수직이착륙기

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오픈소스를 통한 알고리즘 통합

한국항공우주연구원은 나로호와 누리호 같은 발사체 연구뿐만 아니라, 항공 분야에서도 선도적인 연구를 수행하고 있습니다. 특히 무인 이동체 원천기술 개발 사업단은 차세대 시장 선점을 목표로 육상, 해양, 공중을 아우르는 혁신 기술 확보에 주력하고 있습니다. 기존의 우주 전문 연구 기관이라는 이미지를 넘어, 이제는 자율 주행과 지능형 이동체 전반으로 연구 영역을 확장하며 국내 항공우주 산업의 경쟁력을 높이는 데 기여하고 있습니다. 무인 이동체 원천기술 개발 사업단은 2027년까지 기술 실증기와 원천 기술 확보를 목표로 다양한 연구 기관과 협력하고 있습니다. 사업은 크게 원천 기술을 개발하는 팀과 실제 무인 이동체를 제작하는 팀으로 나뉘어 운영됩니다. 탐지, 인식, 통신, 자율 지능 등 공통 원천 기술을 바탕으로 무인 항공기뿐만 아니라 무인 자동차, 무인 선박, 잠수정까지 개발하며, 각 분야의 기술이 유기적으로 통합될 수 있도록 데이터 프로토콜의 표준화와 재활용성에 집중하고 있습니다. 과거 항공 분야는 안전과 신뢰성 문제로 인해 자체 개발한 인하우스(In-house) 코드를 선호하는 매우 보수적인 개발 문화를 가지고 있었습니다. 하지만 최근에는 개발 기간을 단축하고 기술의 재사용성을 높이기 위해 PX4나 ROS2 같은 오픈소스의 활용이 급격히 늘고 있습니다. '바퀴를 다시 발명하지 마라'는 격언처럼, 이미 검증된 오픈소스를 활용해 기초적인 기능을 해결함으로써 연구자가 핵심 알고리즘 고도화에만 집중할 수 있는 효율적인 환경을 구축하고 있습니다. 사업단은 오픈소스를 적용한 수직이착륙 무인기(VTOL)를 통해 가시적인 성과를 내고 있습니다. 기존의 인하우스(In-house) 코드 방식에서 벗어나 PX4와 DroneCAN 시스템을 도입함으로써 비행 제어 및 데이터 통신 효율을 극대화했습니다. 이는 150kg급 육공 복합 드론 개발을 위한 실험 기체 단계에서 알고리즘을 신속하게 검증하는 데 큰 역할을 했습니다. 전기 추진 시스템 기반의 장거리 순항 비행을 성공적으로 수행하며 오픈소스 기반 개발 체계의 우수성을 입증하고 있습니다. 오픈소스의 강점은 무인 항공기를 넘어 무인 자동차와 무인 선박 등 서로 다른 플랫폼으로 기술을 확장하기 용이하다는 점입니다. ROS2 기반의 시스템은 라이다(LiDAR)나 비전 센서를 활용한 복합 항법 기술을 다양한 기체에 손쉽게 이식할 수 있게 해줍니다. 향후 MAVLink와 같은 개방형 프로토콜을 통해 통합 관제 시스템을 고도화하고, 자동 도킹이나 환경 예측 같은 고난도 실증 연구를 지속하여 무인 이동체 생태계의 표준화된 기술 기반을 다져나갈 계획입니다.

