06 - 군사용 무인로봇 획득 및 추진 전략
▲ 계중읍 수석전문위원
산업통상자원R&D전략기획단
군사용 무인로봇01은 소요군의 운용개념 미확정, 국내 로봇 기술수준 및 낮은 기술성숙도 등으로 전력화 소요 반영이 미흡하였으나, 최근 국방개혁2.0의 성공적 추진과 드론봇 전투단 창설 등 무인전투 체계의 중요성이 증대되고 있다.
군사용 무인로봇 체계의 개발 활성화에 기여하기 위한 선제적인 방법으로서 연구개발 방향과 획득 우선순위 등에 대한 추진 전략을 제시하고자 한다.
들어가며
전쟁 양상은 최근의 전쟁 사례, 위협 유형의 다양화, 전쟁 수행의 변화를 고려하여 “인공지능 기반의 인간적 요소를 중시”하는 작전으로 변화되고 있다.
이는 4차 산업혁명의 핵심인 AI, Big Data, Cloud, CPS 등 Computing Power를 활용한 군사용 무인로봇의 대표적 사례가 될 것이다.
이러한 미래전 양상의 변화와 무기체계 전력소요 증가에 따라 향후 무인로봇 체계 분야의 사업 기회가 크게 증대될 전망이다.
또한 국방 획득 패러다임이 국내 개발, 개방 및 경쟁 촉진 등으로 확산됨에 따라 원천 기술을 보유한 기관들의 무인로봇 시장 진입 기회는 확대될 것으로 예상된다.
미국의 경우에는 레이건 대통령 시절 대대적인 국방개혁(RMA)이 단행되면서 효율성을 위해 시스템이자 무기체계로서의 로봇을 포함하는 네트워크가 갖춰졌으며, 진행되던 국방정책의 3분의 1을 과감하게 포기하고 효율성과 기능성, 미래전 양상을 고려한 통폐합이 이뤄졌다.
사람과 로봇, 무기 등 각 요소들의 협업을 위한 네트워크는 물론 육·해·공군 각각의 통신망, 군 전체의 네트워크가 미국 정부의 국방정책과 함께 움직일 수 있도록 체계적 구조를 갖췄다는 점에서 큰 의미를 갖는다.
그 대표적 사례가 미 육군의 BCTM(여단급 전투부대 현대화)이다.
이러한 미국의 군사 개혁에서 진행했던 미래전투 체계 즉, FCS(Future Combat System)가 부시 대통령 시대에 이르러 전면 취소됐던 일련의 과정이 갖는 의미는 매우 크다.
22조 원의 예산이 투입된 FCS가 중단된 데에는 자율주행 기술 개발이 갖는 한계가 크게 작용했다.
변수가 많은 지상 환경에서 완전한 자율주행을 실현하기 위해서는 엄청난 숫자의 소스코드 라인이 추가되어야 하는데 이러한 SW 구축에 사용될 막대한 예산의 효율성 문제가 대두된 것이다.
이처럼 군사용 무인로봇에 있어 로봇 기술은 철저하게 군의 소요와 효율성에 초점을 맞추고 진행되고 있으며, 무인로봇이 전체적인 군의 네트워크 지휘통제 체계와 연계한 작전을 수행하는 무기체계라는 개념을 간과하지 말아야 할 것이다.
미래 전장 운용개념
‘군사용 무인로봇은 왜 필요한가?’라는 질문에 답변이 쉽지 않을 것이다. 우선 1만 ㎞ 떨어진 곳에서도 원격조종 기능으로 아군의 인명 손실 방지가 가능하다.
인명손실 없는 전쟁 수행으로 국민에 대한 정치적 부담 감소, 실시간 감시/정찰 및 공격으로 전쟁의 불확실성 해소가 가능하다.
또한, 위험지역 내 작전 및 화생방 탐지/분석과 장기간/지속적 작전 수행이 가능한 유인 전투 체계 등 3D(Dangerous, Dirty, Dull) 전장 임무 수행이 가능하다.
정기전과 비정규전을 동시 수행(Hybrid Warfare)하고 긴장 고조시 적 영해 및 영공 내 침투작전으로 적 공격 징후 포착 또는 공격시 즉각 대응공격이 가능하며, 실시간/지속적 감시정찰 공격으로 인명 손실이 없는 전쟁 수행이 가능하다.
그림 1은 이러한 미래전에 대비한 전장 운용개념을 나타내고 있다.
