최근 우크라이나에 생포된 북한군 병사가 한국으로 귀순 의사를 표명했다는 소식이 전해졌다. 북한군은 2022년 2월 우크라이나를 침공한 이후 고전을 면치못하는 러시아를 돕기 위해 파병됐다.북한군은 6·25 전쟁 이후 실전에 대한 경험이 전혀 없어 인해전술을 고집하다 막대한 피해를 입었다. 하지만 이번 파병으로 전차에 대한 무용론, 근접 전투의 문제점, 드론(Drone) 전쟁의 대처방안 등을 학습한 것으로 분석된다.러시아 파병 초기 군사용 드론에 익숙하지 않은 북한 병사들이 우왕좌왕(右往左往)하는 상황이 생중계되며 20세기 전투방식을 고집한다는 비판을 받았다. 전기수익이착륙(eVTOL) 드론을 군사용으로 활용하려는 시도는 알아보자.▲ EVTOL requirements on battery specific power and energy[출처=Challenges and key requirements of batteries for electric vertical takeoff and landing aircraft(Xiao-Guang Yang, Teng Liu, Shanhai Ge, Eric Rountree, and Chao-Yang Wang)]◇ 민간에서 개발된 UAM/AAM을 전면 개조해야 군사용 활용 가능eVTOL은 도심항공교통(UAM)이나 미래항공교통(AAM)의 용도로 개발되고 있다. 대부분 조종사를 포함한 2인승 혹은 4~5인승으로 개발되고 있다.주동력원은 리튬이온배터리(Li-ion battery)이지만 일부 기업은 수소 하이브리드 추진동력을 개발하고 있다. 수소는 친환경 연료이지만 높은 생산 원가, 폭발 위험성 등의 이유로 상용화는 더딘 편이다.2022년 12월 기준 전 세게에서 개발되고 있거나 설계된 것는 UAM/AAM은 700여 종이 넘는다. 도심과 비도심간 운항에 가장 적합한 Vectored Trust형이 절반이 넘는다.Vectored Trust형은 추력 방향을 변화시켜서 진행방향과 자세를 바꾸는 방식이다. 개발이 진행 중이지만 상업생산을 위해 형식인증(TC)을 획득한 회사는 없다.중국의 이항( EHang)은 중국 강항당국으로부터 형식인증을 획득했지만 무인항공기(UAS)로 받았다. 유인항공기로 인증을 받아야 UAM/AAM 용도로 활용할 수 있다.현재 개발 중인 UAM/AAM을 군사용으로 전환하기 위해서는 개량이 필요하다. 군 병력을 운송하고 무기 이동, 공격용 무기 탑재 등이 병행돼야 하기 때문이다.드론 전문가들은 민간에서 개발된 UAM/AAM의 전면 설계 변경을 통해 새로운 군사용 UAM/AAM을 개발하는 것이 바람직하다고 권고한다. ◇ 전투 현장에 배치하려면 배터리 용량 및 충전 인프라 구축 선행돼야현재 군대에서 병력이나 무기의 운송용으로 늘리 활용되는 것은 헬리콥터다. 제2차 세계 대전 이후 군사용으로 도입된 헬리콥터는 베트남 전쟁을 거치며 군사작전의 핵심 전력으로 부상했다.헬리콥터는 수직이착륙과 호버링(hovering)이 가능할 뿐 아니라 대규모 고정익 수송기에 비해 운용비용이 저렴하다. 그럼에도 조종사의 필요성, 큰 소음, 기동성 등으로 대체 수단에 대한 수요가 제기되고 있다.현재 개발 중인 eVTOL UAM/AAM은 화물 탑재 중량, 비행 거리 등에서 헬리콥터에 비해 상대적으로 성능이 떨어진다.2023년 7월 미 RAND 연구소에 따르면 최신 기술로 개발된 eVTOL UAM/AAM은 탑습 인원 3~5명 혹은 약 1 톤(t)의 화물을 싣고 1시간에 약 150마일을 비행 할 수 있다.짧은 시간에 수직 이착륙이 가능하지만 헬리콥터에 비해 효율성을 낮다. 군사용 eVTOL UAM/AAM을 개발할 대 고려해야 할 요소가 적지 않은 이유다.특히 eVTOL UAM/AAM은 호버링 시 배터리 소모가 심해 작전 투입에 한계로 작용한다. 민수용 eVTOL UAM/AAM은 충전 시스템을 갖춘 버티포트(Vertiport)로 배터리 문제를 극복한다.하지만 군사용 eVTOL UAM/AAM은 버티포트가 없는 야전에서 활용해야 하므로 어려운이 예상된다. Xiao-Guang Yange 등은 전기자동차(EV)와eVTOL 비교해 배터리 특정 전력 및 요구사항을 분석했다.▲ Battery requirements for eVTOLs versus for EVs[출처=Challenges and key requirements of batteries for electric vertical takeoff and landing aircraft(Xiao-Guang Yang, Teng Liu, Shanhai Ge, Eric Rountree, and Chao-Yang Wang)]항공기 추진용 배터리를 연구한 결과로 특정 에너지와 전력, 충전속도, 수명 싸이클, 항공기 비행안전을 위한 요구 사항 충족 등을 주요 과제로 제시했다.배터리 한계를 극복하기 위해 기체의 중량 감소를 위한 경량화, 소형화가 필요하다고 주장했다. 군사용 eVTOL UAM/AAM은 작전 환경이 일반 상업용에 비해 충전 인프라가 갖춰지지 않은 상황 아래 비행을 해야 한다.유럽연합(EU)가 탄소제로를 달성하기 위해 전기자동차(EV) 보급을 확대하고 있지만 배터리의 용량 한계, 폭발 위험성, 과다한 충전시간 등 해결해야 할 과제가 산적한 실정이다.군사용 eVTOL UAM/AAM을 실전에 배치하려면 기체의 안정성 뿐 아니라 배터리의 각종 난제를 극복해야 한다. 현재 기술력을 고려한다면 군사용 eVTOL UAM/AAM을 전투 현장에 배치하려면 최소 10년 이상이 필요할 것으로 판단된다.  - 계속 -

