22.02.14 방위산업 소식

비접촉 마그네틱 기어를 활용한 상반회전 프로펠러 개발

한국전기연구원(KERI) 전동력시스템연구센터 홍도관 박사팀이 선박과 항공기의 추진효율을 10% 이상 향상시킬 수 있는 ‘비접촉 마그네틱 기어 기반 상반회전 프로펠러’ 기술을 세계 최초로 개발했다.

‘상반회전 프로펠러’는 서로 반대로 회전하는 2개의 프로펠러가 축 방향으로 배치된 것이다. 전방 프로펠러에서 나온 회전 에너지를 후방 프로펠러가 반대 방향으로 회전하면서 회수 및 재활용하는 방식이다. 따라서 추진 효율이 높고 에너지 절감 효과까지 기대할 수 있어 국내외에서 많은 연구가 이루어지고 있다. 하지만 이러한 상반회전 프로펠러를 돌리기 위해서는 톱니가 맞물려 동력을 전달하는 일명 ‘기계식 기어’가 필요한데, 마찰로 인한 열·소음·진동이 크고, 마모와 냉각을 위한 윤활유 공급 등 정기적인 유지보수도 해야 한다.

이에 KERI 홍도관 박사팀은 자석의 N극과 S극이 서로 밀고 당기는 힘을 활용해 기어 부품들의 접촉 없이 동력을 전달하여 상반회전 프로펠러의 추진력을 만들어 낼 수 있는 ‘비접촉 마그네틱 기어’를 대안으로 제시했다. 마그네틱 기어가 태생적으로 상반회전이 가능하다는 점에 포인트를 두고, 이를 수중 및 항공 추진체에 적용한 것이다.

세계 최초로 시도되는 연구이다 보니 지난 3년여 기간 동안 많은 시행착오가 있었지만, 연구팀은 꾸준한 노력으로 부품의 조합 및 설계, 전기-기계 간 성능해석, 시제품 제작 및 성능시험 평가 등의 난관을 차례로 통과했다. 최근에는 KERI 창원본원 인근의 저수지에서 비접촉 마그네틱 기어의 최대 효율 99%를 달성하는 수중 추진기의 실증 테스트까지도 완료했다.

비접촉 마그네틱 기어가 활용된 상반회전 프로펠러의 장점은 매우 많다. 높은 추진 효율성과 연료비 절감 효과는 물론이고, 비접촉 자석의 힘을 활용하기 때문에 소음과 진동이 거의 없다. 해당 장점은 특히 국방 분야에서 크게 주목받을 것으로 보고 있다. 이 밖에도 수명이 반영구적이라 유지보수가 크게 필요 없다는 점도 큰 강점이다. 현재 연구팀이 개발한 비접촉 마그네틱 기어 기반 상반회전 프로펠러는 무인이동체용 3kW급 출력 수준을 가지고 있는데, 꾸준한 연구를 통해 올해 무인이동체용 10kW급을 달성하고, 내년에는 사람이 수십명 탈 수 있는 정도의 100kW 이상급 성능을 구현한다는 목표다.

원천기술과 관련한 특허 출원, 국내외 성과 논문 게재 등을 완료한 KERI는 이번 성과가 국방(저소음 어뢰 개발, 육해공 무인 이동체 동력원), 산업(공작기계 등 자동화), 모빌리티(선박, 항공, 자동차) 등 다양한 분야에서 기계식 기어를 대체할 것으로 보고, 관련 기업으로의 기술이전을 통해 사업화에 나선다는 계획이다.

육군훈련소 28연대 조리로봇 시범보급 현장

문승욱 산업통상자원부 장관과 서욱 국방부장관 장관은 2월 7일 군 조리로봇을 시범운영 중인 논산 육군훈련소 28연대 식당을 찾아 운영현황을 확인하고 관계자들을 격려했다. 현장방문 행사는 산업부가 작년 11월에 설치하여 시범 운영 중인 튀김, 볶음, 국･탕, 취반 등 4가지 주요공정의 로봇 및 자동화 설비에 대한 현황 점검을 위해 마련되었다.

산업부는 작년 8월 국방부-산업부 장관이 공동으로 주재하는 방위산업발전협의회에서 국방분야에 로봇활용을 확대하기 위한 ‘로봇활용 표준공정모델의 국방분야 적용방안’을 발표한 바 있다. 군 조리로봇 시범보급사업은 그 첫 번째 성과로, 조리병이 가장 애로로 꼽는 튀김, 볶음, 국·탕, 취반 등 4개 작업의 로봇활용 표준모델을 개발하여 보급하는 사업이다. 로봇산업진흥원 주관 하에 식품연구원이 참여했으며, ㈜중앙에프에이에서 납품했다.

