DQS 매거진

드론 잡는 안티드론 시스템 국내 개발 현주소

안티드론 통합솔루션 고도화 필요

LIG넥스원 전자전사업부 2팀 홍동완 수석

LIG넥스원 연구기획팀 박선영 프로

최근 가장 주목받고 있는 신개념 무기는 무인 비행체, 바로 ‘드론’이다. 테러조직이나 무장단체들까지 드론을 쉽게 사용하기 시작했으며, 러시아-우크라이나 전쟁을 계기로 그 효용성이 더욱 커지고 있다. 이처럼 드론 위협이 늘어나자 이에 대응하기 위한 안티드론 시스템(ADS, Anti-Drone System)이 등장하게 되었다. 이에 안티드론 시스템의 필요성과 국내 개발 현황 및 향후 연구 방향을 살펴보았다.

기술과 위협 사이, 드론의 두 얼굴

드론은 일반적으로 무선 전파로 조정할 수 있는 무인 항공기(UAV, Unmanned Aerial Vehicle)를 의미하며, 무인으로 임무를 수행할 수 있도록 제작된 비행체이다. 통신 및 항법장치와 컴퓨터 기술 발달로 여객·화물수송 뿐만 아니라 전투, 정찰 같은 특수 임무까지 활용 범위가 확대되고 있다. 초기 드론은 정찰, 감시 등 군사용 목적으로 개발됐지만, 2010년대 들어 다양한 민간 분야에 활용되면서 누구나 쉽게 드론을 구입하고 사용할 수 있게 됐다. 드론 시장이 성장하면서 4차산업혁명을 이끌 기술로 각광받았지만, 동시에 불특정 다수에 의한 악용 소지가 높아지면서 위협으로 인식하는 경향도 강해졌다. 드론은 원격 조정이나 자율 조종으로 조종자가 외부로 드러날 가능성이 매우 낮고, 적은 비용으로 큰 피해를 줄 수 있어 위험성이 매우 높다.

표 1. 국내외 드론 충돌 및 테러 사건

발생국 사건개요 발생일 발생국 사건개요 발생일
한국 인천국제공항 불법드론 침입, 항공기 5대 회항 `20.09 영국 개트윅공항 마비 부른 드론 난입 `18.23
사드기지 촬영 북한 무인기 추락 `17.05 히드로공항 착륙 여객기와 드론 충돌 `16.04
북한 무인기 3대 추락사건 `14.03 베네수엘라 마두로 대통령 드론 암살 시도 `18.08
이란 미군, 드론으로 이란 군부 타격 `20.01 프랑스 그린피스의 원전 드론 충돌 시위 `18.07
원전 여러 곳에 드론 출몰 `14.10
사우디 정유시설.원유생산기지 드론 공격 `19.09 남아공 원전드론충돌 `16.08
동쪽 유전, 드론 10여대 공격 `19.08 일본 총리 관저 방사능 누출 드론 추락 `15.04
압하공항, 드론 공격 받음 `19.06 미국 백악관 건물 드론 충돌 `15.11
드론공격으로 취유 중단 `19.05 모잠비크 착륙 중 항공기와 드론 충돌 `14.10

국내에서도 2014년 북한 무인기 침투 및 위협이 있었고 2015년에는 중국 드론이 미 백악관에 충돌하기도 했다. 2018년 런던 히스로, 개트윅 공항에서는 미확인 드론 출현으로 모든 항공기의 이륙을 중단하고 공항을 폐쇄하기도 했다. 2019년과 2021년에는 사우디 아람코 송유 시설이 예멘 반군의 드론 공격을 받고 폭발하는 사고도 있었다. 2022년 현재, 러시아-우크라이나 전쟁에서 우크라이나 드론 특수부대는 상용드론에 폭탄을 설치해 러시아군을 공격하고 있다. 개인 사생활 및 중요 시설에 대한 불법적인 드론 촬영, 침입 등도 계속 발생하는 등 위협이 커지면서 드론을 탐지하고 대응할 수 있는 안티드론 시스템(ADS, Anti-Drone System)이 필요하게 됐다.

안티드론 시스템, 소프트킬과 하드킬 방식

안티드론 시스템은 드론을 이용한 범죄나 테러 등을 예방, 차단하기 위해 무인 비행체를 탐지, 식별, 무력화하는 시스템이다. 드론을 식별하고 추적하는 탐지 영역, 탐지된 드론의 작동을 방해하거나 정지시키는 무력화 영역 두 분야로 나뉜다.

탐지, 분석, 식별에는 레이더, RF Scanner, EO/IR, 열화상, 음향 등 센서류를 사용한다.

드론 무력화 방법은 전파를 교란하는 재밍(Jamming), 특정 지역 접근을 막는 지오펜싱(Geo-fencing), 위치를 기만하는 스푸핑(Spoofing)등 소극적 무력화를 의미하는 소프트킬(Soft Kill) 방식과 드론을 직접 요격하는 적극적 무력화, 하드킬(Hard Kill) 방식이 있다.

