해양자원 조사부터 지형·지질 연구, 연안·대륙붕 관측에 이르기까지 국가 정책 수행에 필요한 핵심 기능을 독자적으로 수행함으로써 국가 해양 역량의 실질적 강화에 기여할 수 있는 ‘천해용 수중 모빌리티’ 개발이 추진되고 있어 시선이 집중되고 있다.
이 기술은 해양 건설·인프라 유지관리의 안전성과 효율을 동시에 높이는 한편, 수중 장애물 탐색, 수색·구난 시 고해상도 정보를 제공할 수 있어 사고 대응 시간 단축은 물론 국내 수중 기술 생태계 활성화에도 큰 도움을 줄 것으로 기대를 모으고 있다.
총 3명 탑승, 중량 3톤 내외, 6시간 동안 연속 운영 가능
해양자원 조사부터 지형·지질 연구 연안·대륙붕 관측까지
수중 장애물 탐색 수색·구난 시 고해상도 정보 제공 ‘한몫’
국내 해역 중 300m 이내의 천해환경은 구조물 점검, 지형·지질 조사, 해양 재난 대응 등 국가적, 연구적, 상업적 활용도가 매우 높은 영역으로, 수중 작업을 안정적이고 안전하게 수행하기 위해서는 유인 기반의 수중 모빌리티 기술 확보가 필수적이다.
하지만, 세계 최고 수준의 디젤 잠수함 개발 기술을 확보하고 있음에도 불구하고, 소형 유인잠수정 개발 경험은 매우 제한적이며, 수중 추진기를 비롯한 항법센서, 카메라 등 해외 기술에 크게 의존하고 있는 실정이다.
이 같은 환경에서는 국가의 전략적 해역 조사, 해저 인프라의 건설·유지관리, 해양 재난 대응 등을 안정적으로 수행하는 데 한계를 갖는다.
특히, 시시각각 변화하는 수중 구조·구난 시 무인장비만으로 대응하기에는 기술적 한계와 위험 요인이 많은 만큼 현장에서 즉각 판단하고 입체적 대응이 가능한 유인 기반의 대응 기술이 선제적으로 확보돼야 한다.
즉, 해양영토 개발 및 확장을 위한 해양생물과 지형, 광물 탐사 시 수중에서 자유롭게 이동이 가능한 대한민국 브랜드의 천해용 수중 모빌리티 개발이 필요하다.
또한, 안전한 해양레저 장비산업 활성화와 해저공간 창출 등 해양산업 활성화를 위해서도 수중 모빌리티 기술 확보가 이뤄져야 한다는 목소리가 높아지고 있다.
수중 모빌리티는 수중에서 이동 편의성을 제공하고 교통, 운송 및 부대 서비스 기능을 제공할 수 있는 체계를 말한다.
특히, 수중 모빌리티 시스템은 해양과학기술의 집약체로, 단순한 수중 이동 수단은 물론 수중센서, 내압구조물, 생명유지, 극한환경 속 배터리 운용 등 해양 관련 소재·부품·시스템 산업 전반에 걸쳐 기술 확장이 가능하다.
이에 해양수산부와 해양수산과학기술진흥원의 지원 아래 한국해양과학기술원을 주관기관으로 지난해부터 ‘천해용 수중모빌리티 기술 개발 사업’이 진행되고 있다.
이번 연구 사업은 해양산업 활성화를 위해 수중에서 원활한 이동 수단을 제공할 수 있는 천해용 수중 모빌리티 기술 개발을 목표로, ‘천해용 유인잠수정 시스템’과 ‘비상탈출시스템이 적용된 안전 및 생명유지 기술’ 개발 연구를 중심으로 진행하고 있다.
연구내용
이번 연구의 핵심기술은 ‘수심 300m급 소형 유인잠수정 설계 기술’과 ‘Fail-safe 기능이 적용된 선체 제어 기술’, ‘비상탈출시스템이 적용된 안전 및 생명유지기술’ 등이다.
세부적으로 살펴보면, ‘수중 모빌리티 선체 개발’ 부문에서는 수심 300m급 선체 설계·제작 기술과 수중 모빌리티 파워팩 시스템 개발 연구를 진행하고 있다.
