[논문]민간 무인항공기시스템 카테고리 분류에 관한 연구

안효정

doi:10.5139/jksas.2015.43.7.657

민간 무인항공기시스템 카테고리 분류에 관한 연구
A Study of Civil Unmanned Aerial System Category Classification 원문보기

한국항공우주학회지 = Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences, v.43 no.7, 2015년, pp.657 - 667

안효정 (Korea Aerospace Research Institute)

초록
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전 세계적으로 무인기 기술이 발전하고, 민간 수요가 증가함에 따라 각국에서도 제도마련 및 보완을 위해 적극적으로 대응하고 있다. 하지만 무인기 기술은 사용 목적에 따라 다양한 형태, 운용범위, 성능 및 운용방법 등으로 개발되고 있어 각각의 경우에 대한 안전 규정을 적용하는데 어려움이 있다. 이에 민간 무인기 분류를 위한 합리적인 기준을 마련하고, 그에 따른 범주를 구분하여 적합한 규정을 개발해야 할 필요가 있다. 현재는 무인기 분류에 있어서 국가별로 다양한 기준과 방법이 고려되고 있으며, 국제민간항공기구(ICAO)에서도 국제 표준을 마련하기 위한 노력을 진행 중이다. 본 논문에서는 전 세계적으로 무인기 카테고리를 분류하는 방식 및 관련 연구 현황을 분석하고, 이와 관련하여 국내 관련 제도의 보완점 및 민간 무인기 분류방안에 대해서 고찰해 보았다.

Abstract ▼ AI-Helper

With development of technology and increase of commercial demand for unmanned aerial system(UAS), the related regulation has been prepared and complemented with the advanced countries such as Unite States and European Union(EU). However it is difficult for regulation to cover all areas of UASs practically since UASs have been developed in a variety of configurations and performance depending on their purpose. Therefore the reasonable criteria for the classification of UASs and their category should be suggested before development of the regulation. For this reason, many countries have been studying the standard for UASs classification and International Civil Aviation Organization(ICAO) makes an effort to prepare the international standards. In this paper, the new classification scheme which can complement domestic regulation is suggested based on investigation of the global trend of UAS classification and their researches.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

본 논문에서는 전 세계적으로 무인기 카테고리를 분류하는 방식 및 관련 연구 현황을 분석하고, 이와 관련하여 국내 제도의 보완사항에 대해서 고찰해 보았다.
무인항공기를 분류하기 위해서는 항공기 기체의 특성(중량, 운동에너지, 속도, 추진계통, 형상, 체공시간, 범위), 운용 환경(운용 범위, 공역, 임무, 지상의 인구밀도), 시스템 성능(자동화 수준, 고장 모드, 비행종단시스템, 발사회수방법) 등을 기준으로 고려할 수 있다. 본 논문에서는 전 세계적으로 무인기 카테고리를 분류하는 방식 및 관련 연구 현황을 분석하고, 이와 관련하여 국내 제도의 보완사항에 대해서 연구하였다. 그 결과 현재는 항공기 자체 중량을 기준으로 우선적으로 분류하고, 이후에 운용고도, 범위, 임무 목적 등에 따라 세분화 하는 것을 확인할 수 있었다 (Table 16).
이러한 세계적인 추세를 바탕으로 현재 국내 무인기 개발 현황 및 수요를 고려하여 우리나라의 무인기 카테고리 분류 방안을 모색해 보았다(Table 17). 앞서 정리한 바와 같이, 현재 국내 항공법에서는 150 kg의 중량(연료의 중량을 제외한 자체중량)을 기준으로 그 이하는 항공기가 아닌 초소형 비행장치로 분류하고 있으며, 이에 해당하는 무인기도 초소형 비행장치로 분류되고 기준 중량을 초과하는 무인기는 항공기에 포함하고 있다.
이러한 소형 무인기는 활용이 용이하고 경우에 따라 다양 하게 이용될 수 있기 때문에 수요가 많이 증가하고 있으며, 이로 인한 안전, 보안, 사생활 침해 등의 문제에 쉽게 노출될 수 있어 구체적인 관련 규제 마련이 시급한 상황이다. 이와 관련하여 현재 항공법 상의 초소형비행장치(자체중량 150 kg 이하의 무인기) 규정에서 12 kg 이하의 장치를 위한 일부 면제 규정은 현실적인 문제점을 반영하기에는 다소 부족한 점이 있으므로 이를 세분화할 방안을 고려해 보았다. 현재 대부분의 초소형무인기는 초소형 초경량 카메라(500만~1200만화소)를 장착하더라도 2 kg 이하이며, 더 나아가 고성능 촬영을 위한 DSLR(Digital Single Lens Reflex) 카메라를 장착할 경우에는 2~25 kg 정도의 범위에 해당된다.