한국전자통신연구원오픈소스 테크데이

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[ETRI 기술적 대화] ETRI는 나의 무대

미래의 도심 하늘을 자유롭게 누비는 에어 택시는 더 이상 공상 과학 영화 속 이야기가 아닙니다. 한국전자통신연구원(ETRI)의 에어모빌리티연구본부에서는 미래 항공 모빌리티(AAM) 연구가 한창입니다. 그중에서도 전동식 수직이착륙기(eVTOL)는 헬리콥터처럼 수직으로 이륙하여 경비행기처럼 활강할 수 있는 혁신적인 비행체입니다. 이 연구의 핵심은 복잡한 도심 환경에서 비행체가 안전하게 운항할 수 있도록 충돌을 방지하고 불법 드론이나 새떼 같은 갑작스러운 위협을 미리 탐지하여 정보를 융합하는 기술을 개발하는 데 있습니다. 비행체의 안전한 운용을 위해서는 기체의 비행 특성을 깊이 있게 이해하는 과정이 필수적입니다. 연구실에서는 조이스틱과 스로틀 같은 장비를 활용해 실제 비행과 유사한 환경을 구현하며 기체의 움직임을 파악합니다. 단순히 사람이 수동으로 조종하는 단계를 넘어, 반복적이고 소모적인 작업을 줄이기 위해 자율비행 알고리즘을 시뮬레이터에 적용하는 연구도 병행합니다. 이러한 시뮬레이션 과정은 비행체가 가질 수 있는 도메인 지식을 축적하고, 향후 실제 하늘에서 발생할 수 있는 변수들에 유연하게 대처할 수 있는 밑바탕이 되어줍니다. 미래 항공 모빌리티(AAM) 기술은 단순히 개인의 편의를 돕는 에어 택시를 넘어 공공 영역에서 더욱 빛을 발할 것으로 기대됩니다. 대표적인 예가 소방 헬기나 응급 구조용 닥터 헬기입니다. 기존의 소방 헬기는 물을 담수하거나 화재를 진압하는 과정에서 사고 위험이 높지만, 전동식 수직이착륙기(eVTOL)는 보다 안정적인 활강과 정밀한 이착륙이 가능해 사고 예방에 효과적입니다. 위급한 환자를 이송하는 응급 구조 상황에서도 기동성과 안전성을 동시에 확보한 비행체는 소중한 생명을 구하는 데 결정적인 역할을 수행하며 공익적 가치를 실현할 수 있습니다. 지면에서 이동하는 자율주행 자동차와 달리, 공중을 비행하는 비행체의 연구는 기술적 난도가 훨씬 높습니다. 자동차는 비상 상황 시 그 자리에 멈춰 서는 것으로 위험을 피할 수 있지만, 하늘에 떠 있는 비행체는 멈추기 위해서라도 정밀한 위치 정보와 복잡한 체크리스트가 필요하기 때문입니다. GPS 신호의 신뢰성 확보와 철저한 사전 점검은 비행 실험에서 가장 어려운 부분 중 하나입니다. 끊임없는 반복 실험을 통해 오류를 보완하고 기술적 완성도를 높여가는 과정 자체가 안전한 비행을 위한 필수적인 연구 개발의 일환이라 할 수 있습니다. 연구의 과정은 끊임없는 지식 습득의 연속입니다. 소방이나 국방 등 다양한 분야의 전문 문서를 탐독하며 폭넓은 시각을 갖추려 노력하는 모습은 마치 여러 역할을 소화하는 배우와도 닮아 있습니다. 한국전자통신연구원(ETRI)이라는 무대 위에서 다양한 사회적 문제를 해결하기 위한 기술적 역할을 수행하며, 더 나은 세상을 만드는 데 기여하는 것은 연구자로서 느낄 수 있는 큰 보람이자 사명입니다. 이러한 노력이 모여 미래의 하늘은 더욱 안전하고 풍요로운 공간으로 거듭날 것이며, 빠르면서도 신뢰할 수 있는 모빌리티 시대가 열릴 것입니다.

