는 용어를 사용하고 있는 것이다.

배경

2) Analytic Service Inc.는 군
사, 우주 등 분야의 기술 분석

등을

수행하는

주식회사로

1958년 설립되었다.

TRL의 역사적 배경

· 1970~80년대: TRL은 1974년 미국 항공우주국(National Aeronautics and Space

Administration) 본부에서 일하던 Stan Sadin 연구원에 의해 고안되었다. Sadin의 첫 TRL

체계는 아홉 단계로 구성된 현 체계와 달리 총 일곱 단계로 구성되었으며 단계 구분도

체계적으로 정의되지는 않았다. 하지만 당시 JPL 추진 부서의 대표였던 Ray Chase가 JPL 목성

궤도선 시스템 설계에 Sadin의 TRL 체계를 적용하였으며, ANSER

2)로 자리를 옮긴 후 미

공군의 기술 개발 사업에도 TRL 체계를 적용하였다.

· 1990년대: 1995년 NASA의 John C. Mankins이 TRL 백서인 “Technology Readiness

Levels: A White Paper"를 통해 TRL 체계를 9단계로 확장하였으며 각 TRL 단계별 정의를

명확히 했다. 1999년 미국 회계 감사원(United States General Accounting Office)은 미국

TRL

역사에

관해서는

Wikipedia의 Brief History of
Technology Readiness Levels

을 참조하였음.

국방부(Department of Defense)와 산업체의 기술 개발 전략의 차이점을 분석한 영향력 있는

보고서를 내놓았다. 이 보고서에서 미국 회계 감사원은 국방부가 산업체와 비교하여 완성도가

낮은 기술들을 가지고 개발 사업을 진행함으로써 사업 실패의 위험성을 증가시키고 있다고

주장하였다. 그리고 기술 이전이나 시스템 조립 이전에 기술의 성숙도 혹은 완성도를 평가할 수

있는 지표로 NASA의 TRL 체계를 사용할 것을 권고하였다. 그 결과 2003년 국방부 내 TRL

사용에 대한 지침서인 “DOD Technology Readiness Assessment Deskbook"을 만들었다.

현재 미국 국방부에서는 2011년 4월 버전의 "Technology Readiness Assessment (TRA)

Guidance"를 사용하고 있다.

TRL 정의

John

Mankins,

Technology Readiness Level:
A White Paper, April 1995,
or

John

Mankins,

Research

Development

Degree of Difficulty (RD3):
A White Paper," March 10,
1998.

미국 항공우주국(NASA)의 TRL 단계별 정의

TRL, 즉 기술 완성도 개념은 이제 미국에서뿐만 아니라 유럽, 아시아 등 세계 여러 나라에서

사용하고 있으며, 그 체계는 사용하는 나라 및 기관마다 조금씩 차이가 있다. 하지만 TRL

1~2가 기초연구 단계, TRL 3~6이 연구개발 단계, TRL 7~9가 시스템 시험 및 인증 단계라는

큰 체계는 모든 나라 및 기관이 공통적으로 가지고 있다. 그 중 가장 대표적인 미국

항공우주국(NASA)의 TRL 체계는 다음과 같다.

[참고 자료1] 현재 미국 항공우주국(NASA)의 TRL 체계

단계

수준

TRL 1

응용 및 개발을 위한 기초 원리가 확인, 보고된 단계

TRL 2

기술적 개념 및 응용성이 확인된 단계

TRL 3

수치적, 실험적으로 기술개념의 주요 기능/특성이 입증된 단계

TRL 4

구성품/Breadboard에 대한 실험실 수준의 성능 입증 단계

TRL 5

구성품/Breadboard의 성능이 유사환경에서 입증된 단계

TRL 6

시스템/서브시스템 모델 또는 시제품이 유사환경에서 시현 및 검증된 단계

TRL 7

시스템 시제품(Prototype)이 우주 환경(운용환경)에서 시현된 단계

TRL 8

실제 시스템 성능이 운용환경에서 입증 및 인증된 단계(flight qualified)

TRL 9

실제 시스템의 운용 능력이 임무환경에서 입증된 단계(flight proven)

· TRL 1: 기술 성숙도가 가장 낮은 수준이며 기초 과학 연구가 응용 및 개발 연구로 이동하는

단계이다. 예를 들어 재료의 기초 물성치가 연구되는 단계이다.(예, 새로운 섬유에 대한 온도의

함수로서 재료 인장 강도 연구)

· TRL 2: 물리적인 원리가 관찰된 이후 다음 수준의 성숙도로 관찰된 원리의 실용적인

응용들이 발명되거나 발견되는 단계를 나타낸다. 예를 들어 높은 임계 온도 초전도 재료 관찰에

따라, 이 재료를 박막 장치 및 계기 시스템(예, 망원경 센서)의 새로운 재료로 응용/활용할 수

있는 가능성을 발견한 단계로 아직 실험적 증명이나 상세한 분석은 없는 상태이다.

