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무인기

무인기 연구개발

무인항공기는 최근 교통, 물류, 구조, 통신, 항공촬영, 농업, 감시 등 민간 분야로 급속히 확대되고 있다.

무인기는 앞으로 항공시장의 성장을 주도할 것으로 예상되는 분야다. 항공 및 방위산업 전문 컨설팅업체(Teal Group)에 따르면, 무인항공기 시장 규모는 2023년 125억 달러로 증가하고, 이 중 민수 분야 시장 규모는 8억 8000만 달러로 연 평균 35%의 높은 성장세를 보일 것으로 전망된다.

무인항공기 시장은 그동안 항공분야 선진 국가들이 과점해 왔으나 후발 기술국과 업체들이 시장에 진입하며 치열한 경쟁 구도로 변화하고 있다.

최근 중국 무인기업체들의 급성장이 두드러지고 있으며 구글, 아마존과 같은 IT 기업부터 초소형 드론을 이용해 틈새시장을 노리는 스타트업까지 뜨거운 시장 경쟁을 벌이고 있다.

우리나라는 현재 세계 7위권의 무인기 기술 경쟁력을 가진 것으로 평가되고 있다. 2023년까지 세계 5위, 2027년 세계 3위군 무인기 산업국 진입을 목표로 한다.

  • 01미래형 유무인겸용 개인항공기(OPPAV, Optionally Piloted Personal Air Vehicle)

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    전기동력 수직이착륙이 가능한 개인항공기로 국내 기업체, 대학, 연구기관 등과 함께 국토부 및 산업부 컨소시엄을 구성해 기술검증용 비행시제기와 핵심 기술을 개발하고 있다. 동체 길이는 약 6m, 순항 속도는 200km로 교통이 혼잡한 출퇴근 시간에 미래형 유무인겸용 개인항공기(OPPAV)를 이용하면 시간을 70% 이상 단축할 수 있다.

    산업부 컨소시엄은 분산전기 추진시스템 및 자동비행시스템 기술검증을 위한 비행시제기 및 지상장비의 개발, 비행시험 등을 수행하고, 국토부 컨소시엄은 인증기술개발, 자동비행제어시스템 개발, 시험운용, 안전운항체계 및 교통서비스 방안 연구를 수행한다. 연구개발된 미래형 유무인겸용 개인항공기(OPPAV) 기술은 미래 3차원 교통 혁신을 가져올 도심 항공 모빌리티(UAM, Urban Air Mobility) 시대에 대응하여 직접 상용화 할 수 있다는 점에서 미래 가치가 매우 높은 기술이다.

    • 전장6.15m
    • 최대이륙중량650kg
    • 유상하중100kg 이상
    • 순항속도200km/h 이상
    • 비행거리50km이상
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  • 02쿼드틸트프롭 무인기(QTP-UAV, Quad Tilt-Prop Unmanned Aerial Vehicle)

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    미래형 개인항공기(PAV, Personal Air Vehicle) 시장에 대비하기 위해 이미 확보한 틸트로터 기술을 바탕으로 로터가 4개 달린 쿼드틸트프롭 무인기(QTP-UAV)를 개발했다. 쿼드틸트프롭 무인기(QTP-UAV)는 1개의 전기배터리와 4개의 전기모터 및 프롭으로 구성된 분산전기추진 방식의 무인기이다. 전기 배터리가 여러 개의 모터에 동력을 공급하기 때문에 시스템이 단순하고 4개 로터의 회전수 제어를 통해 비행 안정성을 높일 수 있다.

    쿼드틸트프롭 무인기(QTP-UAV)는 이착륙 시 4개의 로터가 헬리콥터처럼 수직 방향으로 위치해 있다가 이륙 후 비행 시에는 일반 고정익 항공기처럼 동체와 수평을 이루기 때문에 고속비행이 가능하다. 쿼드틸트프롭 무인기(QTP-UAV) 개발 시 중요한 핵심기술은 여러 개의 로터를 동시에 제어해 이착륙과 비행 시 비행체 자세를 안정적으로 유지하는 자세제어 기술과 전기 배터리에서 여러 개의 파워 라인을 통해 각 모터에 전력을 고르게 보내는 전력제어 기술이다.

