mecㆍviewer v1.4 :: 항공우주산업기술동향 17권 1호.pdf

제

권

제

호

정기간행물 등록번호 유성사00001

제17권 제1호 2019년 7월 1일

정기간행물 등록번호 유성사00001

제17권 제1호 2019년 7월 1일

항공우주산업기술동향

Current Industrial and

Technological Trends in Aerospace

제17권 제1호

/목/차/

1. 우주관련 소기업 기술개발 동향 …………………………………………………………………

위성연구본부 위성본체개발부

황도순

2. 우주자원 채굴 및 이용의 법적 검토 ……………………………………………………………

정책연구부

이준

http://library.kari.re.kr에서 보실 수 있습니다.

산업·정책동향

1. 중국의 DJI 상용드론에 대한 기술 동향 조사 및 분석 ……………………………………………

항공연구본부 재난치안용무인기사업단

한창환

2. 전기동력 회전익기 기술 동향 …………………………………………………………………………

항공연구본부 항공기체계부

김덕관

3. 궤도 서비스 위성의 개발 현황 ………………………………………………………………………

위성연구본부 정지궤도복합위성사업단

명환춘

4. 전력공급 및 모니터링 전기지상지원장비 개발 현황 ……………………………………………

위성연구본부 우주환경시험부

방수완, 허윤구, 조승원

5. 전지구 물분포 측정 및 물순환 연구를 위한 위성 임무 및 관련 기술개발 동향 ……………

위성연구본부 정지궤도복합위성사업단

진경욱

기술동향

제17권 제1호

/목/차/

http://library.kari.re.kr에서 보실 수 있습니다.

6. 신뢰성 향상을 위한 대형 위성의 가상 진동 시험 기술동향 …………………………………

위성연구본부 우주환경시험부

임종민, 우성현, 은희광, 전종협

7. 전기전자부품 위변조 검사 기술 …………………………………………………………………

한국형발사체개발사업본부 발사체보증팀

허건의, 조상연

8. 미국의 재사용 발사체 개발 …………………………………………………………………………

한국형발사체개발사업본부 발사체엔진팀

김철웅

한국형발사체개발사업본부 발사체추진기관체계팀

조규식

한국형발사체개발사업본부 발사체제어팀

노웅래

9. 저비용 액체로켓엔진 개발 사례 연구 ……………………………………………………………

한국형발사체개발본부 발사체엔진팀

문인상

10. 딥러닝 기반 SAR 영상 변화 탐지 기술 동향 ………………………………………………………

기술연구본부 인공지능연구실

한상혁, 최연주, 김용우

위성정보센터 영상체계개발실

양도철

기술연구본부

최준민

11. 딥러닝 기반의 영상 분석 기술 동향 ………………………………………………………………

위성정보센터 위성운영실

장윤정, 정대원

104

113

항공우주산업기술동향
Current Industrial and
Technological Trends in Aerospace

항공우주산업기술동향 17권 1호

산업·정책동향

항공우주산업기술동향 17권 1호 (2019) pp. 3~9

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산업·정책동향

우주관련 소기업 기술개발 동향

황도순*

1 )

Technology Development Trend of Space-Related

Small Business

Hwang, Do-Soon*

ABSTRACT

The space is an important place in the future of mankind. It is a place where you can supplement the

depleted earth's resources and play a role as the base for a new life of humanity. Small-scale new
companies armed with ideas and technology are participating in space development, which was
traditionally handled by large corporations. We look at small companies that are moving toward the
space while thinking about the future of mankind. Technology development for the removal of space
debris, integration of ground networks for satellite control, artificial meteor shower planning, global
image provision using micro-satellites, lunar exploration and asteroid mining are currently
underway.

초 록

우주는 인류의 미래에서 중요한 곳이다. 고갈되어 가는 지구의 자원을 보충할 수 있는 곳이고 인

류의 새로운 삶의 터전으로서 역할을 담당할 것이다. 전통적인 대기업들이 담당하던 우주개발을

아이디어와 기술로 무장한 작은 규모의 신규기업들이 참여하고 있다. 인류의 미래를 생각하면서

우주를 향해 나아가고 있는 기업들을 살펴본다. 우주쓰레기 제거를 위한 기술개발, 인공위성 관

제를 위한 지상망 통합, 인공 유성우 계획, 초소형위성을 이용한 전세계 영상 제공, 달탐사 및

자원채굴 등이 현재 추진되고 있다.

Key Words : Space Debris(우주쓰레기), Ground Networks(지상망), Micro-Satellite(초소형위성),

Real Time Image(실시간 영상), Lunar Landing(달착륙), Lunar X-prize(달탐사 경연
대회

), Asteroid Mining(우주광산)

* 황도순, 한국항공우주연구원, 위성연구본부 위성본체개발부

dshwang@kari.re.kr

황도순 / 항공우주산업기술동향 17/1 (2019) pp. 3~9

1. 개요

최근 들어 우주개발과 관련하여 규모가 작은

기업들의 활동이 다양한 분야에서 이루어지고

있다

. 아이디어와 기술개발을 중심으로 적은 비

용으로 우주개발을 구현하고자 하는 노력이다

일본을 중심으로 우주쓰레기 수거기술을 개발

하고 있는

Astroscale, 전세계 안테나망을 묶어

관제 서비스를 제공하려고 준비하는

Infostellar,

과학목적의 우주개발에 예술을 접목하고자 시도

하는

ALE 등이 있다.

전세계를 대상으로 위성영상과 실시간 비디오

영상을 제공하기 위해 초소형위성과 소형위성을

중심으로 하는 다양한 크기의 위성망을 구축하

고 있는

Planet Labs는 꾸준히 그 영역을 확장하

여 가고 있는 중이다

구글사에서 주최한 달탐사 경연대회인 루나

X Prize가 우승팀 없이 끝났지만 최종팀으로 참
여한

5개 기업 역시 지속적으로 우주개발을 추

진하고 있다

. 이 대회는 민간자금으로 만든 탐사

선이 달에 착륙하여

500m를 이동하고 사진과

동영상을 전송해야 한다는 것이었다

미국의

Moon Express는 달에서부터 자원채

굴을 추진하고 있으며

, Synergy Space는 여러나

라의 연구원들이 모인 팀으로

2019년에 달착륙

을 목표로 하고 있다

. 인도의 TeamIndus는

Synergy Space와 협력하고 있으며, 일본의
iSpace Inc.는 2020년에 달탐사를 목표로 하고
있다

. 이스라엘의 Space IL은 금년 2월에 달착륙

선을 발사하였으며

4월중에 달에 착륙할 계획이

었으나 실패하였고 재도전을 준비 중에 있다

2. 우주개발 소기업

2.1 Astroscale

일본의 우주 관련기업인

Astroscale 사는 세계

최초로 궤도의 우주쓰레기 제거를 시도하였고

미쯔비시

UFJ 캐피탈, ANA 홀딩스 등의 투자

로 자금출자에 성공하였다

. 우주쓰레기 제거 서

비스를 개발 중인 이 회사는

2013년 싱가포르에

서 창업한 후

2015년 연구개발센터로 시작하였

다

. 그 후 최고 운영책임자로 미 항공우주국 출

신을 영입하고

ELSA-d 라는 위성을 개발 중이

다

. 2020년에 발사 예정인 위성은 자석을 이용해

우주쓰레기를 수거한 후 대기권에 진입시켜 불

태울 예정이다

[1].

2018년에는 시험용 위성인 IDEA OSG1 위성

을 발사하였으나 실패하였고 같은 해에는

Totsuka에 지상국을 설립하였다. 2020년에는 우
주쓰레기 제거

, 랑데부 및 도킹기술 시험위성인

ELSA-d를 발사할 예정이다[1].

표 1. Astroscale 기업정보

대표자

Nobu Okada

직원수

약 70명

자본금

≈1.2억불(2018년 기준)

국가(본부 위치)

일본(싱가포르)

설립일

2013

그림 1. IDEA OSG1 형상[2]

2.2 Infostellar

2016년에 설립한 Infostellar는 지상의 안테나

를 효율적으로 활용할 수 있는 서비스를 개발하

고 있다

. 즉, 안테나가 위성과 통신할 수 있는

시간은 수신범위를 지나가는 약 수 분에 지나지

않는다는 점에서 아이디어를 얻어 창업한 기업

으로 전 세계의 안테나를 묶어 클라우드 방식으

황도순 / 항공우주산업기술동향 17/1 (2019) pp. 3~9

로 공유해 안테나 사용시간을 상시 공유할 수

있는 체계를 만드는

StellarStation 이라는 서비

스를 만드는 중이다

[3].

로켓이나 위성을 만들고 싶어하는 사람은 많

지만 비용이나 기술적인 문제 때문에 지상에 안

테나를 구축하는데는 제한이 있다

. 따라서 다른

기관이나 일반기업의 안테나를 활용하여 큰 비

용 절감 효과를 기대 할 수 있다

. 이 기업은

2018년 기준으로 9억엔을 모금했다[3].

그림 2. 안테나를 공유하는 Stel arStation 개념[4]

표 2. Infostel ar 기업정보

대표자

Naomi Kurahara

직원수

약 26명

모금액

≈9억엔(2018년 기준)

국가

일본

설립일

2016년

2.3 ALE

2011년 설립된 ALE 사는 인공위성을 이용해

알갱이를 대기권에 방출시켜 인공 별똥별을 연

출하는 사업을 추진중이다

. 알갱이가 대기권에

진입하면 플라즈마 발광현상을 일으키며 연소되

어 지상에서는 별똥별처럼 보인다

[5].

그 원리는 다음과 같다

. 우선 별똥별의 재료

가 되는 알갱이를 실은 인공위성을 궤도에 올린

다

. 인공위성에서 별똥별의 재료가 되는 알갱이

를 방출한다

. 알갱이가 대기권에 돌입하면 연소

되며 발광한다

. 현재의 계획은 300~400개의 알

갱이를 위성에 탑재시켜 한번에

10~20개를 방출

시키는 것이다

. 이를 통해 최대 200km 범위에서

동시에 별똥별을 관람할 수 있으며 이 계획을

통해

2020 동경올림픽에서 유성쇼를 선보일 예

정이다

[5].

그림 3. 인공 별똥별 개념[6]

표 3. ALE 기업정보

대표자

Lena Okajima

직원 수

약 18명

모금액

≈7억엔(2016년 기준)

국가

일본

설립일

2011.9.1

2.4 Planet Labs

소형위성 관련 기업인

Planet Labs는 CubeSat

과 같은 초소형위성을 설계

, 제작, 발사하여 운

영한다

. 120기 이상의 PlanetScope 및 5기의

RapidEye 위성은 지속적으로 지표면을 스캔하
여 지상국으로 영상을 전송한다

. 이 영상은 각각

3m 및 5m의 해상도를 가지며 하루에 한번 가량
갱신된다

[7].

2010년에 미 항공우주국 출신의 Chris

Boshuizen, Will Marshall, Robbie Schinger가
설립하였으며

2013년에는 Dove 위성 1~4호기를

황도순 / 항공우주산업기술동향 17/1 (2019) pp. 3~9

발사하였다

. 2017년에는 Google사의 Terra Bella

및

SkySat을 인수한바 있다. 15기의 SkySat 위성

은

0.72m급의 고해상도의 위성영상을 공급하고

있는 중이다

[7].

표 4. Planet Labs 기업정보

대표자

Chris Boshuizen

직원수

약 251~500 명

모금액

≈$183.1M(2017년 기준)

국가

미국

설립일

2010.12.24

그림 4. PlanetScope, RapidEye 및 SkySat 영상[8]

2.5 구글 X-Prize 관련기업

2.5.1 Moon Express

Moon Express는 Robert D. Richards가 동료

들과 상업용 달 로봇 운송 및 데이터 서비스를

제공을 목적으로 설립한 회사이다

. 니오브, 이트

륨 및 디스프로슘을 포함한 희귀 원소들을 달에

서 채굴하는 것을 장기적인 목표로 하고 있다

개발

, 설계 중인 착륙선으로는 MX-1, MX-2,

MX-5, MX-9 가 있다[9].

Moon Express는 2010년에 설립되어 Lunar X

Prize에 참여하면서 달에서의 활동을 목표로 꾸
준한 개발을 진행하고 있다

. 2011년 6월 30일에

는

미

항공우주국과

협력하여

개발한

LTV(Lander Test Vehicle)의 시험비행에 성공하
였다

. 2013년 12월에는 달 표면에 수직 착륙하는

MX-1 달착륙선을 공개하였으며 2014년 12월에
는 케네디 우주센터에서

MTV-1 시험비행을 성

공하였다

[9].

2016년 8월 3일에는 미국 정부로부터 달 착륙

에 대한 허가를 받았으며

2018년 10월에는 캐나

다 우주청과 양해각서를 체결한바 있다

. 2018년

11월 29일에는 미 항공우주국과 상업용 달착륙
선 계약을 체결하고

Rocket Lab과 발사계약을

체결하였다

. 2019년에는 MX-1E 착륙선의 기술

시연을 위한 비행을 계획하고 있다

. 이후에는 실

제로 달을 정찰하고 기지를 구축한 다음 자원을

회수하는

3단계의 계획이 실행될 예정이다[9].

그림 5. MX-1, MX-2, MX-5 형상[10]

표 5. Moon Express 기업정보

대표자

Robert D. Richards

직원수

약 51명

모금액

≈$51.5M

국가

미국

설립일

2010.8

황도순 / 항공우주산업기술동향 17/1 (2019) pp. 3~9

2.5.2 Synergy Space

Synergy Space는 Interplanetary Ventures와

Human Synergy Project가 연합하여 Lunar X
Prize에 참여하기 위해 2010년에 Synergy Moon
이라는 이름으로 결성되었다

. 이후 15개국의 연

구원들이 모인 다국적 팀으로 우주 탐사 및 개

발을 목표로 확대하였다

. 2018년 3월 31일에 이

대회가 우승자 없이 끝나면서

Synergy Moon은

다른 참가팀인

Team Indus와 협력하여 2019년

에 달 착륙을 목표로

Synergy Space라는 이름으

로 활동하고 있다

[11].

표 6. Synergy Space 기업정보

대표자

Kevin Myrick

직원수

모금액

국가

미국, 말레이시아, 인도,

크로아티아, 영국, 독일

설립일

2010

2.5.3 TeamIndus

인도 방갈로에 본사를 둔 비영리 민간 항공회

사인

Axiom Research Labs는 Lunar X Prize에

참여하기

위해

TeamIndus를

설립했다

TeamIndus는 인도 우주기구 등의 도움을 받기
위해 전략적으로 방갈로에 위치했다

. 그 결과로

L&T는 설계내용 검토에 도움을 주었고 Sasken
Technologies는 팀을 운영하기 위한 공간을 확
보해 주었으며 인도우주개발기구에서는 기술적

인 조언을 해주었다

. 현재 개발중인 착륙선의 명

칭은

HHK1이며 로버는 ECA이다[12].

2011년에 대회 참가를 위해 팀을 등록하였으

며

2015년 1월에는 달 착륙 시스템의 시연에 성

공하였다

. 2018년 4월에는 달착륙선을 개발하였

고

2019년에 Synergy Space와 협력하여 달착륙

임무를 수행할 예정이다

[12].

표 7. TeamIndus 기업정보

대표자

Rahul Narayan

직원수

약 79명

모금액

≈$23M

국가

인도

설립일

2010

2.5.4 iSpace Inc.

Lunar X Prize에 참여하기 위해 설립된

White Label Space팀이 Hakuto로 변경되었으며
달착륙선의 이름도

Hakuto로 명명하였다. 이후

회사를 설립하고 그 이름을

iSpace로 하였다.

ispace의 활동은 다음과 같다[13].

2008년에 네덜란드에 White Label Space를

설립하고

2009년에 Lunar X Prize에 참여하기

위한 등록을 하였다

. 2010년 9월 10일에 일본에

유한회사인

White Label Space Japan LLC를 설

립하였다

. 2012년 6월 11일에는 로버인 PM-2의

명칭을

Hakuto로 명명하였다. 2013년 1월 30일

에 회사명을

iSpace Inc.로 변경하였다. 2013년

12월 4일에는 PM-3을 개발하였다. 2020년에는
달 탐사선

Sorato와 달착륙선 Peregrine을

Atlas-V 발사체를 이용해 발사할 예정이며 2021
년에는 로버 임무를 수행할

Hakuto-R을 발사할

예정이다

[13].

그림 6. Hakuto-R 형상[14]

황도순 / 항공우주산업기술동향 17/1 (2019) pp. 3~9

표 8. iSpace Inc. 기업정보

대표자

Takeshi Hakamada

직원수

약 66명

모금액

≈$92.3M

국가

일본

설립일

2000

2.5.5 Space IL

Space IL은 Lunar X Prize에 참여하기 위해

설립된 이스라엘 회사이다

. 달 탐사선과 착륙선

인

Beresheet를 개발중에 있으며 다양한 기관과

개인들로부터

9,500만 달러의 예산을 확보하였

다

. 또한 이스라엘 우주기구, 이스라엘 항공우주

산업회사

, 라파엘 시스템, 엘빗 시스템 등의 기

술지원을 받았으며 달착륙선 개발 이후 상업적

활용 가능성도 고려하고 있다

[15].

이 회사는

2011년에 Yariv Bash에 의해 설립

되었으며

2017년 6월부터 착륙선인 Beresheet의

조립 및 시험에 착수하였다

. 2019년 1월에는 착

륙선 시험을 완료하고

2월 22일 Falcon 9 발사

체를 이용하여 발사하였다

. 4월 5일에 달궤도에

는 진입하였으나 주엔진과 관성항법장치의 오류

로 인해 달착륙에는 실패하였다

[15].

그림 7. Beresheet 착륙선 형상[16]

표 9. Space IL 기업정보

대표자

Ido Anteby

직원수

약 55명

모금액

≈$95M

국가

이스라엘

설립일

2011

2.6 우리나라 소기업

우리나라에서는

나라스페이스테크놀로지가

2012년 한국항공우주연구원 주최로 열린 제1회
초소형 위성경연대회를 계기로

2015년 3월 31

일부로 설립되어 우주관련 기업으로 성장하고

있다

. 주로 큐브위성과 관련한 설계, 개발에 주

력하고 있다

. 자본금은 1억원 미만으로 연매출

5억원 미만, 2018년 현재 종업원은 20명 내외
이다

[17].

그동안 미 항공우주국의 차세대 우주망원경

핵심기술을 검증하는

3kg급의 큐브위성을 개발

하여 발사한바 있으며

SNUSAT-2 개발에 참여

하여 컨설팅

, 자세결정 및 제어 소프트웨어 개

발

, 태양센서 보정 등을 수행하였다[17].

그림 8. 나라스페이스테크놀로지의 큐브위성[18]

2018년 3월에는 우주쓰레기의 발생을 방지하

기 위한 아이디어로 우주로테크라는 기업이 설

립되었다

. 설계개념은 초소형 위성에 추력기를

달아 위성의 고도를 조절함으로써 임무수명이

다한 후 대기권으로 진입시키는 것이다

[19].

