무인항공기시스템 기술은 그동안 주로 군사용 목적으로 개발되어 왔으나, 근래에는 무인기의 활용이 공공부문으로 확산되면서 민간분야에서도 여러 형태의 무인기를 다양한 용도로 활용하고 있다. 예를 들어 농약 살포를 위한 회전익 무인기가 대표적으로 사용되고 있으며, 방송에서도 무인 멀티콥터를 이용한 촬영 영상을 활용하고 있다. 이와 같이 민간의 다양한 분야에서 무인기 활용이 늘어나고 있으나 무인기 관련 안전규정은 제대로 마련되어 있지 않은 실정이다. 본 논문에서는 전 세계의 무인항공기시스템 기술 발전과 관련하여 국내외 민간 무인항공기시스템 관련 현행 규정을 조사하고, 이와 관련한 인증체계 개정 및 개발을 위한 연구동향을 조사 분석 하였다. 그 결과 최근 몇 년간 여러 국가에서 무인항공기시스템 관련 규정을 개발하기 위한 연구를 수행하고 있으며, 대표적으로 국제민간항공기구(ICAO)에서 연구조직(UASSG)을 결성하여 무인항공기시스템에 대한 매뉴얼 발행과 국제표준 및 권고를 개발해 오고 있다. 또한 세계 각국의 감항 당국 및 관계 기관, 업체 등에서는 이를 기반으로 각국의 실정에 맞는 규정을 개발 및 개정하고자 준비하고 있다.
무인항공기의 활용도가 다양해지고 그 활동영역도 넓어지는 지금, 준비해야 하는 당면과제는 어떻게 유인항공기 공역에서 무인항공기를 안전하고 원활하게 통합 운영할 것인가 이다. 따라서 현재 무인항공 기의 연구개발 및 수요가 가장 많은 미국을 중심으로 무인항공기 통합운영에 관한 연구동향을 살펴보고 그 시사점 및 향후 공역 통합운영에 대한 방향 및 고려사항을 제시하고자 한다.
본 연구에서는 소형 태양광 무인항공기를 개발하여 비행시험을 수행하였다. 태양광 무인기는 날개에 설치된 태양전지로부터 전력을 생산하고, 생산된 전력의 일부를 비행동력으로 사용하며, 나머지를 일몰 후 비행을 위해 배터리에 저장을 한다. 태양광 무인항공기는 공기역학적으로 매우 효율이 높아야 하며, 구조적으로 경량이면서 고강도를 가져야 한다. 또한, 태양광 무인기의 전기추진시스템과 태양광 발전시스템도 높은 효율을 가져야 한다. 본 연구에서는 12시간 이상의 연속 비행을 위한 태양광 무인항공기 및 태양광 시스템을 개발하고, 그 성능을 파악하기 위해 비행시험을 수행하였다. 가을과 겨울철의 비행시험 결과 본 연구에서 개발한 태양광 무인항공기의 사계절 모두 12시간 이상의 연속비행이 가능함을 알 수 있었다.
본 논문에서는 전익형 무인항공기의 복합손상을 고려한 신경망 적응제어기 연구 결과를 기술하였다. 여기서 복합손상이란 무인항공기의 주익과 수직미익의 동시 손상을 의미한다. 시뮬레이션을 통하여 종/횡축 불안정성과 비행역학 특성을 확인하였다. 이를 바탕으로 두 가지 형태의 역변환 제어기 기반 적응형 신경망 제어기를 설계하였다. 또한 두 가지 역변환 제어기 구조에 따라 무인항공기의 복합 손상 시 제어 성능 분석을 수행하였다. 역변환 제어기 구조에 따라서 일반 상황과 손상 상황에서 성능 차이를 확인하였다. 최종적으로 무인기에 발생된 복합손상으로 인한 항공기의 불안정성은 적용된 제어기를 통하여 극복할 수 있음을 확인하였다.
수직이착륙과 고속수평비행이 기능한 스마트 무인기 개발의 일환으로 초기개념설계용 성능예측 프로그램을 작성하였다. 스마트 무인기가 요구하는 설계조건을 기반으로 각 임무 단계 수행과정에서의 연료소모중량을 반복계산하여 전체 중량을 예측하고, 동시에 무인기의 주요형상변수, 추진성능, 수직이착륙성능, 수평비행성능 등의 계산을 통해 성능예측 및 설계요구조건 만족여부 판단, 경향성 분석을 수행할 수 있다. 동 프로그램은 수직이착륙 무인항공기 비행체의 초기개념설계단계에서 비행체의 경향성 분석, 비행성능 예측 및 설계 요구조건 검증 등을 손쉽고 간편하게 수행 할 수 있는 도구도서 사용할 수 있다.
