초록 ▼

1. 서론
□ 연구의 필요성과 목적
◦ 연구의 필요성(거대과학기술의 전략적 개발 필요성 증대) : 우리나라는 이제 경제 및 과학기술력 발전과 함께 선진국으로 진입해야 한다. 이에 따라 대외적 위상과 국가 이미지 제고를 위해 거대과학기술에 적극 도전하여 미래 시장을 선점하는 것이 필요하다. 또한 20세기 이후부터는 대규모 자금 투자와 함께 대규모 과학기술자 집단이 참여하는 거대과학기술 프로젝트를 통해 과학기술의 주요 분수령이나 지식의 돌파구가 성취되었다. 이에 우리도 거대과학기술 분야에 대한 투자 강화로 거대과 학기술기반의

1. 서론
□ 연구의 필요성과 목적
◦ 연구의 필요성(거대과학기술의 전략적 개발 필요성 증대) : 우리나라는 이제 경제 및 과학기술력 발전과 함께 선진국으로 진입해야 한다. 이에 따라 대외적 위상과 국가 이미지 제고를 위해 거대과학기술에 적극 도전하여 미래 시장을 선점하는 것이 필요하다. 또한 20세기 이후부터는 대규모 자금 투자와 함께 대규모 과학기술자 집단이 참여하는 거대과학기술 프로젝트를 통해 과학기술의 주요 분수령이나 지식의 돌파구가 성취되었다. 이에 우리도 거대과학기술 분야에 대한 투자 강화로 거대과 학기술기반의 경제성장 동력 축적이 필요하다. 특히 앞으로는 과거 모방/추격형 발전에서 창의적 혁신형으로 발전해야 하므로 창조적 뉴 프런티어를 창출하는 거대과학기술 육성이 필요하다.
◦ 연구의 목적(우리나라 실정에 맞는 거대과학기술 뉴 프런티어 창출전략 수립) : 우리나라는 전통적으로 거대과학기술을 개발하고 있는 다른 선진국들 및 중국과 같은 거대국가가 아니라, 미국 등 선진국들에 비해 후발자 입장이다. 따라서 우리나라 실정에 맞는 거대과학기술 분야를 선정하고 미래 경제발전을 위한 뉴 프런티어 창출 전략을 탐색 및 제안한다. 본 연구는 한국에 적합한 연구개발 전략, 국제협력 전략, 정책 제언 등을 제시하고자 한다.
□ 연구내용 및 연구방법
◦ 주요 연구 내용(기존 연구의 거대과학에 대한 거시적이고 당위론적 접근에서 진일보) : 우선 거대과학기술이 무엇인지 또 특징이 무엇인지 등을 알기 위해 관련 개념을 파악하는 데 중점을 둔다. 둘째, 우리나라에 맞는 거대과학기술 개발을 위한 기본적인 접근 방향을 검토 한다. 셋째, 이를 위해 국내외 거대과학기술 개발 현황을 분석하고 시사점을 도출하므로 우리나라의 과학기술개발 방향을 알아본다. 넷째, 여러 가지 분석기법 및 방법론을 통해 거대과학기술 분야별 투자 우선순위를 조사하고 분석함으로써 본 연구 과제가 구체적으로 심도 있게 살펴 볼 거대과학기술 4대 분야를 도출한다. 다섯째, 해당 거대과학기술 4대 분야별 구체적인 내용을 제시한 후 뉴 프런티어 설정, 뉴 프런티어 창출 전략 분석을 통해 목표 달성 전략을 제시한다. 여섯째, 본 연구에 대한 총괄적인 요약 및 거대과학기술 정책을 제언 한다.
