무인비행기 기초상식 UAV common knowledge

 

 

UAV 어원 Unmanned Aerial Vehicle 
미 국방부는 베트남 전쟁을 시작으로, 무인비행기(Unmanned Aerial Vehicles, UAV)를 사용해 왔으며, 

기술이 발전에 힘입어, 

UAV의 성능이 발전하고 또 체공기간 및 탑재능력이 

늘어남에 따라, 전장에서 단순 정찰 임무를 맡았던

UAV의 역할이 점차 확대되고 있는 추세이다. 

 

또한, 유인비행기 보다 획득 및 운용 비용이 월등히 낮아, 미래 전에서의 UAV의 사용이 더욱 증가할 것으로 예상되고 있다. 

 

 

무인 비행기(UAV)의 정의무인비행기(Unmanned Aerial Vehicles, UAV)란 카메라, 센서, 통신장비, 또는 다른 장비를 탑재하고 있으며 원격 조종되는 또는 스스로 조종되는 비행체를 말한다. 비행기 조종사가 비행체에 직접 탑승하고 있지는 않지만, 운용자가 이러한 시스템의 비행에 직간접적으로 관련되어 있기 때문에 “무인”이라는 말은 정확하지 않은 표현일 수도 있다. 

UAV의 시스템 종류에 따라 어떤 경우에는 운용자가 직접 원격 조종하는 경우가 있고, 또, 다른 경우에는 운용자가 비행체가 지나가야 될 지점들을 미리 프로그램 하면, 비행체가 그 지점에 도달하기 위해 스스로 비행 궤도를 조절하는 경우도 있다. 

 

UAV 시스템은 흔히 지상국, 통신 구조 및 비행체의 3가지 구성 요소로 이루어져 있다.

UAV의 역사무인비행기의 개념은 제1차 세계대전부터 존재했었지만, 실제 정찰 목적으로 무인 비행기가 사용되기 

시작한 것은 50년대 말부터이다. 

초기의 노력은 대부분 실패로 돌아갔지만, 베트남 전쟁과 냉전의 

영향으로 여러 가지 개발 프로그램이 착수되었고, Firefly, 

 

그리고 Lightning Bug과 같은 정찰용 UAV가 개발된다. 

미 공군은 이 시스템들을 고고도 및 저고도에서 영상 및 정보를 

얻는 데 사용했지만, 이러한 초창기 UAV들을 운용하고 

유지하는 데에는 많은 어려움이 있었다. 

 

그럼에도 불구하고 베트남 전쟁이 끝날 무렵에는 사상자에 

대한 우려 때문에 Lightning Bug UAV, 성층권에서 

초음속으로 비행하는 유인정찰기인 SR-71과 같은 

2개의 비행체만이 북부 베트남을 정찰할 수 있었다. 

 

 

 

베트남 전쟁에서 3,435번이나 출격한 UAV의 활약에 관심을 가진 미 국방부는, 베트남 전쟁이 끝난 이후 이러한 UAV의 개발에 더욱 박차를 가하게 된다. 
미 육군은 1979년부터 ‘Aquila’ 라 불리는 전술 UAV를 개발하기 시작했지만, 여러 가지 기술적 어려움, 가격 상승, 그리고 미 육군의 요구조건 변화로 이 개발 프로그램은 1987년에 취소된다. 
반면, 이스라엘은 간단하면서도 가격이 싼 무인 비행체를 이용하여, 1982년 레바논과의 전쟁에서 시리아의 방공망을 파괴하는 데 성공한다. 
이에 자극을 받은 미 해군은 지금도 사용되고 있는 Pioneer UAV 시스템을 개발하게 된다. 
그 외에도 미 국방부는 Hunter, Predator, Global Hawk와 같은 UAV를 계속 개발했다. 이 UAV들은 걸프 전쟁, 코스보 분쟁, 
그리고, 아프가니스탄에서 커다란 활약을 했으며, 성능 및 체공기간도 매우 향상되어, 2001년도에는 무인 비행기로는 처음으로 Global Hawk가 태평양을 횡단하는 데 성공하기에 이른다. 

아프가니스탄에서는 Hellfire 미사일을 장착한 Predator UAV가 선보였다.

