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Nikkei X-TECH_2023.5.19

방위 테크
주요 인프라 공격 드론을 격퇴
미쓰비시전기(三菱電機), 전파방해장치 개발

미국의 ABC News는 2021년 11월, 미국 펜실베이니아 주의 변전소 인근에서 2020년 7월 추락한 드론은 변전소의 전자기기를 파괴하기 위해 비행한 것일 가능성이 높다고 보도했다. 이 드론은 중국 DJI의 멀티콥터를 개조한 것이라고 한다.

다행히 이 공격으로 전력 공급이 중단되거나 변전소 설비가 손상되지는 않았지만, 이 사건 조사를 맡은 미국의 연방수사국(FBI), 국토안보부(DHS), 국가테러대책센터(NCTC) 등 3개 기관은 이 사건이 개조 드론을 사용해 에너지 인프라를 표적으로 한 미국 최초의 사례라고 결론지었다.

앞으로도 이러한 공격은 세계 곳곳에서 일어날 수 있다. 기술적으로 비교적 저렴한 시판 드론을 사용해 주요 인프라 등을 공격할 수 있기 때문이다.

드론 공격에 대한 대처에는 고출력 레이저나 고출력 마이크로파로 드론을 격추하거나, 그물로 포획하는 등 여러 방법이 있다. 그 중에서도 실용화에서 앞서고 있는 것이 ‘전파탐지방해장치’이다. 국내에서는 미쓰비시전기가 개발해 이미 국내외 관공서에 납품한 실적이 있다.

전파탐지방해장치는 감시 대상 구역 내에 침입해 온 드론과 그 조작기(프로포셔널) 간의 통신을 원거리에서 탐지하고, 제어신호에 대해 같은 주파수의 방해파를 내보내 간섭시켜 통신을 방해한다. 제어신호를 수신할 수 없게 된 드론은 일반적으로 비상착륙을 하거나 자율적으로 출발지점으로 귀환하게 된다.
 

다른 방식과 비교해 전파탐지방해장치의 최대 장점은 “탐지 대상 구역 안에 있을 경우, 고속으로 날아오는 복수의 드론에 대해 동시에 대응할 수 있다”(미쓰비시전기 전자통신시스템제작소 전자파·정보시스템부 전자파시스템 제4과의 야마모토(山本) 씨)라는 점이다.

지상에서 2차 피해가 발생하지 않는다는 것도 장점 중 하나다. 예를 들어, 고출력 레이저로 드론을 격추하는 기술도 있지만, 만약 드론에 폭탄이 탑재되었을 경우에는 격추하더라도 지상에서 2차 피해가 발생할 위험이 있다.

-- 대상은 시판중인 멀티콥터 --
미쓰비시전기의 전파탐지방해장치는 1대로 최대 거리 3㎞, 수평·수직 45도 내에 침입하는 드론에 대응할 수 있다. 만약 8대를 사용한다면 360도 커버가 가능하다. 3km라는 수치는 거점 공항과 원자력발전소, 자위대 설비 등 중요 시설을 광역에서 지키는 것을 염두에 두고 설계한 것이라고 한다.

방해 대상은 통신에 와이파이를 사용하는 민생용 멀티콥터형 드론이다. 주파수는 와이파이에서 사용되는 920MHz, 2.4GHz, 5.7~5.8GHz에 대응한다. 한편, 와이파이를 사용하지 않는 군용 등 고정날개형 드론의 경우, 대응이 불가능하다.

멀티콥터형 드론과 프로포셔널 간의 통신은 프로포셔널에서 드론에 비행을 제어하는 신호를 보내는 업링크와 드론에서 프로포로셔널에 카메라로 촬영한 영상과 기체 정보 등을 보내는 다운링크로 구성된다. 전파탐지방해장치는 기본적으로 다운링크 신호를 수신해 원거리에서 드론의 존재를 탐지하고 방해전파를 내보내 업링크 신호가 드론에 도달하지 못하도록 해 비행을 방해한다.

장치는 ‘공중선부(空中線部)’와 ‘송수신부’, ‘조작부(PC)로 구성되어 있다. 공중선부는 송수신 겸용 안테나로, 전파의 포착 및 발사를 담당. 송수신부는 포착한 전파의 신호 처리와 방해용 신호 생성을 실시한다.

대기 중에는 와이파이 주파수대의 다양한 전파가 난무하고 있다. 전파탐지방해장치는 대기 중 여러 가지 수신 신호를 처리해 대역폭, 신호 길이, 신호의 시간 간격 등의 특징량을 통해 드론 신호를 판별한다. 미쓰비시전기가 “방위 분야의 전자전(EW) 기술로 쌓아온 노하우를 활용하고 있다”(야마모토 씨)라고 한다.

그 다음, 송수신부에서 제어신호와 동일한 주파수의 방해 전파를 생성하여 출력한다. “정규 업링크 신호에 대해 보다 큰 전력의 방해 전파를 씌우면, 드론이 방해 전파에 파묻힌 제어 신호를 수신할 수 없게 된다”(야마모토 씨)

방해 전파의 출력은 920MHz와 2.4GHz가 4W, 5.7~5.8GHz는 8W이다. 5GHz대가 대기 중에서의 감쇠가 크기 때문에 출력이 높다. 또한 출력 값은 최대 3km의 거리를 커버하는 것을 전제로 역산으로 산출된 것이라고 한다.

-- 스웜 공격에는 GPS 방해 전파로 --
최근에는 프로포셔널을 사용하지 않고 미리 지정된 루트를 비행하는 자율비행형 드론이 늘고 있다. 미쓰비시전기의 장치는 드론이 내보내는 다운링크 신호를 탐지하기 때문에 자율비행형이라도 영상신호 등을 전송하면 탐지가 가능하다.

문제는 방해 전파의 효과가 있는지 여부인데 드론의 상당수는 분실 등을 막기 위해 업링크 신호가 확립된 상태에서만 GPS에 의한 자율비행을 실현할 수 있는 인터락(Interlock) 기능이 설정되어 있다. 이 상태에서 방해 전파를 내보내면 업링크 신호가 드론에 도달하지 않아 드론이 긴급 착륙하거나 귀환을 한다고 한다.

지상과 전파를 일절 주고받지 않고 GPS 신호만을 수신해 자율비행하는 드론도 있다.향후의 큰 위협으로 여겨지고 있는, 다수의 드론 비행을 제어해 목표를 향하게 하는 스웜 공격에 사용되는 드론이 이러한 타입이다.

이러한 스웜 공격에는 대처할 수 있을까? 야마모토 씨는 “다운링크 신호를 보내지 않는 드론 탐지는 불가능하지만, 카메라나 레이더, 육안 감시 등으로 드론의  침입을 탐지한 뒤 GPS를 방해하는 전파를 내보내 스웜 공격에 대처하는 것도 가능하다”라고 한다.

이 장치는 업링크 신호와 같은 주파수의 방해 전파를 내보내는 것 외에도 GPS 방해 전파를 내보내는 기능을 표준으로 갖추고 있다. 최대 3km, 수평·수직 45도 범위에서 GPS 신호만 수신해 항행하는 자율비행형 드론의 비행을 방해할 수 있다.

참고로 국내에서 전파탐지방해장치를 운용할 경우에는 '제3급 육상특수무선기사' 이상의 무선면허가 필요하다. 또한 방해 전파가 발생할 시에는 3㎞ 밖 주변 지역에서도 와이파이 전파 장애 등의 영향이 나타날 수 있다. 이 때문에 일본 내에서의 운용 시에는 총무성과의 조정이 필요하다.

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