1. 개요(p1)

 □ 항공 분야에서 "무인화(및 이를 실현하기 위한 공역(airspace) 통합)"는 "제트화" 이후 최대의 변혁

  ○ 군사 이용에서의 무인화 기술은 2000년대에 큰 진전이 있었지만, 민간 분야에서의 이용은 현재 새롭게 개척해 가는 과정

  ○ 제트 여객기가 출현했을 때와 마찬가지로, 기체 기술, 운항 기술, 기준·법규 등 항공 분야의 거의 모든 분야에서 새로운 대처가 요구되고 있음

 □ 본 자료는 무인 항공기 시스템의 특징, 최신의 연구 개발 사례와 실용화를 위한 과제, 장래의 방향성에 대해 정리한 내용임

2. 무인 항공기 시스템의 특징(p3)

가. 장시간 체공 능력

 □ 파일럿이 탑승하는 유인 항공기에서는 파일럿의 생리적인 한계 때문에 비행 시간이 한정되지만, 무인 항공기의 경우에는 지상 오퍼레이터가 쉽게 교체가 가능하기 때문에 종래의 유인 항공기를 뛰어 넘는 장시간의 체공(滯空) 운용이 가능

  ○ 미국 DARPA(Defense Advanced Research Projects Agency, 미국 방위고등연구계획국)에서는 년 단위의 비행 계속이 가능한 체공형 UAS(Unmanned Aircraft Systems, 무인항공기 시스템)의 개념 검토(Vulture 계획 4)를 추진하고 있음

나. 소형화/초소형화

 □ 최근에는 항공 전자 공학 기술의 진보로 작은 모형 비행기를 자율 비행 가능하게 하는 SUAS(Small Unmanned Aircraft Systems)도 제작

 □ 또, 모형 항공기보다도 작은 비행체의 연구 개발도 진행

  ○ DARPA에서는 MAV(Micro Aerial Vehicle: DARPA 정의에서는 최대 치수 15cm 이하), NAV(Nano Aerial Vehicle: 7.5cm 이하)를 추진하고 있으며, 날개짓에 의한 초소형의 비행체도 실현

다. 저비용화

 □ 무인화에 의해 저비용화(인건비 절감 등)가 실현될 수 있다고 여겨지고 있지만, 현재의 무인화 기술 수준에서 추가로 필요한 지상 인프라나 지상 인원을 고려하면, 특히 규모가 큰 기체 시스템에서는 운항 비용이 유인기를 웃도는 경우가 많음

  ○ 향후 자율화 기술이 성숙하면 비용면에서 우위성을 가질 수 있겠지만, 당분간은 유인 항공기를 단순하게 UAS화하는 것에 의한 비용면에서의 이점은 작음

 □ 종래의 유인 항공기보다 소형의 기체로 수행 가능한 임무(예를 들면, 간이 공중촬영)에서는 소형화에 의한 비용 절감 효과가 기대되고 있음

3. 최근의 연구 개발 사례(p4)

가. 방사선 모니터링 시스템

 □ 우주항공연구개발기구(JAXA)는 일본원자력연구개발기구와 공동으로 소형의 UAS를 이용한 방사선 모니터링 시스템의 연구 개발을 진행

  ○ 도쿄 전력의 후쿠시마 제1원자력 발전소 주변 등의 방사선량 관측에 이용하는 것을 목적으로 하고 있음

  ○ 완비 중량 약 50kg, 익폭(날개 길이, wing span) 4.2m의 기체에 방사선 검출기를 탑재해, 산림이 우거진 장소나 산림 화재 등 사람이 가까이 접근할 수 없는 조건 하에서도 계속적인 방사선량 모니터링을 가능하게 하는 시스템

  ○ JAXA에서 실시한 비행 성능 향상 및 제어 기술을 비롯한 각종 UAS 연구 개발 성과를 적용해, 종래의 동일한 규모 시스템과 비교해 비행 성능과 신뢰성을 향상시키고 운항면에서도 높은 안전성을 실현할 계획

나. 새로운 개념의 항공기의 비행 실증에서의 이용

 □ UAS는 새로운 개념의 비행 형태의 비행 실험에서 매우 유효한 툴이 되고 있음

  ○ JAXA에서 연구 개발을 하고 있는 QTW(Quad Tilt-Wing)는 틸트윙(Tilt-Wing)을 전후에 배치한 4발 프로펠러의 수직 이착륙기로, 새로운 항공기 모양을 하고 있음

  ○ 새로운 비행 형태의 비행 실증은 비행 실험에서 사망자가 나오기도 하는 등 위험이 매우 높지만, 무인화 기술을 적용하여 이러한 위험을 피하는 것이 가능