‘선체 정밀제어 및 운영시스템 개발’ 부문에서는 항법·유도·제어 알고리즘을 비롯한 Fail-safe 기능, 헬스모니터링 시스템, 수중 모빌리티용 블랙박스, 선상관제시스템, 운영시뮬레이터 개발 연구와 함께 육상관제시스템 구축 연구가 이뤄지고 있다.
‘안전 및 생명유지 기술 개발’ 부문에서는 비상탈출시스템과 함께 선내 공조시설, 공기질 모니터링 시스템, 공기정화장치, 비상공기공급장치 개발에 나서고 있다.
또한, 유인잠수정 체계 실험 총괄표·절차서와 평시·비상시 운영시나리오, 유인잠수정 운영 및 확산을 위한 법·제도, 유인잠수정 교육시스템 개발 연구도 병행하고 있다.
육상·수조 및 실해역에서 성능실험도 추진할 예정이다.
이 같은 연구를 통해 선보일 ‘천해용 수중모빌리티’는 총 3명이 탑승하는 구조로, 최대 운영 수심 300m, 총 중량 3톤 내외, 6시간 동안 연속 운영이 가능하다.
특히, 국내에서 운영 중인 잠수정의 관측창 형태가 탑승자의 시야가 제한되는 평면형 관측창인데 반해 개발 기술은 반구형태의 관측창을 적용, 탑승자의 수중 시야 확대가 가능하다.
이를 위해 연구진은 현재 다채널 광학영상을 활용한 전방위 수중환경 관찰시스템인 ‘수중 3D 어라운드뷰 시스템’을 개발하고 있다. 이 시스템은 관측창 밖 비가시 영역 관찰이 가능해 특이 해양생물 관찰이나 수중 구조물과의 충돌 회피가 가능하다.
이외에도 밀폐공간 내 생명유지장치는 운영 효율성 증대를 위해 모듈화된 장치를 적용해 사용된 소모품만 교체할 수 있도록 개발하고 있다.
이 장치는 사용 시간과 용량을 가변할 수 있어 향후 개발될 대규모 밀폐 생활공간인 해저기지, 우주정거자 등에도 적용 가능하다.
한편, 이번 연구는 혁신성이라는 측면에서 크게 주목받고 있다.
연구진은 어떠한 경우라도 유인잠수정을 수면으로 복귀하도록 하기 위한 ‘Fail-safe 기능이 탑재된 제어시스템’ 등 3중 안전장치를 적용할 예정이다.
‘Fail-safe 기능이 탑재된 제어시스템’은 선체 추진기 등 주요 기기가 일부 파손 또는 오동작하더라도 정상 작동이 가능한 잔여 장치를 이용해 수면 복귀를 수행한다.
또한, 유인잠수정에 연결된 ‘비상견인장치’를 수면으로 사출, 수상에 대기 중인 지원 선박이 잠수정을 수면으로 강제 복귀시킨다.
‘비상탈출시스템’은 비상견인장치로 견인이 불가능할 경우 내압동체 외벽에 부착된 중량의 부착물을 탈거해 내압동체를 강제로 수면으로 부상시키는 시스템이다.
이외에도 예기치 못한 불의의 사고가 발생할 경우 원인 분석과 대책을 강구할 수 있는 수중 모빌리티용 블랙박스도 개발, 적용할 예정이다.
기대효과
이 사업은 국가 해양역량의 실질적 강화에 크게 기여할 것으로 기대를 모으고 있다. 해양자원 조사, 지형·지질 연구, 연안·대륙붕 관측 등 국가 정책 수행에 필요한 핵심 기능을 독자적으로 수행할 수 있다.
해양 건설·인프라 분야에서도 큰 역할을 담당할 것으로 예상된다. 기존 잠수사에 의존하던 해저케이블이나 해상풍력 구조물 점검, 항만시설의 수중부 조사 등을 보다 안전하고 정확하게 수행할 수 있다. 이는 인프라 유지관리의 안전성과 효율을 동시에 높이는 결과로 이어질 것으로 전망된다.
재난·사고 대응 측면에서도 활용도가 높을 것으로 보인다. 실제로 선체 사고, 수중 장애물 탐색, 수색·구난 등에서 유인잠수정은 고해상도 정보를 제공하며 사고 대응 시간을 단축할 수 있다.