현재 운용 및 개발 중인 UAV

Pioneer

 

미 해군 및 해병대의 Pioneer는 1986년부터 사용되었다. 초기에는 전투함 선상에 배치되어 포함 표적 탐지에 사용되었고, 이후 상륙 작전에서의 정찰 및 감시 임무를 맡게 된다. 로케트 보조추진 장치 또는 사출기의 도움을 받아 이륙하여 그물 또는 선상 제동장치에 의해 회수된다. 
체공시간은 4시간이고 탑재량은 35 킬로그램이다. 정보는 전자광학 감지기로 아날로그 비디오를 실시간으로 촬영하여, C 밴드 (4-8 GHz) 가시선 데이터 링크로 보내진다. 1991년 이후, Pioneer는 걸프전쟁, 코스보 및 보스니아 분쟁에서 정찰임무를 맡았다. 
현재 미 해군은 Pioneer 15대, 미 해병대는 10대를 보유하고 있다. 2003년부터는 Fire Scout UAV로 교체될 예정이다.

HunterUAV는 미 육군의 사단 및 분대요 반. C. Hunter U단거리 UAV 시스템으로 개발되었습니다. 
일활주로에서 이착륙이 가능하며, 91 킬러그램의 탑재량을 적재한 체, 11시간 동안 비행할 수 있다 정보는 전자광학 감지기로 아날로그 비디오를 실시간으로 촬영하여, 다른 Hunter UAV를 거쳐 밴드(4-8 GHz) 가시선 데이터 링크로 보낸다. 
Hunter UAV는 1996년에 NATO의 임무를 지원하기 위하여 

코소보에 배치되기도 하였다

Hunter UAV의 제작은 1996년도에 끝났으며, 

2003년부터는 Shadow UAV로 교체될 예정이다

 

Predator

 

미 공군의 Predator UAV는 1994년부터 개발되기 시작했으며, 일반 활주로에서 이착륙이 가능하며, 204 킬러그램의 탑재량을 적재한 체, 24시간 이상 비행할 수 있다. 
전자광학 감지기 외에도, 합성개구레이더(Synthetic Aperture Rada : SAR)를 탑재하기 때문에, 주야간 전천후 정찰 능력을 보유하고 있다. 
C 밴드 (4-8 GHz) 가시선 데이링크 및 Ku 밴드(12.5 - 18 GHz) 가시거리밖 인공위성 데이터 링크를 이용하여 실시간으로 컬러 비디오 영상을 제공한다. 
95년 이후, Predator는 감시 임무를 수행하기 위해 이라크, 보스니아, 및 코스보에 배치되었다. 

Global Hawk

 

미 공군의 Glob al Hawk UAV는 고고도 장기체공 UAV로서, 넓은 지역을 (137,200 km2/24 hrs) 감시할 수 있다. 
일반 활주로에서 이착륙이 가능하며, 885 킬로그램의 탑재량을 적재한 채 36시간 동안 비행할 수 있다. Global Hawk UAV 는 전자광학 감지기 외에도 이동목표지시장치 (Moving Target Indicator, MTI) 기능을 가진 합성 개구레이더를 탑재하고 있기 때문에 주야간 전천후 정찰 능력을 보유하고 있다.
 센서 데이터는 X 밴드(812.5 GHz) 또는 Ku 밴드(12.5 - 18 GHz) 가시거리 밖 인공위성 데이터 링크를 이용, 총 7개까지의 전역 지상국으로 보내진다.

 

현재 개발 중인 UAV현재 미 국방부 및 국방고등연구계획국(Defense Advanced Research Project Agency, DARPA)에서 개발 중인 UAV 프로그램은 다음과 같다.
Fire Scout Fire Scout는 수직 이착륙이 가능한 전술 UAV로, 체공시간은 3시간, 탑재량은 91 킬로그램이다. 

 

 레이저 지시 및 거리 측정기가 통합된 전자광학 감지기를 가지고 있으며, Ku 밴드(12.5 - 18 GHz) 가시 데이터 링크, 또는 예비 UHF링크로 정보를정보를

 지상국에 송출할 수 있다. 

 

미 해군은 2000년에 Fire Scout UAV를 사용하기로 

결정했으며, 미 해병대 역시 해병원정부대를 지원하기 위해 

이를 선정하여 2007년까지 모두 69대가 생산될 예정이다.