  ○ 또, 최근의 소형 고성능 항공 기술을 적용하여 비교적 작은 기체로 정확한 비행 데이터를 검색하는 것이 가능하기 때문에 비용 절감도 가능

다. 고고도 체공형 무인 항공기 시스템

 □ JAXA에서는 재해 감시 등의 임무로의 이용을 목표로, 고고도 체공형 UAS의 개념 검토를 진행

  ○ 기상 현상이 활발한 대류권과는 달리 성층권에서는 기상 조건이 비교적 안정되어 있기 때문에, 예를 들면 태풍 등의 기상 조건에서도 계속적인 운항이 가능

가. 공역 통합(p6)

 □ UAS의 이용 확대에서의 최대 과제는 "공역 통합"(UAS의 ATC(Air Traffic Control) 시스템으로의 통합)

  ○ 현재, UAS가 비행이 허가되는 공역은 기본적으로는 제한 공역으로, 특별한 비행 안전 관리가 이루어지고 있어 유인 항공기(특히 여객기)와의 충돌 위험성은 거의 없음

  ○ ATC 하의 공역에서의 비행은 예외적인 사례로, 일시적인 특별 허가로 운항

   - 통상의 항공기 같은 통상 절차에 의한 관제 공역 비행, 이른바 File and Fly는 실현되어 있지 않고 있음

  ○ 이는 UAS의 임무 능력을 크게 제한하는 요인으로, 개선이 크게 요구되고 있음

나. 안전성 향상 기술(p7)

(1) Detect and Avoid/Sense and Avoid

 □ 유인 항공기의 조종자는 비행 방식의 여하에 관계없이 기체 주변의 트래픽 상황을 감시하여 충돌을 피할 의무가 있으며, 이를 SAA(See and Avoid)라고 함

 □ 한편, UAS의 원격 조종자에 의한 기체 주변의 상황 인지에는 얻을 수 있는 정보량이나 시간 지연 등에 의해 한계가 있을 수 있어 이를 대체 하는 수단으로서 자동화된 D&A(Detect and Avoid) (또는 SAA(Sense and Avoid)라고도 함) 능력이 필요

 □ 미군에서는 지상 배치형 시스템(레이더 및 통신)을 이용한 GBSAA(Ground Based Sense and Avoid, 지상 지원형 충돌 회피 시스템)을 연구 개발중이며, 실증 시험이 개시되고 있음

(2) 통신의 신뢰성/자율 레벨의 향상

 □ 통신의 신뢰성은 UAS의 안전성과 직결하는 가장 중요한 요소의 하나

  ○ 절대로 중단되지 않는 데이터 링크는 실현되기 어렵기 때문에, 다중 계통(redundant system)으로 하는 것이 기본

  ○ 그렇지만, 장거리 운용에서는 위성 통신에 의지하기 때문에, 복수 계통의 위성통신이 필요해, 탑재 장치가 복잡해지고 중량이 증대하게 됨

  ○ 통신 두절 시에도 자율적으로 통신을 회복하기 위한 행동, 예를 들면, 비행 경로의 변경, 안테나 지향성을 고려한 비행 자세의 수정 등이 가능하면(시스템의 자율 레벨의 향상), 단시간의 통신 두절에서도 충분한 안전성을 확보 가능

다. 무인 항공기 시스템에 관련되는 기준·법규(p7)

(1) 일본의 상황

 □ 기존의 유인 항공기와는 여러 가지 면에서 다른 특징을 가지고 있는 UAS는 기존의 유인 항공기를 전제로 한 법규제와는 완전히 정합하지 않고, 명확하게 정의되어 있지 않은 상태

 □ 무인 항공기 관련 업체 등으로 구성된 업계 단체인 일본 산업용 무인기계 협회(JUAV)는 농약 살포 헬리콥터 등의 운용에 관해서 자주 기준을 책정해 안전한 이용에 노력

  ○ 그렇지만, 업계 단체의 자주 기준만으로는 한계가 있고, 건전·안전한 UAS 이용 촉진을 위해서는, 당국에 의한 UAS의 명확한 법규·기준의 정비가 필요

(2) 해외·국제적인 동향

 □ 미국, 유럽, 호주에서는 UAS의 안전기준에 관한 활발한 논의가 이루어지고 있으며, 내공성(耐空性, airworthiness) 기준 및 운항 규칙의 초안이 제안되고 있음

  ○ 또, 국제적으로도 국제민간항공기구(ICAO)는 향후의 UAS의 국제 항공편을 전제로 국제기준의 책정 방침을 제시하고 있고, 조약 가맹국에 의한 공식적인 논의가 개시

 □ 모형 항공기에 준하는 SUAS에 대해서는 대형기와 구별하는 방향으로 논의되고 있지만, 구체적인 수치(기체 중량 등)에 관해서는 아직 복수안(25kg, 150kg 등)이 존재하고 있어, 조정에는 시간을 소요될 전망