한국전자통신연구원ETRI 기술적 대화

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오픈소스를 활용한 수직 이착륙 무인기 개발

한국항공우주연구원(KARI)은 항공우주 과학기술의 새로운 탐구와 기술 선도를 통해 국민 경제 발전과 생활 향상에 기여하는 국가 기관입니다. 이곳에서는 항공기, 인공위성, 우주발사체 등 종합 시스템 연구부터 안전성 확보를 위한 품질인증까지 폭넓은 업무를 수행합니다. 특히 무인이동체사업단은 육상, 해상, 공중을 아우르는 무인 이동체의 원천 기술을 개발하고 실증하는 데 주력하고 있습니다. 다수의 무인기가 다양한 임무를 효율적으로 수행할 수 있도록 기술적 토대를 마련하며, 실증용 기체인 수직 이착륙 무인기의 설계와 시험을 통해 미래 항공 기술의 가능성을 현실로 구현해 나가는 중추적인 역할을 담당합니다. 수직 이착륙 무인기(VTOL)는 활주로 없이 헬리콥터처럼 이착륙하면서도 비행 시에는 고정익 항공기의 높은 효율을 갖는 기체를 의미합니다. 회전익의 기동성과 고정익의 장거리 운용 능력을 결합한 이 방식은 활주로 확보가 어려운 도심이나 도서 지역에서 매우 유용하게 활용됩니다. 최근에는 차세대 에어 모빌리티 시스템인 도심 항공 모빌리티(UAM)와 개인용 항공기(PAV), 그리고 물류 배송 분야의 핵심 이동 수단으로 큰 주목을 받고 있습니다. 다만 이착륙을 위한 추가 장비로 인해 무게가 늘어나고 항속 거리에 영향을 줄 수 있다는 과제가 존재하지만, 운영의 유연성 측면에서 이를 상쇄하는 충분한 가치를 지니고 있어 산업적 확장이 기대되는 분야입니다. 무인기 개발의 핵심인 비행 제어 시스템을 위해 세계적으로 널리 활용되는 오픈 소스 프로젝트가 바로 PX4입니다. 2009년 취리히 연방 공대에서 시작된 이 프로젝트는 현재 리눅스 재단의 드론코드 협회를 통해 비영리 목적으로 지속적인 연구와 개발이 이루어지고 있습니다. PX4는 저렴한 비용으로 표준화된 비행 제어 컴퓨터와 소프트웨어를 제공함으로써 드론 생태계에 참여하는 기업들에게 더 많은 기회를 창출해 줍니다. 특히 마브링크(MAVLink)나 지상 관제 시스템(QGC) 등 풍부한 주변 기능과 가제보(Gazebo) 시뮬레이션 환경을 지원하여 개발 편의성을 극대화합니다. 전 세계 전문가들의 집단지성을 통해 성능 개선이 빠르게 이루어지는 점도 큰 강점입니다. 실제 연구 현장에서는 리프트-크루즈 방식을 채택한 50kg급 무인기 LC-50B에 PX4를 적용하여 비행 성능을 정밀하게 검증하고 있습니다. 하지만 오픈 소스 코드를 대형 기체에 그대로 적용하기에는 한계가 있어, 천이 비행 알고리즘 수정과 방향 제어기 구조 변경 등 총 여섯 가지 주요 수정 작업을 진행했습니다. 기체가 커질수록 안전한 상황에서 기체의 반응 특성을 확인하는 과정이 필수적이기 때문에, 연구진은 매틀랩(MATLAB)을 활용한 시뮬레이션 모델 고도화와 외부 센서 연동을 통해 시스템의 신뢰성을 확보했습니다. 이러한 세밀한 튜닝 과정은 오픈 소스의 유연성을 극대화하여 실제 산업용 무인기에 최적화된 제어 시스템을 구축하는 핵심 동력이 됩니다. VTOL 기체의 특성상 회전익 모드에서 바람이 불면 수직 꼬리날개의 영향으로 원치 않는 방향 전환 힘이 발생할 수 있습니다. 이때 회전익 모터의 반토크 제어 명령과 꼬리날개에서 발생하는 물리적인 힘이 충돌하면서 제어기에 과부하가 걸리고, 최적화되지 않은 경우 추락 위험까지 초래할 수 있습니다. 연구팀은 파라미터 최적화를 통해 외부 환경에서도 안정적인 비행이 가능하도록 알고리즘을 개선했으며, 이를 가시권 비행과 자동 비행 시험으로 성공적으로 검증했습니다. 이러한 성과는 향후 130kg급 연료전지 하이브리드 무인기 개발의 기술적 밑거름이 될 것이며, 더욱 길어진 항속 거리와 효율적인 임무 수행 능력을 갖춘 차세대 무인기 시대를 앞당기는 계기가 될 것입니다.