황도순 / 항공우주산업기술동향 17/1 (2019) pp. 3~9

3. 전망

우주개발은 인류의 미래에 있어서 매우 중요

한 분야이다

. 현실적으로는 자원탐사라는 명분

이 있지만 더 먼 미래를 살펴보면 인류의 삶의

터전이 지구라는 공간을 벗어나 우주로 갈 수

밖에 없는 상황이 되고 있다

. 가속되고 있는 지

구 온난화로 인한 기후변화와 자연재해

, 핵전쟁

의 상존

, 인구과잉으로 인한 문제, 새로운 전염

병의 발생

, 소행성 충돌, 유전자 조작, 인공지능

의 위험성 등이 인류의 고향인 지구로부터 우리

를 내몰고 있는 것이다

. 앞으로는 기발한 아이디

어와 기술에 바탕을 둔 작은 규모의 신규기업들

이 인류의 미래를 짊어지고 나갈 가능성이 높다

우주발사체 개발

, 우주정거장 개발, 행성거주

연구 등 대규모 비용이 소요되는 분야는 국가주

도 혹은 기존의 대기업들이 담당하게 될 것이다

그러나 새로운 아이디어와 기술을 검증하고 이

를 실용화하기 위해서는 보다 빠른 의사결정과

시제품 개발 등이 용이한 소기업들의 역할이 기

대된다

참고문헌

1. https://astroscale.com/about/

2. https://blog.naver.com/kimglobal/221351687510

3. https://www.infostellar.net/vision

4. https://www.infostellar.net/

5. http://star-ale.com/en/

6. http://star-ale.com/en/technology/

7. https://www.planet.com/products/

8. https://www.planet.com/products/

planet-imagery/

9. http://www.moonexpress.com/about-us/

10. http://www.moonexpress.com/robotic-explorers/

11. https://www.synergymoon.com/

12. https://www.teamindus.in/about/

13. https://ispace-inc.com/hakuto-r/

14. https://ispace-inc.com/payload/

15. http://www.spaceil.com/

16. http://www.technology.spaceil.com/

17. https://www.naraspacetechnology.com/

18. https://www.naraspacetechnology.com/products/

1u-platform/

19. https://www.youtube.com/watch?v=Gyah9unFV0A

항공우주산업기술동향 17권 1호 (2019) pp. 10~17

http://library.kari.re.kr

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산업·정책동향

우주자원 채굴 및 이용의 법적 검토 1)

이준*

Legal review on exploitation and use of space resources

Lee, Joon*

ABSTRACT

There are infinite natural resources in the various celestial bodies, such as Moon and asteroids. But as they are
too far away from the Earth, it has been just a dream or imagination to utilize space resources. However, due to
the technological development, the ideas are emerging to use the infinite resources in the outer space. The issue
is that there are still not only the technical barrier, but also whether it is legally acceptable to exploit, use and
own the space resources. This study reviews international space law and foreign countries’ legislation cases on
exploitation and use of space resources. First of all, from a international space law perspective, the Outer Space
Treaty and the Moon Agreement is examined in detail for the legality of the exploitation and use of space
resources. Then, from a national space law perspective, the laws on space resources of USA and Luxembourg
are reviewed for understanding how the countries interpret international law in order to apply the legal
possibility of exploitation and use of space resources to their national laws and what are the contents of the
legislations, and the way of authorization and supervision of the countries. This study will help Korea’s review
for the establishment of the legal provisions on space resources.

초 록

달

, 소행성과 같은 우주에 있는 다양한 천체에는 자원이 무한대로 존재한다. 하지만 거리가 너무 떨어져 있어

서 우주자원을 활용한다는 생각은 단순한 상상에 불과했다

. 그런데 최근 들어서 기술이 발달하면서, 우주에 있

는 무한한 자원을 실제로 이용하려는 아이디어들이 등장하고 있다

. 문제는 아직도 기술적인 장벽도 있지만, 또

한 이러한 우주자원을 채굴

, 이용, 소유하는 것이 법적으로 가능한지 여부이다. 본 논문에서는 우주자원의 채굴,

이용에 대한 국제우주법적인 검토와 외국의 입법례를 보도록 한다

. 먼저 국제우주법적인 검토로는 외기권조약

과 달조약을 상세하게 분석하여 우주자원의 채굴

, 이용 가능여부에 대해 정리하도록 하고, 외국의 입법례로는

미국과 룩셈부르그의 우주자원법을 분석하여 그 나라들이 어떻게 국제법을 해석하여 국내법에 적용하였고

, 국

내법 규정은 어떤 내용들이 있는지는 분석하도록 한다

. 이러한 내용은 우리나라의 우주자원 관련 법규정 신설

검토에 도움이 될 것이다

Key Words : Space resources, exploitation, Commercial Space Launch Competitiveness Act(CSLCA)

* 이준, 한국항공우주연구원 정책연구부 책임연구원

joonlee@kari.re.kr

이준 / 항공우주산업기술동향 17/1 (2019) pp. 10~17

1. 서 론

지구상의 자원은 한정되어 있어서

, 그 씀씀이의 속

도에 따라 차이는 있겠지만 점차 줄어들고 있는 것이

당연한 이치이다

. 인류가 영원히 지구상의 자원만을

가지고 살 수 있을 것이라는 예측은 이미 사라진지 오

래이다

인류는 한편으로는 자원을 절약하는 방안을 강구

하거나

, 대체에너지, 대체물질 개발 등 다양한 해결책

을 내놓고 있으며

, 다른 한편으로는 지구 밖의 자원을

끌어들이는 방법도 고민하고 있다

우주에 있는 천체들은 거리가 천문학적으로 떨어

져 있고

, 운송수단도 일부 몇몇 국가들만 갖고 있을

뿐 아니라

, 비용도 천문학적이어서 이를 활용한다는

것은 전에는 상상에 불과했다

하지만 최근 들어서 우주에 있는 무한한 자원을 이

용하려는 아이디어들이 나오고 있다

문제는 이러한 우주자원을 채굴

, 이용, 소유하는 것

이 법적으로 가능하냐는 것이다

. 본 문에서는 우주자

원의 채굴 및 이용에 관해서 국제우주법상의 검토 및

국내적으로 법규정을 갖고 있는 나라의 입법례를 중

심으로 검토를 하도록 한다

2. 국제우주법상의 검토

2.1 외기권조약

2019년 현재 전세계 109개국이 가입한, 우주활동의

기본 원칙을 담고 있는 외기권조약

(원명: 달과 기타

천체를 포함한 외기권의 탐색과 이용에 있어서의 국

가활동을 규율하는 원칙에 관한 조약

)은 우주를 모든

국가가 자유로이 이용할 수 있는 공간으로 규정하고

있다

외기권조약 제

1조에 달 및 기타 천체를 포함한 외

기권은 형평의 원칙에 의하여 국제법에 따라 모든 국

가가 자유로이 탐색하고 이용하며 천체의 모든 영역

에 대해 출입을 개방한다고 규정1)하고 있고

, 제2조는

1) The Outer Space Treaty. Art.1

달 및 기타 천체를 포함한 외기권은 주권의 주장에 의

하여 또는 이용과 점유에 의하여 또는 기타 어떠한 수

단에 의해서도 국가 전용의 대상이 되지 아니한다고

규정2)하고 있다

외기권조약에 따라

, 어떠한 나라도 외기권 및 천체

에 대해서 주권 주장을 할 수 없으며

, 자국의 주권의

영향권 내에 둘 수 없기 때문에 자국의 국내법으로 자

국민에게 달

, 천체 및 외기권에 대해 소유권을 부여할

수도 없다

외국의 몇몇 회사가 일정 금액을 받고 달이나 화성

지표의 일부에 대해 소유권증서를 주는 것은 이러한

점에서 법적 효력이 없다

그렇다면

, 달 및 천체에서 채굴한 자원은 어떨까?

이에 대해서는 외기권조약이 명료한 규정을 하고 있

지 않다

. 그러다 보니, 뒤에서 자세히 다루겠지만, 우

주자원을 자유로이 채굴․이용할 수 있다는 주장과 그

렇지 않다는 주장이 국제사회에서 엇갈리고 있다

2.2 달협정

2.2.1 달협정 개요

우주자원에 대해 상세한 규정을 두고 있는 국제우

주법으로는 달협정

(원명: 달과 기타 천체의 자연자

원을 사용함에 있어서 국가활동을 규제하는 협정

)이

있다

달협정은 원명에서 보듯이 달에 있는 자원에 대해

서만 규정하고 있는 것이 아니고

, 달 및 기타 천체를

The exploration and use of outer space, including the moon and

other celestial bodies, shal be carried out for the benefit and in
the interests of al countries, irrespective of their degree of
economic or scientific development, and shal be the province of
al mankind.
Outer space, including the moon and other celestial bodies, shal
be free for exploration and use by al

States without

discrimination of any kind, on a basis of equality and in
accordance with international law, and there shal be free access
to al areas of celestial bodies.
There shal be freedom of scientific investigation in outer space,
including the moon and other celestial bodies, and States shal
facilitate and encourage international co-operation in such
investigation.

2) The Outer Space Treaty. Art.2

Outer space, including the moon and other celestial bodies, is not
subject to national appropriation by claim of sovereignty, by
means of use or occupation, or by any other means.

이준 / 항공우주산업기술동향 17/1 (2019) pp. 10~17

모두 포함하고 있으므로 약칭상의 제목에 혼동되어

서는 안된다

. 단, 본 협정 제1조에 따라 태양계 내의

천체로 국한되어 있다3)

2.2.2 인류공동의 유산

달협정은 우주자원을

‘인류공동의 유산(Common

Heritage of Mankind)’의 범주에 넣고 있다4). 인류공
동의 유산이란 국제법적인 개념으로서 특정 지역이

나 특정 문화유산 및 자연유산을 개별 국가나 단체의

착취 및 개발로부터 보호하고 미래 세대를 위해 관리

해야 한다는 원칙

(principle)이다.

1954년 ‘무력충돌시 문화자산의 보호에 관한 헤이

그협약

’에서 문화자산의 보호를 위해 처음 등장한

이후

, 1979년 달협정에서 달 및 태양계 내 천체의 자

원

, 1980년 해양법협약에서 심해저 부분에 적용되고

있다

‘인류공동의 유산’개념은 정치적으로는 제3세계

국가들이 선진국의 선개발에 따른 개도국들의 미래

기회박탈을 방지하기 위해 많이 이용하고 있다

2.2.3 우주자원의 개발 제한

외기권조약 제

2조 및 달협정 제11조 제2항에 따라,

달 및 우주공간 및 천체들은 국가들의 전유물의 대상

이 되지 않는다

. 이는 점유를 하든 다른 방법을 사용

하든 상관없이 똑같이 적용된다

외기권조약에 더 나아가서

, 달협정 제11조 제3항전

반부에는 달표면 뿐만 아니라

, 달 및 태양계 내의 천

체들의 지하 및 매장되어 있는 자연자원들도 국가

, 국

제기구

, 정부기관, 비정부기관 및 단체, 개인의 재산

이 될 수 없다고 규정하고 있다5)

3) The Moon Agreement. Art.1.

The provisions of this Agreement relating to the moon shall
also apply to other celestial bodies within the solar system,
other than the earth, except in so far as specific legal norms
enter into force with respect to any of these celestial bodies.

4) The Moon Agreement. Art.11.

1. The Moon and its natural resources are the common

heritage of mankind, which finds its expression in the
provisions of this Agreement, in particular in paragraph
5 of this article.

5) The Moon Agreement. Art.11.

3. Neither the surface nor the subsurface of the moon, nor

그리고 달 및 태양계 내의 천체들의 지표나 지하에

우주선

, 장비, 시설, 중간기착지(station), 설비, 인력

을 배치했다고 해서 지표

, 지하의 소유권을 창출하는

것은 아니라고 명확히 규정하고 있다6)

그렇다고 해서

, 그러한 국가들이 달 및 태양계 내의

천체를 탐사하고 이용하는 것을 금지하지는 않는다

달협정 제

11조 제4항은 국제법 및 달협정의 규정들에

따라

, 국가들이 형평에 기초해서 차별없이 달 및 태양

계 내의 천체를 탐사하고 이용할 권리가 있다고 규정

하였다7)

우주자원을 탐사하고 이용할 권리는 있지만 소유

권을 인정할 수는 없다는 규정은 일견 서로 모순된 내

용처럼 보인다

이에 대해

, 달협정은 국제적인 관리를 해결책으로

내세웠다

달협정 제

11조 제5항은 우주자원의 채굴 가능성이

가까워지는 시점이 되면

, 달협정 당사국들이 이러한

자원의 채굴을 관리하는 국제체제

(regime)를 설립할

것을 예정하고 있다8)

우주자원관리 국제체제는 아래의 임무수행을 주

요 목적으로 한다

(a) 달 및 태양계 내 천체의 자연자원의 질서있고

안전한 개발

any part thereof or natural resources in place, shall
become

property

any

State,

international

intergovernmental or non- governmental organization,
national organization or non-governmental entity or of
any natural person. .

6) The Moon Agreement. Art.11.

3. . . The placement of personnel, space vehicles, equipment,

facilities, stations and installations on or below the surface
of the moon, including structures connected with its
surface or subsurface, shall not create a right of
ownership over the surface or the subsurface of the moon
or any areas thereof.

7) The Moon Agreement. Art.11.

4. State Parties have the right to exploration and use of the

moon without discrimination of any kind, on the basis of
equality and in accordance with international law and the
terms of this Agreement.

8) The Moon Agreement. Art.11.

5. States Parties to this Agreement hereby undertake to

establish an international regime, including appropriate
procedures, to govern the exploitation of the natural
resources of the moon as such exploitation is about to
become feasible.

이준 / 항공우주산업기술동향 17/1 (2019) pp. 10~17

(b) 우주자원들의 합리적 관리,
(c) 우주자원들의 이용 기회 확대,
(d) 이러한 우주자원들로부터 얻는 혜택을 전 당사

국들이 형평하게 공유

. 이때 개도국들의 이익와 수요

가 특히 고려되어야 하고

, 물론 채굴에 직, 간접적으

로 기여한 국가들에 대한 노력도 고려되어야 한다9)

2.2.4 달협정의 한계

달협정은 근본적으로 한계가 있다

. 우주자원 채굴

및 이용이 가능하려면

, 독자적인 발사능력과 우주탐

사 항행기술

, 자원탐색 위성기술, 착륙 및 채굴기술,

재진입 기술들이 필요하다

우주에 접근할 수 있는 이러한 능력을 자체적으로

갖고 있는 나라는 몇 개 되지 않는데

, 그 과실은 전세

계 국가들이 형평하게 공유하자고 하는 철학은 당연

히 반발이 있을 수밖에 없다

UN은 성공적이게도 COPUOS(외기권평화적이용

위원회

)를 통해 1967년 외기권조약, 1968년 구조․반환

협정10)

, 1972년 책임협약11), 1974년 등록협약12), 1979

년 달협정의

5개 국제우주법을 제정하였지만, 원칙론

적이거나 실무적인 앞의

4개의 조약에 반해, 제3세계

의 정치색이 많이 들어있는 달협정은 주요 우주활동

국가들로부터 환영을 받지 못했다

그래서 달협정은 가입국이

2019년 현재 18개국밖

9) The Moon Agreement. Art.11.

7. The main purposes of the international regime to be

established shall include:

(a) The orderly and safe development of the natural resources

of the moon;

(b) The rational management of those resources;
(c) The expansion of opportunities in the use of those

resources;

(d) An equitable sharing by all States Parties in the benefits

derived from those resources, whereby the interests and
needs of the developing countries, as well as the efforts of
those countries which have contributed either directly or
indirectly to the exploration of the moon, shall be given
special consideration.

10) 원명: Agreement on the Rescue of Astronauts, the Return

of Astronauts and the Return of Objects Launched into
Outer Space

11) 원명: Convention on International Liability for Damage

Caused by Space Objects

12) 원명: Convention on Registration of Objects Launched into

Outer Space

에 되지 않는다

. 보편적 국제우주법으로 보기에 어려

움이 있는 것이다

. 그리고 국제법의 특성상 이에 가입

하지 않은 국가들을 구속할 수도 없다

더구나 가입국

18개국도 주요 우주활동국이 들어

있지 않아서 그 의미가 많이 퇴색되어 있다13)

3. 외국 국내법 사례 검토

3.1 개요

우주자원을 국제적으로 관리해야 한다고 규정한

달협정이 대부분의 국가들로부터 외면 받고 있기 때

문에

, 우주자원에 대해 법적으로 인용할 수 있는 국제

우주법은 우주활동의 일반원칙을 담고 있는 외기권

조약이 유일하게 된다

그런데 외기권조약은 앞에서 언급한 바와 같이

, 우

주자원에 대해 명시적인 조항이 없어서

, 국제사회에

서 국가들마다 해석을 달리하고 있다

일부국가는 외기권조약을 순수하게 문리적

(文理

的

)으로 해석하여, 우주 및 천체에 대한 전유금지조

항만 있으므로 우주자원에 대해서는 자유로운 채굴

및 이용이 가능하다고 하고

, 일부국가는 논리적(論理

的

)으로 해석하여, 우주 및 천체에 대한 전유금지가

된다는 것은 그에 딸린 우주자원에 대해서도 해당되

므로 자유로운 채굴 및 이용이 불가능하다는 의견인

것이다

지금까지는 우주자원에 대해 현실적인 이용가능

성이 적었기 때문에

, 이에 대해 법해석상의 논쟁만 있

을 뿐 특별한 실익은 없었다

하지만

, 지구와 화성사이, 화성과 목성사이의 무수

한 소행성들이 자원의 보고이고

, 달에도 헬륨3 등 미

래형 자원이 널려있다는 분석이 나오면서

, 이를 사업

화하려는 민간기업체들도 생겨나게 되었고 그러면

서

, 다양한 이슈들, 즉, 우주자원의 소유권을 인정할

수 있는지

, 우주자원을 채굴하려는 민간기업체는 어

13) 달협정 가입국: 아르메니아, 오스트리아, 호주, 벨기에, 칠레,

카자흐스탄

, 쿠웨이트, 레바논, 멕시코, 모로코, 네덜란드, 파

키스탄

, 페루, 필리핀, 사우디 아라비아, 터키, 우루구아이, 베

네수엘라

이준 / 항공우주산업기술동향 17/1 (2019) pp. 10~17

떻게 관리해야 하는지

, 그에 따른 정부의 책임은 어디

까지인지

, 그리고 채굴된 우주자원을 실제로 어떻게

관리해야 하는지에 대해 고민을 해야 하는 시점이 되

었다

우주자원의 관리에 대해 발빠르게 국내법을 제정

한 나라가 미국과 룩셈부르그이다

. 이하에서는 미국

과 룩셈부르그의 해당 조항을 분석하여 이 국가들이

국제법을 어떻게 해석했으며

, 이에 따라 국내법을 어

떻게 제정했는지 보도록 한다

3.2 미국의 입법례

미국은

2015년 상업우주발사경쟁력법(CSLCA,

Commercial Space Launch Competitiveness Act)에
우주자원채굴활동

(space mining activities) 장(章)인

Chapter 513을 추가하고, 여기에 3개의 조항을 신설
하면서 관련 국내법을 가진 최초의 국가가 되었다

미국은 국제법의 해석과 관련해서

, 외기권조약에

우주자원 조항이 없는 것은 자유로운 채굴 및 이용이

가능하다는 취지라고 판단하고

, 동 조약 제6조를 들

어 문제없음을 언급했다14)

외기권조약 제

6조는, 우주활동은 정부주체가 하든

비정부주체가 하든 그 국가가 책임을 부담함을 보증

해야 하고

, 이를 위해 해당 국가의 인가 및 감독을 요

한다고 규정하고 있다15)

14) UN COPUOS 제56차 법률소위(2017년) 의제14 (우주자원의

탐사

, 채집, 활용의 향후 법적 모델에 관한 의견교환)에서의

미국대표 발언

, 이준, ‘2017년 UN COPUOS 법률소위 출장귀

국보고서

’ p.11

15) The Outer Space Treaty, Art.6

States Parties to the Treaty shall bear international

responsibility for national activities in outer space, including
the moon and other celestial bodies, whether such activities
are

carried

governmental

agencies

non-governmental entities, and for assuring that national
activities are carried out in conformity with the provisions
set forth in the present Treaty.

The activities of non-governmental entities in outer space,

including the moon and other celestial bodies, shall require
authorization and continuing supervision by the appropriate
State Party to the Treaty.

When activities are carried on in outer space, including

the moon and other celestial bodies, by an international
organization, responsibility for compliance with this Treaty
shall be borne both by the international organization and
by the States Parties to the Treaty participating in such
organization.