지상 무인로봇 체계
지상 체계의 운용개념은 전술 C4I체계와의 연동을 통해 위성, 레이더, 항공기, 헬기 등 광역 감시 수단으로부터 전장 정보를 공유하고, 소형 무인기, 감시정찰 로봇, 개인전투 체계 등의 감시 수단으로부터 작전지역 내 전장 정보를 전술 네트워크 기반에서 실시간으로 인식함으로써 동시·통합전을 수행하는 것으로 유·무인 전투 수단과 네트워크 기반 인간 중심의 지휘통제 하에 지상 무인로봇을 운용한다(그림 2).
인명피해를 최소화하면서 최대 효과를 달성할 수 있도록 운용하며, 협소지역 정찰 등 인간이 임무를 수행하기에는 매우 제한된 분야에 휴대용, 초소형 및 생체 모방형 무인장비를 투입하여 운용하는 등 인간의 기능과 능력을 병행 대체 운용하여 신뢰성 유지 및 시너지 효과를 추구한다.
또한, 소형 무인기, 감시정찰 로봇 등 감시정찰 수단을 최선단에 배치하여 적의 정보를 입수하고, 전술 네트워크를 통해 공유하여, 작전지역 내 지상/항공 감시정찰, 정밀타격의 Sensor-to-Shooter 임무를 수행하여 자주포 등 원거리 타격체계와의 통합 기반 전투를 수행한다.
미래 지상로봇 기반 무기체계는 네트워크로 결합하여 감시정찰 기능을 가지는 공중의 무인기와 지상의 감시정찰로봇이 전투선단에서 표적을 획득하고, 지휘통제 차량은 후방의 안전한 곳에 위치하며, 전투선단에는 직사 탄과 미사일 사격이 가능한 중전투로봇과 다목적 화력로봇이 운영될 것이다.
시가전·테러전을 포함한 특수전에도 지상 무인로봇 체계가 활용될 것으로 예상되며, 개인 혹은 소대의 감시정찰을 위해 공중에서는 수직 이착륙 무인기를 운용하고 지상에서는 근거리 감시정찰로봇을 운용하며, 개인 병사가 휴대하면서 특수 지역을 감시·정찰하는 휴대형 감시정찰로봇, 중화기 발사가 가능한 경전투로봇 등 다양한 무인체계가 운영될 것으로 예상되며, 적 기동 차량의 이동로에 차량 또는 수동으로 지상에 지뢰를 설치하여 원격 무선통신으로 운영한다.
주요 핵심 기술로는 체계 통합, 감지센서, 인식 및 처리, 임무 및 통제, 자율제어 및 통신망으로 구성되며 이에 대한 획득 방안이 필요하다.
해양 무인로봇 체계
해양 무인로봇은 무인잠수정의 경우 기존의 잠수함이나 전투함정의 작전이 어려운 연안지역 및 분쟁지역에 은밀한 정보/감시/정찰 임무를 수행하며, 적 연안에서 은밀히 침투하여 기뢰 탐색 작전 및 상륙작전시아군 함정의 Q-route Survey 임무 수행이 가능하도록 운용되고, 전천후 연안에 착저 잠수함 탐색을 위한 대잠전 임무 수행 및 모함과 센서 배열 간에 수중 네트워크의 정보중계기로 운용된다(그림 3).
또한 잠수함이나 수상함정이 접근하기 어려운 적 항구나 연안에 은밀 침투하여 군사작전에 필요한 해양 환경 자료를 획득하고, 적 함정이나 잠수함에게 허위정보 제공으로 기만작전을 수행하거나 위험 작전 지역에서 적 함정 출현을 경보하는 노드로서 정보 작전을 수행하며, 해난사고시 수중탐색 및 구조 활동 지원 장비로 운용될 것이다.
무인수상정의 경우는 상륙작전시 연안의 기뢰 탐색 및 처리 등을 위한 대 기뢰전 수행 및 주요 항만방어, 함정 보호를 위한 주·야간 정찰/감시 임무 수행과 함상에 안정화된 소구경 기관포, 유도탄 및 소형 고속어뢰 등의 무장 탑재로 연안에서 대함전, 대잠전 임무를 수행한다.
또한 특정한 위험 작전 지역에서 인명 및 함정 보호를 위한 해상초계 임무와 연안으로 침투하여 착저해 있는 적 잠수함 탐색을 위한 제한된 대잠전 임무를 수행하며, 적의 항적 추적어뢰 등의 공격 및 유도탄 공격에 대해 아군 함정을 보호하기 위한 기만기로 운용된다.