5) 일반 사용자용 회로에 대하

여 특정 기능의 추가, 변경을
할 수 있도록 소켓 등을 갖추어

세트로 된 기판을 말한다.

· TRL 3: 기술 성숙 과정에서 적극적인 연구개발이 시작되는 수준으로, 수치적 연구와 수치적

연구에 의해서 예측된 결과를 실험실 수준의 실험을 통해 검증하는 단계를 의미한다. 이

단계에서는 TRL 2에서 정의된 개념 및 응용성이 검증되어야 한다. 예를 들어 높은 에너지 밀도

물질의 추진은 윤활유 또는 추진제인 냉각 수소에 의해 영향을 받는 다는 개념에 대하여, TRL

3에서는 상/온도/압력이 활성화 유체에 미치는 영향을 실험실 실험을 통해 검증하여야 한다.

· TRL 4: 정의된 개념이 성공적으로 검증된 이후, 기초 기술 요소들이 구성품 및 브레드보드

(breadboard)

5) 수준에서 조합을 이루어 성능을 낼 수 있음을 검증·증명하는 단계이다. 이

검증에서는 전 단계에서 공식화된 개념을 확인하고, 향후 시스템 응용의 요구 사항과 일치함을

보여야 한다. 이 단계의 검증은 실험실 수준에서 적절한 구성품의 조합에 대하여 이루어지기

때문에 최종 시스템에 비해 낮은 정확도를 보인다. 예를 들어, TRL 4에서의 항공 전자공학에

새로운 ‘퍼지 논리(fuzzy logic)' 접근 방식의 알고리즘 시현은 실험실 수준의 비행시뮬레이션을

이용하여 부분적 컴퓨터 기반 및 부분적 벤치 탑 구성 요소(예, 광섬유 gyros)를 이용한다.

· TRL 5: 구성품 및 브레드보드에 대한 시험의 정확도가 크게 높아지는 단계로, 컴포넌트·

서브시스템·시스템 수준에 대한 응용이 시뮬레이션이나 일부 실제 환경에서 시험될 수 있도록

기초 기술 요소들이 상당히 현실적인 조건 하에 통합되어야한다. 예를 들어 더 높은 효율성을

낼 수 있는 태양열 태양광 소재의 새로운 유형에 대한 검증은 전원 공급 장치 및 지지구조

등과 결합된 실제 가공 태양 집합체(array)인 ‘blanket'을 사용해야 하며 태양 시뮬레이션

기능이 있는 열 진공 챔버에서 시험되어야 한다.

· TRL 6: TRL 5 단계의 성공적 달성이후 기술 시현의 정확성을 얻기 위한 중요한 단계로, 대표

모델/프로토타입 시스템/시스템 등이 실제 환경과 유사한 환경에서 검증되어야 한다. 이

단계에서 유사환경이 우주 환경뿐이라면 모델/프로토타입은 반드시 우주환경에서 검증되어야

하며 이 검증이 성공적으로 완수되어야 TRL 6을 얻을 수 있으며, 이 단계의 성숙도는 기술

관리의 신뢰성 확보가 주도한다. 예로, 유적(liquid droplets)과 복합재료를 포함하고 있는

고온/저질량 라디에이터에 대한 혁신적인 접근 방식은 우주왕복선(space shuttle)이나

국제우주정거장에서 라디에이터 시스템의 서브스케일 (sub-scale) 모델이 검증되어야 TRL 6을

확보할 수 있다. 이 예에서 유사환경이 우주공간인 이유는 시스템의 성공/실패를 판가름 할 수

있는 미세중력/진공/열 세 가지 환경 영향을 모두 고려할 수 있는 것은 우주공간뿐이기 때문이다.

