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SEAD 임무 수행을 위한 유x무인기 협업 체계의 임무적합도 평가 방법론 연구
A Methodology for Evaluating Mission Suitability of Manned-Unmanned Aircraft Teaming for SEAD Missions 원문보기

한국항공우주학회지 = Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences, v.48 no.11, 2020년, pp.935 - 943  

서원익 (Department of Aerospace Engineering, Inha University) ,  이현무 (Department of Aerospace Engineering, Inha University) ,  김정훈 (Department of Aerospace Engineering, Inha University) ,  최기영 (Department of Aerospace Engineering, Inha University) ,  지철규 (Agency for Defense Development)

초록
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본 연구에서는 협업기반의 임무 수행 시 유·무인전투기 각각의 역할을 도출하고 복합 운용방안을 제시하기 위한 임무 적합도 평가 방법론을 제시하였다. 유·무인전투기 복합운용을 위한 대표 임무로 SEAD 임무를 선정하고 기체 성능, 장비성능 그리고 자율성 수준을 고려한 성능평가표를 작성하여 유인전투기와 무인전투기의 성능을 비교하였다. SEAD의 세부 임무절차를 구분하여 성능평가표의 항목과 결합된 임무적합도 평가지표를 설계하고, 전문가 설문을 통해 임무적합도를 평가하였다. 평가결과를 통해 세부 임무의 위험성과 중요도에 따라 무인기와 유인기의 적정 역할을 설정할 수 있었고, 이를 바탕으로 조종사의 임무부담을 줄이도록 임무, 통제권, 유·무인전투기의 임무 및 기동을 반영한 시간 기반의 임무계획을 수립할 수 있었다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

This paper presents a methodology for evaluating suitability of a manned-unmanned aerial vehicle team for a complicated mission. The study identified vehicle performance, equipment performance and level of autonomy as the key factors that affect the mission effectiveness. A manned and an unmanned ai...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 따라서 현재의 무인기는 감시정찰, 정보획득, 통신중계의 역할을 하고 있지만 현재 개발 중인 또는 미래의 무인기는 직접교전, 피해평가, SEAD 임무 등 유인기가 수행하는 임무 중 위험성이 높은 임무로 그 수행능력이 점차 확대됨을 알 수 있다[11,12]. 따라서 본 연구에서는 미 공군의 항공임무 비중, 임무위험성, 무인기 발전추세 등을 고려하여 유무인기 복합운용을 위한 임무분야로 SEAD를 선정하였다.
  • 본 논문 또한 유·무인기의 통합운용개념을 구체화하고 정립하기 위한 연구의 연장이다.
  • 본 연구에서는 무인기 기종을 다양하게 가져가지 않고 단일 무인기 기종과 유인기의 성능비교를 통한 성능지표를 개발하였다. 따라서 다른 기종의 무인기편대와 유인기를 사용할 경우 기체성능과 임무장착장비 항목에서 평가지표의 확장이 가능하다.
  • ‘유무인기 협업 기반의 SEAD 임무 수행절차 분석[7]’에서는 항공작전 중 고난도, 고위협 임무에 속하는 SEAD 임무를 선정하여, 유무인기 협업을 통한 임무수행의 모의시험 방법론을 제시하였다. 임무수행을 위한 유x무인기의 편대를 구성[8]하여 기존 유인기의 임무수행 절차에 따라 모의시험을 수행하였으며 해당 논문에서는 분석방법론에 초점을 맞췄기 때문에 임무의 구체화를 위한 단계별 절차를 물리적인 공간 및 시간 순서의 맥락으로 분석하여 제안하는 것에 의미를 두었다.