미국은 우주자원의 채굴에 대해 외기권조약상의

규정이 없는 것은 법의 흠결이 아니라 이를 인정하는

것이며

, 결국 모든 우주활동은 해당 국가가 책임을 지

도록 하고 있으므로 그 국가의 국내법에 의한 인가 및

감독절차를 만들면 되고

, 최종적으로 국가가 국제법

적인 책임을 지면 된다는 것이다

Chapter 513의 3개의 조항을 분석하면 다음과 같

다

. 먼저 제51301조는 정의규정으로서‘우주자원’은

우주에 원래 위치한

(in situ) 비생물자원을 말하며, 물

과 미네랄을 포함한다고 규정하고 있다16)

제

51302조는‘상업적 탐사 및 상업적 이익회수

(commercial recovery)’에 대해 규정하고 있다. 본 조
항에 따르면 미국의 대통령은 적절한 연방기관을 통

해 미국 시민

(citizens)의 상업적 탐사 및 이익회수 촉

진을 위해 노력하고

, 이를 위해 경제적으로 자립가능

하고

, 안전하며, 안정적인 산업체 발전에 방해가 되는

장애물을 감소시키도록 하고 있다

. 아울러 미국 시민

들이 상업적 탐사와 상업적 이익회수를 할 수 있는 권

리를 촉진하도록 규정하고 있다

. 물론 이러한 활동은

외기권조약 제

6조에 따라 미국의 국제법상의 의무에

합치되어야 하고

, 연방정부의 인가(authorization)와

지속적인 감독

(supervision)을 전제로 한다17).

이때 외기권조약 제

6조상의 인가 및 감독을 수행할

적절한 연방기관

(authority)과 감독절차에 대해, 백악

16) CSLCA, Chapter 513, §51301. Definitions.

(2) Space resource -

(A) In general – The term ‘space resource’ means an abiotic

resource in situ in outer space.

(B) Inclusions – the term ‘space resource’ includes water and

minerals.

17) CLSCA, Chapter 513, §51302. Commercial exploration and

commercial recovery.

(a) In general – The President, acting through appropriate

Federal agencies, shall-
(1) facilitate commercial exploration for and commercial
recovery of space resources by United States citizens;
(2) discourage government barriers to the development in
the United States of economically viable, safe, and stable
industries for commercial exploration for and commercial
recovery of space recources in manners consistent with the
international obligations of the United States; and

(3) promote the right of United States citizens to engage in

commercial exploration for and commercial recovery of
space

resources

free

from harmful

interference,

accordance with the international obligations of the United
States and subject to authorization and continuing
supervision by the Federal Government.

이준 / 항공우주산업기술동향 17/1 (2019) pp. 10~17

관

OSTP(Office of Science and Technology)는 2016

년에 의회에 제출한 법 자문 보고서를 통해 현재 우주

자원의 산업화의 정도를 보면 아직 포괄적인 법체제

(comprehensive regulatory framework)를 설립할 정
도는 아니어서

, 산업체에 부담이 되지 않는 선에서 절

차 정도만 만들어 놓을 것을 제안하였다18)

아울러

, 동 보고서는, 절차는 발사허가를 내주는 기

관인

미연방항공청

(FAA,

Federal

Aviation

Administration)이 탑재체검토(payload review)할
때 들어있는 부처간 검토절차

(interagency process)

를 이용하면 될 것으로 제안하고 있다

. 즉, 한 기관이

모든 법적 절차를 수행하는 것이 아니고

, 유관 부처가

각자의 해당부분을 검토하도록 조정하는 역할을 하

도록 하는 것이다19)

제

51303조는 상업적 이익회수를 하는 미국시민에

게 우주자원을

‘소유, 운송, 이용 및 판매할 수 있는 권

리

’가 있다고 규정하고 있다. 물론 미국의 국제법상의

의무를 포함한 유관 법령에 합치될 것을 전제로 한

다20)

3.3 룩셈부르그의 입법례

룩셈부르그 우주자원 개발 및 이용에 관한 법 초안

이

2016년에 나왔을 때의 조항을 분석해 보면 국제법

해석과 관련해서 상당히 흥미롭다

초안 제

1조에 우주자원은‘국제법에 따라’전용

(appropriation) 가능하다21)고 못박았다. 즉, 우주자
원의 채굴 및 이용이 가능한 것은 국제법에 근거가 명

18) OSTP, Report on on-orbit authority, as required by the

Commercial Space Launch Competitiveness Act, 2016, p.4.

19) Ibid., p.4

20) CLSCA. Chapter 513, §51303. Asteroid resource and space

resource rights.

A United States citizen engaged in commercial recovery of

an asteroid resource or a space resource under this chapter
shall be entitled to any asteroid resource or space resource
obtained, including to possess, own, transport, use and sell
the asteroid resource or space resource obtained in
accordance with applicable law, including the international
obligations of the United States.

21) 룩셈부르그 법 초안. Draft version of the law on the

Exploration and Use of Space Resources.

Art.1. Space resources are capable of being appropriated in

accordance with international law.

확히 있기 때문이라는 것이다

법안 초안에 첨부되어 있는 설명서

(Explanatory

Statement)를 보면 룩셈부르그는 외기권조약 제2조
를 그 근거로 삼았다

외기권조약 제

2조는 ‘달 및 기타 천체를 포함한 외

기권

’은 국가 전용의 대상이 되지 아니한다고 규정하

고 있다

. 룩셈부르그는 우주자원 개발 및 이용에 관한

법 초안에는

‘우주자원’만 규정하고 있기 때문에 서로

다루는 내용이 명확히 다르다는 것이다

이 초안은 후에 의회 검토과정에서

, 우주자원에 대

한 국제법은 모호하다는 부정적 의견이 나옴에 따라

2017년 8월 1일 최종안에는 ‘국제법에 따라’를 삭제하
였다

. 하지만‘우주자원은 전용 가능하다’는 내용은 살

아 있어서 우주자원이 채굴

,이용이 가능함을 국내법

에서 분명히 하고 있다22)

. 결국 국제법 부분은 지웠지

만 행간에는 국제법적 근거가 묵시적으로 인정되고

있는 셈이다

우주자원 개발 및 이용에 관한 법은 총

17개 조항으

로 구성되어 있다

. 제2조는 국가로부터 인가를 받은

운영자

(authorized operator)는 우주자원 채굴 및 이

용 활동을 하는데 있어서 룩셈부르그의 인가 조건과

국제법적인 의무에 따라 임무 수행을 해야 한다고 규

정하고 있다

그 이후의 조항들은 행정적인 내용을 담고 있다

즉

, 인가의 신청절차(제3조), 신청인(제4조), 인가대상

(제5조), 인가신청시 정보 첨부(제6조), 신청인의 조직
역량

(제7조), 신청인의 경제적 역량(제8조), 신청인의

신뢰성

(제9조), 조건부 인가(제10조, 제11조), 인가시

의무부과내용

(제12조), 인가취소(제13조), 정부의 감

독

(제14조), 인가받은 운영자의 책임(제15조), 유관 부

처의 권한과의 충돌 회피

(제16조), 위반시 처벌규정

(제17조)으로 구성되어 있다.

22) 룩셈부르그 법. The law on the Exploration and Use of

Space Resources.

Art.1. Space resources are capable of being appropriated.

이준 / 항공우주산업기술동향 17/1 (2019) pp. 10~17

4. 결론

미국의 우주자원법은 우주자원의 정의와 소유권

인정 조항을 중심으로 하고

, 행정적인 절차는 기존의

다른 법

(발사허가체제)을 활용하는데 반해, 룩셈부르

그의 우주자원법은 우주자원에 대한 소유권 인정과

더불어

, 행정절차를 상세히 다루고 있다는 점에서 차

이가 있다

하지만

, 양 국가 모두 우주자원의 채굴 및 이용이

국제법에 따라 가능하다고 해석했으며

, 국내법을 통

해 소유권 인정 및 국가의 인가

, 감독에 대해 구체화

하고 있다는 점은 공통적으로 같다

국제법에 근거를 두는 경우

, 외기권 조약 제2조와

제

6조가 이용되었으며, 구체적인 우주자원 규정이 있

는 달 조약은 당해 조약의 정치적 성격 때문에 외면받

고 있음을 알아봤다

우주자원 채굴 및 이용은 이제 세계적인 관심사가

되고 있다

. 달에 있는 헬륨3는 미래 핵융합에너지 원

료로 고려되고 있고

, 수많은 소행성들에는 희귀광물

자원과 산업에 쓰이는 자원들이 무궁무진하게 매장

되어 있다는 것이 속속 분석되고 있다

이미 미국

, 일본, 유럽은 달탐사 및 소행성탐사를

하고 있고

, 러시아, 중국, 인도도 공공연하게 우주자

원 채굴을 위한 달탐사를 한다고 선언하고 있다

. 결국

우주접근능력이 있는 국가가 미래를 선도하고 세계

를 주도하게 될 것이다

. 우리나라도 한국형발사체 개

발이 마무리되면 우주접근능력을 확보하게 되므로

향후 우주자원탐사와 연결할 수 있도록 기술개발에

매진해야 한다

아울러

, 사전정지작업으로 우주자원에 대한 법적,

정치적

, 경제적인 관점에서의 국제적인 논의에 적극

참여하고

, 아울러 국내법에 관련 규정 신설을 검토해

야 한다

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11. Senjuti Mallick & Rajeswari Pillai Rajagopalan, “If

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이준 / 항공우주산업기술동향 17/1 (2019) pp. 10~17

14. 윤인숙, “미국 우주법제 연구:

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17. 법(룩셈부르그), The Law on the Exploration and

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18. 법 자문 보고서(미국), OSTP, Report on on-orbit

authority, as required by the Commercial Space
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Governing the Activities of States in the
Exploration and Use of Outer Space, including
the Moon and Other Celestial Bodies)

20. 조약, 달협정 (Agreement Governing the

Activities of States on the Moon and Other
Celestial Bodies)

항공우주산업기술동향 17권 1호

기술동향

항공우주산업기술동향 17권 1호 (2019) pp. 21~31

http://library.kari.re.kr

에서 보실 수 있습니다.

기술동향

중국의 DJI 상용드론에 대한 기술 동향 조사 및 분석

한창환*

1 )

Technology Trend Analysis on the DJI's Commercial

Drones in China

Han, Chang-Hwan*

ABSTRACT

The drones market has been rapidly growing in the 2000s, there is the Chinese DJI company

called the drones’Apple at the center of it. The DJI has a high technology that occupies more
than 70% of the world’s drones market. The Company is expanding its global market by
developing industrial and agricultural drones, starting with a drone for taking picture. In Korea,
drones has been selected as the core technology of the fourth industrial revolution and
multi-copter for disaster & public safety missions that can carry out fire fighting, police and
coast guard in a multi-government department joint program are currently developing. On this
occasion, the main specifications and performance of DJI drones and trends in applied
technologies are presented.

초 록

드론시장은

2000년대 들어 급격한 성장을 보이고 있으며, 그 중심에는 드론의 애플이라고 불

리는 중국의

DJI가 있다. DJI는 전 세계의 70% 이상의 드론시장을 점유할 정도의 높은 기술력을

가지고 있다

. 이 회사는 영상 촬영용 드론으로 출발하여 산업용/농업용 드론을 개발함으로서 지

금도 시장의 외형을 확대해 나아가고 있다

. 국내에서도 드론을 4차 산업혁명의 핵심기술로 선정

하여 육성하고자 하고 있으며

, 현재 소방/경찰/해경의 임무를 수행할 수 있는 재난·치안용 무인

기

(드론)가 多 부처 과제로 개발되고 있다. 차제에 DJI 드론의 주요 제원 및 성능을 알아보고 적

용된 드론기술에 대한 동향을 살펴보기로 한다

Key Words : Drone(드론), Vision Sensor(비전센서), Flight Autonomy 2.0(비행 자율시스템 2.0)

Intelligent Flight Mode(지능형 비행 모드), Intelligent Flight Battery(지능형 비행 배터
리

), Return To Home(홈 복귀), OcuSync 2.0(오큐싱크 2.0)

* 한창환, 한국항공우주연구원, 항공연구본부 재난치안용무인기사업단

hanch@kari.re.kr

한창환 / 항공우주산업기술동향 17/1 (2019) pp. 21~31

1. 서 론

중국의

DJI는 세계시장의 70%1)를 점유할 정

도로 기술력이 높다

. DJI의 드론은 주로 영상

촬영

/산업용으로 개발되었으며, 드론에 적용된

기술도 카메라 촬영을 위한 안전운항

(장애물

감지

/회피 등), 장거리 통신(영상전송), 지능형

비행모드 및 지능형 배터리 기술 등에 초점을

두고 있다

. 따라서 여기서는 DJI가 개발한 촬

영용

/산업용 상용드론에 대한 주요 제원 및 성

능을 알아보고

, 적용된 기술에 대한 기술동향

을 살펴보고자 한다

. 본문에 기술된 DJI 드론

들의 제원

, 성능 및 기술사항은 DJI의 드론 사

양

(Specification)과 사용자 교범(User Manual)

을 주로 참고하여 기술하였다

2. DJI 드론 제원 및 주요 성능

제원 및 성능은 우선 영상 촬영용으로 초소

형인 스파크

(Spark), 고속성능이 우수한 인스파

이어

2 (Inspire 2), 접이식으로 휴대성이 뛰어

난 매빅 계열

(Mavic Series)인 매빅 프로(Mavic

Pro), 매빅 에어(Mavic Air) 그리고 매빅 2 프
로

/줌(Mavic 2 Pro/Zoom), 구조강성 및 경량화

로 설계된 팬텀

4 계열(Phantom Series)인 팬

텀

4 프로(Phantom 4 Pro), 팬텀 4 어드밴스드

(Phantom 4 Advanced), 팬텀 4 프로 V2.0
(Phantom 4 Pro V2.0)에 대하여 알아보고, 다
음 산업용으로 개발된 매트리스

200 계열

(Matrice 200 Series)인 매트리스 200 V2/매트
리스

210 V2에 대하여 알아보기로 하겠다.

2.1 스파크 (Spark)

DJI가 개발한 초소형 드론으로서 손바닥에서

이착륙

(Palm Launch)이 가능할 크기이며 중량

도

300g에 불과하다. 스파크(Spark)는 지능형

1) 전자신문, “세계 최대 드론 제작사는 플랫폼 회사로 확장 중”

2019-01-28.

비행 모드

(Intelligent Flight Mode) 및 장애물

회피기능을 가진 촬영용 드론이며

, 조종기, 모

바일 기기 또는 제스처

(Gesture) 방법으로 일부

조종 및 촬영이 가능하다

. <표 1>은 스파크의

주요 제원과 성능을 보여 주고 있다

. 여기서 최

대속도와 최대비행시간은 무풍일 때의 성능이다

구 분

내 용

기체 중량

300g

기체크기(mm)

143x143x55mm (LxWxH)

대각선 길이(프롭 제외)

170 mm

최대속도

50km/h

최대비행시간

16분(20km/h)

최대조종거리

2km

운용온도

0~40°

내풍성

20~28 km/h

위성위치시스템

GPS/GLONASS

<표 1> 스파크 제원 및 성능[2]

2.2 인스파이어 2(Inspire 2)

인스파이어

2는 인스파이어 1(세계 최초 HD

영상정보시스템

, 360°회전 짐벌 장착, 4K 카메

라를 장착한 영화촬영용 드론

[1])의 업그레이드

형이다

. 정지 상태에서 80km/h까지 가속하는

데

5초 정도 걸리며, 자체발열을 이용해서 저

온에서도 배터리의 성능을 유지할 수 있도록

설계되었다

. 조종기는 마스터 조종기와 부조종

기로 되어 있어 최대

100m까지 서로 떨어져

조종이 가능하다

[1]. <표 2>는 인스파이어 2의

주요 제원 및 성능을 보여 주고 있다

. 여기서

최대속도와 최대비행시간은 무풍을 기준으로

제시된 것이다

구분

내 용

최대이륙중량(MTOW)

4,000g

기체 중량

3,290g

기체크기

(LxWxH, mm)

427x425x317(LxWxH)

대각선 길이(프로펠러 제외)

605mm

최대속도

94km/h

최대비행시간

27분

최대조종거리

7km

운용온도

-20~40°

내풍성

36km/h

위성위치시스템

GPS/GLONASS

<표 2> 인스파이어 2 제원 및 성능[3]

한창환 / 항공우주산업기술동향 17/1 (2019) pp. 21~31

2.3 매빅 계열(Mavic Series)

매빅 계열 드론의 주요 제원 및 성능은

<표 3>

과 같다

. 매빅 계열은 휴대성을 높이기 위해 접이

식으로 개발되었으며

, 매빅 2 프로/줌의 경우는

전 방향의 장애물을 감지할 수 있는 능력을 보유

하고 있다

. 그리고 매빅 프로와 매빅 2 프로/줌

은

OcuSync라는 새로운 전송 시스템을 탑재해서

보다 긴 제어 및 전송거리를 가지고 있다

. 최대속

도와 최대비행시간은 무풍에서의 성능이며

, 비행

시간은

25km/h의 속도를 유지하는 조건이다.

구분

매빅 프로

매빅 에어

매빅2프로/줌

기체 중량

743g

430g

907/905g

기체
크기

(mm)

Fold

198x83x83

168x83x49

214x91x84

Unfold

305x244x85

168x184x64

322x242x84

대각선 길이

(프로펠러 제외)

335 mm

213mm

354 mm

최대속도

65km/h

68.4km/h

72km/h

최대비행시간

27분

21분

31분

최대조종거리

7km

4km

8km

운용온도

0~40℃

-10~40℃

내풍성

10m/s

38km/h

위성위치시스템

GPS/GLONASS GPS/GLONASS GPS/GLONASS

<표 3> 매빅 계열 제원 및 성능[4][5][6]

2.4 팬텀 4 계열(Phantom 4 Series)

팬텀

4 계열 드론의 주요 제원 및 성능은

<표 4>에서 보여 주고 있다.

구분

팬텀 4 프로

팬텀 4

Advanced

팬텀 4 프로

V2.0

기체 중량

1,388g

1,368g

1,375g

기체크기(mm) 289.5x289.5x196 289.5x289.5x196 289.5x289.5x196

대각선 길이

350 mm

최대속도

72km/h

최대비행시간

30분(20km/h)

최대조종거리

7km

운용온도

0~40℃

-10~40℃

내풍성

29~38km/s

위성위치시스템

GPS/GLONASS

<표 4> 팬텀 4 계열 제원 및 성능 [7][8][9]

대각선 길이는 프로펠러를 제외한 길이이며

최대속도 및 최대비행시간은 무풍을 기준으로

하였다

. 특히 기체는 티타늄 합금과 마그네슘

합금으로 만들어져 구조강성 및 경량화에 중점

을 두고 설계되었다

2.5 매트릭스 200 계열(Matrice Series)

매트리스

200 계열은 접이식 착륙장치, 방진

방수

IP43를 적용하여 설계된 산업용 드론이다.