폭탄을 탑재한 드론을 직접 타격하면 요격 지점이 위험할 수 있고, 주파수 교란 등 재밍 방식을 사용할 경우에는 드론이 어떤 방식으로 행동할 지 예측이 어렵다. 그래서 원하는 장소로 드론을 옮길 수 있는 스푸핑 방식이 가장 안전한 대응 방식으로 알려져 있다. 평시에는 소프트킬 방식으로 중요 시설을 방어하지만, 전장에서는 드론을 확실하게 격추할 수 있는 하드킬 방식도 필요하다. 지난 2018년 평창올림픽 당시 드론을 이용한 테러 방지를 위해 전파 교란, 드론 그물, 지상 산탄총 등 소프트킬과 하드킬 방식을 조합해 작전을 수행한 바 있다.

하드킬 방식은 초기에 그물망, 그물총 등을 이용해 드론을 포획하는 단순한 형태였으나 최근에는 고출력 마이크로웨이브(HPM), 전자기 펄스(EMP), 레이저 등 재사용 가능한 직접 발사 에너지 무기 위주로 개발하고 있다.

개발 업체마다 구성의 차이는 있지만 대부분의 안티드론 시스템은 위에서 언급한 구성품으로 조합된다.

국내 안티드론 시스템 개발 현황

드론 탐지는 기존 방공 시스템에서 사용하는 기술과 유사점이 많지만 무력화 기술은 차이점이 있다. 기존 방공 시스템은 대형 항공기에 맞춰 구축되었기 때문에 소형 드론을 무력화하기 어렵고가성비가 떨어지는 문제가 있다. 국내 방산기업들은 기존 보유 기술을 기반으로 탐지 및 무력화 장비 자체 연구개발을 진행하는 동시에 국방 R&D 정부 연구개발사업을 수행하고 있다.

그림 1. 안티드론시스템 개념도

드론 탐지 시스템은 기존에 개발한 무기체계 성능을 안티드론 시스템에 맞춰 개량하고 재설계하는 방식을 사용한다.

레이더를 예로 들어보자. 기존 레이더가 원거리에 있는 배나 항공기 등 상대적으로 큰 물체를 탐지하기 위한 요구사항이 필요했다면, 안티드론 시스템의 레이더는 근거리에서 접근하고 레이더 반사 면적이 작은 드론을 탐지할 수 있도록 요구사항을 정의하고 설계해야 한다. 국내에서는 LIG넥스원, 한화시스템이 각각 자체투자 및 국책과제를 통해 드론 탐지용 레이더를 개발하고 있다.

또한 드론을 기존 방공 시스템으로 요격 대응하기에는 가성비가 떨어지기 때문에 스푸핑, 지오펜싱 등 새로운 방식의 드론 무력화 기법을 개발하거나, 미사일 같은 소모성 무기 대신 재사용 에너지를 이용한 요격 시스템을 개발하고 있다. 소프트킬 무력화 방식으로는 ‘덕산넵코어스’에서 국내 최초로 스푸핑 기법을 개발했고, ‘담스테크’는 2019년에 초경량 재밍건 ‘드론헌터 엑스’를 사우디아라비아에 수출하기도 했다. 국내 중소업체 ‘필라넷’은 EO/IR 센서 데이터를 AI 기술로 분석해 탐지·추적하는 플랫폼을 개발했다.

그림 2. ‘21년 국토부 드론 규제 샌드박스 ’드론 탐지 및 대응(고도화)‘ 장비 구성

LIG넥스원은 2021년 국토부 드론 규제 샌드박스 사업인 '드론 탐지 및 대응(고도화)'을 통해 국내 최초로 100% 국산화된 장비를 활용한 ’안티드론 시스템 고도화‘ 실증을 시작했다.

더불어 폭발물 제거용 ‘1kW급 휴대용 레이저 무기(레이저 소총)’와 차량 탑재용 3kW급 레이저 무기를 자체 개발해 안티드론용 하드킬 레이저 기반 기술도 획득했다.

非국방 다부처(과학기술정보통신부, 산업자원부, 경철청) R&D 사업 「불법드론 지능형 대응기술 개발사업 2세부과제」를 수주, 인공지능을 적용한 영상· 주파수 스펙트럼을 통해 드론 제조사(모델)를 식별하는 기술을 개발 중에 있다.

「소형 무인기 대응체계 Block-I」 제안서를 내고 관련 기술 개발 준비에 나서고 있다. 과제가 완료되면 보다 실용적이고 고도화된 공공․민수용 안티드론 통합시스템을 공급할 수 있을 것으로 기대하고 있다.