조리로봇 보급을 통해서 조리 시 발생 가능한 화상사고와 대량작업에 따른 근골격계 질환 등의 위험을 경감시키고, 조리과정의 표준화를 통해 급식 품질 개선에도 기여할 수 있을 것으로 기대된다. 국방부는 시범보급사업의 결과를 바탕으로 야전 등 다양한 부대의 군 급식시설에 로봇을 적용할 수 있는 구체적인 방안을 검토할 예정이다.

튀김 조리로봇은 다관절 협동로봇 4대(투입-유탕-탈유-배출), 직교로봇 2대(배출 공정)로 구성된다. 조리병이 재료를 케이지에 담아 놓으면 이후부터는 재료를 기름에 넣어 조리하고 꺼내어 컨베이어 벨트를 통해 배출하는 것까지 전자동으로 동작한다.

볶음과 국･탕 조리과정은 볶음용 직교로봇 7대와 국·탕용 직교로봇 10대로 구성되며, 흔히 볼 수 있었던 조리삽이 사라지고 조리병은 솥에 재료만 투입하면 상단에 설치된 직교로봇이 내려와 재료를 섞어 조리하는 모습이 시연되었다.

취반 단계는 원곡 투입 장비 1대, 세척 및 탈수 장비 1대, 자동 계량·계수 장비 1대로 쌀을 씻어주는 과정을 자동화하였으며, 고속으로 씻겨 나오는 쌀과 적정량의 물이 자동으로 계량되어 솥에 담기는 과정을 시연했다.

조리공정의 시연을 마친 후에는 양 장관과 주요참석자들이 훈련병들과 함께 로봇이 조리한 급식 메뉴를 직접 시식하는 시간을 가졌다. 한편, 국방부와 산업부는 이날 오후 개최된 방위산업발전협의회를 통해 민·군 협력을 통한 국방분야의 로봇활용을 더욱 활성화하기로 하였다.

120mm자주박격포 및 사격지휘차량 최초 전력화

방위사업청은 지난 1월 25일 기계화부대 근접화력 지원을 위한 120mm자주박격포와 사격지휘차량 최초양산 물량을 육군에 인도하였다고 밝혔다. 이번에 인도된 120mm자주박격포는 40년 이상 운영하여 노후화가 심각한 장갑차 탑재 4.2인치 박격포를 대체하기 위해 2019년 말 개발되었으며, 박격포 탑재차량 및 사격지휘차량은 한화디펜스, 박격포는 SNT중공업에서 담당했다.

120mm 자주박격포는 한화디펜스의 K200A1 궤도형장갑차에 자동화된 120밀리 박격포를 탑재한 장비로, 기존 4.2인치 박격포에 비해 사거리는 최대 2.3배(고폭탄:8km, RAP탄:12km), 화력은 1.9배 증대되었고, 차량이 고정된 상태에서 박격포 회전으로 전방향 사격이 가능하여 기계화부대의 빠른 기동 속도에 효과적인 화력지원이 가능하다. 또한, 운용병이 수동으로 사격제원을 산출하던 방식에서 사격지휘차량이 자동으로 사격제원을 산출 및 사격명령을 전송하여 정확도를 획기적으로 높인 반면 소요시간과 운용인력은 감소하여 기존 박격포의 75% 수준(중대 기준 32명 → 24명)으로 운용이 가능해졌다.

방위사업청 조현기 기동사업부장은 "120mm자주박격포는 한국군의 공세적 기동전투임무를 수행하는 기계화부대의 작전수행능력을 한 단계 격상시킬 수 있는 핵심전력이다.”라며, "이어지는 후속양산에서 국산화율을 확대하여 방산수출에도 기여할 것으로 기대한다.”라고 말했다. 한편, 이번에 전력화된 120mm자주박격포와 사격지휘차량은 야전운용시험(Field Test)을 통해 군의 운용성 및 만족도를 높일 계획이다.

2021 방위사업청-CSIS 컨퍼런스 개최

방위사업청(청장 강은호)은 2월 9일~10일(현지시간) 양일에 걸쳐 미국 워싱턴 D.C. CSIS(Center for Strategic & International Studies)에서 「2021 방위사업청-CSIS 컨퍼런스」를 개최하였다. 양국이 상호 윈-윈(Win-Win)할 수 있도록 공동 연구개발/생산/마케팅까지 협력하는 방안과 유망 분야에 대해 논의하였으며, 이는 한국의 미국산 무기 도입이나 절충교역 등을 통한 부품·구성품 납품이라는 양적인 측면을 중심으로 이루어져왔던 그동안의 한·미 방산협력보다 더 심도 있는 논의가 진행되는 것이다.

