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Nikkei X-TECH_2023.4.27

방어 테크
수상한 드론을 그물망으로 '생포'
도시바, 세계 첫 방어시스템 개발

수상한 드론(무인항공기)이 경계 공역 구역에 침입해 왔다. 그러자 배치된 대책용 드론이 이륙해 수상한 드론을 자동으로 추적. 다음 순간 대책용 드론은 그물망을 발사해 수상한 드론을 ‘생포’한다. 그 후에 지정된 장소에 안전하게 내려 귀환한다.

이는 도시바 자회사인 도시바 인프라 시스템(Toshiba Infrastructure Systems & Solutions)이 22년 12월에 후쿠시마 로봇 테스트 필드(후쿠시마현)에서 수상한 드론 대책, 즉 ‘카운터 드론 시스템’을 시연했을 때의 모습이다. 카운터 드론의 수단은 여럿이지만 드론이 공중에서 그물망을 던져 ‘생포’하는 시스템은 세계에 유례가 없다.

물류/측량/점검/농업 등 여러 산업에서 많이 활용되고 있는 드론이지만 악의를 가진 자들에게도 편리한 도구인 것은 사실이다. 실제로 세계에서는 과거에 중요한 인프라 시설을 폭탄 공격하거나 공항에 침입해 기능을 정지시키는 등 반사회적 활동에 악용되기도 했다. 우크라이나 전쟁에서는 민생용 멀티콥터형 드론이 정찰과 전차 공격 등에 사용되고 있다.

-- 2차 피해를 방지 --
이런 가운데 방위라는 관점에서 카운터 드론이 점점 더 중요해지고 있다. 도시바 인프라 시스템이 이번 개발에서 중시한 것은 “2차 피해를 내지 않고 안전하고 확실하게 수상한 드론을 지상으로 떨어뜨린다”(전파시스템사업부의 가마다(鎌田) 부장).

카운터 드론의 수단에는 드론에 고출력 레이저를 조사해 격추하는 기술이 있지만 격추된 드론은 지상에 2차 피해를 끼칠 수 있다. 또한 현시점에서는 고출력 레이저의 옥외 사용에 관한 법률이 존재하지 않기 때문에 국내에서 사용할 수 있는 것은 유사시 자위대에 한정될 것으로 보인다.

또한 날아오는 드론에 방해 전파를 보내 기능을 정지시키는 기술도 있지만 방해 전파가 주위에 악영향을 줄 수 있기 때문에 주택 등이 근처에 있는 구역에서는 허가가 없으면 사용할 수 없다. “인구 밀집지에서 경찰 등이 사용할 수 있는 수단은 그물망 포획이 현실적이다”(가마다 부장).

무엇보다 각각의 시스템에는 일장일단이 있다. 그물망 포획 시스템의 단점은 여러 대의 드론 공격에 대처하기 어렵고, 포획할 수 있는 드론의 크기와 무게에 제약이 있다는 점이다.

개발한 시스템은 감지/추적/식별/대처의 4개의 스킴으로 구성된다. 이를 실현하기 위해서 여러 기술을 조합한다. 장거리 레이더, RF센서, 단/중거리 레이더, 카메라, 포획용 드론 등이다.

단/중거리 레이더와 포획용 드론은 도시바 인프라 시스템이 21년 3월에 업무 제휴를 발표하고 1,500만 달러(약 20억 엔)를 출자한 미국 Fortem Technologies가 제공한다. 도시바 인프라 시스템은 드론 탐지를 위한 장거리 레이더와 RF센서 개발, 그리고 전체 시스템 통합을 담당했다.

시스템은 다음과 같이 작동한다. 우선은 장거리 레이더로 비행 물체의 접근을 조기에 파악한다. 탐지 가능한 최대 거리는 20km이다.

통상, 레이더 입장에서는 멀티콥터형 드론처럼 소형/저속의 비행 물체는 감지하기 어려운 대상물이다. 레이더는 도플러 효과를 이용해 검출한다. 대형/고속의 비행 물체는 잘 탐지하지만 드론은 레이더의 전파를 반사하는 단면적이 작은 데다 속도가 느리기 때문에 도플러 효과에 따른 주파수의 변위가 작기 때문이다.

그래서 도시바 인프라 시스템은 드론에 반사돼 돌아오는 미세한 전파를 검출할 수 있는 신호 처리 기술을 개발해 장거리 레이더에 구현했다. 이 기술은 특허를 취득했다고 한다.

그리고 RF센서로 수상한 비행 물체가 드론이라는 것을 확인한다. RF센서는 드론 조종자가 조작하는 ‘Proportional System’이 발신하는 제어신호(상향)나, 드론이 영상을 전송할 때의 신호(하향)를 무수한 전파가 난무하는 가운데 검출한다. RF센서의 감지거리는 최대 4km. 1대로 360°를 커버하는 것도 특징이다.

비행 물체를 추적하는 레이더는 거리에 따라 구분해서 사용할 필요가 있다. 이 때문에 수상한 드론이 더 근접해 오면 최대 1.8km 떨어져 있어도 검출할 수 있는 중거리 레이더, 최대 800m의 단거리 레이더로 전환해 추적한다.

동시에 카메라로 수상한 드론을 촬영해 감시 제어 단말에 탑재된 독자적인 AI(인공지능)로 이미지를 분석한다. 그 종류나 크기, 움직임 등을 바탕으로 목표의 위협 정도를 평가한다.

감시 담당자가 ‘위협’이라고 판단한 경우는 포획용 드론의 발진 명령을 내린다. 그러면 드론이 자동으로 이륙해 수상한 드론을 향해 비행한다. 목표를 자동 추적하면 프로펠러에 그물망을 던져 포획. 미리 지정한 장소로 운반하여 안전하게 내린다. 그 후에 포획용 드론은 제자리로 돌아간다. 수상한 드론을 생포함으로써 소유자를 추정하기가 쉬워진다고 한다.

-- 레이더로 포획 대상을 정확하게 추적 --
포획용 드론은 무게 20kg으로 단거리 레이더와 카메라를 탑재하고 있다. 단거리 레이더를 탑재한 이유는, 자율 비행하면서 대상을 추적해 그물망으로 포획하기 위해서는 기체에서 레이더를 정확히 조사해 거리를 측정해야 하기 때문이다. 지상의 레이더 정보만으로는 오차가 너무 크다고 한다.

그물망을 발사하는 타이밍은 드론에 탑재한 컴퓨터에서 실시간으로 계산해 판단한다. 포획용 드론의 비행시간이나 포획할 수 있는 드론의 크기, 무게 등의 정보는 비공개다.

도시바 인프라 시스템은 이 시스템의 판매 대상을 공항, 방위시설, 발전소, 교도소 등으로 상정하고 있다. 도입할 때는 현장의 니즈나 방어하고 싶은 구역의 크기 등에 따라 레이더의 종류나 설치 대수 등을 커스터마이즈하게 된다.

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