짐벌 카메라를 이용하여 송전탑

/다리 등 점검,

인명수색 등의 임무를 수행할 수 있다

. <표 5>

는 매트리스

200 계열의 제원 및 성능을 보여

주고 있다

. 최대비행시간은 TB55형의 배터리

(7,660mAh)를 장착한 최대 탑재하중에서 성능
이다

. -20℃의 저온에서 운용이 가능하도록 배

터리 가열 시스템을 장착하고 있다

구분

매트리스 200 V2

매트리스 210 V2

기체 중량

4,600g(TB55)

4,800g(TB55S)

MTOW

6,140g

6,1400g

기체
크기

(mm)

Fold

722x247x242

722x282x242

Unfold

883x886x398

883x886x427

대각선 길이

(프로펠러 제외)

643 mm

최대속도

81km/h

최대비행시간

24분

최대조종거리

8 km

8km

운용온도

-20~50℃

내풍성

12m/s

방진/방수

IP43

위성위치 시스템

GPS/GLONASS

<표 5> 매트릭스 계열 제원 및 성능 [10]

3. DJI 드론 주요 기술 동향

3.1 주요 적용 기술 요약

DJI 드론의 기술동향을 살펴보기 위하여 주요

기술을

<표 6>과 같이 분류해 보았다. 여기서

비행안전시스템은

DJL의 Flight Autonomy 2.0

을 적용한 기술로 메인 카메라

(Main Camera),

비전

/감지센서, 전방 3D IR(Infra Red) 센서, 위

한창환 / 항공우주산업기술동향 17/1 (2019) pp. 21~31

성 위치시스템

(GPS/GLONASS), 관성측정장치

(IMU), 24개 컴퓨터 코어 프로세스 등으로 구
성되어 있다

[11]. 또한 홈 포인트(Home Point)

로 돌아오는 홈 귀환

(RTH : Return To Home)

기술

, 지능형 배터리 기술, 지능형 비행기술,

제어통신

(전송)기술, 방진/방수 기술 등으로 분

류해 보았다

구 분

주요 기술 내용

비행안전

시스템

장애물 감지 및 회피

비행 중 장애물을 감지하고 회피 알
고리즘의 적용 기술

비전 포지셔닝(Vision
Positioning) 시스템

비전시스템/초음파 센서(Sensor)에 의
한 정밀 제자리비행 위치설정 기술

위성 포지셔닝 (GPS
Positioning) 시스템

GPS/GLONASS에 의한 위치설정 기술

다중 시스템

(Redundancy System)

듀얼 IMU/Barometer/Compass, 다중
GPS, 듀얼 모터 제어 신호 기술 적용

홈 귀환

홈 포인트 귀환 기술

RTH (Return To Home)

Low Battery/Failsafe/통신 두절 시
홈으로 자동 복귀 비행기술

배터리
시스템

지능형 비행 배터리

(Intel igent Flight Battery)

자체 충전/방전/잔량/보호 기능 등 관
리 및 상태 전송 기술

자동비행

지능형 비행 모드

(Intel igent Flight Mode)

피사체 자동 추적 등 비행 기술

통신(전송)

통신/전송기술

WiFi/LightBridge/OcuSync 전송기술

방수/방진

IP43

분진 및 물 침투 방지 기술

<표 6> 주요 적용 기술 분류

3.2 비전/충돌탐지 시스템

DJI의 비전 및 충돌탐지 시스템은 비전센서

(Vision Sensor), IR 센서(Infrared Sensor), 초
음파 센서

(Ultrasonic Sensor)의 조합으로 구성

되어 있다

. DJI 드론별 장착된 비전/충돌탐지

시스템에 대한 동향을 살펴보기로 한다

3.2.1 비전/충돌탐지 센서

비전센서 및 충돌탐지 센서는 드론이 비행할

때 비전 포지셔닝

(Vision Positioning), 주변의

장애물 감지

, 거리를 측정 등의 용도로 사용된

다

. 드론별 장착 센서는 각각 <표 7>, <표 8>,

<표 9>, <표 10> 및 <표 11>과 같다. 센서 장
착 위치는 장애물을 감지할 수 있는 방향을 의

미하기도 한다

드론

센서 구분

수량

용 도

스파크

(Spark)

전방 3D IR 센서

전방 장애물 감지

하향

비전센서

비전 포지셔닝 및 장애물 감지

3D IR 센서

비전 포지셔닝 및 착륙 고도 측정

<표 7> 스파크 비전/충돌탐지 시스템[1]

드론

센서 구분

수량

용 도

인스파이어 2

(Inspire 2)

전방 비전센서

전방 장애물 감지

하향

비전센서

비전 포지셔닝 및 장애물 감지

초음파센서

비전 포지셔닝을 위한 고도 측정

상향

IR 센서

상방 장애물 감지

<표 8> 인스파이어 2 비전/충돌탐지 시스템[1]

드론

센서 구분

수량

용도

매빅 프로

(Mavic Pro)

전방 비전센서

2 전방 장애물 감지

하향

비전센서

2 비전 포지셔닝 및 장애물 감지

초음파센서

2 비전 포지셔닝을 위한 고도 측정

매빅 에어

(Mavic Air)

전방 비전센서

2 전방 장애물 감지

후방 비전센서

2 후방 장애물 감지

하향

비전센서

2 비전 포지셔닝 및 장애물 감지

IR 센서

2 비전 포지셔닝을 위한 고도 측정

매빅 2 프로/

매빅 2 줌

(Mavic 2 Pro/

Mavic 2 Zoom)

전방 비전센서

2 전방 장애물 감지

후방 비전센서

2 후방 장애물 감지

측면 비전센서

2 측면 장애물 감지

상향 IR감지센서

1 고도측정으로 비전포지셔닝 지원

하향

비전센서

2 비전 포지셔닝 및 장애물 감지

IR감지센서

1 비전 포지셔닝을 위한 고도 측정

<표 9> 매빅 계열 비전/충돌탐지시스템[1]

드론

센서 구분

수량

용 도

팬텀 4 프로

전방

비전센서

2 전방 장애물 감지

후방 비전센서

2 후방 장애물 감지

측면

IR센서

2 측면 장애물 감지

하향

비전센서

2 하향 장애물 감지 및 위치 설정

초음파 센서 2 비전 포지셔닝을 위한 고도 측정

팬텀 4

Advanced

전방

비전센서

2 전방 장애물 감지

하향

비전센서

비전 포지셔닝 및 장애물 감지

초음파센서

2 비전 포지셔닝을 위한 고도 측정

팬텀 4 프로

V2.0

전방 비전카메라

2 전방 장애물감지

후방 비전카메라

2 후방 장애물감지

측면

IR 센서

2 측면 장애물 감지

하방

비전센서

2 비전 포지셔닝 및 장애물 감지

초음파 센서 2 비전 포지셔닝을 위한 고도 측정

<표 10> 팬텀계열 비전/충돌탐지 시스템[1]

한창환 / 항공우주산업기술동향 17/1 (2019) pp. 21~31

드론

센서 구분

수량

용 도

매트리스 200 V2

(Matrice 200 V2)

전방 비전센서

2 전방 장애물 감지

상향 IR 센서

1 상방 장애물 감지

하향

비전센서

2 비전 포지셔닝 및 장애물 감지

초음파센서 2 비전 포지셔닝 시 고도 측정

매트리스 210 V2

(Matrice 210 V2)

전방 비전센서

2 전방 장애물 감지

상향 IR 센서

1 상방 장애물 감지

하향

비전센서

2 비전 포지셔닝 및 장애물 감지

초음파센서 2 비전 포지셔닝 시 고도 측정

<표 11> 매트리스 200 계열 비전/충돌탐지 시스템[1]

3.2.2 센서 감지 범위

DJI 드론의 비전/충돌탐지 시스템의 작동범

위

, 탐지 범위는 비행속도, 물체의 조명정도,

패턴

, 또는 재질 등에 영향을 받는다. 3장에서

알아본 각 드론의 센서에 대하여

DJI가 제시한

정밀탐지

, 탐지범위 및 화각(FOV)2)에 대하여

정리해 보았으며

, <표 12> ~ <표 16>과 같다.

표에서 보는 바와 같이 센서 장착을 보면 스파

크는 전방과 하향 장애물만 감지할 수 있지만

매빅

2 프로/줌의 경우는 전 방향의 장애물을

감지할 수 있이 있음을 알 수 있다

. 여기서 DJI

사양에 확인할 수 없는 기술사항은 공란으로

남겨 놓았다

드론

센서 구분

정밀탐지

탐지범위

스파크

전방

3D IR 센서

0.2~5m

하향

비전센서

0~8m

0~30m

3D IR 센서

0.2~5m

<표 12> 스파크 센서 감지 범위[1]

드론

센서 구분

정밀탐지 탐지범위

화각(FOV)

인스파이어

전방 비전센서

0.7~15m 0.7~30m

수평:60°,수직:54°

하향

비전센서

0.7~15m 0.7~30m

초음파센서

0.1~5m

상향

IR 센서

0~5m

±5°

<표 13> 인스파이어 2 센서 감지 범위[1]

2) 위키백과 : 사진술에서 화각(Field of View)은 렌즈를 통해서 사진기가

이미지를 담을 수 있는 각

드론

센서 구분

정밀탐지

탐지범위

화각(FOV)

매빅

프로

전방

비전

0.7~15m

0.7~30m

수평:60°, 수직:27°

하향

비전

0.3~13m

좌우:20°

초음파

매빅

에어

전방

비전

0.5~12m

0.5~24m

수평:50°, 수직:19°

후방

비전

0.5~10m

0.5~20m

수평:50°, 수직:19°

하향

0.5~8m

0.5~30m

앞뒤:50, 좌우:53

매빅 2

프로/

매빅 2줌

전방

비전

0.5~20m

0.5~40m

수평:40°, 수직:70°

후방

비전

0.5~16m

0.5~32m

수평:60°, 수직:77°

측면

0.5~10m

수평:80°, 수직:65°

상방

0.1~8m

하방

비전

0.5~11m

0.5~22m

0.1~8

<표 14> 매빅 센서 감지 범위[1]

드론

센서 구분

정밀측정

탐지범위

화각(FOV)

팬텀 4

프로

전방

비전

0.7~15m

0.7~30m

수평:60°,수직:±27°

후방

비전

0.7~15m

0.7~30m 수평:60°, 수직:±27°

측면

0.2~7m

수평:70°, 수직:±10°

하향

비전

0~10m

좌우:50°, 전후:70°

초음파

0.2~5m

팬텀 4

Advanced

전방

비전

0.7~15m

0.7~30m 수평:60°, 수직:±27°

하향

비전

0~10m

좌우:50°, 전후:70°

초음파

0.2~5m

팬텀 4

프로

V2.0

전방

비전

0.7~15m

0.7~30m 수평:60°, 수직:±27°

후방

비전

0.7~15m

0.7~30m 수평:60°, 수직:±27°

측면

0.2~7m

수평:70°, 수직:±10°

하방

비전

0~10m

좌우:50°, 전후:70°

초음파

0.2~5m

<표 15> 팬텀 4계열 센서 감지 범위[1]

드론

센서 구분

정밀탐지

탐지범위

화각(FOV)

매트리스

200 V2

전방

비전

0.7~15m 0.7~30m

수평:60°, 수직: 54°

상향

0~5m

±5°

하향

비전

0~10m

초음파

0.1~5m

매트리스

210 V2

전방

비전

0.7~15m 0.7~30m

수평:60°, 수직: 54°

상향

0~5m

±5°

하향

비전

0~10m

초음파

0.1~5m

<표 16> 매트리스 계열 센서 감지 범위[1]

한창환 / 항공우주산업기술동향 17/1 (2019) pp. 21~31

3.3 장애물 감지/회피 방법

3.3.1 스파크

스파크는 전방에

3D 감지 시스템이 있으며,

하향으로 비전센서와

3D IR 센서가 장착되어

있다

. 전방의 3D 감지 센서로 장애물을 감지하

면 우선 속도를 감속하며

, 장애물 감지 시 충

분한 제동거리를 확보하기 위해서는 비행속도

가

10.8km/h 이하로 유지해야 한다. RTH 중

에 장애물을 회피할 수 있으며 홈 포인트

(Home Point)로부터 100m 이상 떨어지면 장애
물 회피가 안된다

. RTH 중에 장애물 회피방법

은 전방

5m에서 장애물을 감지하면 속도를 감

속하고 제자리비행을 한 후 장애물이 감지되지

않을 때까지 후진비행을 하고

5초 동안 수직상

승을 하여 홈 포인트로 귀환비행을 한다

. 단,

상부

, 측면 또는 후방에 있는 장애물은 센서가

없기 떄문에 감지 및 회피가 안된다

[2].

3.3.2 인스파이어 2 [3]

인스파이어

2는 전방과 하방 비전 센서를 이

용해서 전방

30m 거리의 장애물을 감지할 수

있으며 최대속도

54km/h, 피치각(Pitch Angle)

25°를 이하로 유지하도록 하고 있다. 상향 적외
선 센서를 이용하여 상방

5m의 장애물을 감지

함으로서 실내 제자리비행이 가능하다

장애

물 감지 및 회피에 사용되는 센서 들은

DJI

Flight Autonomy 기능을 수행 하는데 적용된
다

. RTH 중에 장애물 회피방법은 전방 15m

앞에서 장애물을 감지하면 감속하여 제자리비

행을 한 후 장애물이 감지되지 않을 때까지 상

승비행을 하여 매핑을 기억하여

RTH를 한다.

3.3.3 매빅 계열

매빅 계열은

<표 9>에서 보는 바와 같이 전

방

/하향에 센서를 장착한 드론부터 전 방향에

센서를 장착한 드론이 있다

. 장애물 회피는

Flight Autonomy 2.0기술을 적용하고 있으며
감지 및 회피 방법으로는 매빅 프로의 경우

RTH 중을 예로 들면 15m 앞 장애물을 감지하
면 속도를 줄이고 제자리비행을 하다

5m 상승

한 후 홈 포인트로 귀환 비행한다

[4]. 매빅 에

어는 장애물을 감지하면 속도를 줄이고 제자리

비행을 하며 장애물이 감지되지 않을 때까지

후진비행하며 수직상승 후에 홈 포인트로 귀환

비행을 한다

[5]. 매빅 에어의 APAS(고급 조종

보조시스템

)라는 시스템이 있어 장애물 감지

시 우회경로

(수평 또는 수직)를 자동 계산해 주

는 기술을 보유하고 있다

. 매빅 2 프로/줌은

매빅 에어와

RTH 프로세스가 같으며 단. RTH

중에는 측면 장애물을 회피를 못한다

[6].

3.3.4 팬텀 4 계열[7][8][9]

팬텀

4 프로와 팬텀 4 프로 V2 의 경우 5방

향

(전/후/좌/우/하)의 장애물 탐지가 가능하고

4방향(전/후/좌/우)의 장애물 회피(우회, 위로
비행 또는 제자리비행

)를 할 수 있으며, 팬텀 4

어드밴스드에는 후방 비전 센서와 좌

/우에 IR

센서를 추가한

Flight Autonomy 2.0 기술을 적

용하였다

. 전방에 장애물을 감지하면 충돌하지

않도록 제동

(Braking)하는 기술을 가지고 있어

비행속도를

50km/h를 초과지 말아야 한다.

RTH 중에 장애물 회피방법은 300m 전방에서
감지되는 장애물은 우회하여

RTH를 하며, 15m

전방에서 장애물을 감지하면 속도를 줄이고 정

지하여 제자리비행을 하고 다시 감지된 장애물

보다

5m 높게 수직상승하여 홈 포인트로 귀환

한다

. 단, 팬텀 4 프로/V2.0의 좌/우에 있는

3D IR 센서는 초보자 모드에서만 작동한다.

3.3.5 매트리스 200 계열[10]

매트릭스

200 계열의 장애물 회피도 Flight

Autonomy 2.0기술을 적용하고 있으며, 전방
300m 이내에서 감지되는 장애물은 우회하여 회피
하고

, RTH 중에도 15m 이내에서 장애물을 감지

하면 속도 감속하며 제자리비행을 하고 수직으로

장애물 보다

5m 높게 상승을 하여 RTH를 한다.

RTH 중 하강할 때는 장애물 감지를 하지 못한다.

한창환 / 항공우주산업기술동향 17/1 (2019) pp. 21~31

3.4 제자리비행

DJI 드론의 제자리비행 기술은 드론의 비행성

능을 보이는 중요한 요소라고 할 수 있다

. 드론

은 하향 비전 센서 및

IR 센서 또는 초음파 센

서의 데이터를 이용한 비전 포지셔닝 시스템

(VPS : Vision Positioning System) 제자리비행
과

GPS의 데이터를 이용한 위성 포지셔닝 시스

템

(GPS Positioning System) 제자리비행을 수행

한다

. 드론의 제자리비행의 정확도는 <표 17>에

서 보여 주고 있며

, GPS 포지셔닝의 정확도는

여기에 제시된 드론이 동일하나 비전 포지셔닝

의 경우 매빅 에어

, 팬텀 4 어드밴스드 및 매트

리스

200 계열이 수평방향 ±0.1m, 수직방향

±0.1m의 정확도를 제시하고 있다. 단, GPS와 비
전센서가 활성화되지 않으면 기압계

(Barometer)

만을 이용하여 고도만 제어하여 제자리비행을

수행할 수 있다

. 비전 포지셔닝 제자리비행은

GPS 수신이 되지 않는 실내에서 수행된다.

기종

구분 비전 포지셔닝 GPS 포지셔닝

스파크, 인스파이어 2,

매빅프로/매빅 2 프로/줌,

팬텀 4 프로/v2.0

수평

±0.3m

±1.5m

수직

±0.1m

±0.5m

매빅에어, 매트리스 200

v2, 매트리스 210 v2

수평

±0.1m

±1.5m

수직

±0.1m

±0.5m

<표 17> 제자리비행 정확도[1]

3.5 사용 주파수 및 전송거리

<표 18>은 조종기 사용 시 통신 주파수 및

최대 전송거리이며

, 드론의 사용 주파수는 2.4

GHz 및/또는 5.8GHz이다. 전송거리는 EMI 전
자파방출기준에 대한 전자파의 인체 무해함을

인증하는

FCC3)와 CE4)를 기준으로 제시하였

다

. 주파수 전송거리가 FCC와 CE가 차이가 있

는데 이것은 송신출력기준이 다르기 때문이다

Federal Communications Commission (미연방통신위원회)

Communaute European(유럽공동체)

DJI 드론의 주파수 전송거리는 최소 2km에서
최대

8km까지의 거리차이를 보이고 있다.

드론

구분

주파수(GHz)

최대전송거리

(km)

스파크

FCC

2.412~2.462

2.0

5.745~5.825

2.0

2.412~2.462

0.5

5.745~5.825

0.3

인스파이어 2,

팬텀 4 프로

FCC

2.412~2.462

7.0

5.180~5.805

7.0

2.412~2.462

3.5

5.180~5.805

2.0

매빅프로

FCC

2.400~2.483

7.0

2.400~2.483

4.0

매빅 에어

FCC

2.400~2.4835

4.0

5.725~5.850

4.0

2.400~2.483

2.0

5.725~5.850

0.5

팬텀 4 Advanced

FCC

2.400~2.483

7.0

2.400~2.483

3.5

팬텀 4 프로 V2.0

FCC

2.400~2.483

7.0

5.725~5.825

7.0

2.400~2.483

4.0

5.725~5.825

2.0

매빅 2 프로/줌,

매트리스 200 v2,

매트리스 210 v2

FCC

2.400~2.4835

8.0

5.725~5.850

8.0

2.400~2.483

5.0

5.725~5.850

5.0

<표 18> 최대 주파수 및 전송거리[1]

3.6 RTH 비행

RTH는 GPS 신호가 있을 때 드론이 작동하

기 시작한 위치를 홈 포인트

(Home Point)로

기억하고 그 지점으로 귀환하는 것을 말한다

DJI의 RTH 모드는 사용자 매뉴얼[2~10]에 의
하면 스마트

RTH, 배터리 부족 RTH 그리고

페일 세이프

(Fail Safe) RTH로 구분하고 있다.

스마트

RTH는 조종기에서 조종사가 RTH가

요구될 때

RTH 버튼을 눌러 실행하는 홈 귀환

이며

, 배터리 부족 RTH는 배터리의 잔량 파악

하여 홈 포인트로 돌아와야 할 경우 실행되며

배터리 부족 경고 후

10초 동안 조치가 없으며

자동으로

RTH를 실행한다. 페일 세이프 RTH

한창환 / 항공우주산업기술동향 17/1 (2019) pp. 21~31

는 무선통신이 두절되는 경우

(DJI 조종기의 통

신두절

3초로 설정)에 RTH가 자동으로 실행된

다

. 단, GPS 신호가 연결되고 컴퍼스(Compass)

가 정상적으로 작동될 때

RTH가 가능하다.

3.7 지능형 비행 모드

DJI의 지능형 비행모드(Intelligent Flight Mode)

는 영상 촬영 또는 지능적 비행을 위해 개발된

기술이다

. 즉, 기체를 조종하거나 피사체를 추적

또는 주위를 선회하는 등 다양한 모드로 비행을

할 수 있도록 설계되었다

. <표 19>은 지능형 비

행 모드를 선별하여 보여주고 있다

. 비행모드는

DJI 사용자 매뉴얼 참고하여 정리하였다.