▲ LIG넥스원 드론[출처=홈페이지]2022년 2월24일 중국 제24회 베이징 동계올림픽이 끝나자마자 시작된 러시아의 우크라이나 침공 전쟁은 3년째 진행 중이다. 기존 전쟁과 큰 차이점은 드론의 활용이 두드러지고 있다는 것이다.테러 소탕이나 소규모 전쟁에서 반군을 상대하는 기존 전쟁과 달리 대규모 국가 간 전쟁에서도 드론은 정찰, 자폭, 통신 등 다양한 기능을 수행하여 전쟁의 핵심으로 부상하고 있다.드론은 보통 무인기(UAV) 전체를 통칭하는 용어로 널리 사용되고 있다. 멀티콥터는 프로펠러 숫자에 따른 분류 개념에 의한 용어다. 드론은 모터, 프로펠러, 배터리를 포함하는 동력 계통과, 비행제어유닛, 항법시스템, 통신시스템을 포함하는 제어 계통과, 주 동체, 랜딩 기어를 포함하는 동체 계통으로 구성된다. 특히 무선을 통한 조정을 위해 원격조정 트랜스미터와 리시버가 필요하다.드론은 드론 자체의 자세 제어와 비행 제어를 담당하는 자율 비행용 온보드 소프트웨어, 비행 미션 계획을 수립하고 실제 비행하는 것을 모니터링하고 기록하는 소프트웨어가 요구된다. 이를 통해 드론은 자율비행과 장애물 회피 비행을 실현할 수 있다.드론의 자세 제어는 3축 자이로, 3축 가속도, 3축 방향의 각센서를 포함하는 자세측정장치(AHRS)에 의해 이루어지며, 기압계, GPS 수신기 및 전방, 후방, 하방의 카메라 설치를 통해 접근 감지 및 충돌 방지가 수행된다.시상 장애물 뿐 아니라 공중에서 다른 비행체와 충돌 방지 기능을 향상시키기 위해 라이다(Lidar), 5G 네트워크, 대상물 인식용 인공지능 등에 대한 연구와 활용이 가속화되고 있다.미국연방공항청(FAA)에 따르면 쿼드콥터가 24시간 동안 70데시벨(dB)을 초과하는 소음을 만들어내서는 안된다고 규정할 정도로 드론은 소음 문제에 민감하다. 소음을 줄이기 위해 프로펠러 끝단에 둥근 막 형태인 슈라우드(Shroud)를 설치하는 방법이 제안되고 있다.슈라우드는 날개 끝단의 와류를 줄여 소음을 줄이고 프로펠러의 효율도 높여주며, 프로펠러의 날개를 충격에서 보호한다.다만 드론이 좌우로 수평 비행하거나 전진 비행을 시도할 때 슈라우드로 더 큰 항력이 발생해서 비행 속도를 저하시킬 수 있는 단점도 있다.또한 날개의 끝단을 변형한 저소음 프로펠러를 사용하는 방안도 제시되고 있다.  날개 끝단이 회전 반대 방향으로 구부러져 있는 저소음 프로펠러는 일반 프로펠러보다 더 얇고 더 길다.다만 저소음 프로펠러는 일반 프로펠러보다 더 쉽게 부러질 수 있고 슈라우드 프로펠러보다 효율이 떨어지는 단점이 있다.배터리는 현재 리튬이온 전지가 사용되고 있으며 양극과 음극 사이를 리튬이온이 이동하면서 충전과 방전을 하는 이차전지다. 리튬 폴리머 전지는 전해질로 겔 상태의 폴리머(고분자)를 이용하는 리튬이온 전지의 일종이다.차세대 전지로는 내구성 향상과 대형화의 성과가 도출된 리튬 유황 전지가 있으며 양극에 유황, 음극에 리튬 금속 화합물을 사용하여 리튬이온 전지보다 4배 이상의 에너지 밀도를 갖는다.향후에는 고체의 전해질을 사용하는 전고체 전지, 나트륨이온 전지 등이 기대되고 있다. 배터리 열폭주 문제를 완화할 수 있을 것으로 기대를 모으고 있다.드론은 군사용 무기에서부터 건설, 에너지, 물류, 재난구조, 교통 관측, 과학연구, 농업, 환경오염 제거, 촬영, 취재, 취미 등 각종 분야로 활동 영역이 사실상 무한대로 넓어졌다.