· TRL 7: TRL 7은 우주 환경에서 실제 시스템 프로토타입 검증을 필요로 하는 TRL 6을 넘는

중요한 단계이다. 이 단계에서 프로토타입은 실제 계획된 운영 시스템의 규모와 비슷해야하며

우주 공간에서 검증되어야 한다. 이 단계의 기술 성숙도를 얻기 위해서는 기술적 R&D

목적보다는 시스템 엔지니어링 및 개발 관리에 의한 신뢰를 보장받아야 한다. 다시 말해 임무

수행에 필수적이거나 높은 위험성이 있는 기술이나 서브시스템 등을 우주환경에서 증명한다는

의미이다. 예로 화성 Pathfinder Rover는 동일 시스템인 미래의 마이크로 화성 탐사선을 위한

TRL 7에 대한 시연·검증이다.

· TRL 8: 정의에 의하면 실제 시스템에 적용되는 모든 기술은 TRL 8 단계에 이르러야한다.

거의 모든 경우에서, 이 단계는 대부분의 기술 요소에 대한 실제 시스템 개발의 마지막에

해당한다. 또한 TRL８은 기존 시스템에 새로운 기술을 결합하는 부분도 포함하고 있다. 예를

들어 궤도상에서 운용되고 있는 허블 우주 망원경의 탑재 컴퓨터에 새로운 제어 알고리즘을

성공적으로 설치하고 시험한 것을 (새로운 제어 알고리즘이) TRL 8을 달성한 것으로 볼 수

있다.

· TRL 9: 정의에 의하면 실제 시스템에 적용되는 모든 기술은 TRL 9 단계에 이르러야한다.

거의 모든 경우에서, 이 단계는 대부분의 기술 요소에 대한 실제 시스템 개발의 마지막

오류(bug)를 수정하는 마지막에 해당한다. 예를 들어 이전 발사에서 발견된 문제에 대한 작은

수정이나 변경을 수행하는 것을 말한다. TRL９는 사용 중이거나 재사용이 가능한 시스템의

계획된 제품 개선은 포함하지 않는다. 예를 들어 기존의 재사용 발사체의 새로운 엔진은 TRL

9에서 시작하지 않는다. 새로운 엔진을 위한 기술적 개선은 TRL 시스템의 적절한 단계부터

다시 시작한다.

TRL 적용 사례

The

United

States

General Accounting Office,

"Better

Management

Technology

Development

Can

Improve

Weapon

System

Outcomes,"

GAO

Report, GAO/NSIAD-99-162,

July 1999.

미국의 TRL 적용사례

TRL은 요구되는 기술과 현재 보유 기술 간의 격차를 객관적으로 평가할 수 있는 지표로 활용될

수 있다. 이는 개발하고자 하는 시스템의 기술적 위험 관리 수립에 활용될 수 있다. 예를 들어

개발하고자 하는 시스템에 사용되는 기술은 TRL 레벨 4 이상 이어야 한다는 요구 조건을

만들거나, 기술 개발 일정에 포함된 검토 일정에 따라 기술 수준 도달 여부를 평가하여 위험을

줄일 수 있는 계획의 수정 및 보완 여부 결정 시에 활용할 수 있다.

[참고 자료2] 미국 TRL 적용 사례 분석

제품 및 관련 기술

개발착수 시

TRL 수준

제품 개발

비용증가

일정지연

Commanche
Helicopter

Engine
Rotor
Forward
Helmet mounted display
Integrated avionics

5
5
3
3
3

101%

120%

Brilliant
Anti-Armor
Submunition

Acoustic sensor
Infrared seeker
Warhead
Inertial measurement unit
Data processors

2
3
3
3
3

88%

62%

Huges HS-702
Satellite

Solar cell array

None

Ford Jaguar

Adaptive cruise control
Voice activated control

8
8

None

7) Chris Moore, "TRL Usage

at NASA," Presentation in

DoD

Cost

Analysis

Symposium, February 2008.

미국에서의 TRL 적용 사례에 대한 분석을 보면, TRL 5 이하의 요소 기술을 적용한

Commanche 헬리콥터 및 Brilliant Anti-Armor Submunition 개발 사업의 경우 제품 개발

시에 비용 증가 및 일정 지연이 나타났다. 반면에 TRL 6 이상의 요소 기술을 적용한 HS-702

위성 및 포드사의 재규어 개발 사업에는 제품 개발 시 비용 증가 및 일정 지연 문제가

발생하지 않았다. 이는 미성숙된 기술(낮은 TRL 기술) 사용 시에는 개발 비용이 증가하고

일정이 지연되는 문제가 발생할 수 있음을 보여준다.