◦ 연구의 방법 : 본 연구는 이러한 연구목적에 따라 연구를 진행하기 위해 우선, 거대과학에 대한 국내외 문헌 조사, 선진국의 연구개발 사례 등을 참고하여 후보군 리스트를 작성한 후 이를 기반으로 자문위원회를 구성하였다. 이후 엄선된 100여명의 전문가를 대상으로 자문위원회가 검토한 설문조사를 실시하였다. 그 후 계층분석법(AHP)을 도입하여 여러 가지 각도에서 분석을 하였다. 이들 결과 또한 자문위원회가 검토하였으며 1차년도 거대과학 연구(2010년도 정책 과제)와의 차별성, 우리나라 환경적 특수성, 현실적 제약, 기존에 이루어졌던 연구 제외 등의 기준을 고려하여 잠정적으로 4개 분야를 선정하였다. 자문위원회로부터 각 분야 최고의 전문가들을 추천받아 심층 사례분석을 한 후, 워크숍 및 공개세미나에서 이를 발표하고 충분한 토론을 거쳐 최종 4개 분야를 확정하였다. 각 분야 전문가들은 개별적인 연구조직을 만들어 연구할 뿐만아니라 STEPI 종합연구팀과 수시로 상호 협의하여 내용을 수정 보완하였다. 그리고 비공식적인 워크숍과 인터뷰를 실시하여 다양한 전문가들로부터의 의견을 수렴하였다.
2. 과학기술연구의 유형 · 특징 및 우리의 접근방향
□ 과학기술연구의 유형 및 특징
◦ 범위 및 유형 : 거대과학기술은 그 대상 및 범위가 우주개발에서 지구관측, 핵융합, 해양탐사에 이르기까지 매우 다양하며, 연구자원의 투입 규모, 연구스펙트럼상의 위치, 기술혁신 특성 등을 기준으로 순수거대과학, small science, 거대산업화, 소규모 산업화의 4개의 범주로 구분할 수 있다.
◦ 순수거대과학 : 순수거대과학은 기초과학 중 대규모 인력과 자본을 집중적으로 투입하여 과학적 진리의 탐구나 자연현상에 대한 근본적 이해를 목표로 하는 연구를 말한다. 이러한 순수거대과학은 거대 연구시설이 필요한 분야와 대규모 협력연구의 2가지 유형으로 분류할 수 있다. 다양한 분야의 기초과학을 광범위하게 육성할 수 있고, 공공성이 강한 특성을 가지고 있으며 주요 산출물들이 논문 등의 학술적 성과들이다. 대표적인 예로 ITER(국제핵융합실험로) 등을 들 수 있다.
◦ small science : 개인 연구자나 소규모 연구팀에 의해 이루어지는 작은 규모의 순수과학 연구를 의미한다. 개인 연구자 및 소규모 집단에 의한 연구가 주를 이루며, 연구 성과가 논문을 중심으로 나타난다. 대표적인 사례로는 기초연구사업(대학 중심의 기초과학 연구 등)이 있다. 연구 범위가 매우 넓고, 새로운 이론과 지식 추구 및 정립을 주로 한다.
◦ 거대산업화 : 거대산업화는 순수거대과학이나 small science에서 창출된 다양한 연구성과를 기반으로 대규모 자본, 인력 등을 투입하여 거대 산업화를 추구하는 것을 의미한다. 공학적으로 시험이나 실증을 통해 입증해야 할 과제들이 중심이 되며, 상업화를 완성하는 것이 최종적인 목표이며 주로 대기업에 의해 이루어진다. 대표적인 예로 해수담수화기술(물 부족난 해소를 위해 바닷물을 생활용수, 농업 및 공업용수화) 등을 들 수 있다. 특정한 거대 분야가 연구대상이 되며, 연구결과의 사적 전유성이 매우 높으며 실용적인 성과가 강조된다.
◦ 소규모 산업화 : 소규모산업화는 기초과학 연구를 통해 창출된 연구성과를 기반으로 상대적으로 적은 자본, 인력, 시설 등을 투입하여 상용화 및 제품화를 추구하는 것을 의미한다. 특허나 기술이전과 같이 수익과 직결되는 기술개발이 중심이 되며 중소기업이나 벤처기업에 의해 주도된다. 연구 범위가 광대한 특징이 있다. 벤처기업 상용화 기술 (Agendia의 유전자 기반 유방암 재발 검사용 서비스 MammaPrint 등)을 대표적 사례로 들 수 있다. 상업화를 지향하기 때문에 체계적인 연구품질, 일정 관리 하에 기술개발이 진행되는 특징을 지닌다.
