한국형 태양광 무인기 170시간 연속 비행…1조원대 미래항공기 개발 도전

EAV-4, 국내 기록 3배 경신…고도 21.2㎞ 도달·산불 탐지 시연
2030년까지 임무 실증…하이브리드 수직이착륙기 2028년 개발 추진

국내 기술로 개발한 성층권 태양광 무인기가 170시간 연속 비행에 성공했다. 기존 국내 기록의 3배를 넘어선 성과로, 고도 20㎞ 이상의 성층권에서 일주일간 비행하며 산불 탐지 능력까지 입증했다. 정부는 이를 바탕으로 장기체공 무인기 상용화에 속도를 내는 한편, 1조원대 예산을 투입하는 하이브리드 수직이착륙기 개발도 추진한다.

우주항공청은 11일 서울 광화문에서 기자설명회를 열고 성층권 태양광 무인기 'EAV-4'의 장기체공 비행시험 성과와 미래 항공기 개발 계획을 발표했다.

성층권 태양광 무인기(EAV-4)가 이륙하는 모습. 우주청 제공

한국항공우주연구원이 개발한 EAV-4는 지난 8월 18일부터 25일까지 170시간 5분 동안 착륙하지 않고 비행했다. 2020년 EAV-3가 세운 국내 기록인 53시간을 3배 이상 넘어섰다. 최고 비행고도는 21.2㎞로, 우주청은 유럽 에어버스의 제퍼(Zephyr)에 이어 세계 두 번째 수준의 장기체공 성과라고 밝혔다.

EAV-4는 날개폭 36m, 동체 길이 16m, 최대중량 150㎏의 무인기다. 태양전지로 낮에 전력을 생산해 배터리를 충전하고, 밤에는 저장된 전력으로 비행한다. 최대 20㎏의 임무장비를 탑재할 수 있도록 설계됐다.

이번 시험에서는 산불 탐지 가능성도 확인했다. 항우연은 비행시험장 인근에 가상의 산불 상황을 조성하고 고도 약 14㎞에서 전자광학·적외선 카메라로 발화 지점을 탐지했다. 일반 카메라로 식별하기 어려운 초기 화재를 적외선 영상으로 확인해 재난 감시 플랫폼으로서 활용 가능성을 보여줬다.

성층권 태양광 무인기는 인공위성보다 지상에 가까운 고도에서 특정 지역을 장시간 관측할 수 있다는 장점이 있다. 산불·해양 감시와 재난 통신망 복구, 도서·산간 지역 통신 중계 등에 활용할 수 있다. 지상으로 회수해 정비하거나 임무장비를 교체할 수 있다는 점도 위성과 차별화된다.

성층권 태양광 무인기(EAV-4)가 성층권을 비행하고 있다. 우주청 제공

다만 실제 상용화까지는 해결해야 할 과제가 남아 있다. 국내에서는 겨울철 태양광 발전량 감소와 강한 제트기류, 제한된 시험공역 등이 장기체공의 장애물이다. 이번 7일 비행도 강풍에 따른 공역 이탈 가능성 등을 고려해 종료했다.

우주청은 비행자료 분석 결과 30일 이상 체공할 수 있는 기술적 가능성을 확인했다고 설명했다. 다만 실제 30일 연속 비행은 아직 검증되지 않았다.

우주청은 앞으로 민간기업 주도로 임무 실증을 확대할 계획이다. 현재 후속 사업을 수행할 기업의 제안서 평가를 마치고 협약을 위한 협상을 진행하고 있다. 추가로 무인기 3대를 제작해 통신 중계와 재난 감시, 국산 태양전지 검증 등에 활용할 예정이다.

한창헌 우주청 항공혁신부문장은 "성층권 무인기는 위성과 달리 지상으로 회수해 정비하거나 임무장비를 교체할 수 있다"며 "앞으로 다양한 공공·상업 임무에 적용할 수 있는지를 실증하고 사업화로 연결하는 것이 과제"라고 설명했다.

1조원대 예산 투입해 하이브리드 수직이착륙기 개발 추진

우주청은 활주로 없이 이착륙할 수 있는 하이브리드 수직이착륙기 개발도 추진한다. 2028년부터 2032년까지 총사업비 1조861억원을 투입해 시제기 4대를 확보할 계획이다. 다만 사업비와 일정은 정부 심사를 거쳐 확정된다.

개발 목표는 조종사를 포함한 5인승급 항공기로, 항속거리 200㎞ 이상과 유상하중 600㎏ 이상이다. 배터리만 사용하는 전기 수직이착륙기(eVTOL)와 달리 엔진으로 발전한 전력을 함께 활용해 운항거리와 탑재 능력을 높이는 방식이다.

하이브리드 수직이착륙기(OPPAV)가 비행을 마치고 착륙하고 있다. 우주청 제공

핵심은 1㎿(메가와트)급 하이브리드 추진시스템이다. 우주청은 터빈 엔진과 발전기를 결합한 터보제너레이터를 유력한 발전 방식으로 검토하고 있다.

해외 경쟁 기체와 비교한 차별성에 대해 한 부문장은 "미래항공기 시장은 아직 상업적 수요가 확정되지 않은 단계"라며 "가족 단위 이동을 고려해 4~5인승에 500~600㎏ 수준의 유상하중을 목표로 설정했다"고 설명했다.

이어 "현재 배터리 기술만으로는 운항거리를 늘리는 데 한계가 있어 엔진을 통한 발전을 병행하는 하이브리드 방식이 현실적인 대안"이라고 강조했다.

한창헌 우주청 항공혁신부문장이 기자들의 질문에 답변하고 있다. 우주청 제공

핵심인 1㎿급 추진시스템의 국산화 가능성에 대해서는 관련 선행 연구개발사업이 이미 착수됐다고 답했다. 우주청은 터보제너레이터 개발사업과 미래항공기 개발사업을 연계해 핵심 추진기술을 확보할 계획이다.

사업 추진의 관건은 예산 확보다. 1조원대 사업의 승인 가능성과 일정 지연 우려를 묻는 질문에 한 부문장은 민수 항공산업을 육성하기 위한 독자 플랫폼 확보의 필요성을 강조했다. 그는 "미래 항공기 플랫폼을 확보하고 이를 통해 관련 산업까지 함께 육성하는 것이 민수 항공산업 발전에 효율적인 방법"이라는 취지로 설명했다.

우주청은 내년 9월까지 사업 승인을 받고 2028년 예산에 착수 비용을 반영하는 것을 목표로 하고 있다. 개발된 기체는 향후 도서·산간 지역의 긴급 물류 수송과 응급환자 이송, 지역 간 항공교통 등에 활용할 계획이다.

한 부문장은 "국내 민수 항공산업을 육성하려면 독자적인 항공기 플랫폼 확보가 필요하다"며 "미래 항공기 개발을 통해 관련 소재·부품 산업까지 함께 육성하는 것이 가장 효율적인 방법이라고 판단하고 있다"고 말했다.

김종화 기자 justin@asiae.co.kr