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EOST2022 무인이동체 설계해석 소프트웨어 개발 및 성능시험

항공우주 산업은 전통적으로 보잉이나 에어버스와 같은 거대 기업이 주도하며, 소량의 기체를 고가에 판매하는 소품종 고부가가치 시장의 특성을 지니고 있었습니다. 그러나 최근 10년 사이 드론 기술의 비약적인 발달은 이러한 생태계를 다품종 대량 생산 체제로 빠르게 변화시키고 있습니다. 미국의 드론 등록 대수가 이미 80만 대를 넘어설 정도로 시장 규모가 급격히 팽창하면서, 기존의 폐쇄적인 항공기 개발 방식과는 전혀 다른 혁신적인 접근법이 엔지니어들에게 요구되고 있습니다. 특히 연평균 20% 이상의 고성장이 예측되는 상업용 드론 시장은 향후 항공우주 산업의 주도권을 결정지을 중요한 변곡점이 될 것입니다. 이러한 거대한 변화의 중심에는 로렌츠 마이어가 주도한 PX4 프로젝트와 같은 오픈소스 생태계가 자리하고 있습니다. 2010년대 초반에 등장한 이 프로젝트는 비행 제어 소프트웨어인 PX4와 관련 하드웨어 도면을 전 세계에 공개하며 드론 개발의 진입 장벽을 획기적으로 낮추었습니다. 전 세계 수많은 개발자가 참여하는 이 커뮤니티는 기존 항공 산업에서는 불가능했던 압도적인 피드백 속도를 자랑합니다. 수만 번의 비행 시험 결과가 실시간으로 공유되고 즉각적으로 코드 업데이트에 반영되는 개방형 구조는, 소형 드론 기술이 단기간에 글로벌 시장을 형성할 수 있었던 핵심 동력이 되었습니다. 한국항공우주연구원에서는 이러한 오픈소스 자원을 적극 도입하여 중형급 이상의 특수 무인 항공기 최적화 연구를 수행하고 있습니다. 특히 수직 이착륙과 고속 비행이 모두 가능한 VTOL 기체는 멀티콥터 모드에서 고정익 모드로 전환되는 천이 구간의 정교한 제어가 비행의 성패를 좌우합니다. 연구팀은 검증된 PX4 알고리즘을 베이스라인으로 활용하되, 50kg급 이상의 대형 기체 특성에 맞추어 제어 로직을 개조하고 반복적인 시뮬레이션을 통해 안정성을 다듬어 나가고 있습니다. 처음부터 모든 코드를 독자 개발하던 방식에서 벗어나 유연한 오픈소스 전략을 취함으로써 개발 효율을 극대화한 사례입니다. 기체 설계 단계의 정밀도를 높이기 위해 서울대학교와 공동으로 구축한 소형 드론 최적 설계 소프트웨어도 중요한 성과 중 하나입니다. 이 시스템은 사용자가 특정 비행 임무 조건을 입력하면, 그 목적에 가장 적합한 프로펠러 인치 수와 모터 사양, 배터리 용량의 조합을 자동으로 계산하여 제안합니다. 농약 살포나 장거리 배송처럼 구체적인 목표에 따라 비행 성능을 최적화함으로써 임무 성공률을 높이고 기체 제작의 시행착오를 줄여줍니다. 해당 기술은 국내 드론 기업들에게 무료로 배포되어 실제 현장에서 좋은 반응을 얻었으며, 현재는 체계적인 오픈소스 라이선스 관리를 통해 지속적인 업데이트 환경을 구축하고 있습니다. 마지막으로 모델링 및 시뮬레이션 공정에도 최신 디지털 툴과 오픈소스의 결합이 빛을 발하고 있습니다. 상용 모델링 프로그램과 오픈소스 유체 해석 프로그램인 오픈폼을 연동하여 설계 자동화 프로세스를 완성한 것이 대표적인 연구 결과입니다. 엑셀에 매개변수를 입력하는 것만으로 기체의 형상을 즉시 변경하고 공력 성능을 고정밀도로 해석할 수 있어, 수작업에 의존하던 과거 방식보다 연구 속도를 비약적으로 높였습니다. 항공우주 도메인 전문가들이 이러한 고성능 오픈소스 툴을 자유자재로 활용하게 된 것은 미래 무인 이동체 기술 경쟁력을 확보하는 데 있어 매우 강력한 무기가 될 것입니다.

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