제안 방법

소형 무인기를 위한 ARC는 2008년부터 시작되었으며, 2009년에 소형무인기 규정 개발을 위한 권고사항을 정리하였다[5]. 그 내용상에서 아래 Table 3과 같이 소형무인기를 무게, 속도, 고도, 공역 등으로 구분하였으며, 그에 따른 적용기준을 제시하였다. 여기서 17개의 권고 기준은 다음과 같다.
특히, 임무장비의 성능은 사생활 침해나 보안 문제와 관련되어 운항허가 조건에 있어서 차이를 유발할 수 있으므로 이에 따라 초소형과 소형의 분류가 필요하다고 판단하였다. 또한 국제 표준을 위한 세계적인 추세를 반영하여 소형의 중량 기준을 25 kg으로 고려하였다. 이러한 초소형과 소형급은 다양한 형상과 운영 방식 등을 가지며 수요도 많으므로 비용과 소요 인력 등을 고려했을 때 현실적으로 형식증명을 적용하는 것이 불가능하며, 운항 허가를 통해서 규제하도록 한다.
현재 대부분의 초소형무인기는 초소형 초경량 카메라(500만~1200만화소)를 장착하더라도 2 kg 이하이며, 더 나아가 고성능 촬영을 위한 DSLR(Digital Single Lens Reflex) 카메라를 장착할 경우에는 2~25 kg 정도의 범위에 해당된다. 무인기는 이러한 장착 임무 장비에 따라서 성능, 운용 목적 및 방법에서 뚜렷한 차이를 가질 수 있으므로, 이러한 현재의 기술적 한계를 기준으로 초소형과 소형급으로 분류하였다. 특히, 임무장비의 성능은 사생활 침해나 보안 문제와 관련되어 운항허가 조건에 있어서 차이를 유발할 수 있으므로 이에 따라 초소형과 소형의 분류가 필요하다고 판단하였다.
즉 전 세계적으로 아직까지 무인기 카테고리에 대한 국제 표준이 명확하지 않으나 적합한 기술기준을 개발하기 위해서는 이러한 분류를 기초로 해야 하는 상황이다. 본 논문에서는 국제적인 연구 현황과 국내의 무인기 개발 상황을 고려하여 중량을 기준으로 초소형, 소형, 경량, 중형, 대형으로 분류하였다. 이는 국제 표준이 없는 상황에서 국내의 제도 보완을 위한 초안으로서 검토될 수 있으며 추후 국제 표준, 산업체의 요구 및 관련 기술 발전 추세를 반영하여 수정 및 보완되어야 한다.
현재 국내 항공법상 항공기로 분류되고 있는 150 kg을 초과하는 무인기는 750 kg을 기준으로 중형과 대형으로 분류하였다. 아직까지 이러한 중량 범위의 무인기는 민간에서 운용한 경험이나 사례가 전무한 상태이므로, 기존에 충분한 데이터를 확보한 유인기 기준을 토대로 하였다. 유인기는 750 kg 이하를 경비행기(VLA, Very Light Airplane)로 분류하고 있으므로 무인기에서도 이 기준을 그대로 활용하였다.
현재 ASTM 기술 위원회 F-38에서는 무인기 표준 및 안내 자료를 개발하고 있다. 이 위원회에서는 무인기 인증 절차를 통합하기 위해 FAR Part 21의 개정을 제안하였으며, 무인기를 초소형(micro), 소형(mini, MGTOW 55 lb 이하), 경량(light, MGTOW 1320 lb 이하), 원격 운용기(ROA, Remotely Operated Aircraft)로 분류하여 경량급과 ROA만 Part 21을 적용하고 초소형과 소형급은 감항 증명이 필요하지 않음을 제시하였다[6]. 또한 RTCA 산하의 특별위원회인 SC-203에서도 무인기 규격서 및 지침서 개발을 목적으로 활동하고 있다.
FAA에서는 민간 무인기 규정 마련을 위하여 그와 관련한 분류 체계를 개발하고 있다. 이를 위하여 미국 FAA는 UAS 관련 규정을 만들기 위한 ARC(Aviation Rulemaking Committee)를 구성하였으며, ARC를 통해 제안된 의견을 FAA에서 채택하여 규정화 하고 있다. 소형 무인기를 위한 ARC는 2008년부터 시작되었으며, 2009년에 소형무인기 규정 개발을 위한 권고사항을 정리하였다[5].