TRL 수준은 개발 임무에 따라서 같은 기술 및 제품을 사용할 지라도 성능, 요구조건, 형상에

변화가 있다면 다르게 표현된다. 예를 들어 NASA의 경우 우주왕복선에서 사용되는 고체 로켓

부스터(solid rocket booster)는 우주왕복선의 비행에 의해 그 성능이 검증된 상태이므로 TRL

수준이 9에 해당한다. 하지만 우주왕복선에서 사용된 고체 로켓 부스터 기술을 새로 개발하는

발사체의 고케 로켓 부스터로 사용할 때, 제품의 형상과 성능에 차이가 나므로 이때의 고체

로켓 부스터의 TRL은 5에 해당한다. 새로운 발사체에 적용하기 위한 부스터는 아직

유사환경에서의 시험에 의한 검증이 수행되지 않았기 때문이다.

[참고 자료3] 같은 기술이라도 관련 임무에 따라 TRL이 달라질 수 있음을 보여주는 그림

TRL은 성공적인 개발 프로그램의 완수를 위하여 각 요소 기술들의 수준을 파악하여 전체 프로

그램 개발에서의 리스크 관리에 활용된다. 낮은 TRL 기술은 개발 프로그램의 성공에서 리스크

가 큰 기술이므로, 적정 TRL 이하의 기술은 프로그램 개발 시에 사용하지 않거나, 낮은 TRL 기

술에 의한 개발 지연 및 예산 증가에 대한 리스크를 줄이기 위하여 특별 개발 방안을 수립하는

등의 전체 프로그램에 대한 리스크를 줄일 수 있는 전략 도출에 사용된다.

TRL을 신호등 체계에 비유하는 이유도 여기에 있다. 시스템을 구성하는 기술, 장치, 부품, 소프

트웨어들이 대부분 TRL 7~8 수준이 되면, 즉 파란불이 많이 켜진다면 이 시스템 사업은 성공

적으로 추진될 가능성이 높다. 만약 시스템 구성 요소 기술들이 대부분 빨간불(TRL 1~3) 혹은

노란불(TRL 4~6)에 머물러 있다면 이 시스템 사업은 이들을 해결하기 전까지 무리하게

추진되어서는 안되며, 필요하다면 일정 및 예산 조정을 해야 한다. 이런 방식으로 시스템 사업

관리가 가능하며, 이는 투자 예산이 많고 위험성이 높은 대형 시스템 사업의 실패율을 낮추고

예산 효율성을 증대시키는 효과적인 기술 관리 기법이다.

TRL 국내 도입

8) 이 규정은 ｢방위사업법｣, 동

법시행령 및 동법시행규칙에서

위임한 사항과 그 시행을 위하

여 필요한 사항, 그 밖에 방위

력개선․군수품조달 및 방위산업

육성 등 방위사업을 효율적으로

추진하기 위하여 필요한 절차

등을 규정함을 목적으로 한다.

TRL 국내 도입 및 사용 현황

우리나라에서 TRL의 적용은 국방기술에서 우주기술보다 먼저 이루어 졌다. 2006년 5월 1일에

제정된 ｢방위력개선사업 관리규정｣에서는 기술 성숙도(=완성도) 도입을 제65조, 178조,

190조, 194조, 201조, 202조에 명시하였다. 이후 2011년 2월 25일에 개정된 ｢방위사업

관리규정｣

8)에서도 ‘획득방안의 개발’, ‘진화적 개발전략의 추진 장려’, ‘일반 무기체계연구개발

사업관리의 기본절차’, ‘탐색개발 내용’ 등에서 TRL 사용을 명시하고 있다.

제84조(획득방안의 개발) :

기술성숙도 평가에 따른 연구개발 진입단계 설정

제97조(진화적 개발전략의 추진 장려) :

단계별 사업 종료 시 기술성숙도를 고려

제101조(일반 무기체계연구개발 사업관리의 기본절차) :

탐색개발단계의 주요 수행내용

으로 기술성숙도평가(TRA, Technology Readiness Assessment) 수행

제116조(탐색개발 내용) :

③연구개발주관기관은 계량화된 방법을 사용하여 체계개발에

사용될 기술들의 성숙도(Technology Readiness Level 을 말한다)를 나타내어야 한다.