가설 설정

  • 무인전투기는 유인전투기 조종사의 통제를 받는다고 가정한다. 또한 무인전투기에 대한 통제권 이양과 유인조종사의 무인전투기 통제는 무인전투기의 자율성을 고려하여 데이터링크를 통해 수행한다.
  • 그리고 현 유무인 전투기의 기체와 탑재장비 성능 등을 통해 상대적 성능지표를 작성하였다. 성능지표에서 무인기의 자율성 수준은 Full Autonomy로 가정하였다. 다음으로 선정된 임무 단계를 세분화하여 임무시나리오를 작성하였고, 성능지표와 가중치 설문조사를 통해 임무적합도 평가지표를 설계하였으며, 이를 통해 임무의 각 단계별로 유인기와 무인기의 임무적합도 평가를 수행하였다.
  • 미래전장에서 스텔스 기능을 보유하지 않은 전투기와 스텔스 무인전투기의 복합운용 방안을 도출하기 위해 유인기로는 대표적인 4세대 전투기인 F-16E/F, 무인기로는 항공모함용 무인전투기인 X-47B를 선정하여 공개된 자료와 가정을 통해 Table 3의 점수를 이용해 Table 1의 성능지표를 설계하였다[14]. 유인기와 무인기의 자율성 수준은 최고 단계로 동일하다고 가정하고 2의 점수를 부가하였다.
  • 3과 같이 계획(Planning), 실행(Execution), 평가(Evaluation)로 구분할 수 있으며, 본 논문에서는 유무인기 협업을 위한 평가지표 설계를 위해 SEAD의 실행(Execution)과 평가(Evaluation)의 기능을 세부적으로 분석하였다. 자율화 수준이 충분치 않은 현재의 여건으로 고려하여, 초기 계획 수립 및 실행 중 유기적으로 변하는 환경에 대응한 계획 변경은 파일럿 또는 지상의 인력에 의해 수행되어야 할 것으로 가정하고 별도로 고려하지 않았다.
  • 정찰형 무인기는 전장상황을 유인전투기에게 전송하고 유인전투기는 무인전투기에 공대공 교전 명령을 하달하는 것으로 가정하였다. 유·무인전투기의 임무단계별 배정은 임무적합도 평가결과를 반영하여, 접근/탐지 단계는 정찰형 무인기가 정찰 임무 수행, 대공방어체계 제압 단계는 유인전투기가 공대지 타격임무 수행, 대공방어체계 교란 단계는 공격형 무인기로 수행, 임무 평가 단계에서는 정찰형 무인기가 전투피해평가 임무를 수행하는 것으로 설정하였다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
무인로봇의 활용이 증가하는 이유는? 최근의 전쟁은 위협유형의 다양화 및 전쟁수행 양상의 변화로 인적피해를 최소화하는 작전형태로 변화하고 있고, 이로 인해 무인로봇의 활용이 증가하고 있다. 군사용 무인항공기(UAV) 역시 초기에는 감시정찰을 목적으로 개발되었으나 최근에는 기술적 진화와 전장 환경의 변화에 따라 정찰임무 외에 여러 임무를 수행할 수 있도록 발전되고 있다[1].
군사용 무인항공기는 어떻게 발전되고 있는가? 최근의 전쟁은 위협유형의 다양화 및 전쟁수행 양상의 변화로 인적피해를 최소화하는 작전형태로 변화하고 있고, 이로 인해 무인로봇의 활용이 증가하고 있다. 군사용 무인항공기(UAV) 역시 초기에는 감시정찰을 목적으로 개발되었으나 최근에는 기술적 진화와 전장 환경의 변화에 따라 정찰임무 외에 여러 임무를 수행할 수 있도록 발전되고 있다[1].
미국의 무인항공기 활용분야의 예로 무엇이 있는가? 이미 주요 선진국의 경우 무인항공기 활용분야를 확대하기 위해 유인기와 무인기의 복합운용을 시험 중에 있으며, 중장기 로드맵을 작성하여 발전시키고 있다. 그 예로 미 해군에서는 유인기 F/A-18 Hornet이 통제권을 이양 받아 무인기 X-47B를 유도하여 항공모함 USS Theodore Roosevelt에 착륙시킨 성공사례가 있다[2]. 독일 뮌헨 국방대학에서는 유무인기 통합 미션 운용 시뮬레이션을 개발하여 무인기 통제권을 가진 한 대의 유인 헬리콥터로 3대의 무인기를 운용하여 수송임무를 수행하는 시뮬레이션을 하였다.
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참고문헌 (16)

  1. Establishing Military Utilization Plan and Operation Concept of Unmanned Robot, Security Management Institute, April 2015. 

  2. UST: http://www.unmannedsystemstechnology.com/2014/08/x-47b-unmanned-air-system-and-fa-18-conduct-cooperative-flights/ 

  3. Strenzke, R., Uhrmann, J., Benzler, A., Maiwald, F., Rauschert, A. and Schulte, A., "Managing Cockpit Crew Excess Task Load in Military Manned-unmanned Teaming Missions by Dual-mode Cognitive Automation Approaches," AIAA Guidance, Navigation, and Control Conference, August 2011, pp. 1-24. 

  4. Heilemann, F., Schmitt, F. and Schulte, A., "Mixed-Initiative Mission Planning of Multiple UCAVs from Abroad a Single Seat Fighter Aircraft," AIAA Scitech 2019 Forum, January 2019, pp. 1-12. 

  5. Unmanned Systems Integrated Roadmap, FY2013-2038, January 2014. 

  6. Shin, B. H., Lee, S. H., Lee, H. K. and Lim, S. H., "Cooperative Missions for a Number of Manned & Unmanned Aerial Vehicles," Proceeding of The Korean Society for Aeronautical and Space Sciences Fall Conference, November 2014, pp. 805-808. 

  7. Kim, J. H., Seo, W., Choi, K. and Ryoo, C. K., "Analysis of SEAD Mission Procedures for Manned-Unmanned Aerial Vehicles Teaming," Journal of The Korean Society for Aeronautical and Space Sciences, Vol. 47, No. 9, 2019, pp. 678-685. 

  8. ACC, AETC, NGB, PACAF, and USAFE, MULTI-COMMAND HANDBOOK 1-F16, Vol. 5, 1996. 

  9. Aircraft Operation-Operational Flying, Air Cadet Publications, Vol. 4, 2000. 

  10. Bolkmon, C., "CRS Report for Congress Military Suppression of Enemy Air Defense(SEAD): Assessing Future Needs," Congressional Research Service, Library of Congress, Washington, D.C., 2006. 

  11. Buis, D., "Key Technologies for UAV Interoperability," 41st Annual NDIA Symposium, November 2003. 

  12. Kang, H. T. "Direction of Operation of ROKA RPA for Future Warfare," The Quarterly Journal of Defense Policy Studies, Vol. 35, No. 1, 2019, pp. 7-33. 

  13. Bruce T. C., "Metrics, Schmetrics! How The Heck Do You Determine A UAV's Autonomy Anyway?," Air Force Research Laboratory Wright-Patterson AFB, OH, Technical Report, August 2002. 

  14. X-47B UCAS Unmanned Combat Air System, Northrop Grumman, 2015. 

  15. Flach, J. M., Eggleston, R., Kuperman, G. G. and Dominguez, C. O., SEAD and the UCAV: A Preliminary Cognitive Systems Analysis, Technical Report, February 1998. 

  16. Unmanned Systems Integrated Roadmap, FY2007-2032, December 2007. 

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