인 / 터 / 뷰
탑승자 안전 요소 정밀 설계
최대 수심 도달 ‘세계 3번째’
한국해양과학기술원 신창주 책임연구원은 “이번 ‘천해용 수중모빌리티 기술개발 사업’은 국가 해양 역량을 실질적으로 강화하기 위한 국내 최초의 300m급 유인 수중모빌리티 플랫폼 기술 개발 사업”이라고 소개했다.
이어 “특히, 이번 연구 사업은 향후 수심 6,000m와 1만 1,000m 심해 기술로 확장하기 위한 핵심기술 확보를 위한 기반 단계로 의미가 크다”며, “현재 미국, 중국만이 보유한 1만 1,000m급 유인잠수정 기술을 향후 우리나라가 확보할 경우 세계 최대 수심에 도달한 세계 3번째 국가가 되는 만큼 기술 개발에 집중하고 있다”고 밝혔다.
현재 연구진은 현재 수심 300m 이내의 천해 환경에서 안정적으로 운용할 수 있는 핵심기술 확보에 나서고 있다.
신 박사는 “목표 수심은 300m지만 안전보장을 위해 수심 450m의 수압에서도 견딜 수 있도록 내압 동체 설계를 진행하고 있다”며, “특히, 탑승자의 안전보장을 위한 생명유지장치, 비상탈출 시스템, 공기정화 시스템 등 필수 안전 요소를 정밀하게 설계하고 있다”고 말했다.
또한, 수중운항 중 돌이킬 수 없는 비상상황 발생 시 탑승자가 반드시 수면으로 복귀할 수 있도록 일부 장치가 작동되지 않는 상황에서도 목표 지점까지 안전 운항이 가능한 기술 개발에도 심혈을 기울이고 있다.
이어 “현재 Fail-safe 기능, 수상에서 대기 중인 지원 선박이 잠수정을 견인할 수 있는 견인 부이 사출 기술, 탑승자가 있는 내압동체 강제사출과 같은 3단계 비상탈출 시스템 기술 개발을 추진하고 있다”고 설명했다.
수심 450m 수압도 ‘거뜬’ 내압 동체 설계 진행
신 박사는 향후 도출될 성과에 대해 “사업이 완료되는 2030년 말에는 300m급 유인 수중모빌리티 1기와 이를 운영하기 위한 관제·운항 시스템, 안전성 평가 기술, 유지보수 인프라 등 일련의 핵심 기반을 확보하게 된다”고 말했다.
이어 “이 장비는 해저케이블을 비롯한 도관, 해상풍력 기초부, 방파제 등 해양 인프라 요소의 정밀 점검은 물론 연구·산업·안전 분야 전반에서 활용 가능한 범용 수중 플랫폼이 될 것”이라고 전망했다.
또한, 개발 과정에서 확보되는 내압설계·전장기술·제어 알고리즘 등은 향후 심해용 유인잠수정 개발로 이어지는 매우 중요한 자산이 될 것으로 기대를 모으고 있다.
한편, 향후 개발되는 장비와 기술은 해양·건설·안전·산업 등 여러 분야에서 폭넓게 활용될 것으로 예상된다.
신 박사는 “해저케이블, 파이프라인, 해상풍력 등 해양 인프라의 정밀 점검과 유지관리에 우선적으로 적용될 수 있고, 항만시설과 방파제, 연안 구조물의 상태를 보다 신뢰성 있게 파악하는 데에도 활용될 것”이라고 밝혔다.
이어 “또한, 해양경찰 등 공공기관과 연계해 해양 재난·사고 대응, 구조·구난 작업, 침몰선 조사 등 안전 분야에서도 중요한 역할을 할 수 있다”고 강조했다.
연구 분야에서는 수중 생태·지형 자료 수집, 시료 채집, 지질·지형 조사 등 다양한 과학 연구 활동에 활용될 수 있으며, 민간 영역에서는 레저·촬영 등 신규 수요 창출 효과도 거둘 것으로 보인다.
신 박사는 “궁극적으로는 이번 사업을 통해 확보되는 기술과 인프라가 국내 수중 모빌리티 산업의 성장 기반을 마련하고, 더 나아가 향후 심해용 유인잠수정 개발로 확장될 수 있는 중요한 출발점이 될 것”이라고 말했다.