주요 핵심 기술로는 체계 통합, 자율제어 및 추진제어, 탐지 및 무장 분야로 구성되며, 이에 대한 획득 방안이 필요하다.
공중 무인로봇 체계
감시·정찰 무인항공기(UAV)는 감시정찰 무인체계의 대형화, 고성능화 추세에 따라 향후에는 45,000ft 이상의 비행 운용 고도를 목표로 하는 중고도 정찰 무인기가 운용될 것이며, 또한 광역 전장 감시 및 징후감시를 위하여 고해상 영상장비 및 고속 광대역 데이터링크 기능을 갖춘 고고도(65,000ft 이상) 장기체공(40시간 이상) 정찰 무인기를 전략급 정찰 무인체계로 운용한다.
무인전투기 체계(UCAV)는 소형·경량화 고정밀 무장을 탑재하고 SEAD, 지상 공격 임무를 단독 또는 유인기와의 협동 개념으로 운용될 전망이며, 평시에는 장기 저장하고 모의비행 훈련을 수행하며 전시에는 공중 전력으로 집중 운용이 가능하도록 운용된다.
기술적으로 최초 유인 전투기 임무수행시 가장 위험한 임무인 대공망 제압이 무인전투기의 우선적인 임무이지만, 궁극적으로는 모든 전자전 공격 임무와 정밀, 전천후 타격 임무를 수행할 수 있는 다목적 무인전투기로 발전될 것으로 예상된다(그림 4).
주요 핵심 기술로는 체계 분야, 데이터링크, 스텔스, 센서 기술로 구성되며, 이에 대한 획득 방안이 필요하다.
군사용 무인로봇 획득 전략
이상과 같이 군사용 무인로봇에 대한 전반적 운용개념과 핵심 기술에 대하여 살펴보았으며, 연구개발 추진방안으로서는 자율제어, 센서, 통신 및 SW 분야에 대한 국내 기술력을 비교하여 기술개발 우선순위를 도출하는 전략적 접근이 요구되며, 세부 추진전략은 아래와 같다.
지상 무인로봇은 미국의 미래전투체계(FCS)와 같이 상호운용성을 고려한 공통운용환경(SOSCOE, System of Systems Common Operating Environ-ment) SW 미들웨어 개발 전략을 수립하여, 향후 무인지상 차량에 대한 많은 수요와 기술개발에 대한 요구에 적극적으로 대응해야 할 것이다.
최근 무인 수색차량과 지뢰탐지 로봇의 탐색개발 및 체계 개발이 예정되어, 지상 무인로봇과 네트워크 연동, 자율제어 및 센서 기술에 대한 원천 기술 개발능력 확보가 필요할 것이다.
해양 무인로봇의 경우, 일체형 추진시스템과 복합 에너지원 및 고성능 2차 전지 등의 추진 및 에너지원 기술, SAS 등의 정밀 센서 기술, 복합항법기술 및 해저지형 대조항법 등의 수중 정밀항법 기술, 고속 수중통신 기술, UUV용 자율제어 기술, 전기모터 기반 머니퓰레이터 기술 등은 기술 수준이 낮은 상태로, 국내 수중로봇 관련 선별적으로 특화된 핵심 기술에 대한 집중 투자와 독자적인 핵심 기술 확보 방안을 수립해야 할 것이다.
공중 무인로봇은 중고도 정찰용 무인항공기(MUAV), 사단 정찰용(30~60㎞) 무인항공기, 소형 정찰용 무인항공기, 차기 군단정찰용 무인항공기, 무인지상감시센서 개발이 필요하며, 최근 드론봇 전투단 창설과 연계하여 수요가 크게 증가할 것으로 예상된다.
무인항공기의 연구개발 추진 및 참여 전략은 단기적으로는 부족한 센서 기술(EO/IR/SAR)을 국산화하고, 장기적으로는 SW(RTOS 미들웨어 등)에 대한 기술개발 능력을 확보해야 경쟁력을 갖출 수 있을 것으로 판단된다.
무기체계 및 핵심기술 확보 방안으로 군의 운용개념을 보완하여 소요기획(P)-계획수립(P)-예산반영(B)-실행(E)-평가(E)로 환류되는 군사용 무인로봇체계 기술개발 투자가 이루어질 경우, 민간 부문의 연구개발, 사업화 트렌드를 고려하여 우선 민간 중심의 시장을 염두에 둔 기술 및 상품화를 1단계로 추진하고, 시장 검증 후에 기술수준, 시험평가 보완을 통해 군수용으로 전환하는 전략이 필요할 것이다.