 

Shadow 

 

미 육군은 지상군을 지원하고 근접 UAV 조건을 충족시키기 위해 1999년 Shadow를 선정하였다. 이 UAV는 레일로부터 발사되며, 착륙제동기어로 회수된다. 
체공시간은 4시간, 탑재량은 27 킬로그램이다. 정보는 전자광학 감지기로 아날로그 비디오를 실시간 촬영하여, C 밴드 (4-8 GHz) 가시선 데이터 링크로 보내진다. 2003년까지 총 176대가 배치될 예정이다.

 

무인 전투기(Unmanned Combat Air Vehicle, UCAV) 미 공군의 무인 전투기를 개발하도록 되고 , 1999년도에 국방고등연구계획국 (DARPA)은 Boeing 사에 하는 계약을 체결하였으며, 첫 시험 비행은 2002년 가을로 예정되어 있다. 
무인 전투기의 목적은 인명 손실 없이 적의 방공망을 파괴하는 데 있으며, 대당 가격 및 운용비는 현재 개발 있는 합동타격기(Joint Strike Fighter, JSF)의 각각 1/3과 1/4 수준이 될 것으로 예상하고 있다. 특히, 적의 레이더에 잡히지 않게 스텔스 기능을 추가함으로써 생존성이 매우 뛰어난 것이 특징이다. 
미 해군 역시 국방고등연구계획국의 지원을 받아 항공모함에서 이착륙이 가능하고  방공망 제압 외에도 정찰 임무를 수행할 수 있는 무인 전투기를 개발하고 있다.

 

마이크로 비행체 (Micro Air Vehicles, MAV ) 

 

 앞서 소개한 대형 UAV 외에도 국방고등연구계획국은 길이 15 cm 미만인 마이크로 비행체를 개발하고 있다. 
이러한 마이크로 비행체는 시가전에서 일반 병사들을 지원하기 위해 개발되고 있다. 이러한 마이크로 비행체가 성공하기 위해서는 경량 추진기, 센서 및 통신장비가 필수적이다.

 

미래 전에서의 UAV의 역할 미래 전에서는 정보의 중요성이 커짐에 따라, 인명 피해 없이 실시간 그리고 연속적으로 비디오 및 레이더 영상을 보낼 수 있는 UAV의 역할이 더욱 커질 것으로 전망된다.
대대장 및 여단장들은 UAV 덕분에 전역을 정찰할 수 있게 되었으며, UAV는 첩보위성이 제공하지 못하는 다른 이점, 즉 한 지역을 장기간 감시할 수 있는 능력도 제공한다. 
더구나 무인 전투기의 개발이 끝나면, 인명의 손실 없이 적의 방공망을 파괴할 수도 있을 것이다. 
 UAV는 이미 현대전에서도 사용되기 시작했으며, 실제로 Predator UAV는 코스보 전쟁과 아프가니스탄 전쟁에서 정보 수집뿐만 아니라 전방 항공 통제관으로서도 사용되어 전투기를 표적으로 인도하는 데 이용되었으며, 레이저 유도무기로 표적을 파괴하기 위한 레이저 지시기로 표적 지정 임무도 수행하였다. 
UAV는 또한 이미 무기화되어 2대의 Hellfire 미사일을 장착한 Predator UAV가 아프가니스탄 전쟁에서 여러 번 사용된 바 있다. 

 

 이외에도 UAV는 흔히 말하는 3D (Dull, Dirty, Dangerous) 임무에 적합하다. 

가령, UAV는 높은 고도와 장거리 센서를 이용하여 넓은 지역을 장시간 정찰할 수 있다 

UAV는 또한 핵 또는 생화학전 시에, 인명손실의 위험 없이 오염된 지역에서 임무를 수행할 수 있다. 

 

전쟁 시 가장 위험한 임무 중의 하나인 방공망 제압은 현재 EA-6 전자 교란 기와 

유인 전투기를 이용하는데, 무인 전투기가 개발되면 이 

위험한 역을 대행할 수 있을 것이다. 