특히, 양국 협력의 유망 사례로서 한화디펜스-美 오스코시(Oshkosh)의 차세대 장갑차(OMFV, Optionally Manned Fighting Vehicle) 사업, LIG넥스원-美 레이시온(Raytheon)의 2.75인치 유도로켓 사업 등 미국 진출 추진 사업에 대해 논의하였으며, 5세대(5G) 및 차세대 통신 분야 협력을 국방 분야에서도 한층 강화할 수 있는 방안에 대해 활발히 협의하였다. 또한, 방위사업청이 추진 중인 ‘국외구매 시 국내업체 참여를 강화하는 한국산 우선 획득 제도’와 계획 중인 ‘쿼터제 및 가치 축적을 포함하는 산업협력 제도’를 한·미 주요 방산업체를 대상으로 소개하고, 한·미 방산정책의 조화 및 협력체계 구축 방안에 대해 논의하였다.

방위사업청은 이번 컨퍼런스에서 제시된 한·미 방산협력 발전 방안에 대한 여러 가지 의견을 종합하여, 올해 상반기 개최 예정인 양국 정부 간 연례협의체 ‘한·미 방산기술위원회(Defense Technological Industrial Cooperation Committe)’를 통해 구체화해 나갈 예정이다.

국방과학연구소, 3차원 정밀표적자료 고속 추출 기술 개발

실측 또는 LIDAR를 사용하는 경우 매우 정확한 지형, 지물 및 건물의 3차원 자료를 획득할 수 있으나, 이러한 방법들은 적성국가와 같은 비접근 지역에서는 활용할 수 없다. 이런 단점을 극복하기 위해, 최근에는 위성영상 등 다양한 경로를 통해 획득한 영상을 자동 스테레오 정합하여 3차원 자료로 모델링하는 연구가 전 세계적으로 진행되고 있다.

국방과학연구소(ADD)는 "실시간 3차원 정밀표적 추출 및 매칭 기술('17.08~'21.05)" 시험개발 과제를 통해, 다양한 센서 영상을 기반으로 하여 유도무기체계 운용특성에 적합한 정밀 표적자료 생성을 자동화하는 3차원 정밀표적 추출 및 매칭 기술(3-Dimension Target Extraction & Matching)을 개발했다. ADD는 표적지역의 3차원 자료를 생성하기 위해 상용으로 획득 가능한 여러 가지 위성 및 항공 광학영상에 영상처리기법을 적용했다. 표적지역의 정밀한 3차원 지형자료 및 구조물자료의 복원, 복원된 자료의 품질 검증을 위한 표적매칭 시뮬레이션, 관련 자료의 통합 관리를 위한 데이터베이스로 구성된다.

고해상 광학 위성영상 또는 무인 항공영상과 각 영상에 대한 센서모델(헤더정보)을 이용해 표적지역의 3차원 정밀 지형, 지물, 건물, 통합지형, 표적영상, 표적의 특징점 등을 자동으로 신속하게 생성할 수 있으며, 표적모델 통합관리 DB를 이용하여 추출된 3차원 정밀 표적 및 기존에 생성된 다양한 종류의 표적을 효율적으로 관리하고 검색할 수 있다.

해당 기술을 활용하면 기존에 수작업으로 취득하던 유도무기용 표적자료를 신속히 생성하고, 생성된 자료의 품질을 검증할 수 있다. 따라서 표적자료의 품질이 향상되고 관련 업무 담당자의 업무효율이 개선될 수 있으며, 접근할 수 없는 지역의 표적자료 확보가 가능해진다. 이를 통해 영상기반항법(Image Based Navigation) 기술의 정확도를 높이고 정밀타격능력 향상에 기여할 것으로 기대된다. 향후 ADD는 개발된 기술에 인공지능 기술을 접목해 접근할 수 없는 지역의 표적자료 추출 성능을 더욱 개선할 계획이다.

방산 중소·협력업체에 기술보호체계 구축·운영 지원 확대

방위사업청은 사이버 해킹 등 기술탈취의 위협으로부터 방산 중소·중견기업의 기술보호 수준을 높이기 위해 「2022년 방위산업기술 보호체계 구축·운영 지원사업」에 참여할 기업을 2월 11일부터 3월 14일까지 모집한다고 밝혔다.방위력 개선사업에 참여하는 중소·협력업체를 대상으로 하는 이 사업은 ‘기술유출방지시스템 구축 지원’과 ‘통합보안장비(Unified Threat Management) 임차료 지원’으로 구성되어 있다.

