해양 무인시스템의 객관성과 신뢰성 확보를 목표로 ‘해양 무인시스템 실증시험·평가기술 개발’ 연구사업이 한국해양과학기술원을 주축으로 한창인 가운데, 실해역에서의 정밀한 성능검증 시험을 수행할 수 있는 ‘내해 실증시험장 구축’ 연구가 선박해양플랜트연구소 중심으로 진행되고 있다.
특히, 이 연구에는 유·무인잠수정 운용 분야에서 세계적으로 기술력을 인정받고 있는 ㈜아쿠아드론이 참여해 시험·평가 항목 중 핵심 요소인 ‘내해 수중계측시스템 구축’ 연구를 성공적으로 수행하며 연구의 완성도를 한껏 끌어올리고 있어 관심을 끌고 있다.
송·수파기 통해 ‘음파 발진’ 왕복 신호소요 시간 측정해 거리 도출
정밀도 갱신율 향상 ··· 오차 범위 50cm(CEP) 미만으로 감소 목표
㈜아쿠아드론에서는 수중에서 기동하게 될 피시험체의 정밀한 위치정보 획득을 목표로 새만금 지역에서 진행될 시험·평가 항목 중 핵심 요소로 평가받고 있는 ‘내해 수중계측시스템 구축’ 연구에 역량을 집중시키고 있다.
수중계측시스템의 주요 장치는 음파를 이용한 수중 위치추적시스템으로, USBL(Ultra short base-line) 모드(Mode)로 운용된다.
운용 원리를 살펴보면, 수중에서 기동하는 피시험체에 음파 발신원을 부착하고, 해상 기동 모선의 송·수파기를 통해 음파를 발진, 피시험체의 음파 발신원에서 반사된 음파 신호의 왕복 소요 시간을 정밀 측정해 거리를 도출한다.
이후 삼각측량법을 통해 모선과 피시험체의 상대 위치를 산출하고, 다시 모선에 부착된 위성항법시스템(GNSS)을 활용해 절대 좌표값으로 변환, 산출하는 원리다.
이때 수중에서 기동하는 피시험체나 해상 모선의 경우 파고와 해류, 바람 등 외란 요소들에 의해 지속적으로 흔들리기 때문에 회득 데이터의 정밀도를 보정하는 것이 필수적이다.
이에 연구진은 6자유운동을 통해 감지되는 선형·각가속도를 모션센서로 측정하고, DVL(Doppler Velocity Log)을 적용해 해저면에 반사돼 돌아오는 음파의 주파수 변이를 통해 피시험체의 3차원 순간이동속도를 높은 정밀도로 측정하게 된다.
즉, 모든 데이터를 순간적으로 가감, 보완하는 방식으로 정밀도와 갱신율을 향상시킴으로써 오차 범위를 50cm(CEP) 미만으로 줄이는 것을 이번 연구의 목표로 하고 있다.
6자유운동은 3차원 공간에서 세 방향으로 회전하는 회전 운동과 평행하게 이동하는 병진 운동이 합쳐진 물체의 6가지 움직임을 말한다.
한편, ㈜아쿠아드론은 지난해 수중계측시스템 설계를 위한 내해 시험장 환경파악 및 수중계측시스템 설계 연구를 성공적으로 수행하고, 올해는 내해시험장 수중계측시스템 구축에 박차를 가하고 있다.
남은 연구기간 동안에는 수중계측시스템 단독성능시험을 비롯해 수중계측시스템 플랫폼 연동 측위 시스템 성능시험, 수중계측시스템 이용 해양 무인시스템 시험평가 데모 지원 등의 연구를 진행할 계획이다.
㈜아쿠아드론은...
지난 1998년 첫발을 내딛은 ㈜아쿠아드론은 미국 국제산업잠수협회(ADCI)와 영국 국제해양공사협의체(IMCA, International Marine Contractors Association)의 수중로봇 및 조사 분야 멤버십을 15년 이상 유지해온 유일한 한국 기업으로 기술력과 풍부한 노하우를 전 세계적으로 인정받고 있다.
