재료연구소(소장 김해두, KIMS) 실용화연구단 표면공정연구실 양철남 박사 연구팀은 연료전지 동력원과 무인기를 자체 개발해 자동항법을 통해 4시간 30분의 공중 시험비행에 성공했다.
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 산불감시, 내수면 연안감시, 환경감시, 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 체공시간 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 비행시간까지 확보했다.
이 결과, 기존의 조종자가 수동으로 무인기를 조종하여 기록한 비행시간 1시간 24분을 대폭 뛰어넘어 자동항법으로 경로비행을 하면서 4시간 30분의 연속 비행에 성공할 수 있었다.
- 연구팀은 향후 6시간, 8시간, 10시간으로 연속 비행시간을 단계적으로 연장하고 실제 다양한 임무를 수행할 수 있도록 개발해 나갈 예정이다.
연료전지 동력원을 적용한 무인기의 장시간 체공 비행은 현재 사용 중인 전기추진 무인기의 배터리 동력원의 짧은 체공시간 문제를 해결할 수 있다는 장점이 있다. 이는 임무수행 시간 연장에 응용이 가능해 산불감시, 내수면 및 연안감시, 맵핑, 지형탐색 및 항공촬영 등에 활용될 수 있다.
국내 시장 규모는 아직 개발 초기단계로 시장이 크게 형성되어 있지 않다. 현재 국내는 대부분의 연료전지 동력원을 해외로부터 아웃소싱을 받아 시험하고 있는 실정이다. 본 기술 개발을 통해 국산화에 의한 수입 대체 효과는 물론 해외로의 수출도 가능할 것으로 전망된다.
연구팀은 무인기용 연료전지 동력원 기술을 연구소기업인 ㈜무인기술과 무인기 관련 업체에 기술 이전해 3년 이내에 상용화를 목표로 하고 있다. 상용화가 진행될 경우 연 10억 원의 매출을 올릴 수 있을 것으로 예측하고 있다.
연구책임자인 양철남 책임연구원은 “본 기술이 상용화될 경우 기존 전기추진 무인기의 동력원인 배터리를 적용한 것에 비해 무인기의 임무수행 시간이 연장되어 군용 및 민수용 등으로 다양한 수요를 충족시킬 수 있을 것으로 기대된다.”고 말했다.
한편 본 연구는 재료연구소 민간수탁활성화사업인 “경로기반 자율비행 무인기 및 연료전지 동력원 개발”과제의 일환으로 수행됐다.