 

 

 UAV가 미래 전에서 수행할 수 있는 임무를 요약하면 다음과 같다. 
정찰(Reconnaissance) 및 감시(Surveillance) 정찰은 적의 동태 또는 자원과 관련된 정보 및 특정 지역의 기상, 지정학적 특징을 얻어내는 것을 말한다. 
UAV는 이러한 임무를 효율적으로 수행할 수 있으며, 정찰할 수 있는 지역의 범위는 UAV의 종류에 달려 있다. 
가령 Global Hawk UAV는 작은 전술 UAV 보다 넓은 지역을 

정찰할 수 있지만, 

적군을 색출할 수 있는 능력은 두 UAV 모두 가지고 있다. 

 반면, 감시란 특정 지역 또는 표적을 장시간 관찰하는 것을 말한다. 가령 다른 정보원으로부터 어느 건물이 이동식 탄도 미사일 무기 격납고일 수도 있다는 정보가 제공되면, 장기 체공능력을 가진 UAV가 이 정보를 확인 또는 불식시킬 수 있다. 

실제로 보스니아 전쟁에서 미 공군의 Predator UAV가 적의 군사 트럭을 장시간 감시함으로써 처음에는 무기 격납고인지 알지 못했던 건물 안으로 트럭이 들어가는 것을 확인, UAV 가 보내준 영상을 분석함으로써 이러한 시설이 있음을 확인한 후 폭파시켰던 일도 있다. 

 

UAV는 또한 평화유지 작전에 활용될 수도 있다. 가령 넓은 중립지역을 평화유지군이 감시하지 못할 경우, UAV가 대신 위반 행위가 있는지 여부를 확인할 수 있다. 
실제로 Predator UAV는 보스니아에서 비슷한 평화유지 임무를 수행한 바 있다. 
표적획득(Target Acquisition)  UAV의 주요 임무 중 하나는 표적을 탐지 및 확인하는 표적획득 임무이다. 합동 감시 표적 공격 레이더 시스템 (Joint Surveillance Target Attack Radar System, JSTARS)과 같은 광역탐색 비행기가 특정 지역에서 이동하는 여러 개의 물체를 발견하면,

 UAV를 그 

지역에 보내 그 물체들이 탱크와 같은 군사 표적인지의 여부를 확인할 수 있다. 

 

또한 표적의 정확한 위치를 다른 전투기에 송신하여 표적을 쉽게 공격할 수 있도록 도와준다. 

Predator UAV는 아프가니스탄 전쟁에서 이러한 임무를 수행하였다. 

표적지시(Target Designation).  어떤 전술 UAV는 레이저 표적지시기를 탑재할 수 있는 동력원과 탑재능력을 가지고 있다. 이 지시기는 탱크와 같은 표적에 레이저를 쏘아 다른 공격기가 발사한 

정밀무기가 표적을 공격하도록 해준다. 

 

미 육군은 Hunter UAV에 레이저 표적지시기를 이미 탑재했으며 

이 지시기를 탑재한 Predator UAV는 아프가니스탄 전쟁에서 큰 활약을 했다. 

통신중계(Communications Relay). UAV는 통신 중계 시스템으로 사용될 수도 있다. 걸프 전쟁에서 실제로 일어난 것과 같이 전투 중에 부대가 신속하게 이동하여 가지고 있는 통신 장비의 통신 범위 밖으로 진출하였을 경우, UAV를 통신 중계 시스템으로 이용, 전선에 있는 부대와 후방에 있는 

지휘부를 연결할 수 있다. 

 

인공위성도 이러한 능력을 가지고 있지만, 인공위성이 

혼자 처리하기에는 정보량이 너무 많거나 인공위성이 

고장 또는 파괴되었을 경우, UAV는 훌륭한 대체 시스템이 될 수 있다.

 

 Global Hawk UAV의 우수한 체공시간 및 탑재능력은 

인공위성을 대체 또는 보완할 수 있는 좋은 후보 시스템으로 만든다. 