비행 모드

비행 방법

QuickShot

피사체를 추적하며 동영상 촬영 비행

ActiveTrack

피사체를 일정한 거리로 추적 촬영 비행

TapFly

화면상에서 터치한 목표로 자동 비행

Gesture Control

제스처(Gesture)를 인식하여 손바닥 이착륙, 간단
한 조종 또는 촬영 비행

Spotlight

비행방향과 무관하게 카메라를 피사체에 고정하고
추적 비행

Draw

화면에 선을 그려 생성된 비행경로를 따라 비행

Terrain Follow

하방 카메라로 지면 인식 및 지면과 일정 고도 유
지 비행(지상충돌 방지)

POI

(Point of Interests)

대상 주위를 자동 원을 그리며 선회하며 비행

Course Lock

현재의 기수방향을 진행방향으로 고정하고 비행

Home Lock

기록된 홈 포인트로 이동

Way Point

화면에서 지정된 지점을 따라 비행

Smart Capture

손동작으로 드론 고도, 거리제어 및 사용자를 따
라오도록 조종

<표 19> 인텔리전트 비행 모드[1]

3.8 지능형 비행 배터리

지능형

비행

배터리

(Intelligent

Flight

Battery)는 배터리 잔량표시, 자동방전, 충전,
과충전 보호

, 과전류 보호, 배터리 전압/용량/

전류의 상태 및 절전 모드 등의 기능을 가지고

있고 상태정보를 무선통신으로 전송할 수 있는

LiPo(리튬 폴리머) 배터리이다. 특히 10일 이상

사용하지 않는 경우 배터리의 팽창을 방지하기

위해

65%미만으로 자동 방전을 시킴으로서 배

터리를 보호하기도 한다

[4]. 각 드론별 주요 배

터리 제원은

<표 20>과 같다.

기종

용량

(mAh)

전압

(V)

종류

중량

(g)

운용온도

(℃)

스파크

1,480

11.4 LiPo3S

+5~40

인스파이어 2

4,280

22.8 LiPo6S

515

-20~40

매빅 프로

3,830

11.4 LiPo3S

240

+5~40

매빅 에어

2,375

11.5 LiPo3S

140

0~40

매빅 2 프로/ 줌

3,850

15.4 LiPo4S

297

-10~40

팬텀 4 프로

5,870

15.2 LiPo4S

468

-10~40

팬텀 4 Advanced

5870

15.2 LiPo4S

468

-10~40

팬텀 4 프로 V2.0

5870

15.2 LiPo4S

468

-10~40

매트리스 200 v2

7,660

22.8 LiPo6S

885

-20~50

매트리스 210 v2

7,660

22.8 LiPo6S

680

-20~50

<표 20> 지능형 비행 배터리[1]

인스파이어

2와 매트리스 200 계열의 경우는 배터

리 가열 기능이 있어 배터리의 온도가

15℃이하로 되

면 작동하여 배터리를 가열하고

20℃가 되면 가열을

중지한다

. IP43 기술이 적용되어 방진/방수 기능을

가지고 있다

[2][10].

4. 기술 동향 분석

DJI 드론에 적용된 중요한 몇 가지 기술에

대하여 간단하게 분석해 보고자 한다

. 먼저 안

전비행에 관련된

Flight Autonomy 2.0 기술에

대하여 알아보고

, 다음에 제어통신과 영상전송

에 관련된 전송기술

, 장애물 감지 및 회피에

사용되는 비전

/감지 센서 그리고 기타 적용 기

술에 대하여 알아보기로 한다

4.1 Flight Autonomy 2.0

Flight Autonomy 2.0은 현재 DJI가 상용 드론

에 적용되고 있는 비행안전을 위한 핵심기술이

라고 할 수 있다

[15]. 이 기술은 비전센서, 감지

센서 또는 측정센서로부터 획득한 데이터를 계

산하고 알고리즘을 통해 드론주변의 환경을 매

핑

(Mapping)하여 비행을 지원해 주는 기술이다.

여기에는 영상 관성위치 측정장치

(VIO:Visual

한창환 / 항공우주산업기술동향 17/1 (2019) pp. 21~31

Inertial Odometry)5)라고 하는 기술이 적용되었
으며 비전센서

, 적외선 센서, IMU 그리고 컴퓨터

코어 등으로 구성되어 있으며 정밀한 제자리비행

또는 장애물 감지 및 회피 비행이 가능케 한다

[11][15]. Flight Autonomy 2.0의 대표적인 기술로
는 장애물인식 및 회피 기술이라고 할 수 있는데

현재는 제한적 이지만 향후 전

/후/좌/우/상/하의

전방향의 장애물 동시 감지 및 회피가 가능 할 것

이다

. RTH 중에 장애물을 회피하는 첨단 비행능

력을 보여 주고 있다

. 더 업그레이드 된 Flight

Autonomy 버전이 나올 것으로 예상이 된다.

4.2 비전 및 감지 센서

DJI의 드론에 적용된 비전 센서, 초음파 센

서 및

IR 센서는 비행체 주변의 장애물을 감지

하고 고도 및 위치정보를 제공하는 목적으로

사용되었다

. 비전센서는 스테레오 비전 센서

(Stereo Vision Sensor)이다. 이들 센서에 대한
감지 방향 및 범위는 앞에서 기술하였고 여기

서는

DJI가 사용자 매뉴얼에서 언급한 기술적

제약조건제시해 보고자 한다

. 센서 작동환경은

<표 21>에서 보여주고 있다.

구분

작동 환경 조건

비전
센서

-선명한  패턴과  적절한  빛(15  럭스  이상)
(인스파이어  2,  매빅  프로,  매빅  에어,  매빅  2  프로,
팬텀  4  프로,  팬텀  4  advanced,  매트리스  200  계열)

초음파

센서

-비흡수 재질, 단단한 표면
(인프파이어 2, 팬텀 4 계열, 매트리스 200 계열)

IR센서

-확산  반사가  일어나고  크기가  20x20mm를  초과하여
반사율이  20%를  초과하는  표면(벽,  나무,  사람  등)
(스파크  3D  IR  센서)
-크고  확산  및  반사  장애물(반사율  10%  이상)
(인스파이어  2,  매트리스  200  계열)
-확산반사가  일어나는  반사율이  20%를  초과하는  표면
(벽,  나무,  사람등)  (스파크,  매빅  에어,  매빅  2  프로)
-확산반사가  일어나고  반사율이  8%를  초과하는  표
면(벽,  나무,  사람  등)(팬텀  4  프로/팬텀  프로  V2.0)

<표 21> 비전/감지 센서 작동환경[1]

5) Visual odometry is the process of determining the position and

orientation of a robot by analyzing the associated camera

images. If an inertial measurement unit(IMU) is used within

the VO system, it is referred to as VIO

(출처 :

https://en.wikipedia.org/wiki/visual_odometry)

<표 22>는 DJI 사용자 매뉴얼 또는 사양에

제시한 제한속도를 보여 주고 있다

. 센서의 장

착 방향에 따라 감지할 할 수 있는 비행속도가

상이하나 여기서는 전진 속도에 대해서만 제시

하였다

. 비행속도는 센서의 탐지범위와 연관이

있으며 장애물 감지 후 충돌방지를 위한 속도

로도 고려되었다

드 론

최대

비행속도

(km/h)

장애물 감지

제한 비행 속도

(km/h)

전방 센서

탐지범위

스파크

50.0

10.8

0.2~5m

인스파이어 2

94.0

50.0

0.7~30m

매빅 프로

65.0

36.0

0.7~30m

매빅 에어

68.4

28.8

0.5~24m

매빅 2 프로/줌

72.0

50.4

0.5~40m

팬텀 4 프로

72.0

50.0

0.7~30m

팬텀 4 Advanced

72.0

50.0

0.7~30m

팬텀 4 프로 v2.0

72.0

50.0

0.7~30m

매트리스 200 v2

81.0

36.0

0.7~30m

매트리스 210 v2

81.0

36.0

0.7~30m

<표 22> 전방 장애물 감지 제한속도[1]

4.3 제어통신 및 영상 전송

DJI는 드론의 제어 및 영상을 WiFi에서 출발

하여 팬텀

4 프로까지는 LightBridge6)로 전송

을 하였으며

, 매빅 프로부터는 OcuSync라고 불

리는 전송기술을 적용하였다

LightBridge는 FDM(Frequency

Division

Multi-flexing)과

TDM(Time

Division

Multi-flexing) 기술을 사용하여 기체조종 및 영
상전송에 안전성과 보안성을 높인 기술이다

[12]. LightBridge는 사용주파수를 2.4GHz로 하
였으며

, LightBridge 2는 사용주파수가 2.4GHz

와

5.725~5.810GHz 듀얼 밴드임으로 호환이 가

능하다

. DJI의 OcuSync 기술은 DJI가 드론에

적용한 핵심기술로서 영상 압축기술

, 전송 지

연 최소화 및

Hand-Over 통신을 위한 독자적

인 프로토콜을 만들어 탑재하였으며

, 기존의

아날로그 방식에 비해 전송속도와 전송거리의

6) 신호가 약해지면 증폭을 해주는 기능으로 먼 거리까지 송신이 가

능한

DJI 특허기술이다[14].

한창환 / 항공우주산업기술동향 17/1 (2019) pp. 21~31

확대를 가져왔고

, 다중 네트워크가 가능하게

되었다

[12]. <표 23>은 전송기술별 사용 주파수

와 제어통신 및 전송거리를 보여 주고 있다

구분

LightBridge 2 [16] OcuSync 1.0 [13] OcuSync 2.0 [13]

주파수

(GHz)

2.400~2.483

5.725~5.810

2.400~2.483

5.725~5.810

2.400~2.483

5.725~5.810

제어/전송

거리

5km

7km

8km

<표 23> 제어/영상 전송 기술

OcuSync 2.0은 주파수를 2.4GHz와 5.8GHz

중에서 간섭이 적은 주파수로 자동 전환이 가

능하다

기종

전송 기술

드론 사양

전송거리

적용기술

전송거리

Spark

WiFi

2.0

인스파이어 2

LightBridge 2

5.0

7.0

매빅 프로

OcuSync 1.0

7.0

매빅 에어

WiFi

4.0

매빅2 프로/줌

OcuSync 2.0

8.0

팬텀 4 프로

LightBridge 2

5.0

7.0

팬텀 4 Advanced

LightBridge 2

5.0

7.0

팬텀 4 프로 V2.0

OcuSync 1.0

7.0

매트리스 200 v2

OcuSync 2.0

8.0

매트리스 210 v2

OcuSync 2.0

8.0

<표 24> 적용된 전송기술 분석

LightBridge 2의 경우 <표 23>과 <표 24>에

서 보는 봐와 같이 전송거리에 차이를 보이는

것은

DJI는 업그레이드된 LightBridge 2를 사

용했기 때문이라고 설명하고 있다

4.4 기타 적용 기술

4.4.1 RTH 기술

RTH 기술은 상용드론에 적용되는 첨단기술

이라고 할 수 있다

. DJI 드론은 RTH 비행 중

에

Flight Autonomy 2.0 기술을 적용하여 장애

물 감지하고 회피할 수 있는 기술을 가지고 있

다

. 단, 이 기술은 충분한 GPS신호를 받을 수

있어야 가능하다

4.4.2 지능형 비행 모드

지능형 비행 모드는

DJI사가 사진촬영을 지

원하기 위해 비행모드이며 촬영 중에 조종사의

부담을 경감해 주는 기술이다

. 이 비행모드는

드론의 장점을 잘 살린 유용한 기술이라고 평

가할 수 있다

. 다양한 센서 기술과 알고리즘을

개발한 결과이라고 볼 수 있다

4.4.3 제자리비행 기술

비전센서 또는

GPS 센서를 이용한 포지셔닝

기술은 드론의 제자리비행 기술로서 비전 포지

셔닝 정확도는 점점 정밀해 지고 있다

. 그러나

비전센서가 자기장의 영향을 받거나 바닥패턴

인식을 못하는 경우 비전 포지셔닝의 신뢰성이

떨어진다

. 또한 주변에 자기장이나 전자파간섭

이 있을 경우나 감지 범위를 벗어나는 경우 제

자리비행 성능이 저하될 수 있다

4.4.4 다중 시스템

DJI에서는 주요 시스템의 고장으로 인해 비

행 안전에 영향을 줄 수 있는 주요 센서를 다

중으로 설계하였다

. 듀얼 IMU/Compass/기압

계

/배터리 시스템을 예로 들 수 있으며, 매트리

스

600 프로의 경우는 GPS 3개, IMU 3개를 채

택하여 정확도 및 안전성을 향상시키기도 했다

4.4.5 지능형 비행 배터리

배터리는 드론의 비행성능을 좌우할 수 있는

매우 중요한 시스템이라고 할 수 있다

. DJI의

지능형 비행 배터리는 비행 중 배터리의 상태

를 실시간 확인할 수 있고 비행 가능 거리를

예측하는 알고리즘을 통해 홈 포인트와 드론과

의 거리를 계산하여

RTH를 결정할 수 있는 정

보 제공한다

. 배터리의 용량, 전압 및 전류 등

에 대한 정보를 전송할 수 있어 조종사가 비행

시간을 예측할 수 있다

. 또한 배터리의 수명연

장을 위한 자동 방전

, 셀 손상 경보 메시지를

주는 배터리 보호 기능도 가지고 있다

한창환 / 항공우주산업기술동향 17/1 (2019) pp. 21~31

5. 결 론

지금까지

DJI의 드론에 대한 기술동향을 알

아보았으며

DJI가 세계 상용시장의 70%을 점

유할 정도의 기술력을 보유하고 있음을 알 수

있었다

. 드론은 우리나라에서도 4차산업혁명의

핵심기술로 선정될 정도의 융

/복합기술을 가지

고 있는 플랫폼이다

. 특히 DJI의 드론에 적용

된 지능형 비행 모드

, Flight Autonomy 2.0 장

애물 감지 및 회피기술 또는 통신

(영상전송)기

술 등은 첨단기술로서 국내에서 개발하는 드론

은 물론 자가용비행기

(PAV)의 기술개발에 참

고할 수 있는 핵심기술이라고 본다

. 끝으로 본

DJI 기술동향이 다 부처 과제로 개발 중인 재
난치안용 무인기

(드론)의 개발에 보탬이 되고,

DJI의 드론기술의 정도를 파악하는데 도움이
될 수 있기를 바란다

후기

본 논문은 다부처사업으로 수행 중인 국민안

전 대응 무인항공기 통합시스템 구축 및 운용

사업의 연구내용 중 일부입니다.

참고문헌

1. DJI Homepage, https://www.dji.com/kr“사양”

2. DJI,“ Spark User Manual_V1.2”, 2017. 6.

3. DJI,“Inspire 2 User Manual_V1.4”, 2017. 7.

4. DJI,“Mavic Pro User Manual_V1.6”, 2017. 6.

5. DJI, “Mavic Air User Manual_V1.2”, 2018. 5.

6. DJI, Mavic 2 Pro/Zoom User Manual V1.2”, 2018. 9.

7. DJI, “Phantom 4 Pro User Manual_V1.2”,

2017. 7

8. DJI, “Phantom 4 Advanced User Manual

V1.0”, 2017. 6

9. DJI, “Phantom 4 Pro Series User Manual

V1.6”, 2018. 5.

10. DJI, “Matrice 200 Serise V2 User Manual_V1.4”,

2019.04

11. IT Chosun, 팬텀의 화질에 안전성과 휴대성을

갖춘 촬영드론

‘DJI 매빅프로“, 2018.9.28.

12. https://lovejuuu.blog.me/220975658391,

“DJI OcuSync(오큐싱크)”, 2017. 4. 5.

13. https://lovejuuu.blog.me/220975658391,

“오큐싱크(OcuSync) 2.0“, 2018.10.23

14. https://namu.wiki/w/DJI, 각주 : [13]

15. https://lovejuuu.blog.me/220975658391

“DJI Mavic Air와 VIO(Visual Inertia
Odometry) 기술” 2018. 1. 24.

16. https://www.dji.com/kr/products/compar

e-lightbridge

항공우주산업기술동향 17권 1호 (2019) pp. 32~41

http://library.kari.re.kr

에서 보실 수 있습니다.

기술동향

전기동력 회전익기 기술 동향

김덕관*

1 )

Technology Trend on the Status of the Electric Motor

Rotorcraft

Deog-Kwan Kim*

ABSTRACT

Recently, electric power propulsion system on rotorcraft(helicopter) has been researched in

friendly environment trend instead of gasoline power propulsion. Specially this electric power
propulsion system on rotorcraft has high efficiency on low noise and vibration characteristics of
helicopter which has high noise and vibration naturally. This electric rotorcraft has been
developed and researched according to technology improvement of battery and electric motor.
This paper introduced the technology trend on the status of the electric motor rotorcraft based on
the examples of foreign country’s R&D program. In future, electric motor rotorcraft will be
applied for future PAV, air taxi, passenger drone market which will be increased with electric
propulsion in future

초 록

최근 회전익기(헬리콥터) 분야에서는 기존 휘발유 내연기관 적용의 회전익기에서 친환경의 전기동력

추진 회전익기로의 연구가 새롭게 대두되었으며, 조금씩 활발하게 진행되고 있다. 특히 회전익기 특성상

기본적으로 내재된 소음 및 진동을 줄이는데 효과적인 전기동력 회전익기는 배터리의 효율 증가, 전기모

터의 효율성 증대의 기술발전에 따라 적용되기 시작했다. 본 논문에서는 해외에서 활발하게 적용되어 개

발되고 있는 해외 선진국 중심의 전기동력 추진 회전익기 기술동향에 대하여 소개하였다. 향후 이러한

전기동력 회전익기는 미래형 자가용 비행기, 에어 택시 등 미래 소요 증가가 예상되는 수직이착륙기 분

야의 한 축으로 지속 발전할 것으로 기대된다.