IMCA는 전 세계 선급들이 회원사로 참여하는 협의체로, 각종 해양 공사 현장의 기술과 사고를 수집·분석하며, 이를 통해 확립된 해양 안전 법규와 규칙은 선박의 안전성과 성능을 검증하는 수많은 선진 선급사로부터 수용, 채택되고 있다.
㈜아쿠아드론은 특히, 지난 30년 가까이 전 세계에서 수행한 다양한 해양 운영 경험과 기술력을 기반으로 유·무인잠수정 운용 및 관련 기술 컨설팅 분야에서 입지를 견고히 하고 있다.
최근에는 해양과학기술원과 300m급 유인잠수정 공동 개발에 나서고 있어 이목을 집중시키고 있다.
이번 유인잠수정의 테스트 파일럿이기도 한 ㈜아쿠아드론 임흥현 대표는 국내 최초 860m 단독 잠수 경험을 비롯해 과거 우주항공연구원의 KSR-III 시험발사체 인양, 러시아 보물선 돈스코이 발견(세계 최초, 수심 403m) 등 풍부한 경험을 보유하고 있다.
또한, 임 대표는 무인잠수정(ROV) 분야에서 한국 최초로 ROV supervisor를 획득, 국내 유일의 ROV Superintendent로 이름을 알리고 있다.
이 같은 경험을 기반으로 현재 해양과학기술진흥원, 해양과학기술원과 공동으로 국제 인증 IMCA ROV 전문인력 양성교육기관 설립을 추진하고 있다.
㈜아쿠아드론은 해양 구조물 설치 분야에서도 국제적으로 두터운 신임을 받고 있다.
석유를 비롯한 가스 관련 해양 산업(Offshore)의 구조물과 해저 케이블, 파이프 등의 설치를 위해서는 수중 포지셔닝이 필수적이다.
특히, 1,000m 이상의 수심에서 수중 설치 구조물에 대한 센티미터 단위의 정밀 포지셔닝은 고도의 기술로, 세계적으로도 특정 업체들만 가진 독보적인 기술로 알려져 있는 가운데 ㈜아쿠아드론은 대심도에서 이를 구현하며 국제적으로 기술력을 인정받고 있다.
해양 사고 조사 및 인양 분야의 기술력도 눈여겨 볼만 하다.
해상 사고로 인해 선박이 침몰할 경우 수중에서 사고 원인 분석이 이뤄지는 만큼 ㈜아쿠아드론에서는 회사의 특화 기술인 수중 매핑(Underwater Mapping) 기술을 응용해 사고 현장을 3차원으로 구현하고, 과학적이며 체계적인 사고 원인과 인양 방법을 제시하고 있다.
또한, 선박 침몰 시 유류 유출과 확산 가능성에 대비해 유류 확산 지역에 대한 예측과 대비 및 피해액 산정 서비스도 제공하고 있다.
수중 매핑 기술은 다중빔 음향측심(Multibeam echo-sounding), 해저천부지층탐사기(Sub-bottom profiling), 양방향 측면주사(Side scanning), 지자기 탐사(Magnetometer survey) 등 다양한 지구물리탐사를 통해 Offshore 및 기타 구조물 설치를 수행하며, 해양과학 조사에 필요한 각종 데이터를 획득, 생성하는 기술이다.
이외에도 ㈜아쿠아드론은 수중 가시화 및 GIS 구축 분야에서 수중 매핑을 통해 획득한 데이터를 이용, 수중 및 기타 주변 환경을 3차원으로 가시화하고, 관련 정보들을 체계적으로 구축·활용할 수 있는 지리정보시스템을 구축하고 있다.
한편, ㈜아쿠아드론은 현재 해양수산부의 ‘해양 무인시스템 실증 시험·평가기술 개발’ 연구와 ‘천해용 수중 모빌리티 기술 개발’, 국방기술진흥연구소의 ‘저주파 능동소나 반향음의 특성 분석을 통한 잠수함 자동식별 AI 시스템 개발’ 연구에 참여하며 지속가능성 확보에 구슬땀을 흘리고 있다.