농업 분야에서는 드론 기체에 관해 거의 확립되어 있으며, 농업용으로 커스터마이즈된 드론도 많이 존재하고 있다. 다만 스마트 농업에서 정보 수집을 위해 보다 전문적인 센서를 필요로 한다.이에 따라 새로운 센서에 의한 새로운 해석 소프트웨어의 요구가 증가하고 있다. 측량·점검 건설 분야에서는 기존의 드론 기체만으로도 거의 조건을 만족시키고 있다.하지만 라이다(Lidar)나 밀리파 레이더 등의 센서는 기술 발전에 따라 새로운 소프트웨어 알고리즘이나 빅데이터의 후처리 소프트웨어에 대한 요구 성능이 높아지고 있다. 특히 중량, 용적, 가격 등에 대한 개선이 필요하다.​재해 대응의 수색과 구조 분야는 보다 특수한 기체가 필요하다. 바람이나 기온 등의 날씨 환경에 상관없이 원활한 동작을 위해 보다 튼튼하고 안정된 배터리와 같은 높은 환경 적응성을 필요로 한다. 드론 기체에 대해 보다 안전하고 내구성 있는 기체로 개선할 필요가 있다.보다 긴 비행, 보다 많은 적재량, 화물의 탑재와 릴리스의 구조 등에 대한 개선이 필요하다. 또한 완전자율항법에 대해서도 원거리 이미지 전송 통신 및 다수 기체의 비행을 위한 안전 운항 관리시스템 등의 사회 기반이 요구된다.​물류 업무에 투입되는 드론에 관해서는 드론 기체의 신뢰성·내구성·안전성에 관해 증명이 가능한 수준으로 품질 보증이 요구된다.이에 따라 하드웨어의 개선에서부터 장애물 회피를 하는 완전 자율 비행이 가능한 센싱, 비행 중에 인공지능을 이용한 고장 해석이나 위험 해석이 가능한 대뇌형 드론의 등장이 기대되고 있다.승객 드론 분야에서는 도심항공교통(UAM)이 대두되고 있으며 국내에서도 국토교통부가 2025년 상용화를 천명하고 있다. 기체의 안전성과 신뢰성에 관련된 연구개발(R&D)가 더욱 더 요구되고 있다.특히 전기차의 배터리 열폭주 문제가 발생하고 있음에도 그 원인을 명확히 파악하지 못하고 있는 현실을 고려해볼 때 도심항공교통의 2025년 상용화는 불가능할 것으로 예상된다.미항공우주국(NASA)에서는 2030년대 중반은 되어야 UAM의 상용화가 가능할 것으로 예상하고 있다. 우리나라 국토교통부가 2025년 상용화 목표를 수립했지만 달성 가능성은 낮다.군사용 드론 분야에서는 기존 고가형 대형 드론이나 단순 정찰 감시 수준에서 벗어나 직접 폭탄을 싣고 타겟을 폭파하는 저가형 공격용 드론 뿐 아니라 로켓 엔진을 구비하여 장거리 타격이 가능한 미사일형 자폭 드론까지 개발되고 있다.국내 대표적인 드론 제조업체로는 LIG넥스원, 대한항공, 성우엔지니어링, 두산모빌리티이노베이션, 제이씨현시스템, 한화에어로스페이스 등이 있다.해외 드론 제조업체로는 중국 DJI, 중국 XAG, 미국 Skydio, 미국 Insitu, 미국 Edge Autonomy, 프랑스 Parrot, 오스트리아 Schiebel, 독일 Quantum Systems 등이 있다.현재 글로벌 군용 드론 시장은 미국의 주도하고 있지만 민수용 드론은 중국이 선두권에 위치해 있다. 우리나라는 아직 군사용 및 민수용 드론시장에서 두각을 나타내지 못하고 있는 실정이다.국토교통부가 2015년 이후 다양한 프로젝트를 추진하고 있지만 괄목할만한 성과는 없다. 지방자치단체마다 드론 클러스터나 실증센터 등을 구축하고 있지만 활성화되지 않고 있다. ▲ 김봉석 기자[출처=iNIS]

