20㎞ 상공 한 달간 나는 '거대 잠자리'…韓 성층권 드론의 비밀

韓 성층권 태양광 무인기 EAV-4 170시간 연속 비행…향후 100일 체공 도전

낮엔 충전하고 밤엔 고도 낮춰 전기 아껴…일반 휴대전화 직접 통신 등 실증 추진

2030년까지 드론 3대 추가 제작…2028년부터 5인승 하이브리드 비행체 개발

국산 성층권 태양광 무인기 'EAV-4'가 지난 8월 시험 비행을 마치고 착륙하고 있다. EAV-4는 170시간 5분 연속 비행에 성공하며 세계 두번째로 장시간 비행 기록을 썼다. (사진=우주항공청 제공) *재판매 및 DB 금지

[서울=뉴시스]윤현성 기자 = 일주일 동안 멈추지 않고 성층권을 날아다닌 국산 태양광 무인기가 땅으로 내려온 진짜 이유는 배터리가 다 닳아서가 아니었다.

태풍이 접근한다는 예보에 연구진이 기체를 미리 회수했기 때문이다. 착륙 후 진행한 정밀 점검에서도 기체 손상은 전혀 발견되지 않았다.

연구진은 날씨만 뒷받침된다면 지금 만든 기체로도 한 달 동안 거뜬히 날 수 있다고 판단했다. 나아가 향후 태양광 패널을 보강해 100일 연속 비행이라는 대기록에 도전할 계획이다.

이 무인기가 머물 하늘은 지상 약 20㎞다. 통신망이 끊긴 재난 현장에선 '공중 기지국'이 되고, 산불이나 해양 사고가 발생하면 장시간 현장을 지켜보는 감시망이 될 수 있다.

태풍 피해 7일 만에 착륙…낮엔 충전, 밤엔 고도 낮춰 전기 아낀다

한국항공우주연구원(항우연)이 10여년 동안 관련 기술을 축적해 개발한 성층권 태양광 무인기 'EAV-4'는 지난 8월 170시간 5분 연속 비행에 성공했다. 유럽 우주항공기업 에어버스의 '제퍼'에 이은 세계 두 번째 기록이지만, 이번 시험은 기체가 더 날지 못해 끝난 것은 아니었다.

강풍에 밀려 허가된 시험공역을 벗어날 우려가 있는 데다 태풍까지 예보되면서 선제 착륙을 결정했다. 연구진은 회수한 기체가 추가 운항에도 문제가 없었다는 점 등을 근거로 별도 개조 없이 30일 체공도 가능하다고 판단하고 있다.

다만 실제로 검증한 비행시간은 아직 일주일 수준으로, 앞으로 태양광 패널과 배터리를 보강해 100일 체공에 도전한다는 계획이다.

비결은 태양전지와 배터리, 고도 조절을 결합한 비행 방식이다. 낮에는 고도를 높여 태양광으로 발전·충전하고, 해가 지면 고도를 낮춰 전력 소모를 최소화한다. 아침이면 다시 상승하는 하루 주기를 반복한다.

EAV-4는 무게를 줄이기 위해 착륙용 바퀴도 없앴다. 이륙할 때는 카트에 실려 달리다가 양력이 생기면 분리되고, 착륙할 때는 기체 아랫부분의 받침대로 지면에 닿는다.

하지만 이같은 특수 항공기를 사계절 내내 마음껏 띄울 수 있는 것은 아니다. 겨울에는 태양고도가 낮아 발전량이 감소하고, 강한 제트기류에 밀리면 제한된 시험공역을 벗어날 수 있기 때문이다.

현재 EAV-4는 바람이 비교적 약한 6~9월 운용을 염두에 두고 제작됐다. 태양광 패널 면적을 늘리면 겨울 운항도 가능하다는 게 연구진 판단이지만 추가 검증이 필요하다. 남북 대치라는 지정학적 상황과 국내 항공 교통 등의 한계로 인해 넓은 시험공역을 확보하기 어렵다는 점도 제약으로 꼽힌다.