성능/효과

본 논문에서는 전 세계적으로 무인기 카테고리를 분류하는 방식 및 관련 연구 현황을 분석하고, 이와 관련하여 국내 제도의 보완사항에 대해서 연구하였다. 그 결과 현재는 항공기 자체 중량을 기준으로 우선적으로 분류하고, 이후에 운용고도, 범위, 임무 목적 등에 따라 세분화 하는 것을 확인할 수 있었다 (Table 16). 즉 전 세계적으로 아직까지 무인기 카테고리에 대한 국제 표준이 명확하지 않으나 적합한 기술기준을 개발하기 위해서는 이러한 분류를 기초로 해야 하는 상황이다.
세계 각국의 무인기 카테고리 분류와 관련한 동향 및 연구결과를 조사한 결과, 현재 가장 많이 활용되는 기준은 중량인 것을 확인할 수 있었다 (Table 16). 이는 무인항공기는 지상 추락 및 공중에서 다른 항공기와의 충돌에 의한 사고 가능성이 크며, 이때 기체의 중량은 피해에 직접적인 영향 요인으로 작용하기 때문이다.

후속연구

무인기는 수요에 따라 기술의 다변화, 다각화, 다양화가 활발히 이루어질 것으로 예상됨에 따라 이와 관련한 규정 개발 및 개정도 원활히 수행되어야 할 것이다. 따라서 향후에는 항공법 상에 무인항공기를 유인기와 분리하여 별도로 정의하고, 무인항공기 범주 내에서 현재의 유인기나 일부 무인기 분류에서 일반적으로 활용하는 중량을 기준으로 초소형에서 대형까지 세분화하여 각각에 맞는 안전 규정을 개발할 필요가 있다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	호주는 민간 무인기 운용 규정에 따라 무인기를 어떻게 구분하는가?	호주는 세계 최초로 무인기 규정을 제정하였으며 호주의 감항당국(CASA)은 2002년에 민간 무인기운용 규정을 출간하였다[4]. 호주의 규정에 따르면 무인기를 비행선(airship), 동력낙하장치(Powered Parachute), 비행기(Aeroplane), 회전익기(Rotorcraft), 동력 리프트장치(powered Lift)로 구분하여 각각 중량을 기준으로 초소형(micro), 소형(small), 대형 (large)으로 분류하고 있다[13]. Table 11에서는고정익 및 회전익 무인기에 대한 카테고리 분류 내용을 정리하였다.
	소형무인기 규정 개발을 위한 권고사항의 17개 권고 기준은 무엇인가?	여기서 17개의 권고 기준은 다음과 같다. ① 구조 건전성(structural integrity), ② 제조 규격(manufacturing specification), ③ 안전 시스템 착수(safe system start-up), ④ 비행 제어 케이블(flight control cables), ⑤ 화재 방지(fire protection), ⑥ 연결장치(connectors), ⑦ 통제소 동기화(control station synchronization), ⑧ 통신 범위 시험(communication range test), ⑨ 운용자 매뉴얼(operators manual), ⑩ 정비 및 검사 절차(maintenance and inspection procedures), ⑪ 구성품 고장 방지(component failure protection), ⑫ 동력장치 고장안전(powerplant fail safe), ⑬ 연료 및 전원 정보(fuel/power information), ⑭ 연료 및 전원 표시(fuel/power marking), ⑮ 구조한계초과명령 예방(prevention of commands which exceed structural limits), ⑯ 재료(materials), ⑰ 중량배분(weight balance) 또한 FAA는 규정을 개발하기 위하여 외부의 ASTM(American Society for Testing and Material) 이나 RTCA(Radio Technical Commission for Aeronautics)와 같은 외부 단체에서 개발한 기준을 기초자료로 활용하기도 한다. 현재 ASTM 기술 위원회 F-38에서는 무인기 표준 및 안내 자료를 개발하고 있다.
	RTCA SC-203에서 무인기 운용과 관련하여 분류한 카테고리 A, B, C, D의 내용은 무엇인가?	RTCA SC-203에서는 무인기 운용과 관련하여 카테고리 A, B, C, D의 4가지 범주로 분류하고 있다[7]. 카테고리 A는 레크레이션이나 스포츠 목적으로 운용하는 모형 항공기로 육안확인 가능한 거리에서 운용되는 것이며, 카테고리 B는 육안 확인 가능한 범위에서 운용되는 소형 무인기로 안전을 위하여 운용과 조종자에 대한 최소한 제한적인 규제가 필요하다. 카테고리 C는 육안확인 가능 범위를 벗어나서 운용하는데 있어서 카테고리 B와 차이가 있으며 승인된 DSA(Detect, Sense and Avoid) 시스템을 장착해야 한다. 카테고리 D는 상업적 목적으로 이용되는 유인기와 유사하게 운용되는 경우를 포함하며, 유인기와 같이 적합한 인증을 받아야 하고 카테고리 C와 같이 승인된 DSA 시스템을 장착해야 한다.