일본 가전제품제조기업인 파나소닉(パナソニック)에 따르면 와카야마(和歌山)공장에서 전기자동차(EV)용 신형 리튬이온전지인 4680의 양산을 검토 중이다.  2022년 중에도 수백억엔을 투자해 생산 라인을 성립해 본격적인 양산 준비를 시작하고 있다. 미국 전기자동차 제조기업인 테슬라에의 공급을 상정해 생산효율을 높이고 안정성 검증을 진행하고 있다. 4680 전지는 일반적인 건전지와 동일한 원통형으로 직경 4.6센티미터, 길이는 8.0센티미터이다. 테슬라용으로 현재 납품하고 있는 전지와 대비해 직경은 2배 이상, 용량은 약 5배로 대폭 늘린다. 자동차 1대당의 장착하는 전지 수를 줄이면 효율적으로 적재할 수 있기때문에 주행거리를 20% 정도 높일 수 있을 것으로 전망된다. ▲파나소닉(パナソニック) 로고 

영국 글로벌 화학기업인 존슨 매티(Johnson Matthey)에 따르면 자사의 리튬이온 배터리 시장 확대 계획을 포기한다고 밝혔다.존슨 매티는 자사의 맞춤형 리튬이온 배터리 기술을 디젤 자동차용 촉매변환기 매출의 3분의 2에 해당하는 완벽한 대체품이라고 홍보해왔다.하지만 존슨 매티는 폴란드에 있는 공장 1곳과 핀란드에 계획돼 있는 다른 1곳을 포기하고 사업체를 매각할 계획이다. 존슨 매티는 배터리 제조는 규모의 경제 게임이며 이미 경쟁업체들이 훨씬 앞서 있다고 주장했다.  특히 중국, 한국, 일본 등이 크게 앞서 있다고 판단한다. 유럽연합(EU)과 미국(US)도 빠른 속도로 새로운 '기가팩토리'에 투자하고 있기 때문이다.  국내에서 가장 오래된 상장회사 중 하나인 존슨 매티같은 기업의 행보는 국내 산업에 시사하는 바가 크다. ▲존슨 매티(Johnson Matthey) 홈페이지

일본 글로벌 자동차 제조기업인 토요타자동차(トヨタ自動車)에 따르면 파나소닉(パナソニック)과의 전지합작회사의 리튬이온전지 생산능력을 확대할 계획이다.    프라임 플래닛 에너지&솔루션(Prime Planet Energy & Solutions Inc)사의 국내와 중국의 생산거점에 새로운 생산라인을 추가하는 등 생산 체계를 강화하며 자동차용 전지 생산을 늘린다.자동차의 전동화가 가속되며 수요 확대가 전망되기 때문이다. 국내 히메지공장의 생산능력은 전기자동차 환산으로 연간 8만대로 높일 방침이다. ▲토요타자동차(トヨタ自動車) 라브4(출처 : 홈페이지) 