    한국항공우주연구원은 쿼드틸트프롭 무인기(QTP-UAV) 시제기를 개발하고 풍동시험과 비행시험을 마쳤다. 쿼드틸트프롭 무인기(QTP-UAV) 개발로 확보한 원천기술은 미래형 교통수단으로 떠오르고 있는 개인항공기에도 적용이 가능하다.

    • 전장2m
    • 전폭2.2m
    • 프롭 반경0.55m
    • 총중량48㎏
    • 임무장비3kg
    • 최대속도160km/h
    • 최대체공시간30분(배터리), 2시간(하이브리드)
    쿼드틸트프롭 무인기(QTP-UAV) 비행모습
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  • 03재난치안용 무인기

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    한국항공우주연구원은 재난·재해 발생 시 신속한 현장정보 수집 및 효과적인 임무수행을 지원할 수 있는 재난치안용 무인기를 개발 중이다. 무인기 플랫폼(기체) 개발과 함께 지상운용 시스템, 통신 시스템 등도 함께 개발한다.

    재난치안용 무인기 개발이 완료되면 소방, 해경, 경찰 임무 현장 배치를 통해 재난·치안현장에서 신속한 현장정보 수집과 초동대응, 재난 조기탐지 및 진행·복구상황 실시간 모니터링 체계 구축이 가능할 것으로 기대된다.

    재난치안용무인기 소개자료

    재난치안용무인기 소개자료

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  • 04저고도 무인비행장치 교통관리시스템(UTM, Unmanned Aerial System Traffic Management)

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    저고도 무인비행장치 교통관리시스템(UTM) 시스템은 고도 150m 이하의 저고도를 운항하는 150kg 이하의 무인기를 대상으로 안전하고 효율적으로 비행할 수 있도록 교통관리 서비스를 제공하는 시스템이다.

    저고도 무인비행장치 교통관리시스템(UTM) 사업은 국토교통부의 지원으로 2017년 4월에 착수되었다. 1단계 사업목표는 2018년까지 비가시권 비행을 수행하는 5대 이상의 드론을 동시에 관리할 수 있는 교통관리 체계를 개발하고 시연하는 것을 목표로 했으며 강원도 영월 드론 시험장에서 1단계 실증 시험을 성공적으로 완료했다. 2단계 사업목표는 2022년 말까지 2개 이상의 지역에서 20대 이상의 드론을 대상으로 교통관리를 제공하는 저고도 무인비행장치 교통관리시스템(UTM)을 개발하고 실증 시험을 수행하는 것이다.

    저고도 무인비행장치 교통관리시스템(UTM) 초고속 이동통신망과 인터넷망을 활용하기 때문에 사용자는 언제 어디서나 손쉽게 드론의 식별 ID, 위치 정보, 실제 비행 궤적 등을 실시간으로 모니터링 할 수 있다, 저고도 무인비행장치 교통관리시스템(UTM)을 통해 주변에서 운용 중인 다른 드론의 비행 정보를 알 수 있을 뿐 아니라, 비행금지구역정보, 기상 정보, 유인기 비행 정보 등을 제공 받아 비행에 활용할 수 있으므로 무인기의 운용 안전성과 활용도를 높일 수 있을 것으로 기대된다. 항공교통관리기관이나 정부에서는 불법 드론의 감시 및 적발, 유무인기 간의 충돌 방지를 위한 수단으로 활용할 수 있다.

    저고도 무인비행장치 교통관리시스템(UTM) 기술은 드론으로 통칭되는 무인비행장치 뿐만 아니라 향후 도심 항공 모빌리티(UAM, Urban Air Mobility) 환경에서 사용될 개인항공기의 항행 안전을 위한 기반 기술로도 응용될 수 있을 것으로 전망된다.

