재료연구소, 무인기용 연료전지 동력원 기술 국산화 개발
[보안뉴스 박미영 기자] 재료연구소(KIMS) 실용화연구단 표면공정연구실 양철남 박사 연구팀은 연료전지 동력원과 무인기를 자체 개발해 자동항법을 통해 4시간 30분의 공중 시험 비행에 성공했다.
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연료전지 동력원은 80℃ 이하의 저온에서 작동되며, 소음과 진동이 낮아 음향센서 및 열 감지에 의한 추적이 쉽지 않다. 군용으로 활용할 경우 은닉성이 매우 뛰어난 장점이 있으며, 민수용으로 활용할 경우 산불 감시, 내수면 연안 감시, 환경 감시, 맵핑 등 다양한 활용이 가능하다.
양철남 책임연구원은 기존 무인기에 적용되고 있는 엔진기의 높은 소음과 진동 문제 및 낮은 에너지 효율을 해결하고 이와 함께 전기 추진 무인기의 동력원인 배터리의 낮은 에너지 밀도로 인한 짧은 체공 시간 문제를 개선하기 위해 연료전지 기술을 무인기에 적용해 기존 엔진 및 배터리의 단점인 소음과 진동 그리고 낮은 에너지 밀도를 해결하고자 개발에 착수했다.
양 책임연구원은 무인기 동력원으로 연료전지와 배터리를 동시에 사용할 수 있는 하이브리드 방식을 적용했다.
이를 통해 이륙과 공중에서 무인기의 고도 상승 및 경로(way-point)를 따라 자동 비행 시 요구되는 다양한 출력 변화에 대응하고, 수소탱크 및 연료전지 동력원을 적용할 수 있도록 기체를 제작해 비행 안정성과 비행 시간까지 확보했다.
그 결과, 기존의 조종자가 수동으로 무인기를 조종해 기록한 비행 시간 1시간 24분을 대폭 뛰어넘어 자동항법으로 경로 비행을 하면서 4시간 30분의 연속 비행에 성공할 수 있었다.
연구팀은 향후 6시간·8시간·10시간으로 연속 비행 시간을 단계적으로 연장하고, 실제 다양한 임무를 수행할 수 있도록 개발해 나갈 예정이다.
연료전지 동력원을 적용한 무인기의 장시간 체공 비행은 현재 사용 중인 전기 추진 무인기의 배터리 동력원의 짧은 체공 시간 문제를 해결할 수 있다는 장점이 있다. 이는 임무 수행 시간 연장에 응용이 가능해 산불 감시, 내수면 및 연안 감시, 맵핑, 지형 탐색 및 항공 촬영 등에 활용될 수 있다.
국내 시장 규모는 아직 개발 초기 단계로 시장이 크게 형성돼 있지는 않다. 현재 국내는 대부분의 연료전지 동력원을 해외로부터 아웃소싱을 받아 시험하고 있는 실정이다. 해당 기술 개발을 통해 국산화에 의한 수입 대체 효과는 물론 해외로의 수출도 가능할 것으로 전망된다.
연구팀은 무인기용 연료전지 동력원 기술을 연구소기업인 무인기술과 무인기 관련 업체에 기술이전해 3년 이내에 상용화를 목표로 하고 있다. 상용화가 진행될 경우 연 10억원의 매출을 올릴 수 있을 것으로 예측하고 있다.
연구책임자인 양철남 책임연구원은 “해당 기술이 상용화될 경우 기존 전기 추진 무인기의 동력원인 배터리를 적용한 것에 비해 무인기의 임무 수행 시간이 연장돼 군용 및 민수용 등으로 다양한 수요를 충족시킬 수 있을 것으로 기대된다”고 말했다.
한편, 이번 연구는 재료연구소 민간수탁활성화사업인 ‘경로 기반 자율비행 무인기 및 연료전지 동력원 개발’ 과제의 일환으로 수행됐다.