기술적으로는 자율제어(레벨) 실현성(Feasibility) 등에 제약이 예상되므로 군 운용 환경을 고려한 반자율기술 수준(Level 4~6)에 대한 심층적인 검토가 필요할 것이다.
또한 네트워크 및 표준 SW 플랫폼을 구현하기 위해서 미국의 FCS 프로그램 중 SOSCOE를 분석하여 각 계층구조에 대한 체계적인 군사용 무인로봇 전투체계 개발 계획을 수립해야 할 것이다.
마무리하며
세계적으로 전쟁 양상이 변함에 따라 로봇과 컴퓨터가 향후 전장을 지배할 것이라는 데에는 이견이 없다.
단지 로봇이 국방 전체의 전략적 요소로 제대로 활용되기 위해서는 각각의 로봇이 가진 능력과 플랫폼도 중요하지만 이보다 전체적인 운용체계의 방향성이 우선되어야 한다.
유인체계와 무인체계 속에서 로봇의 역할을 명확히 설정하고 자율 기술에 대한 수준과 범위 등 전략적 선택 과정이 이뤄진다면 무인로봇 체계가 핵심 전력으로 자리 잡을 시간이 단축될 것이다.
군사용 무인로봇은 상당한 특수성을 지니며, 기술력의 수준을 높인 로봇이 시장을 열어가는 구조가 아닌, 군의 전력(무기) 체계 속에서 철저히 소요에 의해 기존의 기술이 적용되거나 새롭게 기술개발이 진행되는 방식이어야 한다.
로봇 자체의 기술력이 아무리 우수하고 경제적 가치가 높다고 하더라도 군의 작전환경과 기존 제대별 전력체계와의 연계성 확보가 무엇보다 중요하므로 군사용 무인로봇 개발시 군의 운용개념을 반영한 기술개발 추진이 필요할 것이다.
육·해·공으로 대표되는 각 군의 개별(단위)무기체계 및 네트워크로 연결된 복합무기체계(System of systems)와 함께 무인로봇 개발은 미래 전장 양상을 고려한 유·무인체계 획득(Acquisition) 방향을 설정해야 할 것이며, 이러한 다양한 요소들을 고려한 기술개발이 진행되어 나가야 한다는 점이 군사용 무인로봇의 가장 큰 특징이다.
미래전 양상에 따른 첨단 과학기술 기반의 무인로봇 소요는 지속적으로 확대될 것이며, 이에 무인로봇에 요구되는 기반 핵심 기술(센서, 자율제어, SW 미들웨어 및 통신 기술 등)에 대한 능동적인 대책 마련이 필요하다.
군사용 무인로봇 체계개발의 경우, 무기체계 소요 확정까지 장시간 소요되므로 민간 분야에서 경쟁력과 핵심·요소 기술력을 선확보하고(단기적), 이를 토대로 실용화를 위한 국내 R&D 투자를 통해 무기체계 전환을 고려(장기적)해야할 것이다.
특히, 공중 무인체계인 무인항공기(UAV)에 대한 소요가 지속적으로 증가하고 있으므로 체계 소요에 대한 핵심 기술 확보 및 예산확보 증대가 요구된다.
향후, 지상, 해양, 공중 무인로봇 체계와 센서, 항법, 자율 기술 및 SW 등 핵심 요소 기술 확보 방안에 대하여 세부 추진전략 수립도 필요하다.
육군의 드론봇 전투단 창설 등 4차 산업혁명과 연계한 인공지능 기술의 확보와 이를 적용한 강력한 군사용 무인로봇 기술의 진보는 무한 기술경쟁 시대에 선도자(First-Mover)가 되기 위한 자주국방의 선행 조건이 될 것으로 믿어 의심치 않는다.
01 무인장비를 운용하여 전투의 효율성을 증대시키고 인력을 절감함으로써 기존 인간중심의 전투체계를 보완하기 위한 지상, 해양, 공중무인 체계(UGS, UMS, UAS)로 정의(합동무인전투, 합동개념요구능력서 – 합동참모본부, 2009. 09.)
02 Piere J. Corriveau, Next Generation Undersea Warfare, NUWC, 2006
03 Northrop Grumman Co.(노드럽 그루만 사)