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  • 05틸트덕트 무인기

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    프로펠러에 덕트(duct)를 씌운 무인기로, 덕트가 없는 무인기 대비 최대 60%의 추력 효율을 발생시킬 수 있다. 150km/h의 최대속도로 2시간 30분 이상 비행이 가능하다.
    틸트덕트 무인기는 활주로가 없는 지역에서도 운용할 수 있기 때문에 수직이착륙 개인항공기 기술에 적용될 수 있으며 재난안전분야, 국방분야, 차량 추적, 에너지 설비 및 대형구조물 원격진단 등 다양한 분야에 활용할 것으로 기대된다.

    틸트덕트 무인기 안내표로 td-40, td-20 전장, 전폭, 최대이륙중량, 비행속도, 비행시간, 제자리 체공시간등을 안내합니다.
    구분 TD-40 TD-20
    전장 (m) 2 1.5
    전폭 (m) 2 1.5
    총중량 (kg) 40 20
    최대속도 (km/h) 170 150
    체공시간 (hrs) 2.5 1
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  • 06무인기 충돌회피 시스템

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    무인기가 스스로 공중 충돌 위험성을 판단, 회피할 수 있는 시스템으로 한국항공우주연구원은 충돌회피 알고리즘을 포함시킨 충돌회피 탑재시스템, 위치발신장치(ADS-B, Automatic Dependent Surveillance- Broadcast)와 영상 센서를 기반으로 한 충돌회피 시스템을 개발하고 있다. 지상시험과 비행시험을 통해 충돌회피 성능을 확인했으며 지속적인 비행 시험을 통해 시스템 성능을 고도화할 예정이다. 무인기 충돌회피 시스템은 무인기가 일반 공역에서 유인기와 같이 운용될 경우 공중 충돌을 예방할 수 있다.

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  • 07유·무인 혼용항공기(OPV)

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    무인 비행과 유인 비행이 가능한 항공기(OPV,Optional Piloted Vehicle)다. 한국항공우주연구원은 유인항공기를 무인화해 유·무인 혼용항공기로 활용할 수 있는 기술을 개발했다. 유·무인혼용기(OPV)는 반복적으로 동일한 조종이 가능해 항공 부품의 비행시험을 수행하는데 유리하다.

    노후화, 쓰임새가 줄어든 유인 군용 항공기를 무인화해 사격 훈련용 표적기, 레이더 기지 타격기 등으로도 활용 가능하며 수색/정찰 등 재난대응 무인기로도 활용할 수 있다. 유·무인 혼용항공기 연구성과는 2014년 한국기계기술단체총연합회가 선정한 10대 기계기술에 선정됐다.

    • 전폭8.6m
    • 이륙중량600kg
    • 탑재중량100kg
    • 최대속도222km/h
    • 체공시간6h
    • 항속거리1,500km
    • 임무반경50km
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  • 08고고도 장기체공 무인기(EAV, Electrical Aerial Vehicle)

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    이륙 시 리튬이온배터리를 사용하고 비행 중에는 날개 윗면에 장착된 태양전지가 2차 전지를 지속적으로 충전해 에너지원으로 활용하는 무인기로 고(高)고도인 성층권에서 비행한다. 성층권은 풍속이 낮고 구름이 없어 태양광을 동력원으로 활용할 수 있을 뿐만 아니라 악천후와 상관없이 항상 비행할 수 있어 지상관측, 기상관측 및 통신중계 등의 임무를 수행하기에 알맞다. 또한 일반 민항기가 고도 10km에서 비행하기 때문에 성층권 비행은 민항기와 사고 날 일이 없어 매우 안전한 비행이 가능하다.

    한국항공우주연구원이 개발한 태양광 무인기는 지난 2013년 고도 5km 상승비행과 22시간 연속 비행, 2014년 고도 10km 상승비행과 25시간 연속 비행, 2016년에는 18.5km 성층권 고도에서 90분간 비행까지 성공했다. 고도 18km 이상 성층권 비행에 성공한 태양광 무인기는 미국과 영국에 이어 세 번째다.

    • 전폭20m
    • 이륙중량53kg
    • 체공시간9h
    • 비행고도18.5km
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  • 09고속-수직 이착륙 무인기

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    수직이착륙과 고속비행이 가능한 틸트로터 항공기는 이륙 시 로터가 헬리콥터처럼 수직 방향으로 위치해 있다가 전진 비행 시에는 로터를 다시 수평으로 바꿔 속도를 높이는 항공기로, 고정익기와 헬리콥터의 장점을 결합한 것이 특징이다. 2002년부터 10년에 걸쳐 개발에 성공했으며 이는 미국에 이어 세계 두 번째이다.