세계적으로 무인기 활용이 증가하고 이와 관련한 사고 보도도 잇따르고 있는 가운데 각국 정부 당국, 관련 기관 및 산업체 등에서는 무인기 운영 관련 정책 및 규정 제 개정을 위한 노력에 박차를 가하고 있다. 또한 이와 동시에 국제민간항공기구에서 관련 연구조직(UASSG, Unmanned Aerial System Study Group)을 통해 국제 표준 마련을 위한 공동 연구를 진행해 왔다. 최근에는 국제민간항공기구에서 무인기패널체(RPASP, Remotely Piloted Aircraft System Panel)를 조직하여 무인기의 민간공역 통합 운영을 목표로 관련 부속서, 표준 및 권고 등을 제 개정하기 위한 논의를 수행하고 있다. 본 논문에서는 국제민간항공기구의 무인기 정책 연구 및 개발 동향을 조사하고, 이를 통해 국내 무인기 정책 마련을 위해 필요한 사항을 제안하였다. 이는 국제적인 무인기 정책 및 규정 개발 동향을 파악하여 관련 산업개발 방향 설정 및 국내 규정 마련에 기초자료로 활용할 수 있을 것이다.
무인항공기는 오락산업을 비롯하여 민간 및 국방 분야 등의 다양한 분야에서 널리 적용되고 있다. 무인항공기를 통신시스템에 적용하는 기술 또한 주요한 응용분야 중 하나이다. 중계기는 통신성능향상 및 통신거리 확장의 장점으로 인해 통신시스템에서 많은 관심을 받아왔다. 본 논문에서는 중계기로의 무인항공기에 대한 연구동향을 물리계층에 초점을 맞추어 알아본다. 먼저 현재 무인항공기를 중계기로 적용하여 연구된 사항을 소개하고 무인항공기를 이용한 중계네트워크의 기본적인 성능을 듀얼홉 통신시스템에서 복조 후 전송 프로토콜을 적용하여 분석한다. 성능은 심벌오류율로 나타내며 무인항공기 채널은 비대칭 환경을 가정하여 적용한다. 마지막으로 성능분석을 기반으로 하여 물리계층에서 성능향상을 위해 필요한 사항에 대해 논의한다.
항공기의 자동 착륙 알고리즘을 위한 고 정밀 유도방식에 IBLS(Integrity Beacons Landing System)나 MLS(Microwave Landing System)와 같은 유도 제어 방식을 사용하여 유인 항공기나 무인 항공기의 유도 착륙에 사용하고 있다. 당 연구에서는 무인항공기의 자동 착륙을 위한 실제적인 요구사항들이 분석되었고, 자동 착륙 유도장치로 IBLS와 MLS가 선택되어 각각의 기능과 특성들이 수학적으로 모델링 되었다. 또한 고전제어와 최적제어의 2가지 방식으로 무인항공기의 자동 착륙을 통제하기 위한 autopilot이 설계되어 그 유효성과 특징들이 분석되었다. IBLS, MLS, autopilot, 그리고 이러한 자동 착륙 유도제어 시스템이 적용되는 대상체인 무인항공기와 대기환경 및 외란에 대한 수학적 모델들은 Simulink와 ANSI C를 사용하여 단위 S/W 모듈들로 작성되었고, 여기에 GUI모듈이 추가되어 하나의 통합 시뮬레이션 S/W가 완성되었다. 모의시험평가는 총 2단계로 구성되었는데, 대기 외란이 주어졌을 때 IBLS와 MLS의 유효성을 1차적으로 검증하였고, 2단계 모의수치실험에서는 MLS 유도센서 방식에 따른 고전제어기 및 최적제어기의 항공기 종 방향 운동에 대한 강인성 비교를 시도하였다.
최근 기술의 발전으로 소형 무인기가 다양한 형태로 활용되고 있다. 군사용 무인항공기부터 아마존 드론까지 무인항공기는 인간이 직접 해오던 일을 빠르면서도 정확하게 대신할 수 있다는 장점으로 활용되는 분야가 증가하고 있는 추세이다. 무인항공기의 등장과 발전은 무조건적으로 환영할 수는 없다. 무인항공기의 편리함과 긍정적인 활용과 더불어서 동시에 부정적인 측면도 존재하고 있다. 즉, 군사적으로 인간을 대신하여 위험한 임무를 수행할 수 있다는 장점이 있으나 역으로, 인간을 대신하여 공격하는데 용이하다는 것이다. 무엇보다 우리나라와 같이 분단되어 휴전상태인 경우, 공격자의 입장에서는 효과적인 공격에 유용한 수단임과 동시에 방어자의 입장에서는 언제 어디서 날아올지 모르는 위협적인 방어상 매우 곤란한 존재가 되는 것이다. 이에 본 연구에서는 무인항공기의 발전에 따른 국내 국가중요시설의 보호방안에 대해서 논의하였다. 무인항공기와 국가중요시설에 대한 이론적인 고찰을 통해서 그 개념을 살펴보고, 무엇보다 우리의 국가적 안전을 위협하는 사례를 검토하였다. 이를 토대로 급증하고 있는 무인기 활용에 대해 국가 안전을 위한 정책적 제언을 시도하였다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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