“12시간 연속 비행” 세계 최고기록…토종 ‘연료전지 무인기’ 떴다

12시간 연속 비행 성공한 KIMS 연료전지 추진 무인기.[KINS 제공]

[헤럴드경제=구본혁 기자] 한국재료연구원(KIMS) 재료공정연구본부 항공우주재료실증센터 양철남 박사 연구팀이 1.2kW(킬로와트)급 연료전지를 자체 개발, 무인기에 탑재해 12시간 이상 공중 실증 비행에 성공했다. 이는 국내 기술로 개발된 무인기용 연료전지 동력원이 수행한 최장 시간 공중 비행이다. 또한, 민수용 기준으로는 세계 최고 수준이다.

기존 무인기는 일반 배터리를 사용해 에너지 밀도가 낮아 장시간 비행이 어려웠다. 또한, 내연기관 엔진의 경우, 장시간 운용은 가능하지만 소음과 진동, 배기가스, 낮은 효율 등에서 단점이 있었다. 이번 연구성과는 배터리의 한계를 뛰어넘으면서도 친환경적이고 효율적인 연료전지 동력원을 개발하고, 12시간 이상의 체공이 가능한 전동 추진 무인기를 실현했다는 데에 큰 의미가 있다.

연구팀은 1.2kW급 연료전지 스택과 주변 장치를 통합한 연료전지 시스템을 자체 제작해, 수소탱크 및 배터리와의 하이브리드 구성을 무인기에 적용했다. 이를 기반으로 진행된 시험 비행에서 해당 무인기는 총 755.6 km의 거리를 12시간 이상 안정적으로 비행했다. 비행 중 평균 출력은 약 655W(와트), 에너지 밀도는 606Wh/kg(와트아워 퍼 킬로그램)로 측정됐다.

복합재 무인기 제작 및 지상 기체 공중비행 실험을 준비하는 모습.[KIMS 제공]

이 무인기는 길이 3.7m, 윙스팬 7.6m급 복합재 고정익(fixed-wing) 기체로 제작됐다. 자동항법(Autopilot system) 장치를 탑재해 이륙 후 전 구간을 사전 설정된 경로에 따라 안정적으로 비행했다. 또한 기체 내 무게중심 설정, 연료전지와 배터리의 하이브리드 전원 구성을 최적화했고, 공중 수소탱크 압력 모니터로 비행 시간 예측 및 수소 탱크 잔량 확인을 통해 안정적인 장시간 운용에 성공했다.

연료전지를 사용하는 무인기는 소음과 진동이 적고 열 감지가 어려워 군용 정찰을 비롯해 장거리 항공 촬영, 해안선 및 내수면 감시, 대기환경 모니터링, 재난 현장 대응, 산업 인프라 감시 등 다양한 민수·군수 분야에 폭넓게 활용될 것으로 기대된다. 또한 산악지형이 많은 국내에서 응용 가능성이 높다는 점도 특징이다.

양철남 박사는 “이번 성과는 연료전지 동력원 무인기 기술을 10년 이상 축적해 온 결과로, 향후 액체수소 연료 및 고밀도 스택 개발을 통해 24시간 연속 비행도 실현하겠다”며 “우리 기술로 개발된 연료전지 시스템이 국내 무인기 산업 자립에 크게 기여하게 될 것”이라고 밝혔다.