중국 에어컨 대기업 주하이거리전기(GREE)에 따르면 2017년 3분기 순이익이 60억822억위안으로 전년 동기 대비 24.5% 증가했다.동기간 매출액은 416억9015억위안으로 전년 동기 대비 25.4% 늘어났다. 중국의 폭염 등 더운 여름과, 아파트, 복합 상업시설의 준공시기 등이 맞물리면서 에어컨 수요가 급증했기 때문이다.GREE는 지난 2016년 전기자동차 및 리튬이온 배터리 생산업체 주하이인룽(珠海银隆新能源公司)의 주식 100%를 130억위안에 인수했다. 매출의 90%를 차지하는 에어컨 업계의 성장둔화로 친환경 자동차 시장에 진출해 사업을 다각화하기 위한 목적이다.중국의 가정용 에어컨 판매량 감소, 중앙 에어콘시스템 시장규모 축소 등 영향으로 매출이 지속적으로 줄어들었다. 최근 폭염등 날씨 영향으로 순이익 및 매출이 늘어났다.▲ China_Gree_Logo▲주하이거리전기(GREE) 로고

중국 고공츠안얀연구소(高工产研锂电研究所, GGII)에 따르면 2020년 자동차용 배터리 생산량이 141GWh에 달할 것으로 전망된다. 2016년 배터리 생산량은 30.8GWh로 약 4.6배 성장이 예상된다.지난 2016년 중국의 자동차 배터리 생산 부가가치는 645억위안에 달했으나 배터리 산업의 구조, 제조공정 기술 혁신 등에서 많은 문제점를 안고 있다.따라서 중국 정부는 친환경 정책 추진 등 지원을 통해 리튬이온 배터리 기술을 향상시키고 생산비용을 절감해 나갈 예정이다.또한 친환경 정책 및 환경오염 억제정책으로 향후 5년내 신재생에너지 차량의 배터리 수요가 급증할 것으로 전망된다.▲ China_GGII_Logo▲고공츠안얀연구소(高工产研锂电研究所, GGII) 로고

일본 야노경제연구소(矢野経済研究所)에 따르면 2016년 자동차용 리튬이온배터리(LiB) 글로벌 시장이 3만9349MWh로 전년 대비 41.3% 성장할 것으로 전망된다.또한 2020년까지 글로벌 LiB 시장은 15만5430MWh로 2015년 대비 5.6배 성장할 것으로 전망된다. 최근 각국 정부의 환경규제 강화, EV 보조금 및 우대정책 실시, 미국 캘리포니아주와 같은 전기자동차(EV) 의무 판매 비율을 확대하고 있기 때문이다.▲ Japan_Yano_Homepage Image (2)▲야노경제연구소(矢野経済研究所)

일본 닛산자동차는 전기차 리튬이온배터리 주요생산기업인 자회사 AESC(Automotive Energy Supply Corporation)의 지분51%를 매각하기 위해 중국기업과 협상 중에 있다.지난 2007년 닛산자동차(Nissan Motor Company, Ltd.)는 NEC와(NEC Corporation), NEC토킨(NEC Tokin Corporation)과 자본금 2억4500만엔, 지분율 51%로 합작사를 설립했다.또한 지난 2009년 닛산자동차는 르노자동차와 44억3000만달러를 투자해 매년 50만개의 배터리를 생산하고 리프전기차(Leaf electric cars) 등 전기자동차에 공급하기로 합의했다.하지만 2014년 닛산과 르노는 AESC의 배터리 생산을 줄이고 한국 LG화학으로부터 배터리를 구매하고 있다. 경쟁사 테슬라가 파나소닉으로부터 전기차 배터리를 구매하고 있으며 2018년에는 매년 50만대의 전기차를 생산할 계획이기 때문에 경쟁력이 약하다고 판단해 철수하기로 결정한 것이다.▲ Japan_AESC(Automotive Energy Supply Corporation)_Homepage▲AESC홈페이지

일본 닛산자동차의 자료에 따르면 전기차 리튬이온배터리 주요생산기업인 자회 AESC(Automotive Energy Supply Corporation)의 지분51%를 매각하기 위해 중국기업과 협상 중에 있다.지난 2007년 자본금 2억4500만엔 규모로 닛산자동차(Nissan Motor Company, Ltd.)는 NEC와(NEC Corporation), NEC토킨(NEC Tokin Corporation)과 합작사를 설립했으며 지분율은 51%이다.▲ Japan_AESC(Automotive Energy Supply Corporation)_Homepage▲AESC 홈페이지