안티드론 통합솔루션 필요성

안티드론의 탐지 능력을 판단하는 기준으로 업계에서는 팬텀4를 표준 표적으로 사용하고 있다. 팬텀4 제품의 크기는 350mm(대각선), RCS 0.01m2로 매우 작은 크기의 표적이다. 이 표적을 가장 먼저 찾고 추적하여 EO/IR카메라로 최종 식별 후, 무력화를 시키는 것이 안티드론 시스템의 역할이다.

레이다는 표적을 맞고 돌아오는 신호를 받아서 표적여부를 판단하지만, 새와 드론을 구별하기 어렵고, 드론과 유사한 크기, 속도의 이동체가 혼재하는 환경에서는 드론과 이동체의 구분이 쉽지 않은 단점을 가지고 있다. 반면 RF스캐너는 표적의 이동속도나 크기에 상관없이 드론과 조종기간 원격제어 신호를 감지하거나, 드론이 송출하는 무선신호 방향을 식별하는 방식으로 드론을 탐지할 수 있다. 하지만 보유한 통신라이브러리가 아닌 방식으로 통신을 하거나, 전파탐지가 원활하지 않은 환경에서는 탐지성능이 저하되는 단점이 있다. 이렇듯 각 센서마다 장단점이 있기 때문에 다수의 센서(레이다, RF스캐너, EO/IR카메라 등)로 통합시스템을 구현하는 것이 반드시 필요하다.

그림 3. ‘21년 국토부 드론 규제 샌드박스 ’드론 탐지 및 대응(고도화)‘ 통합솔루션 운용화면

운용자는 실제 운용화면을 보고 정보를 얻고 상황을 판단하고 최종 무력화를 수행할 수 있다. 그러나 다수의 센서만 있다고 해결되는 것은 아니다. 다수의 센서에서 오는 정보를 누군가 융합하고 허위 표적은 걸러주고 운용자가 반드시 확인해야만 하는 정보를 최적의 조건으로 제공해주는 것이 중요하다. 나아가 운용자가 좀 더 쉽게 운용하기 위해서는 자동화 개념도 필요하다.

LIG넥스원은 레이다 및 RF스캐너를 통해 획득한 융합 정보를 기반으로 EO/IR 카메라로 표적을 찾고, 자동추적 수행까지의 절차를 운용자가 아닌 안티드론 통합솔루션이 자체적으로 수행하는 기술을 개발 중이다. 즉, 운용자가 무력화 단계만 수행할 수 있도록 구현된 「통합솔루션」을 제공하는 것이 목표이다.

LIG넥스원의 안티드론 시스템 발전방향

LIG넥스원은 안티드론 통합솔루션을 바탕으로 향후 아래의 3가지 방향으로 안티드론시스템을 발전시켜 나갈 것이다.

첫째, 통합솔루션 고도화를 기본 방향으로 국내 국방·공공·민수 분야 연구개발을 수행하며, 수출 모델을 확보해 나갈 것이다. 국방 분야는 고정형 뿐 아니라 차세대 전차·함정 등 플랫폼 기반의 안티드론 시스템을 개발 중이다. 추가적으로 공항·원전 등 국가주요시설용 안티드론 시스템 사업 실적 확보 후, 해외 공항/원전 건설 사업에 패키지 형태로 장비를 공급하고 시스템을 구축하는 것이 목표이다.

그림 4. LIG넥스원이 개발한 안티드론 통합솔루션 시스템

둘째, 무력화 장비의 확장이다. 기존 소프트킬(재밍, 스푸핑)에서 확장하여 군집 드론 대응을 위한 HPM 기술개발, 소형 유도무기 등을 통한 하드킬 분야로의 확장을 추진하고 있다. HPM의 경우, 국내 연구개발을 통한 기술성숙도 확보가 목표이고, 소형 유도무기 등을 통한 하드킬 확장은 수출형 모델로 자체개발이 목표이다.

셋째, 고객 맞춤형 통합솔루션 제공이다. 상용 드론에서 개인이나 특정 집단이 자체 제작하는 드론까지 위협이 될 수 있는 드론의 형태, 성능, 조종방식은 갈수록 다양해 질 것이다. 또한 통신기술 발전을 통해 드론조종신호의 통신방식이 계속 변화 발전되고 있다, LTE나 5G 통신기술이 적용된 드론이 대중화 되면 기존 ISM 주파수 대역에서 직접 제어되던 드론과는 차원이 다른 위협이 될 수 있다. 결국 모든 상황에 만능인 시스템은 현실적으로 구축하기 어렵고 비용도 커질 수 있다. 고객의 요구 즉, 보호해야할 시설과 위협이 되는 환경의 특성을 분석하여 고객의 환경에 최적화 되는 솔루션 제공이 반드시 필요하며, LIG넥스원은 이를 목표로 앞으로 기술개발에 매진해 나갈 것이다.

자료 출처
  • 1.한국과학기술기획평가원 KISTEP 기술동향브리프 2021-10호 ‘안티드론’
  • 2. 방위사업청 블로그, ‘이제는 안티드론? 안티드론 기술과 무기를 알아보자!’