[서울=뉴시스] 윤현성 기자 = 성층권 태양광 무인기 'EAV-4'가 이륙하고 있다. (사진=우주항공청 제공) 2026.11.11. [email protected]

휴대전화 연결할 '공중 기지국'…위성보다 가까이서 지상 감시도

성층권 무인기의 진짜 가치는 체공 기록보다 그곳에서 무엇을 할 수 있느냐에 달렸다. 지상 수백㎞ 위를 지나는 저궤도 위성보다 훨씬 가까운 위치에서 특정 지역을 오래 관측할 수 있고, 고장 나면 회수해 수리하거나 통신·촬영 장비를 교체할 수도 있다.

특히 통신망이 파손된 재난 지역에선 일반 휴대전화가 무인기를 통해 통신할 수 있는 '하늘 기지국' 역할이 기대된다. 스타링크 등으로 대표되는 위성통신의 경우 연결을 위해 별도의 장비 등이 필요하지만, 훨씬 낮은 고도에서 운용되는 무인기는 직접 연결이 편하고 재배치·재사용도 더 용이하다는 게 우주청의 설명이다.

이광병 우주청 미래항공기프로그램장은 "상공 20㎞ 정도에 있는 항공기와 연결하면 셋톱박스 등이 없어도 휴대폰으로 직접 통신 연결이 가능하다"며 "재난 시 별도의 장비 없이 일반 휴대폰으로 서비스를 할 수 있어 효과가 클 것"이라고 설명했다.

다만 스마트폰 직접 통신은 아직 구현·검증된 기능이 아니다. 이번에 입증된 임무는 고도 약 14㎞에서 적외선 카메라로 육안에 잘 보이지 않는 모의 산불의 열원을 포착한 것이다.

우주청은 항우연이 확보한 기술을 이어받을 민간기업과 후속 사업 협상을 진행 중이다. 2030년까지 기체 3대를 추가 제작해 통신 중계와 재난 감시 등 실제 임무를 검증한 뒤 2031년부터 민간 주도 상용화를 추진한다. 여러 대를 교대로 띄워 하루 24시간 감시망을 운영하는 방식도 구상하고 있다.

한국항공우주연구원이 개발 중인 하이브리드 수직이착륙기 OPPAV가 수직으로 이륙하고 있다. (사진=우주항공청 제공) *재판매 및 DB 금지

배터리 한계 넘어 200㎞ 비행…'섬 잇는 5인승 항공기' 개발

성층권 태양광 무인기와 별도로 우주청이 추진 중인 하이브리드 수직이착륙기는 도심 내 짧은 거리를 오가는 배터리 기반 도심항공교통(UAM)과 다른 시장을 겨냥한다.

배터리만으로는 승객과 짐을 싣고 먼 거리를 날기 어렵다는 한계를 엔진으로 발전한 전기와 배터리 전력을 함께 사용하는 방식으로 극복하겠다는 것이다.

목표 성능은 조종사를 포함한 5인승, 항속거리 200㎞ 이상, 순항속도 시속 250㎞ 이상, 유상하중 600㎏ 이상이다. 섬과 육지 사이에서 주민과 구호물자를 수송하거나 해상 구조·감시 임무를 수행하는 모습이 제시됐다.

우주청은 시제기 4대를 개발해 각각 기본 비행시험과 수송 성능 검증, 인증 요구사항 검증, 해양 임무 실증에 활용한다. 해양수산부와도 관련 실증을 협력하고, 1㎿급 하이브리드 추진시스템 국산화에 나선다.

김기석 우주청 항공혁신임무설계프로그램장은 "미래항공기 시장에는 아직 지배적인 사업자가 없는 상태"라며 "하이브리드 수직이착륙기 개발이 국내 주도로 할 수 있는 현실적인 대안"이라고 설명했다.

관건은 돈과 안전이다. 총 1조861억원 규모의 사업비는 확정된 예산이 아닌 계획안이다. 우주청은 이달 구축형 연구개발(R&D) 심사를 신청해 내년 9월 결과를 받고 2028년 사업에 착수한다는 목표다.

여객 운항에 필요한 안전 인증도 기체 개발과 함께 추진한다. 기술을 만드는 데서 끝나는 게 아니라 실제로 사람을 태우고 서비스를 제공할 수 있을지 입증해야 하는 단계가 남아 있다.


◎공감언론 뉴시스 [email protected]