Key Words : Rotorcraft(회전익기), Helicopter(헬리콥터), Electric Motor(전기모터), 배터리 관리

시스템

(Battery Management System), Battery Efficiency(배터리 효율), Electric Motor

Efficiency(전기모터 효율)

* 김덕관

, 한국항공우주연구원, 항공연구본부 항공기체계부

shine@kari.re.kr

김덕관 / 항공우주산업기술동향 17/1 (2019) pp. 32~41

1. 서 론

대표적인 회전익기 중 하나인 헬리콥터는 전

통적으로 내연기관의 동력원을 사용하고 있다

회전익기에서는 수직이착륙이라는 비행특성상

중량 대비 효율이 중요한 개발인자인데

, 기존

의 전기모터 방식으로는 이러한 효율을 맞출

수 없고

, 또한 운영유지비에서도 비효율적이기

에 그동안 적용된 사례가 거의 없었다

. 최근의

해외 선진국에서 친환경 저탄소 연구개발 프로

그램으로 내연기관 대신 전기시스템을 적용한

회전익기 연구가 진행되고 있다

. 특히 최근 급

부상하고 있는 도시간

(Inter-city), 도심내(Intra

–

City) 등 무인 공중(항공) 이동체(Unmanned

Air Mobility, 이하 UAM)로서 전기동력 수직
이착륙기

(eVTOL) 또는 전기 자가용 비행기

(ePAV)에서 활발하게 적용되기 시작했다.[1]

이러한 전기동력 회전익기 연구가 활발하게

진행하게 된 배경에는 친환경 운송수단이 도심

간 운용

, 이산화탄소 배출량 감소 등 대내외적

인 시장의 요구가 있기 때문이다

. 이에 국내에

서도 이러한 기술 발전 추세에 따라 전기동력

무인 헬리콥터에 대한 기술개발이 항우연 주관

으로 착수되었다

.[2] 이에 따라 유무인 회전익

기의 전기동력 추진 방식의 기술동향을 분석하

여 기술하고자 하였다

. 전기동력 헬리콥터의 특

징은 아직 배터리 기술 등 기술제약으로 비행

시간은 줄지만 소음 특성은 좋아져서 저소음

장점이 있고

, 유해 배기가스 배출이 없으며, 진

동이 줄어드는 장점이 있다

. 또한 엔진 및 동력

전달장치에 대한 정비소요가 줄어들어 비행기

운용유지비 감소효과가 크게 된다

주로 해외 전기동력 회전익기의 기술동향에

대하여 소개를 하였다

. 대표적인 회전익기인

헬리콥터 중심에서 기술하고 최근의 전기동력

수직이착륙기에 대한 기술동향도 기술하였다

주로 비행체 중심의 성능과 모터 사양

, 배터리

성능 등을 중심으로 기술하였다

. 대표적인 비

행체 중심으로 동향을 조사하였으며

, 이에 따

른 시사점 등도 기술하였다

전기동력 무인헬기의 기술은 크게

3가지로

구분된다

. 비행체 성능과 관련된 기술, 전기모

터 관련 기술 및 배터리 관련 기술로 크게 구

분 지을 수 있다

. 본 논문에서도 기술동향과

관련해서 상기

3가지 관점에서 중점적으로 기

술하고자 한다

전기동력 헬리콥터의 핵심은 기존 내연기관

헬리콥터의 엔진

, 동력전달장치인 기어박스와

구동축

, 연료펌프 및 연료탱크의 연료계통, 냉

각 및 배기시스템

, 발전기 등을 제거하고 전기

모터

, 컨트롤러, 배터리 등으로 단순화하여 안

전성을 향상시키고

, 소음을 줄이고, 기체구조의

경량화도 가능한 시스템이다

. 아래 그림1에는

전기동력 헬리콥터의 개념도가 제시되었다

.[3]

그림 1 전기동력 헬리콥터 개념도

2. 국외 전기동력 회전익기 기술

동향

국외 회전익기 체계업체들과 일부 중소기업

들을 중심으로 전기동력 회전익기 개발이 진행

되고 있다

. 기존 헬리콥터 체계업체는 내연기관

의 헬리콥터를 개조해서 전기동력 헬리콥터로

개발하는 것과 신규로 전기동력 헬리콥터를 개

발하는 것으로 구분되어진다

. 중소기업들은 소

형 헬리콥터 중심으로 전기동력 헬리콥터를 개

발하고 있다

. 본 장에서는 국외 전기동력 회전

익기 기술동향에 대해서 비행체 중심으로 기술

을 하고

, 후반부에 배터리관리시스템 기술, 전기

김덕관 / 항공우주산업기술동향 17/1 (2019) pp. 32~41

모터를 포함한 전력관리시스템 기술 분야에 대

해서 다루었다

. 비행체 중심의 기술동향은 각

회사의 대표 전기동력 헬리콥터 비행체의 성능

개발기간

, 배터리 및 전기모터 용량 등을 기술

하였다

. 배터리 관련 기술동향은 현재 대부분

적용되고 있는 배터리 기술과 향후 적용할 배터

리의 후보 기술에 대하여 기술하였다

. 마지막으

로 전기모터 관련 기술동향은 현재

eVTOL 중

심으로 적용하고 있는 전기모터와 전기동력관리

시스템 관련 기술에 대하여 간략하게 소개하였

다

. 아래 그림 2에는 세계적으로 추진되었거나

추진되고 있는 전기동력 헬리콥터의 종류와 기

본 사양을 포함한 발전 이력이 제시되었다

.[4]

그림 2 전동 헬리콥터 발전 이력

2.1 Project Zero

유럽 아구스타웨스트랜드

(AgustaWestland)사

는

2010년 12월에 회사 연구개발 프로그램으로

전기동력 무인 회전익기 기술시연기를 시작했

다

. 별명으로 “Technology Incubator”라고도 불

렸는데

, 이는 순수 전기동력원, 틸트 로터, 무인

회전익기 등 최신의 기술을 모두 적용하여 기

술을 태생시키고 성장시키는 의미로 붙여졌다

프로젝트 제로

(Project Zero)로 명명한 것도 별

도 외부 재원 도움 없이 순수 회사내 프로그램

으로 수행하는 의미이기에

“Zero”라고 하였다.

초기에

1/10 축소모델로 비행선도와 독특한 비

행체 형상에 대한 검증을 수행하였다

. 2011과

2012년에 수차례 비행시험을 하였으며, 오픈 로
터 형상과 덕트 형상 모두 수행하였다

. 전기동

력 시스템은 기존 동력보다

30% 이상 동력을

더 내기 위해 진보된 블레이드 플랜폼 형상

, 비

선형 비틀림각

, 별도 익형 등을 적용하였다. 순

수 전기동력원은 모든 복잡하고 무거운 동력전

달장치를 제거하였으며

, 낮은 소음수준과 온도

특성이 우수했다

. 전기모터도 산소가 필요 없으

며

, 오염된 대기조건에서도 비행이 가능한 것이

특징이다

. 배터리는 재충전이 가능하며 전기모

터

, 인버터 및 전기관리시스템은 협력회사와 함

께 개발하였다

. 이 전기동력 회전익기는 80%이

상 복합재료 구조물을 통한 구조경량화도 수행

하였다

. 정확한 사양은 안 알려져 있지만 유럽

특허

(EP2551190(A1)) 정보로부터 일부 추정할

수 있다

. 2016년 기준의 배터리 기술로는 10분

비행 가능한 것으로 알려져 있으며

, 10년 안에

배터리 기술이 발달하게 되면

100분 비행은 가

능할 것으로 예측되었다

. 표1에는 비행체 사양

이 제시되었으며

, 그림 3과 4에는 비행체 형상

과 다이어그램이 제시되었다

.[5]

항목

내용

비고

최대이륙중량

(MTOW)

N/A

최대동력

(Power)

N/A

최대속도

(Max. Speed)

500 km/h

항속거리

(Distance)

N/A

비행시간

(Flight Time)

100min

최대

비행고도

(Cruising Height)

7500m

최대

로터 직경

배터리 방식

리튬-이온 배터리

전기모터

N/A

표 1 Zero Project 비행체 사양

김덕관 / 항공우주산업기술동향 17/1 (2019) pp. 32~41

그림 3 AgustaWestland’s al -electric

rotorcraft,“Project Zero”

그림 4 Project ZERO 다이어그램

2.2 Sikorsky사의 Firefly

미국 시콜스키사는 기존

Schweizer 300C 헬

리콥터의 내연기관 추진을 전기동력 추진으로

개조하여

“Firefly” 라는 순수 전기동력 헬리콥

터로 개조 개발하는 연구를 수행하였다

. 이는

세계 최초의 순수 전기동력 유인 헬리콥터라고

불리게 되었다

.[6]

시콜스키사의

Firefly는 기존 내연기관을 전

기모터로 교체하면서 기존의 기계적인 동력전

달장치는 유지하였으며

, 순수 엔진만 교체하였

다

. 1개의 전기모터와 2개의 리튬-이온 배터리

팩을 적용하였다

. 조종사 1명 외에는 승객은 태

우지 않았으며

, 15분가량 비행하였다. 시콜스키

사는 세계 최초 순수 전기동력 유인 헬리콥터

를

2010년 7월 19일 영국 판보로 국제 에어쇼

(Farnborough International Air Show)에서 발
표하였다

. Firefly 전기동력 헬리콥터는 경량 실

험용 전기 헬리콥터 용도로서 비행하였다

. 고효

율 전기모터는

2개의 45Ah 리튬-이온 배터리 팩

으로 전기를 공급받으며

, 각 배터리 팩은 무게는

265kg(585lb)이며, Gaia Power Technologies사
에서 제작하였다

. 배터리 팩은 총 300셀로 구성

되었으며 약

370V 전압을 낼 수 있게 된다. 즉

각

1개 셀이 1.23V정도를 낼 수 있으므로 총

370V 전압 생성을 위해서는 300개 셀이 필요하
게 된다

. 전기모터와 모터 컨트롤러의 무게는

약

89kg (180lb)이며 최대이륙중량은 930kg으로

기존 헬리콥터와 동일하게 유지하였다

. 전기시

스템은 공랭식으로 구성되었다

. Eagle Aviation

Technologies, LLC사가 전기모터, 컨트롤러 및
배터리 시스템을 조립하였다

.[7]

아래 그림

5와 6에는 Firefly 비행체 단면 형

상을 보여주며 전기동력추진과 기존 내연기관

추진 방식의 차이

(개조) 및 비행체 전경을 보여

주고 있다

. 표 2에는 Firefly 사양이 간략하게

요약되어 정리되었다

그림 5 시콜스키사의 Firefly

그림 6 시콜스키사의 VERT

김덕관 / 항공우주산업기술동향 17/1 (2019) pp. 32~41

항목

내용

비고

최대이륙중량

(MTOW)

930kg

유상하중

(Payload)

200 kg

최대동력

(Power)

142kW

최대속도

(Max. Speed)

N/A

항속거리

(Distance)

N/A

비행시간

(Flight Time)

15min

로터 직경

8.18m

배터리 방식

리튬-이온 방식

(2개 Pack)

2x265kg

2x45Ah

전기모터

142kW

영구자석

89kg

표 2 Firefly 비행체 사양

2.3 Volta 헬리콥터

프랑스 아퀴니아

(Aquinea)사는 순수 전기동

력

1인승 헬리콥터인“Volta”를 개발하였다. 본

순수 전기동력 헬리콥터는

2016년에 15분 비행

세계기록을 달성하였다

. 볼타 전동 헬리콥터는

Firefly처럼 기존 내연기관 헬리콥터를 개조한
것이 아니라 처음부터 전기동력 추진으로 개발

되었다

1개의 전기모터와 리튬-황 배터리 팩을 적용

하였다

. 조종사 1명으로 1인승이며, 40분가량

비행가능하다

. 아퀴니아사는 세계 최초로 순수

전기동력 유인 헬리콥터로

15분 비행 기록을

세웠다

. Volta 전기동력 헬리콥터는 2016년 12

월에

15분 제자리 비행을 시연하였다. Volta 는

2개의 고효율 영구자적 전기모터(PMSM)로 운
영되며

, 총 80kW의 전력으로 운영된다. 22kWh

리튬 배터리로 운영된다

. Volta 헬리콥터는 프랑스

감항당국인

(DGAC, French Airworthiness Authority)

에 의해 공식적으로 등록되어 프랑스 내 민간

공역에서 운용이 가능하다

. 1인승인 Volta의 최

대이륙중량은

520kg, 유상하중은 100kg, 최대

동력은

90kW 1인승인 Volta에 이어 2인승인

Volta2를 개발 중에 있으며, 최대 이륙중량
640kg, 최대동력 90kW, 최대속도 시속 160km
로

30~45분 비행 가능하다. 그림 7과 8에 Volta

와

Volta 2 형상이 제시되었으며, 표 3과 4에

각각의 비행체 사양이 제시되었다

.[8-9]

그림 7 Aquinea사의 Volta 헬리콥터

그림 8 Aquinea사의 2인승 Volta2

항목

내용

비고

최대이륙중량

(MTOW)

520kg

유상하중

(Payload)

100 kg

1인승급

최대동력

(Power)

90kW

최대속도

(Max. Speed)

N/A

항속거리

(Distance)

N/A

비행시간

(Flight Time)

45~55min

최대

40min

로터 직경

N/A

배터리 방식

리튬-황 방식

(2개 Pack)

전기모터

80kW

영구자석

표 3 Volta 비행체 사양

김덕관 / 항공우주산업기술동향 17/1 (2019) pp. 32~41

항목

내용

비고

최대이륙중량

(MTOW)

640kg

유상하중

(Payload)

160 kg

2인승급

최대동력

(Power)

90kW

최대속도

(Max. Speed)

120~160km/h

항속거리

(Distance)

N/A

비행시간

(Flight Time)

30~40min

최대

40min

로터 직경

N/A

배터리 방식

리튬-황 방식

(2개 Pack)

전기모터

90kW

영구자석

표 4 Volta2 비행체 사양

2.4 HIROBO사의 HX-1과 BIT

일본 히로보

(HIROBO)사는 순수 전기동력 무

인 헬리콥터와

1인승 유인 헬리콥터인“HX –1

과

BIT”를 개발하였다. 히로보사는 2013년 도쿄

국제 로봇 전시회에서 처음으로 무인 전기동력

헬리콥터를 전시하였으며

, 생산에 들어간다고

하였다

. 추가적으로 1인승 전기동력 헬리콥터인

BIT도 소개하였다. 히로보사는 원래 원격조종
무선 헬리콥터

(RC Helicopter)로 잘 알려진 회

사이며

, 기존 RC 헬리콥터 시장에 상당히 높은

점유율을 확보하고 있다

. 또한 각종 국제대회에

서 우승하는 등 무인 헬리콥터 비행체와 모델

헬리콥터에 대한 기술력이 뛰어난 회사이다

. 최

근 고중량

, 장거리 비행거리 등의 요구로 HX-1

전기동력 무인헬기를 개발하게 되었다

. HX-1

전동 무인 헬리콥터는 동축반전 로터 형식을

갖고 있으며

, 30분 비행 가능하고 비행거리는

48km 정도, 최대 비행속도는 시속 100km/h 알
려져 있다

. 전기모터는 브러쉬리스 전기모터이

다

. 그림 9와 10에는 히로보사에서 개발한 무인

전기동력 헬기와

1인승 유인 전기동력 헬기가

제시되었다

. [10]

그림 9 HIROBO사의 전기동력 무인헬기 HX-1

그림 10 HIROBO사의 전기동력 유인헬기 BIT

2.5 UAVOS사의 UVH-EL

미국 유아보스

(UAVOS)사는 순수 전기동력의

소형 무인 헬리콥터

“UVH-EL”를 개발하였다.

유아보스사는 무인항공시스템

(SURVEYOR-HE)

을 무인 전기동력 헬기

(UVH-EL)와 통합하여

개발하였다

. 전기동력 추진으로 구동축을 제거

하였고

, 브러쉬리스 직류 모터(BLDC Motor)

적용

, 고정피치 로터 블레이드를 장착하였다.

무인 전기동력 헬기

(UVH-EL)는 다목적 헬기로

서 정찰

, 감시, 목표물 획득 및 전자전 환경 등

에서 운용가능하다

. 또한 무인 헬기는 지리탐

사

, 해양감시, 통신 및 안티드론 임무로서 사용

될 수 있다

. 온도 운용환경은 –20℃~+40℃까지

김덕관 / 항공우주산업기술동향 17/1 (2019) pp. 32~41

가능하며

, 전자동 무인 비행 및 자동 이착륙 기

능을 보유하고 있다

. 그림 11에는 겨울 온도 환

경에서 운용하고 있는

UVH-EL 전동무인헬기

형상이 제시되었으며

, 표 5에는 비행체 사양이

제시되었다

. [11-12]

그림 11 UAVOS사의 UVH-EL

항목

내용

비고

최대이륙중량

(MTOW)

25kg

유상하중

(Payload)

5kg

최대동력

(Power)

5kW

최대속도

(Max. Speed)

60~120km/h

항속거리

(Distance)

150km

비행시간

(Flight Time)

90min

최대

40min

로터 직경

2.5m

배터리 방식

리튬-이온 방식

전기모터

5kW

BLDC

표 5 UVH-EL 비행체 사양

2.6 Airbus사의 H130 전기동력 헬리콥터

유럽의

Airbus 헬리콥터사는 기존 H130 헬

리콥터에

100kW 전기모터와 배터리를 장착하

여 비행하는 계획을 발표하였다

. 이러한 전기동

력 헬리콥터는 자동회전착륙시 보다 쉽게 할

수 있어 비행 안전성을 증가시킬 수 있게 된다

또한 승객을 태워서 시연을 하는 것을 계획하

고 있으며

, 현재 상세설계 검토를 진행 중인 것

으로 알려져 있다

. 향후 2020년에 비행시험을

수행할 예정이며

, 전기동력 헬기는 보다 조용하

고

, 더 좋은 연료 효율을 갖추고 있으며 나아가

더 많은 수송능력을 보유할 것으로 예상된다

아래 그림

12에서 Airbus 헬리콥터사의 전기동

력

H130 개념도가 제시되었다.[13]

그림 12 Airbus사의 전기동력 H130 헬리콥터

2.7 Robinson사의 R44 전기동력 헬리콥터

미국

Tier 1 엔지니어링사는 2016년 10월 기

존 왕복엔진의 로빈슨 헬리콥터

(Robinson

Helicopter) R44를 개조하여 20분 비행을 수행
하였다

. 이 회사는 기존 로빈슨 R44 유인 헬리

콥터를

2개의 전기모터와 Brammo사의 큰 배터

리 팩

(총 11개의 리튬-폴리머 배터리, 1100파운

드

)으로 재설계하여 장착하였다. 이 전기 헬기

는 전기동력 개념 검증용이었다

. Tier 1 엔지니

어링사는

EPSAROD 프로그램을 통해 파트너들

과 함께 좀 더 진보된 전기동력 헬리콥터를 개

발하고 있는 중이다

. EPSAROD 프로그램에서

는 비행시간

150분 (여유시간 30분포함)을 목표

로 진행하고 있다

미 육군 비행장

(Los

Alamitos Army Airfield)에서 비행시험을 수행
했으며

, 고도는 400ft에서 속도 80노트를 달성

하였다

. 본 전기 헬리콥터는 YASA 모터사의

100파운드 무게의 3상 영구자석 동기 모터 2개
를 사용하였다

.[14]

김덕관 / 항공우주산업기술동향 17/1 (2019) pp. 32~41

그림 13 TIER 1 엔지니어링사의 R44 전기동력

헬리콥터

2.8 초경량(Ultralight) eVOTL기

전기동력 헬리콥터와 병행하여 최근에는 도

심간

(Intra City) 또는 도시간(Inter-City) 운용이

가능한 전기동력 초경량 수직이착륙기 연구가

활발히 진행되고 있다

. 본 내용 관련해서 방대

한 분량이 필요하기 때문에 본 절에서는 간략

하게 소개만 하고자 한다

. 본 초경량 전기동력

수직이착륙기는 감항인증을 요구하지 않는

115kg급 이하 비행체 중심으로 연구가 활발하
게 진행되고 있으며

, 특히 제한영역에서의 비행

중심으로 기술 시연이 진행되고 있다

. 초경량

수직이착륙기의 대부분은

FAR 103 급 초경량

(Ultralight) 항공기로서 분산전기추진 방식으로
전기동력을 적용하고 있다

. 그림 14에는 대표적

인 초경량급 전기동력 수직이착륙기 사례가 제

시되었다

. 현재 초경량 수직이착륙기에 적용되

고 있는 전기모터 중 대표적인 전기모터인

EMRAX 228 특성 예시가 그림 15에 제시되었
다

.[1,15]

그림 14 초경량급 전기동력 수직이착륙기 사례

그림 15 전기모터 특성 예

2.9 배터리 관리시스템 기술동향

전기동력 헬리콥터 개발에 핵심기술 중 하나

는 배터리 관리시스템 기술

(Battery Management

System)이다. 배터리 성능지수 중 하나인 에너지
밀도

(Energy Density)는 단위 중량(kg) 당 생성할

수 있는 전력량

(Wh)으로 나타낸다. 현재 배터리

에너지 밀도는 증가 추세이지만 기술 장벽이 있

어 비약적인 발전은 이루어지지 않고 있다

. 현재

150Wh/kg 인 에너지 밀도는 2040년 이후에는
500Wh/kg 이상 수준으로 늘어날 것이라는 전망
이다

. 현재 연구개발되고 있는 전기동력 무인헬

기 또는 수직이착륙기에 적용되고 있는 에너지

밀도는

140~300Wh/kg 수준으로 보수적으로 잡

으면

140Wh/kg 정도로 잡는 것이 타당하며, 리

튬

-황 등 셀 단위로 뛰어난 배터리를 적용할 경

우

300Wh/kg 정도로 도전적으로 잡을 수 있게

된다

. 아래 그림 16에는 배터리 기술발전 추세

곡선이 제시되었다

. 그림 17에는 미국 테슬라 전

기자동차 모델

S에서 적용하고 있는 배터리 에

김덕관 / 항공우주산업기술동향 17/1 (2019) pp. 32~41

너지 밀도는 셀 단위에서는

250Wh/kg 이지만

팩 단위에서는

150Wh/kg로 저하되는 것이 제시

되었다

. 그림 18에는 미국 벨사의 넥서스 전기수

직이착륙기에서는 에너지 밀도

200Wh/kg을 적

용하였다

. 그림 19에는 Astro elroy 전기수직이착

륙기의 경우 에너지 밀도

200Wh/kg을 적용하였

다

. 표 6에는 이러한 전기수직이착륙기의 대표적

인 배터리 성능 비교표가 제시되었다

.[16-19]

그림 16 배터리 기술발전 추세 곡선

그림 17 미국 전기자동차 테슬라 모델 S 배터리 성능

그림 18 미국 벨사의 넥서스 전기수직이착륙기

그림 19 Astro Elroy 전기수직이착륙기

사양 항목

값

평균

항공기 대수

단일 모터 출력

(kW)

0.8~125

(kW)

39.21

(kW)

13 (대)

총 출력(kW)

4.8~800

(kW)

263.4

(kW)

20 (대)

배터리 에너지

밀도(Wh/kg)

140-300

(Wh/kg)

210

(Wh/kg)

4 (대)

배터리 용량

(kWh)

9.6~320

(kWh)

69.24

(kWh)

10 (대)

표 6 대표적인 배터리 성능 비교표

3. 결 론

본 논문에서는 최신 전기동력 헬리콥터 중심

의 기술 동향에 대하여 기술하였다

. 국내에서는

아직 걸음마 단계인 전기동력 헬리콥터 분야의 기

술개발을 위해 해외 선진 기술국들의 전기동력 헬

리콥터 개발사례 및 기술동향에 대하여 조사하여

기술하였다

. 본 논문에서는 전기동력 헬리콥터의

핵심 기술 분야인 전기동력 성능

, 배터리관리시스

템을 간략하게 사례별로 요약하여 기술하였다

. 국

내는 개발사례가 없어 해외 중심으로 먼저 기술하

였다

. 본 논문이 모든 기술적 세부 사항을 기술하

지는 않았으나

, 기본적인 발전 방향 및 성능 내용

을 제시하였으며

, 기술의 발전방향을 예측할 수

있는 내용을 포함하여 요약 정리하였다

. 향후 항

우연이 주관하여 착수하는 전기동력 무인 헬리콥

터 및 분산전기추진 개인용 항공기 개발에 참고가

될 것으로 예상된다

김덕관 / 항공우주산업기술동향 17/1 (2019) pp. 32~41

후기

본 논문은 산업통상자원부 지원의

“유상하중 20kg

급 물품을 적재하고

60km 거리 비행이 가능한 최대 중

량

150kg 이하 전기동력 무인헬기 개발(20005054)”의

연구 결과 중 일부입니다

참고문헌

1. Mike Hirschberg, “The electric VTOL

revolution”, Heli-expo, 2019

2. 한국산업기술평가원, “드론 활용서비스시장

창출지원사업 신규과제 협약 안내

”, 2019.5.9.