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피시험체 수중 위치 속도 취득 ‘완벽’
로봇 등 방위산업 제품들에 ‘큰 영향’
㈜아쿠아드론 임흥현 대표는 “전세계 해양 관련 장비를 총망라하는 체계적이며 종합적인 시험·평가장이 전무한 현 시점에서 해양과학기술원을 중심으로 진행 중인 이번 연구를 통해 선보일 무인 시험·평가기술 관련 테스트 베드 구축은 큰 의미를 갖는다”고 밝혔다.
실제로 이번 연구를 통해 실내 회류 수조와 수심 10m의 3차원 수조를 비롯해 넓고 안정된 해상 테스트를 위한 새만금 내해 시험·평가장, 개방된 해역에서의 깊은 수심 테스트가 가능한 포항 앞바다 외해 시험·평가장 등 다양한 종류의 테스트 베드가 마련될 예정이다.
현재 ㈜아쿠아드론에서는 새만금 지역에 적용할 ‘내해 수중계측시스템 구축’ 연구를 맡아 그동안 축적된 기술력과 노하우를 담아내고 있다.
“매우 정밀하고 객관적 평가 자신”
임 대표는 “수중계측시스템은 새만금 지역의 내해 시험·평가장을 찾게 될 다양한 피시험체의 시험평가 항목 중 수중 위치 데이터와 이를 통해 산출 가능한 속도를 취득할 수 있다”고 말했다.
이어 “특히, 해상과 수중에서의 위치 고정 능력이나 장애물 회피 능력 등 최근 수중 로봇이나 시스템에서 요구되는 다양한 성능에 대한 매우 정밀하고 객관적인 평가가 가능하다”고 강조했다.
이를 통해 각종 방위 산업 제품과 수중 관련 장비의 성능 평가 방식과 수치에 대한 신뢰도를 비약적으로 향상시키는 계기가 마련될 것으로 기대를 모으고 있다. 즉, 더 이상 개발자나 생산자가 내놓는 수치를 맹목적으로 믿지 않아도 된다는 의미로 해석된다.
임 대표는 “이번 연구를 통해 선보일 시험·평가장 및 기술은 향후 수중로봇기술과 이와 직·간접적으로 연결되는 방위 산업에서 개발되는 다양한 제품들의 성능 평가에 큰 영향을 미칠 것으로 판단한다”고 밝혔다.
이어 “더 나아가 실해역에서 수행될 수중 및 해상유전지대 조사와 개발, 수중 무기 및 관련 시스템 등 수중 위치정보가 필요한 각 분야에서 반드시 필요한 필수기술로 자리 잡을 것”이라고 전망했다.
한편, 임 대표는 ㈜아쿠아드론에 대해 “유·무인잠수정 운용에 특화된 기업으로, 수중로봇(ROV)을 개발·운영하고 있다”며, “이와 관련한 정부출연연구소 및 기관에 직·간접적인 자문과 컨설팅을 수행하고 있으며, 수중 이동체 운영에 필수적인 지형정보 등의 매핑을 위한 지구물리탐사도 병행하고 있다”고 소개했다.
이어 “수중 정밀계측시스템은 해양에서 이뤄지는 모든 활동에 필수 불가결한 기술로, 향후 다양한 방산 기술 수요와 연결될 수도 있다”며, “특히, 다년간 중동과 아프리카 지역에서 해양 공사를 수행해온 당사의 실전 역량이 더해진다면 기술의 성숙도를 빠르게 제고할 수 있을 것”이라고 강조했다.
끝으로 임 대표는 “기술은 결국 자본과 필요에 의해 만들어지지만, 현재 우리에게는 자원을 채굴할 해상유전지대가 존재하지 않고, 특히, 해양 수중은 위험과 역경의 대상으로 인식되고 있어 도전을 주저하게 만들고 있다”고 말했다.
이어 “하지만, 해양 산업은 투입 자본의 크기와 이를 통해 얻게 되는 과실이 육상의 어느 산업보다 크고 매력적”이라며, “이번 연구가 해양 산업의 밝은 미래를 비추는 계기가 될 것으로 확신한다”고 덧붙였다.