전투손상판단(Battle-Damage Assessment).  1980년대에 미 해군이 UAV를 획득한 목적은 전투 중 해군이 사용한 무기가 가한 손상 정도를 판단하기 위함이었다. 특히 Pioneer UAV가 표적지역을 감시하게 되면, 전함의 장거리 포화 능력이 더욱 정확하고 효율적이 된다는 사실을 알고 이 UAV를 획득하였다. 
즉, UAV가 보내준 포탄이 표적에 얼마나 가깝게 떨어졌는가 하는 실시간 영상을 보며, 전함은 보다 정확한 조준을 할 수 있게 된다. 
전함 말고도 표적을 공격하는 전투기 또는 미사일을 위해서도 UAV는 비슷한 임무를 수행할 수 있다. 
통신 및 전자 정보(Communications and Electronics Intelligence).  미 국방부는 1996년부터 Hunter UAV에 통신 정보분석기를 탑재하기 시작했다. 이 분석기의 목적은 라디오 송신기와 같은 적의 지상통신소 위치를 찾아내고 식별하는 것이다. 
어떤 경우에는 이러한 통신 정보를 이용, 전방부대와 통신하는 적군의 수뇌부를 색출해내기도 한다.  동시에 Hunter UAV에 적의 지상 레이더를 찾아내고 식별하는 전자 정보분석기를 탑재하기 시작했다. 이렇게 함으로써 전쟁 초기에 적의 방공망에 큰 타격을 입힐 수 있게 되었다. 

전파 방해 (Jamming).  UAV는 적군의 통신망 및 레이더를 발견하는 것 이외에도 이것들의 전파를 방해 및 교란시킬 수도 있다. Hunter UAV는 레이더 및 통신장비를 방해할 수 있는 능력을 이미 가지고 있다. 
화학 및 생물학전 탐지(Chemical and Biological Warfare Detection). 

 

 UAV는 화학 및 생물학전에서 인명 손실의 위험 없이 대기 중의 공기를 측정하여, 전역의 오염 여부를 가려낼 수 있다.

UAV 성능 향상을 위한 신기술

앞으로 25년간 다음과 같은 UAV의 성능 향상이 있을 것으로 예상된다. UAV의 임무 유용성을 높이는 신뢰성 향상을 위해 스스로 고장 여부를 점검하여 운용자에게 알리는 자체진단 시스템, 고장이 많은 유압제어장치 대신 전기제어장치를 사용하는 기술 등이 개발될 것이다. 
이외에도 추력중량비를 250%, 비연료소모율을 40% 증가시킨 터빈엔진을 개발 중에 있으며, 개발이 완료되면 UAV의 체공시간이 60% 이상 늘어날 것으로 예상된다. 
또한, UAV가 수집한 정보를 운용자에게 더욱 빨리 보내기 위한 실시간 자체 정보 처리기술, 보다 빠른 데이터 전송능력, 그리고 도청방지를 위한 암호화된 송신 기술이 개발 중에 있다. 
마지막으로, 무인 임무의 효율성을 높이고 UAV의 역할을 늘리기 위한 

자율능력 향상이 중요하다. 

즉, 임무 환경이 바뀔 때마다 스스로 상황을 판단하여 자율적으로 결정을 내리는 

능력을 개발함으로써 UAV의 유용성을 높이는 연구가 수행되고 있다. 

현재 진행 중인 UAV 연구활동 

 

최근에 실시된 국방 관련 연구를 하는 연구소를 상대로 한 설문조사에 의하면, 현재 UAV 개발과 관련된 약 70개의 연구 과제가 수행 중에 있는 것으로 파악되었다. 
연구 투자액의 총규모는 12억 달러로, 62%는 비행체 개선, 33%는 탑재 장비 개발에 사용되었다. 나머지 4%는 통신구조 연구에 투자되었으며, 1%는 정보처리에 사용되었다. 카메라, 센서, 통신장비와 기타 장비를 탑재하며, 원격 조종되거나 스스로 조종되는 비행체인 UAV는 50년대 말부터 개발되기 시작, 지금은 Hunter, Predator, Global Hawk와 같은 여러 종류의 UAV가 개발되기에 이르렀다. 
미 국방부는 미래 전에서 정보의 중요성이 보다 커질 것으로 예상, 인명 피해 없이 실시간으로 비디오 및 레이더 영상을 연속적으로 보낼 수 있고 적의 방공망을 파괴하거나 전파 방해와 같은 임무를 수행할 수 있는 UAV의 개발에 막대한 돈을 투자하고 있다. 
이러한 UAV의 유용성을 보다 높이기 위한 연구에도 박차를 가하고 있다. 미래 전에서 UAV의 커다란 활약이 기대되는 바이다.
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