먼저 ‘기술유출방지시스템 구축’은 전문가의 컨설팅을 통해 기업별 맞춤형 보안 솔루션을 제안하며, 해당 솔루션 구축비용을 지원하는 사업이다. 이를 위해 올해 방사청은 전년도 대비 270% 증가된 8억 원의 예산을 확보했고, 구축비용의 80%, 최대 1억 원까지 지원을 대폭 확대할 예정이다. 이로써 보안 인프라 구축의 필요성을 느끼고 있음에도 비용 등으로 어려움을 겪는 방산 중소·협력업체의 부담을 줄여 참여를 유도하고, 한 차원 높은 기술보호체계 구축이 가능할 것으로 기대된다.

‘통합보안장비 임차료 지원사업’은 보안관제서비스 운용에 필요한 통합보안장비의 임차료를 지원하는 사업이다. 임차료는 기업 당 1년 간, 최대 250만 원까지 지원하며, 현재 지원받고 있는 방산 중소·협력업체도 최대 5년까지 협약 연장이 가능하다. 또한, 통합보안장비를 임차 중인 중소·협력업체는 중소벤처기업부의 ‘기술지킴서비스’를 무상지원 받을 수 있으며, 이를 통해 해킹 등 온라인상의 각종 위협요소를 실시간으로 탐지하고 대응할 것으로 기대된다.

국내 헬기산업 활성화 및 탄소중립 확산 방안 논의

문승욱 산업통상자원부 장관과 서욱 국방부 장관은 2월 7일 정부세종컨벤션센터에서 제9회 방위산업발전협의회를 공동 주재했다. 이번 협의회에서는 민군협력을 통해 국가안보 및 산업 경쟁력을 강화하고 방위산업을 수출 선도형 산업으로 전환하기 위한 다양한 안건들을 논의하였다. 이번 협의회는 민군기술협력사업 성과발표회와 함께 개최되었고, 협의회 이후 양 장관을 포함한 위원들은 민군기술협력사업 성과물 전시물을 참관하며 우수성과물 등 개발 관계자를 격려하였다.

‘21년 민군기술협력사업 우수성과물로는 ㈜LIG넥스원의 연안경계 무인경비정(산업통상자원부장관 표창), ㈜코오롱데크컴퍼지트의 항공기용 부품 일체성형기술(방위사업청장 표창), ㈜우리해양기술의 20톤급 차세대 초고속정(방위사업청장 표창) 등 3건이 선정되었다.

이번 협의회에서는 △국산 헬기 활용 확대방안, △기동무기체계 적용 수소연료전지 추진체계 확보전략, △민군협력 재생합성연료(e-Fuel) 실증사업 추진계획 등을 논의하였다.

산업부는 국산 헬기의 내수시장을 확대하고 해외시장 개척을 지원하기 위해, 군·관 통합 헬기 후속지원체계 구축, 군 파생 헬기의 민간 활용 범위 확대, 관용 헬기 구매방식 개선 등을 제안했다. 이번 협의회에는 헬기 안건 논의를 위해 행안부, 경찰청, 산림청, 소방청 등 관용 헬기 구매 관련 부처·청에서도 함께 참석하여 국산 헬기의 관용 구매 확대의 필요성에 대해 공감대를 형성하였다. 또한, 관용 헬기 운용기관들이 안전하고 효율적인 헬기 운용을 위해 성능 개량 및 부품 국산화에 지속적인 관심을 요청한 바, 산업부, 방사청 등은 후속지원(기어박스 국산화 등)을 위해 노력할 예정이다.

방사청은 군용 수소연료전지 추진기술 세계 최선두권 확보 및 체계 실증 추진을 목표로 軍 기동무기체계의 수소연료전지 기반 탄소중립 추진계획을 발표했다. 수소경제를 선도하고 있는 국내 민수 핵심기술을 국방에 접목하여 수소연료전지 시스템을 개발할 예정이며, 산업부는 방사청과 민간기관(한국자동차연구원, 업체 등)간의 협력체계 구축을 지원하고, ‘22년에는 200kw급 차륜형장갑차용 수소연료전지 및 전동화 추진시스템 개발을 소재부품기술개발사업으로 지원할 예정이다.

산업부는 재생합성연료(e-Fuel) 생산 요소기술을 실증하고, 군 전략자산에 시범적용하는 방안을 국방부(각 군 포함), 방사청, 정유사 등 관계 기관과 협의 중이며, 이를 구체화하여 민군기술협력사업으로 추진할 계획임을 발표했다. e-Fuel이 군 실증을 통해 화석연료 대체 가능성이 확인되면 적용처를 확대하여 탄소중립 수단으로 넓게 활용 가능할 것으로 전망하고 있다.

민군기술협력사업 성과발표회 시상내역 및 우수과제