3. 김덕관 외 3인, “유상하중 20kg급 물품을

적재하고

60km거리 비행이 가능한 최대중량

150kg이하 전기동력 무인헬기 개발 계획서”,
2019.2.27.

4. http://evtol.news/aircraft

5. Vertiflite, AHS Magazine, May/June 2013 pp

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6. Burgeson, John, “Sikorsky to debut first al -electric

helicopter”
(https://www.ctpost.com/news article/
Sikorsky–rolls–out–first-
all-electric-helicopter-590195.php),
Connecticut Post of Bridgeport, Connecticut,
July 25, 2010

7. https://en.wikipedia.org/wiki/Sikorsky_Fir

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8. Vetical and Vertical911 Magazine, Digital

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9. https://aquinea.fr/

10. https://inhabitat.com/hirobo-unveils-hx-1-

unmanned-electric-rescue-helicopter-at-the-i
nternational-robotics-exhibition-in-tokyo/

11. https://uavos.com/

12. https://dronelife.com/2018/02/15/uavos-t

ests-electric-powered-drone/

13. https://digitaledition.rotorandwing.com/m

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14. https://electrek.co/2016/10/05/first-batter

y-powered-manned-helicopter/

15. https://www.emrax.com/

16. Misra,A.,“Summary of 2017 NASAWorkshop

Assessment

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Battery

Technologies for Aerospace Applications”,
GRC-E-DAA-TN51429, 2018

17. Anubhav Datta, “A short course on eVTOL”,

Annual Forum of the Vertical Flight Society,
Monday, May 14, 2018

18. http://evtol.news/wp-content/uploads/20

18/06/Passenger_Drone_Launch_Press_Rel
ease_Sept_29_2017.pdf

19. https://flyastro.com/design/

항공우주산업기술동향 17권 1호 (2019) pp. 42~52

http://library.kari.re.kr

에서 보실 수 있습니다.

기술동향

궤도 서비스 위성의 개발 현황

명환춘*

1 )

Development Status of On-Orbit Servicing Satellite

Hwan-chun Myung*

ABSTRACT

The new technological innovation for the next step has been extensively studied in a

satellite-related area, over the past 20~30 years. Whereas the previous satellites were used until the
end-of-life in a passive way of no initial design and expectation change, an active approach(On-Orbit
Service, OOS) as a new concept enables a servicing satellite to contact an in-orbit satellite(serviced
satellite) in many ways of motion/manipulation/observation and to improve function/performance
or extend the current status. The paper presents the technical experiments which have been
implemented to prove the feasibility of OOS and introduces the various types of OOS missions to be
being planned for the real service.

초 록

최근

20~30년에 걸쳐서 인공위성과 관련된, 새로운 기술적 도약을 가능하게 할 수 있는 다양

한 방법들이 연구되어져 오고 있다

. 기존 인공위성들의 개념은 수명이 종료될 때까지 초기의 설

계 및 예상대로 임무를 수행하는 수동적 개념이었다면

, 현재 활발히 연구가 수행되고 있는 능동

적 개념의 인공위성에서는 발사된 인공위성에 대하여 서비스 위성에 의한 다양한 접속 방법

(이

동

, 조작, 검사) 등을 통하여 기존 위성의 기능과 성능의 향상 및 유지를 목표로 하고 있다. 본

논문에서는 이러한 서비스 위성이 제공하는 능동적 개념의 궤도 서비스와 관련하여 지금까지 연

구 및 검증되어져 온 기술들을 소개하고

, 향후 개발이 예정되어 있는 다양한 형태의 서비스 위

성들을 설명한다

Key Words : satellite(인공위성), on-orbit servicing(궤도 서비스), in-orbit servicing(궤도 서비스)

* 명환춘, 한국항공우주연구원, 위성연구본부 정지궤도복합위성사업단

mhc@kari.re.kr

명환춘 / 항공우주산업기술동향 17/1 (2019) pp. 42~52

1. 서론

지금까지 개발되어온 인공위성의 주요한 내

재적 문제점은 발사 후에 궤도상에서 치명적인

문제가 발생하더라도 지상에서는 거의 아무런

조치를 취할 수가 없다는 점이었다

. 이러한 위

성의 특수성은 발사 후의 여러 다양한 위험에

선제적으로 대비하기 위하여 위성 개발의 상당

한 비용 증가를 초래해왔으며

, 위성부품들의 정

상적인 성능과 기능에도 불구하고 연료부족 등

으로 인한 위성수명의 강제적 단축 혹은 종료로

까지도 이어져 왔다

그림 1. 정지궤도에서의 오류발생 분포[1]

(2012, NSSK: North/South Station Keeping,

ACS: Attitude Control System)

그림

1에서는 특별히 정지궤도 위성들에서 발

생하고 있는 오류 혹은 문제점들에 대하여 발생

분포별로 요구되는 서비스를 구분하여 보여주

고 있다

. 50% 이상의 많은 경우가 위성의 연료

부족으로 인한 임무수명의 단축과 관련되어 있

으며

, 그 이외에도 궤도 유도/유지/이탈과 관련

된 서비스가 요구되고 있다

. 또한, 위성에 장착

된 여러 전개장치의 오류로 인한

, 기능과 성능

의 저하를 개선할 수 있는 전개기능의 지원 등

도 주요한 서비스 대상의 하나로 고려될 수 있

음을 알 수 있다

. 이처럼 궤도상에서 운영 중인

위성에 접근하여 위성에게 요구되는 서비스를

제공하는 것을 일반적으로

OOS(On-Orbit

Servicing)라고 하는데, 이에 대한 개발의 필요
성이 경제적 효용성과 우주공간 활용의 효율성

등의 이유로 인하여 점차적으로 많은 관심을 받

고 있다

. OOS와 관련된 기술의 분류 방법은 관

점에 따라서 다양하게 존재하지만

, 접속 방법에

따라서 이동

(motion), 조작(manipulation), 검사

(observation) 등으로 크게 분류할 수 있다[2].
이동과 관련된 궤도상의 서비스는 주로 서비스

대상 위성과의 직접적인 접속을 통하여 궤도상

의 변경을 제공하는 것으로서

, 좀 더 세부적으

로는 궤도 재진입

(re-orbiting), 궤도 이탈(de-

orbiting), 궤도 변경 및 유지 등으로 구분될 수
있다

. 예를 들어서, 발사 후 궤도 안착에 실패한

위성의 경우

, 정상 궤도까지 이동 서비스를 제

공함으로써 추가적인 연료 소모에 따른 수명 단

축을 방지할 수 있으며

, 수명이 종료된 위성들

이나 우주 잔해들에 대해서는 궤도를 이탈시키

거나 변경함으로써 위성간의 충돌을 예방할 수

있을 것으로 기대되고 있다

. 또한, 이와 함께 위

성의 자체 자세제어 기능 등에 문제가 발행한

경우이거나 연료가 부족한 경우에는 서비스 위

성이 기존의 위성에 도킹하여 자세제어 및 궤도

유지 등의 서비스를 제공함으로써

, 위성의 수명

을 연장시킬 수 있는 역할도 수행할 수 있다

. 서

비스 위성의 직접적인 접속을 통한 이동 서비스

와는 달리 조작 서비스는 주로 서비스 위성의

로봇팔 등을 이용하여 이루어지는 것으로서

, 수

리

(repair), 재급유(refueling), 조립(assemble) 등

의 역할을 수행한다

. 수리와 재급유 등의 서비

스는 그림

1에서 알 수 있는 것처럼 가장 많은

수요가 예상되며

, 조립 등의 경우에는 향후 우

주에서 수행될 대형 구조물의 구축과 통신위성

의 안테나 공유 기술들과도 밀접하게 연관되어

있다

[3]. 마지막으로 검사와 관련된 서비스는 이

전의 이동과 조작 서비스와도 밀접하게 연관된

기능으로서

, 이동과 조작을 위해서 사전에 위성

의 상태를 확인하기 위하여 수행되어져야 하는

서비스이기도 하다

. 또한, 소형위성군의 개발이

활발해 지고 있는 현 시점에서 위성간의 충돌과

우주 파편 등에 대한 감시를 위한

SSA(Space

Situation Awareness)의 기능도 수행할 수 있을
것으로 예상된다

명환춘 / 항공우주산업기술동향 17/1 (2019) pp. 42~52

본 논문에서는 위성의 궤도 서비스 기술과 관

련하여 크게 지금까지 미국과 일본에서 수행되

어 왔던 기술검증 프로그램들과 기존에 계획되

었거나 앞으로 발사가 예상되고 있는 다양한 궤

도 서비스 프로그램들로 구분하여 개발 현황을

설명한다

2. 기술 검증 프로그램

2.1 ETS-VII 위성

일본은

1997년에 위성간의 도킹과 우주에서의

로봇팔 기능 시험을 위하여

ETS(Experiment

Test Satellite)-VII 위성을 발사하였다. 그림 2에
서와 같이

ETS-VII 위성은 크게 지상에서 원격

조종되는 로봇팔과 서비스 위성의 역할을 수행

하는 히코보시 서비스 위성

(chaser), 궤도 서비

스의 목표 위성인 오리히메 보조위성

(target) 등

으로 구성되어 있다

그림 2. ETS-VI 위성[4]

ETS-VII 위성의 임무는 크게 주위성과 부위성

의 도킹 실험과 위성체에 장착된 로봇팔을 이용

한 다양한 실험 등으로 나눌 수 있다

[5]. 도킹 실

험은 크게 자동 모드

, 세이프 모드, 저충격 모드

등으로 나누어 수행되었으며

, 이러한 실험을 통

하여 다양한 도킹 방법들이 검증되었다

. ETS-VII

위성은 도킹 실험을 위하여 자동 도킹용

GPS 수

신기와 레이다 접근 센서

, 포획용 도킹 기구 등

을 장착하였으며

, 도킹을 위하여 상대위치와 접

근속도 등을 추정하여 목표궤도를 자동으로 생

성하는 항법유도제어기술과 데이터 중계위성을

통하여

2개의 위성을 동시에 원격으로 조정함으

로써 안정적으로 관제할 수 있는 고도의 운용관

제기술 등을 개발하였다

[6]. 도킹 실험은 원래 총

6회가 예정되었었지만, 실제로는 3회만이 수행되
었는데

, 그중 첫 번째 도킹실험은 자동 도킹을

위한 주요 기능을 확인하는데 중점을 두었다

. 도

킹을 위한 첫 단계로서

, 오리히메 위성을 히코보

시 위성으로부터

2m 정도 진행 반대방향으로 분

리하였고

, 이후 15분간 일정 거리를 유지한 후에

다시

1cm/s의 속도로 히코보시 위성을 오리히메

위성에 접근시켜서 도킹 기구를 이용하여 성공

적으로 포획함으로써 도킹에 성공하였다

. 그림 3

은 이러한 도킹실험의 모습을 보여주고 있다

그림 3. ETS-VI 위성의 도킹실험[4]

두 번째 도킹 실험은 원래 첫 번째와는 달리

최대

520m까지 거리를 두고 2.6시간 후에 도킹

을 완료하는 것으로 계획되었다

. 그러나, 도킹을

위한 여러 차례의 접근 시도에서 추력기의 오동

작으로 인하여 자세위치 유지에 실패하였고

, 이

후 약

3주 후에 12km까지 거리 간격이 벌어지

고 나서 추력기 제어 소프트웨어의 임시 변경

을 통하여 마침내 도킹에 성공하였다

. 이러한 비

상상황에 대한 효과적인 대처를 통하여 기존에

계획되었던 추가적인 실험들이 예상과 달리 함

께 검증되기도 하였다

. 세 번째 도킹 실험에서는

기존의 단순한 도킹과는 달리 지상에서의 원격

명환춘 / 항공우주산업기술동향 17/1 (2019) pp. 42~52

조정

, 본체 위성의 충돌 회피 기동, 목표위성의

하방접근 등에 대한 다양한 실험들이 성공적으

로 수행되었다

. 이러한 세 차례에 걸친 다양한

도킹 실험들을 통하여

ETS-VII 위성은 자동 도

킹 비행관리기술

, 비접촉 저충격 도킹 기술, 영

상 센서

/3차원 레이저/레이다/GPS를 활용한 6

축 자유도 자동 도킹 제어 기술

, 시간지연 원격

조종 도킹 기술 등을 검증하였다

ETS-VII 위성은 그림 4에서와 같이 도킹 기술

과 함께 로봇팔을 이용하여 위성 서비스 기술을

검증할 수 있는 장비들도 장착하였다

. 로봇팔의

길이는

2m 정도이고 6축 자유도를 가지면서, 로

봇팔의 끝부분과 연결부에 장착되어 있는 카메

라들을 이용하여 지상에서의 원격조정에 의하여

조정될 수 있도록 설계되었다

. 로봇팔을 이용한

실험은 크게 두 가지로 구성되었는데

, 첫 번째

실험은 위성에 장착된 로봇팔의 특성을 확인하

는 것과 관련되어있다

. 위성에 장착되어 있는 로

봇팔의 특성으로 인하여 로봇팔의 위치제어는

위성의 자세제어와 연동되어 수행되어야 하고

또한 지상 명령과 로봇팔 동작과의 시간지연
(5~7초)을 극복해야하는 방법들을 첫 번째 실험
을 통하여 검증하였다

. 이러한 검증과정에서 주

위성에 장착된 로봇팔을 이용하여 부위성을 주

위성으로부터 분리시키는 실험도 성공적으로 수

행되었다

. 두 번째 실험은 위성의 궤도 서비스

가능성을 확인하는 것으로서

, 장착된 카메라를

이용한 검사 기능과 그림

4에서와 같이 로봇팔

과 동일한 플랫폼에 장착되어 있으면서 연료탱

크

/밸브/연결장치 등이 내장되어 있는 ORU(

Orbital Replacement Unit)를 이용하여 조작기
능 등이 수행되고 확인되었다

그림 4. ETS-VI 위성의 로봇시스템[5]

2.2 DART 위성

미국의

DART(Demonstration of Autonomous

Rendevous Technology) 위성은 이전의 ETS-VII
위성과는 달리 궤도상에서 이미 운영 중에 있는

MUBLOM(Multiple Paths, Beyond-Line-of-Site
Communications) 위성에 지상의 도움 없이 자동
으로 근접하는 기술을 검증하기 위하여

2005년

에 궤도상으로 발사되었다

. DART 위성의 특징

은

GPS 수신기를 이용하여 1차적으로 목표 위성

의 근처까지 자동으로 이동한 후에

, 장착된

AVGS(Advanced Video Guidance Sensor)를 이
용하여 최종적으로 정밀하게 목표 위성에

5m까

지 접근하도록 하는 것이었다

. 그러나, DART 위

성이 목표 위성에 접근하면서 항법시스템의 오

류가 지상에서 감지되기 시작하였고

, 결국에는

임무 시작

11시간 만에 목표 위성인 MUBLOM

위성과의 가벼운 충돌 사고로까지 이어지게 되

었다

. 이러한 임무 실패의 주요 원인은 GPS 항

행 데이터의 오류와 항행 데이터 처리 프로그램

의 오작동 등의 복합적인 요인들에 기인하였으

며

, 주요 항행기능의 오류로 인하여 GPS에서

AVGS 센서로의 신호전환과 충돌회피 기능 등이
적절히 수행되지 않음으로써

, 결국 위성간의 충

돌을 피할 수 없게 되었다

. 더욱이, 위성의 자동

기능 검증에 초점을 맞추어 지상에서의 원격제

어 명령기능 구현이 간과된 것도 위성간의 또 다

른 충돌 원인 중의 하나라고 할 수 있다

그림 5. DART 위성[7]

명환춘 / 항공우주산업기술동향 17/1 (2019) pp. 42~52

2.3 OEDS 프로그램

OEDS(Orbital

Express

Demonstration

System) 프로그램은 미국에 의하여 다양한 종류
의 궤도 서비스를 검증하기 위하여

2007년에 수

행되었으며

크게

서비스

위성

(chaser)인

ASTRO와 목표 위성(target)인 NextSat으로 구
성되었다

[8].