[박미영 기자(mypark@boannews.com)]
[보안뉴스 박미영 기자] 재료연구소(KIMS) 실용화연구단 표면공정연구실 양철남 박사 연구팀은 연료전지 동력원과 무인기를 자체 개발해 자동항법을 통해 4시간 30분의 공중 시험 비행에 성공했다.
[사진=재료연구소]
연료전지 동력원은 80℃ 이하의 저온에서 작동되며, 소음과 진동이 낮아 음향센서 및 열 감지에 의한 추적이 쉽지 않다. 군용으로 활용할 경우 은닉성이 매우 뛰어난 장점이 있으며, 민수용으로 활용할 경우 산불 감시, 내수면 연안 감시, 환경 감시, 맵핑 등 다양한 활용이 가능하다.
양철남 책임연구원은 기존 무인기에 적용되고 있는 엔진기의 높은 소음과 진동 문제 및 낮은 에너지 효율을 해결하고 이와 함께 전기 추진 무인기의 동력원인 배터리의 낮은 에너지 밀도로 인한 짧은 체공 시간 문제를 개선하기 위해 연료전지 기술을 무인기에 적용해 기존 엔진 및 배터리의 단점인 소음과 진동 그리고 낮은 에너지 밀도를 해결하고자 개발에 착수했다.
양 책임연구원은 무인기 동력원으로 연료전지와 배터리를 동시에 사용할 수 있는 하이브리드 방식을 적용했다.
이를 통해 이륙과 공중에서 무인기의 고도 상승 및 경로(way-point)를 따라 자동 비행 시 요구되는 다양한 출력 변화에 대응하고, 수소탱크 및 연료전지 동력원을 적용할 수 있도록 기체를 제작해 비행 안정성과 비행 시간까지 확보했다.
그 결과, 기존의 조종자가 수동으로 무인기를 조종해 기록한 비행 시간 1시간 24분을 대폭 뛰어넘어 자동항법으로 경로 비행을 하면서 4시간 30분의 연속 비행에 성공할 수 있었다.
연구팀은 향후 6시간·8시간·10시간으로 연속 비행 시간을 단계적으로 연장하고, 실제 다양한 임무를 수행할 수 있도록 개발해 나갈 예정이다.
연료전지 동력원을 적용한 무인기의 장시간 체공 비행은 현재 사용 중인 전기 추진 무인기의 배터리 동력원의 짧은 체공 시간 문제를 해결할 수 있다는 장점이 있다. 이는 임무 수행 시간 연장에 응용이 가능해 산불 감시, 내수면 및 연안 감시, 맵핑, 지형 탐색 및 항공 촬영 등에 활용될 수 있다.
국내 시장 규모는 아직 개발 초기 단계로 시장이 크게 형성돼 있지는 않다. 현재 국내는 대부분의 연료전지 동력원을 해외로부터 아웃소싱을 받아 시험하고 있는 실정이다. 해당 기술 개발을 통해 국산화에 의한 수입 대체 효과는 물론 해외로의 수출도 가능할 것으로 전망된다.
연구팀은 무인기용 연료전지 동력원 기술을 연구소기업인 무인기술과 무인기 관련 업체에 기술이전해 3년 이내에 상용화를 목표로 하고 있다. 상용화가 진행될 경우 연 10억원의 매출을 올릴 수 있을 것으로 예측하고 있다.
연구책임자인 양철남 책임연구원은 “해당 기술이 상용화될 경우 기존 전기 추진 무인기의 동력원인 배터리를 적용한 것에 비해 무인기의 임무 수행 시간이 연장돼 군용 및 민수용 등으로 다양한 수요를 충족시킬 수 있을 것으로 기대된다”고 말했다.
한편, 이번 연구는 재료연구소 민간수탁활성화사업인 ‘경로 기반 자율비행 무인기 및 연료전지 동력원 개발’ 과제의 일환으로 수행됐다.
[박미영 기자(mypark@boannews.com)]
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[2025-04-07] 
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