참고문헌 (20)

Aviation Act, Ministry of Land, Infrastructure and Transport, Amended by Act No. 12817, Oct. 15, 2014
Enforcement Decree of the Aviation Act, Ministry of Land, Infrastructure and Transport, Amended by Presidential Decree No. 25840, Dec. 09, 2014
www.law.go.kr
Hyojung Ahn, Jonghyuk Park, Seungwoo Yoo, "A Study of the Status of UAS Certification System and Airworthiness Standards", J. of the Korean Society for Aeronautical and Space Science, Vol. 42, No. 10, 2014, pp. 893-901

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Hyojung Ahn, Jonghyuk Park, "A Study on Certification Requirements for Small Unmanned Aerial System", Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers C, Vol. 3, No. 1, 2015, pp. 71-78
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Unmanned Systems Integrated Roadmap, Department of Defense, 2013
Roland E. Weibel, R. John Hansman, "Safety Considerations for Operation of Unmanned Aerial Vehicles in the National Airspace System", ICAT, No. ICAT-2002-1, 2005, pp. 40-41
Policy Statement Airworthiness Certification of Unmanned Aircraft Systems, EASA, 2009
The Swedish Transport Agency's regulations on unmanned aircraft systems (UAS), Swedish Transport Agency, 2009
Unmanned Aircraft System Classification Schemes Study Final Report, MTSI, Ver. 1.0, 2012
www.casa.gov.au
www.tc.gc.ca
Benny Davidor, "RPAS Symposium Workshop 1 - Airworthiness", ICAO RPAS Symposium, March 24, 2015
Ales Bohivi, "National Regulation of Unmanned Aircraft Systems Czech Republic", ICAO RPAS Symposium, March 24, 2015
Sam Twala, "South African Civil Aviation Authority", ICAO RPAS Symposium, March 24, 2015
Strategic Concept of Employment for Unmanned Aircraft Systems in NATO, JAPCC, 2010, pp. 6.
RPAS The Global Perspective 2014/2015 12th Edition, UVS International, 2014.
Manual on Remotely Piloted Aircraft Systems(RPAS), International Civil Aviation Organization, 2015

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표제어: PCR

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용어 설명 출처 목록 (6)

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