    산악지형과 삼면이 바다로 둘러싸여 활주로를 확보하기 어려운 국내 환경에 적합하고 적지 정찰 등의 군사적 이용은 물론 해안 및 도서 정찰, 산불 및 교통 감시, 기상 관측 등의 다양한 분야에서 활용할 수 있다. 또한 활주로 없이 이동할 수 있는 개인항공기의 플랫폼으로 응용이 가능한 첨단 기술이다.

    한국항공우주연구원은 스마트무인기 TR-100 기반의 실용화 모델 TR-60을 개발했다. TR-60은 헬리콥터보다 높은 고도에서 훨씬 빠른 속도로 비행할 수 있어 보다 효율적으로 넓은 지역의 감시·수색·정찰·운송·통신·중계 등의 용도로 활용이 가능하다. 또한 틸트로터 무인기의 체공시간, 항속거리, 최대속도 등 성능개선과 함께 다양한 응용이 가능하도록 차량이나 함상 등 이동체에서 수직 이착륙할 수 있는 기술 개발을 완료했다.

    고속-수직 이착륙 무인기 안내표로 구분, TR-100, TR-60등을 안내합니다.
    구분 TR-100 TR-60
    전장 (m) 5 3
    최대이륙중량 (kg) 995 200
    유상하중 (kg) 90 20
    최대속도 (km/h) 500 240
    비행시간 (hours) 5 5
    운용반경 (km) 200 50
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  • 10틸트로터 무인기 함상 자동 이착륙 기술

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    2015년부터 2017년까지 2년간 ‘200kg급 틸트로터 무인기의 함상 운용 입증을 위한 기술 개발’ 사업을 통해 틸트로터 무인기의 함상 자동 이착륙 기술을 개발했다. 함상 자동 이착륙 기술은 흔들리며 이동하는 선박의 착륙 지점에 무인기를 자동으로 정밀하게 유도하여 착륙시키는 것이 중요하다. 이를 위해 선박과 무인기 간 정밀한 상대거리 계산을 위해 ㎝급 정밀도를 제공하는 실시간 이동측위(RTK, Real Time Kinematics) GPS 방식 정밀상대항법장치를 개발했다. 육상뿐만 아니라 어군탐지, 불법어업 감시, 해양안전 감시 등 해상에서 다양한 용도로 틸트로터 무인기를 활용할 수 있는 기술적 토대를 구축했다.

    함상 이착륙 시험 전 지상에서 함선 대신 10노트로 이동하는 트레일러 위에서 자동 이착륙하는 시험비행을 성공적으로 진행한 후, 10노트 속도로 이동하는 해경 선박에 10회 연속 함상 자동이착륙을 수행, 세계 최초로 틸트로터 무인기 함상 자동이착륙에 성공했다.

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  • 11소형 장기체공형 무인기 핵심기술 개발(두루미)

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    저비용 공중관측·탐사를 목표로 개발된 소형 무인항공기이다. 엔진과 통신장비 일부 단품을 제외한 모든 구성품을 국내에서 개발했으며, 기상연구소와 공동으로 수행한 기상관측 시험 비행에 성공해 무인기의 기상분야 활용 가능성을 보여주었다. 소형 장기체공형 무인기 개발로 축적한 무인기 체계 연구 개발 경험은 고속-수직 이착륙 무인기 개발의 밑거름이 됐다.

    • 전장1.8m
    • 전폭3.2m
    • 최대이륙중량15kg
    • 체공시간24시간
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  • 1293 EXPO 지상관측용 무인비행선

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    1993년 대전에서 열린 세계과학기술박람회를 계기로 개발됐다. 당시 대회장을 공중에서 모니터링하는 임무를 수행했다. 지상관측용 무인비행선을 개발하면서 비행선 설계 및 제작기술, 비행선 원격조정을 위한 무선 통신기술 등 다양한 무인기 관련 기술이 개발됐다.

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