④연구개발주관기관은 무기체계의 운용개념, 체계구성, 기술성숙도를 확인하여야 한다.

이 경우 기술검토결과가 타당할 경우에는 운용성확인과 병행하여 수행할 수 있다.

우리나라에서 TRL을 적용한 우주기술 완성도 분석은 “우주기초·핵심기술개발사업”의 2010년

기획 보고서에서 수행되었다. 교육과학기술부의 “우주기초·핵심기술개발사업”은 우주기초기술의

기반을 확대·강화하고 우주분야 전문인력의 지속적 양성 및 독자적 우주개발능력 확보에

필수적인 우주핵심기술 자립화를 목표로 「우주개발사업 세부실천로드맵」(‘07.11) 상의 미확보

기술에 대한 기술 확보를 지원하는 방향으로 2008년부터 수행되었다. 한국연구재단(구

한국과학재단)에서 2010년에 수행된 기획연구에서는 NASA에서 사용하는 TRL 기준을

적용하였다.

기획보고서에서는 우주기초연구분야를 기초․원리 규명, 개념 설계, 중요 기능 구현․확인, 실험실

차원에서 기능 구현 등 상대적으로 낮은 TRL에 해당(TRL 1~4)하는 기술, 부품․소재 및 서브시

스템 등으로 정의하였으며, 우주핵심기술분야를 현장 모의 수준에서의 기능 구현․확인, 시제품

제작, 최종 시스템에서 활용 가능성 확인 등 상대적으로 높은 TRL에 해당(TRL 5~8)하는 기술,

부품․소재 및 서브시스템 등으로 정의하였다. 이렇게 정의된 기술을 바탕으로 우주기초 및 핵심

과제를 도출하였다.

9) 교육과학기술부, “제2차 우

주개발진흥 기본계획,” 2011년

11월

그 후 2012년부터 시작된 제2차 우주개발진흥기본계획에 처음으로 TRL 분석이 명시되었다.

이에 교육과학기술부는 기본계획에서 제시한 ‘우주개발 추진 로드맵’ 상의 개발 계획을 토대로

관련 시스템 사업 완수를 위한 기술 완성도 분석을 수행하였다. 시스템 사업에 필요한 총

826개의 요소 기술 및 장치를 위성체, 탑재체, 위성 지상시스템, 발사체, 발사체 엔진, 발사체

지상 시스템의 6개의 대분류로 나누어 현재 TRL 단계를 분석하였고, 현재 그 중 중요한 요소

기술을 중점 기술로 선정하여 TRL을 높이기 위한 기술 개발 로드맵을 설계 중에 있다.

[참고 자료4] 제2차 우주개발진흥기본계획 중 TRL 분석에 관한 내용

맺음말

TRL 국제 표준화 진행 중

NASA에서 처음 사용된 이후로 미국의 국방부뿐만 아니라 세계의 많은 나라와 기관에서 TRL을

사용하고 있다. 프로젝트의 기술적 위험도는 제품의 개발에 요구되는 목표 기술 수준과 현재 기

술 수준의 차이에서 발생하므로 이를 관리하고 성공적인 프로젝트의 수행을 위해 기술 수준을

측정하는 척도로 TRL이 활용되고 있다. 현재 국제표준기구 ISO(International Organization

Standardization)에서 세계에서 광범위하게 사용되고 있는 TRL에 대한 표준화 작업을 수행하고

있다. 이 작업에는 프랑스 CNES, 유럽 ESA, 일본 JAXA, 미국 NASA 및 DOD 등의 전문가들

이 참여하고 있으며 첫 회의는 2010년 5월 11일에 영국 런던에서 개최됐다. ISO는 TRL에 대

한 국제표준화 작업을 2014까지 완성할 계획이다. TRL에 대한 국제표준이 작성되면 기초 개념

및 성능이 같거나 비슷한 기술에 대한 각 나라의 기술이 비교가 가능해 질 것이며 비행 시스템

설계에서 각 나라의 기술을 상호 사용할 수 있는 기회를 제공할 수 있을 것으로 보인다.