그림 6. 궤도에서 도킹중인 ASTRO(왼쪽)와

NextSat(오른쪽) 위성의 외관[8]

OEDS 프로그램은 서비스 위성에 의한 자동

도킹 기능과 여러 가지

ORU와 연료의 자동 전

달 기능 등을 검증하는 것을 주된 목표로 하고

있는데

이러한 임무들을 위하여 이전의

ETS-VII 위성처럼 서비스 위성인 ASTRO위성은
OEDMS

(Orbital

Express

Demonstration

Manipulator System)라고 하는 6축 자유도를 가
진 로봇팔을 함께 장착하였다

. 자동 도킹 기능은

크게 이전의

DART 위성과 마찬가지로 서비스

위성과 목표 위성이 직접 도킹을 수행하는 기능

과 함께

, 로봇팔을 이용하여 목표 위성을 포획함

으로써 도킹을 수행하는 기능도 동시에 검증되

었다

. OEDS 프로그램은 ETS-VII 위성의 유사한

기능을 영상 정보 처리 속도 측면에서 더욱 더

향상시킴으로써

, OEDMS를 이용하여 목표 위성

인

NextSat을 보다 더 적은 제약조건 하에서 더

욱 더 능동적

/자동적으로 포획할 수 있도록 설

계되었다

. 다만, NextSat에는 카메라를 이용하는

OEDMS의 원활한 작동을 위하여 PFA(Probe
Fixture Assembly)라는 도킹 유도 기구가 장착
되었다

. OEDMS를 이용한 도킹 과정은 크게 네

단계로 수행되는데

, 첫 번째와 두 번째 단계에서

는 도킹을 위한 준비 과정으로서 포획을 위한

OEDMS의 초기위치 설정 및 목표 위성으로의
접근과

OEDMS에 장착된 카메라를 이용한 PFA

의 파악 및

OEDMS 제어를 통한 추적 등을 수

행한다

. 이러한 단계들을 통하여 ASTRO 위성은

NextSat 위성과의 상대 속도를 제어하고, 상대
적 위치와 자세를 최종 확인하게 된다

. 세 번째

와 네 번째 단계에서

OEDMS는 목표 위성의

PFA를 실제로 포획하기 위하여 접근하게 되고,
OEDMS에 의하여 포획된 이후에는 실제적인 위
성간의 도킹을 위하여 목표 위성인

NextSat을

ASTRO위성의 도킹 위치로 이동시키게 된다. 그
림

6은 위성들간의 최종적인 실제 도킹 모습을

보여준다

그림 7. OEDMS를 이용하여 ORU를 이동시키는

ASTRO 위성[8]

OEDS 프로그램의 또 다른 주요한 임무는 로

봇팔을 이용하여 목표 위성의

ORU들을 제거하

고

, 서비스 위성에 장착되어 있는 ORU들을 목

표 위성에 재장착시키는 것으로 실제적인 궤도

상의 위성 서비스를 검증하는 것이다

. 이전의 간

단한

ORU 기능 시험을 서비스 위성에 한정하여

수행한

ETS-VII 위성과는 달리, OEDS 프로그램

은 배터리와 컴퓨터로 구성되어진 실제

ORU들

을 서비스 위성에서 자동적으로 목표 위성에 전

명환춘 / 항공우주산업기술동향 17/1 (2019) pp. 42~52

달할 수 있도록 구현되었다

. ORU 전송의 동작

과정은

ORU의 추출/이동/삽입 등으로 이루어

져 있으며

, 여러 ORU들의 자동전송을 반복적으

로 수행할 수 있도록 설계되었다

. 다만, 사용된

ORU의 접속부분이 OEDMS 로봇팔에 적합하도
록 특화되었다는 점에서 일반적인 보편적 궤도

서비스 활용에 있어서는 추가적인 보완이 필요

하다고 할 수 있다

. ORU와 함께 OEDS 프로그

램은 도킹된 상태에서 서비스 위성과 목표 위성

에 장착된

FC(Fluid Coupler)와 FTS(Fluid

Transfer System)을 이용하여 연료를 재급유하는
기능도 함께 검증하였다

. OEDS 프로그램을 통

하여 최종적으로 총

6번의 도킹 시험이 성공적

으로 완료되었으며

, 7개의 배터리 ORU와 1개의

PC ORU의 전송을 검증하였고, 15번의 연료 공
급 시험을 다양한 자동화 수준에서 수행하였다

2.4 RRM 프로그램

궤도 위성 서비스관련 기술들은 대부분 주위

성과 목표 위성간의 특별한 접속 시스템을 가정

한 경우가 많기 때문에

, 기존에 이미 발사되어

궤도에 서 운영 중인 위성들에 서비스를 제공하

는 데 있어서 여러 제한이 있었지만

, 미국의

NASA가 ISS에서 2012년부터 검증을 수행해 오
고 있는

RRM(Robotic Refueling Mission) 프로

그램은 위성의 보다 더 일반적인 접속 상황 아

래에서 위성 서비스 기술을 검증해 오고 있다는

점에서 다른 프로그램들과 구별된다고 할 수 있

다

. RRM 프로그램은 ISS에 장착된 로봇팔과

RRM 탑재장비의 다양한 도구 및 시험장치 등을
활용하여 위성에 연료를 공급하기 위하여 요구

되는 전 과정을 검증하도록 구성되었는데

[9], 이

전의 기술 검증 프로그램들과 달리 지상에서 로

봇팔의 조작을 수동으로 제어하여 전체 서비스

업무를 수행하는 방식이다

. 그림 8은 이러한 기

술검증을 위하여 사용된

RRM 탑재장비를 보여

주고 있다

. 탑재장비는 ISS 로봇팔을 이용하여

다양한 조작을 수행할 수 있는

4가지 종류의 도

구들을 내부에 장착하고 있으며

, 또한 연료 공급

서비스 기능을 검증하기 위한 시험용 장비들도

외부에 배치되어 있는 구조를 가지고 있다

그림 8. 도구와 시험장치들을 내재한

RRM 탑재장비[9]

전체 프로그램은 크게

3단계로 이루어져 있으

며

, 2012년에 시작된 첫 번째 단계(Phase 1)에서

는 위성 연료부와의 연결을 위한 사전 분리 작

업을 검증하는데 집중하였다

. RRM 탑재장비 내

부에 장착된 도구들을 활용하여 전선의 단락

, 외

부 열차단막의 조작

, 연결 커버의 제거 등을 ISS

의 로봇팔을 이용하여 성공적으로 수행하였으

며

, 그림 9는 이러한 일련의 작업 모습들을 보여

주고 있다

. 두 번째 단계(Phase 2)의 시험은 이

어서

2014년부터 재개되었는데, 연결부의 사전

분리 이후에 실제적인 연료공급을 수행하기 위

해 요구되는 연결 장비들의 설치기능을 주로 검

증하였다

. 이러한 일련의 작업들을 위하여 위성

의 연결부를 모사하는 시험장비와 근접 검사를

위한 새로운 위성 서비스 도구들로 기존의

RRM

탑재장비를 새롭게 교체하였다

. 두 번째 단계의

검증 이후에

, RRM 프로그램은 현재 세 번째 단

계

(Phase 3)의 실제적인 연료공급 시험을 위하

여 새로운 탑재장비인

RRM3의 개발을 완료하

였다

. 2018년 이후에 수행될 세 번째 단계에서는

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이전에 검증된 기술들을 바탕으로 극저온 상태

의 액화 메탄과 제논 가스를 우주의 무중력 상

태에서 연료 공급 장치와 도구를 이용하여 전송

하는 시험을 주된 목적으로 하고 있다

그림 9. RRM의 위성서비스 검증시험[9]

3. 개발 예정 프로그램

3.1 로봇 위성 시스템

현재 미국은

DARPA와 NASA를 중심으로 위

성에 로봇팔을 장착하여 각각 정지궤도와 저궤

도 서비스를 제공하기 위한 프로그램 개발을 활

발히 진행하고 있다

. 기존의 기술검증 프로그램

과는 달리 현재 수행되고 있는 프로그램들은 모

두 공통적으로 두 개의 로봇팔을 활용하는 것을

주된 특징으로 하고 있다

미국의

DARPA는 2012년부터 Phoenix 프로

그램을 통하여 정지궤도에서 임무수명이 종료된

정지궤도위성의 부품들을 회수하여 재사용하기

위한 위성 시스템 개발을 고려하였다

[10]. 특히,

수명이 매우 긴 것으로 알려져 있는 통신위성의

안테나들을 회수하여 새롭게 발사된 위성체에

조립함으로써 통신위성개발의 비용을 혁신적으

로 감소시키는 작업 등을 목표로 하였고

, 이러한

일련의 작업을 위하여 세 개의

7축 자유도를 가

지는 로봇팔들을 장착한 위성 시스템을 설계하

고 연구를 수행하였다

. 그리고, 이러한 위성 서

비스 개념은

2016년부터 본격적으로 개발에 착

수한

RSGS(Robotic Servicing of Geosynchronous

Satellites) 프로그램을 통하여 보다 더 구체화되
었는데

, RSGS 프로그램은 정지궤도 위성의 재

급유 기능 보다는 궤도상의 다양한 위성 조작

서비스에 보다 더 중점을 두고 계획되었다

[11].

다음의 그림

10은 RSGS 프로그램에서 중점적으

로 고려하고 있는 위성의 검사

/수리/재배치/부

품교환 등의 임무를 위하여 고려하고 있는 로봇

팔 서비스 탑재시스템을 보여준다

. 탑재시스템

은 크게 두 개의 로봇팔과

10개의 도구들로 구

성되어 있으며

, 2m 길이의 로봇팔들이 다양한

도구들을 장착하여 위성의 서비스 업무를 수행

하도록 설계되었다

. 또한, 이외에도 다양한 작업

상황에 대한 감시와 목표 위성과의 도킹 및 검

사를 위하여

, 적외선 카메라와 라이다 등을 포함

하는 다양한 관측 센서들을 포함하고 있다

그림 10. RSGS의 서비스 탑재시스템[11]

특별히

, RSGS에서는 이전의 Phoenix 프로그

램에서부터 고려되어 왔던

POD(Payload Orbital

Delivery)라는 새로운 개념의 기능을 설계에 반
영하였다

. POD는 위성의 궤도 서비스를 위하여

요구되는 대체 전장품 혹은 연료

, 기타 수리 부

품 등을 지구로부터 지속적으로 공급받을 수 있

는 시스템을 의미한다

. POD는 발사가 예정되어

있는 정지궤도 위성의 추가 탑재가능 여력을 활

용하는 것으로써

, 여분의 위성공간을 재활용하여

위성 서비스에서 요구되는 장비와 자원을 정지

궤도로 운반하는 역할을 수행한다

. 또한, 자체적

으로 사출기능이 장착되어 있도록 설계되어서

정지궤도에서 위성 서비스 장비를

RSGS 프로그

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램의 위성을 향하여 내보낼 수 있다

. 사출된

POD는 서비스 위성의 로봇팔에 의하여 포획된
후에 그림

10에서와 같이 서비스 위성의 탑재면

에 장착되어서 위성 서비스에 활용되어 진다

. 그

림

11은 이러한 POD 시스템의 사출모습을 보여

주고 있으며

, 현재 첫 번째 RSGS 프로그램의 위

성은

2021년에 발사될 예정이다.

그림 11. RSGS의 POD 시스템[11]

또 다른 로봇팔 궤도 서비스 프로그램으로서

미국

NASA가 기존의 RRM 프로그램을 확대 발

전시킨

Restore-L이라는 프로그램의 개발이 진

행 중에 있다

. RSGS 프로그램과 동일하게 7축

자유도를 가지는 두 개의 로봇팔을 이용하지만

서비스 대상 위성이 저궤도 위성이라는 점에서

차이가 있다

. 궤도 서비스에서 요구되는 많은 관

련 기술들은 로봇팔을 제외하고

ISS를 활용하여

여러 차례

(Raven, RRM-1/2/3)에 걸쳐서 부분적

으로 시험 및 검증되어왔다

. Raven 프로그램은

NASA에 의하여 우주에서 목표물의 영상 획득
과 추적 및 인식을 능동적으로 수행할 수 있도

록 개발된 기술 검증 시스템으로서

, 궤도 서비스

이외에도 우주에서의 다양한 임무에 보편적으로

적용하기 위한 공통 영상처리 시스템 개발을 목

적으로 연구되어

2016년부터 2018년까지 ISS에

서 시험 및 검증되어왔다

. 일반 및 적외선 카메

라와

3차원 라이다로 구성된 Raven 시스템은

영상의 실시간 처리를 통하여 목표물의 탐지 및

추적은 물론

, 근거리에서는 목표물의 자세 및 위

치 변화에 대한 정보도 실시간으로 추출함으로

써 목표물에 대한 신속한 대응을 가능하게 할

수 있다

. Restore-L 프로그램의 주된 임무는

1999년에 발사되어 2011년에 연료가 모두 소진
된

Landsat-7 위성과의 자동 도킹을 통해서 검

사 및 연료공급을 포함한 다양한 궤도 서비스를

실제로 수행하는 것이다

[12]. Restore-L 프로그

램의 위성은 먼저

Landsat-7 위성의 궤도로 이

동하여 위성을 향하여 자동 항행을 수행하고

Raven 시험을 통하여 검증된 적외선 카메라를
포함한 다양한 관측 센서들과 영상 처리 알고리

즘을 이용하여

Landsat-7 위성에 접근하게 된다.

이후에는 로봇팔을 이용하여

Landsat- 7 위성을

포획하여 정해진 탑재 위치에 장착을 하게 되고

로봇팔과 연료공급 시스템을 이용하여 본격적인

궤도 서비스 작업을 수행하게 된다

. 현재 2020년

중반의 위성발사를 목표로 관련 위성의 개발이

활발하게 진행 중에 있다

그림 12. Restore-L 프로그램의 주요 임무[12]

3.2 TUG 위성 시스템

궤도상의 위성 서비스를 구현하는 또 다른

방법으로서

, 로봇팔 이외에 서비스 위성 자체를

목표 위성에 부착함으로써 요구되는 서비스를

제공하는

TUG위성 시스템의 개발도 2000년 초

부터 활발히 연구가 진행되어 왔다

. 이러한

TUG위성 시스템은 로봇팔위성 시스템에 비하
여 목표위성의 궤도변경과 자세제어 등으로 서

비스 범위가 비교적 제한적이기는 하지만

, 요구

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되는 기술적 위험도가 상대적으로 낮기 때문에

실제 산업화 가능성이 보다 더 클 것으로 예상

되고 있다

. 첫 번째 TUG위성 시스템은 유럽에

서

개발을

고려한

CX-OLEV(ConeXpress

Orbital Life Extension Vehicle) 위성으로서, 정
지궤도 위성을 서비스 대상으로 하였다

. 그림 13

에서 알 수 있는 바와 같이 위성의 전체 형상은

정지궤도 위성의

LAE(Liquid Apogee Engine)

노즐에 도킹하여 서비스위성의 자세와 궤도를

제어하기에 적합하도록 설계되었다

. 이후, CX-

OLEV의 설계 개념은 SMART-OLEV의 개발 계
획으로 이어졌으며

, 2,000kg 정도의 소형 정지궤

도 통신위성을 대상으로 약

8년간 궤도변경 및

유지

/자세 제어 등의 궤도 서비스를 제공할 수

있도록 설계되었다

. 약 12년간의 설계수명을 가

지면서 목표 위성들과의 총 도킹 횟수는

5번까

지 가능할 수 있도록 고려되었다

[13].

그림 13. CX(왼쪽)/SMART(오른쪽)-OLEV 위성의

도킹[13]

실제적인 위성의 개발로까지 이어지지 못했던

CX/SMART-OLEV

위성과는 달리 미국의

Orbital ATK사에 의하여 현재 개발이 진행되고
있는

MEV(Mission Extension Vehicle) 위성은

2014년에 통신서비스가 종료된 Intelsat-901위성
을 궤도서비스 대상으로 하여

2019년에 발사될

예정으로 있으며

, 두 번째 MEV 위성도 2020년

의 발사를 목표로 개발이 진행되고 있다

. MEV

위성은

GEOStar 위성체를 기반으로 제작되고

있으며

, 15년의 설계수명을 가지면서 2,000kg

정도의 정지궤도위성을 서비스 대상으로 고려하

고 있다

[14]. MEV위성의 도킹은 LAE 노즐뿐만

아니라

LAR(Launch Adaptor Ring)을 통해서도

가능하도록 설계되고 있으며

, 이러한 두 가지의

도킹 방법을 적용할 경우에는 현재 운용되고 있

는 정지궤도 위성 중 약

80% 정도의 위성과 도

킹이 가능한 것으로 알려져 있다

. 2018년에

Orbital ATK사에서는 MEV의 기능을 확장하여,
기존의 로봇 위성시스템과

TUG 위성 시스템을

결합한 새로운 개념의 궤도 서비스 위성 시스템

개발을 발표하였다

. 제안된 시스템은 크게 소형

MEV라고 할 수 있는 MEP(Mission Extension
Pod)와 10~12개의 MEP를 탑재할 수 있는
MRV(Mission Robotic Vehicle)로 구성되어 있
다

. MEP는 자세제어 궤도 서비스 기능은 없지

만 추진모듈 등을 이용하여 궤도 유지 및 변경

등의 기능을

5년 정도 제공할 수 있도록 계획되

고 있다

. MRV는 MEP를 목표위성에 도킹시킬

수 있도록 로봇팔을 장착하고 있으며

, 이러한 특

징은

MEV의 서비스 대상에서 제외되어진 나머

지

20%의 정지궤도위성들에게도 궤도 서비스를

제공하는 것이 가능하게 할 수 있을 것으로 예

상된다

. 장착된 모든 MEP가 소모된 이후에도

MRV는 기존의 MEV와 동일한 궤도 서비스를
제공할 수 있도록 설계될 예정이다

그림 14. MEV 위성(아래)의 도킹 모습[14]

그림 15. MEP와 MRV의 외관[13]

명환춘 / 항공우주산업기술동향 17/1 (2019) pp. 42~52

이외에도 영국의

Effective Space사는 지상에

서의 드론과 같이 원격 조정을 통하여 위성 서

비스를 제공하기 위한 스페이스 드론위성을 개

발 중에 있으며

, 기존의 TUG 시스템과는 달리

로봇팔과 유사한 접속 시스템을 이용하여 위성

체의 어댑터링에 도킹을 수행한다는 점이 특징

이라고 할 수 있다

. 4개의 전기추력기를 장착한

별도의 추력 장치

(thruster arms)에 의하여 궤도

이동과 자세제어 변경 등의 서비스를 최대

4,000kg의 위성에게까지 제공할 수 있으며, 2020
년에 첫 번째 위성이 발사될 예정이다

그림 16. 스페이스 드론의 도킹 모습[15]

4. 결론

세계최초의 인공위성이 발사되고

60여년이 지

난 지금

, 인류는 궤도 서비스 위성 개발이라는

새로운 시대의 도래와 마주하게 되었다

. 위성 활

용의 효용성을 극대화하고 우주 개발을 향한 효

율성을 증대한다는 점에서 다가오는 변화는 단

순한 필요성을 넘어서 필연적이기까지 한다고

할 수 있다

. 그동안 미국과 일본을 중심으로 관

련 기술의 실제적인 검증 등이 수행되어져 왔고

여러 나라의 심층적 연구들을 통하여 다양한 기

술적 가능성들이 검토되어져 왔다

. 그러한 결과

로서 관련기술의 기술 성숙도

(TRL)가 현재는 초

기모델의 실증과 개선에 이르는

6~7에 이르는

수준까지 이르게 되었으며

, 이러한 기술성숙도

는 향후 발사가 예정되어 있는 로봇

/TUG 위성

시스템 등을 통하여 조만간 본격적인 산업화를

의미하는

8~9에까지 도달하게 될 것이다. 이러

한 최종적인 산업화 단계를 주도적으로 견인하

게 될 주요 서비스들로는 그림

17에서 알 수 있

는 바와 같이 기술적 복잡도가 낮아서 서비스

제공의 위험도가 상대적으로 낮고 위성의 폭넓

은 시장이 이미 갖추어져 있는 것으로 판단되고

있는

, 위성의 연료공급(refuel)과 궤도 변경

(relocate)/검사(remote inspection) 등이 현재 가
장 유망한 궤도 서비스들로 주목되고 있다

. 그러

나 한편으로는 사용자들에 의한 요구 성숙도

(DRL)가 필요성의 파악수준에 해당하는 2~3 정
도에 머물러 있는 것으로 평가되고 있어서

, 궤도

위성 서비스 산업의 본격화에는 성숙된 기술적

요건 상황 하에서도 불구하고 다소 시간이 더

걸릴 것으로 예상된다

그림 17. 궤도서비스 기술의 복잡도와 우주시장의

상관도[12]

토마스 쿤이 주장한 불연속적인 과학혁명의

진보성이 인공위성기술에서도 실현되려고 하는

지금 이 시점에서

, 보다 더 도전적이고 창의적인

기술 개발에 대한 노력과 진취적이고 적극적인

기술 활용에 대한 이해가 맞물려서 마침내 하나

가 되었을 때에

, 그러한 혁신적 진보성의 작은

보폭은 우리 인류의 또 다른 큰 도약이 될 수 있