◦ 본 연구의 대상 : 본 연구에서 다루는 거대과학기술은 국가나 공동체가 직면하는 안보, 에너지, 교통, 환경 등의 특정한 문제 해결을 위해 대규모 자원을 투입하여 생산품, 시스템 등의 실제적인 목표를 가지고 추진되는 연구를 의미한다. 본 연구에서 다룰 영역은 4가지의 특정 영역에 속하기 보다는 여러 가지 성격을 공유하고 있다. 특히 순수거대과학과 거대산업화의 특징 일부를 공유하고 있어 투자규모가 크고 공공성이 강하며 과학, 기술, 혁신 세 가지 영역을 아우른다. 리스크가 크고 성과가 나타나기까지 오랜 시간이 걸려 기업보다는 정부가 연구를 주도한다는 면에서 순수거대과학과 유사하고, 과학적 성격을 띠는 부분도 있지만 혁신을 지향한다는 면에서 거대산업화와 유사한 성격을 가진다. 하지만 투자규모가 상대적으로 크다는 면에서 소규모 과학연구나 소규모 산업화와는 차별된다. 이들은 대체로 초기 실패 가능성이 높고 결과 산출기간이 길어 정부 민간 협력이 필요한 분야이다. 특히, 초기과정에서 충분한 사업성과 경쟁력을 확보할 수 있도록 정부와 기업의 전략적 제휴를 추진하고 연구결과 상업화에 대한 사업실패 위험을 분담 하는 것이 중요하다. 대표적 사례로는 고속 철도, 고속 원자로, 지능형 무인 항공기를 들 수 있다.
□ 거대과학기술의 성격과 우리의 접근 방향
◦ 거대과학의 긍정적 측면과 부정적 측면 : 거대과학기술은 기초연구 육성, 신산업 창출, 국가 위상 제고 등 다양한 측면에서 긍정적 효과를 거둘 수 있다. 하지만 거대과학기술의 개발에 천문학적인 비용이 소요된다는 단점이 있다.
◦ 우리의 접근 방향 : 고위험 분야인 거대과학기술은 그 특성상 진행 과정에서 실패나 시행착오가 있을 수 있기 때문에, 국민적 이해와 함께 거대과학기술 개발에 따른 부정적 측면을 최소화하면서, 긍정적 측면을 극대화하는 방향으로 기술개발을 전략적으로 추진하는 것이 필요하다. 지금까지의 추격형 성장전략의 한계에 도달한 우리나라가 미래 시장 선도를 위해서는 거대과학기술로부터 파생되는 새로운 기회의 창을 활용할 필요가 있다. 특히, 산업 파급효과가 큰 분야에 관심을 갖고 사업화 기회를 포착할 수 있도록 틈새분야 공략 등과 같은 전략적인 투자가 중요하다. 또한, 우리의 취약한 기초과학 역량 향상을 위해 국제적 수준의 거대과학기술 연구시설에 대한 투자를 통해 해외 우수인력을 유치하고 국제 R&D 협력 네트워크의 구심점 역할을 할 필요가 있다.
3. 거대과학기술의 국내외 현황
□ 해외 주요 국가들의 실태
◦ 거대과학기술정책 실태 : 미국의 거대과학기술정책은 대체적으로 정치적 환경 변화에 관계없이 장기적이고 안정적으로 추진되고 있다. 연방정부가 부처간 협력과 조정을 주도하면서 예산 중복이나 사업 관리와 관련된 갈등의 문제를 최소화하고 있다. 이와 함께, 우주개발, 해양탐사, 차세대 원자로 등 다양한 거대과학기술 분야에서 부처간 협력 시스템을 운영하고 있다. 유럽은 정책적으로 EU내 국가들 간의 전략적인 협력을 강조하면서, 거대과학기술 분야의 공동연구를 진행하고 있다. 이를 통해, EU내 국가 간의 불필요한 경쟁을 막고, 각국이 보유한 연구개발 자산을 공유하면서 시너지 효과의 창출을 위한 네트워킹 형성을 촉진하고 있다. 한편, 일본은 대학 공동 이용 기관과 같은 자주적인 중개 기능 조직을 통해 상향식(bottom-up) 체제에 의한 거대과학기술 개발을 추진하고 있다. 이와 함께, 독립행정법인 중심의 하향식(top- down) 체제를 이루어 균형을 이루기 위한 기술혁신 추진체제를 강조하고 있다.
◦ 거대과학기술 분야 연구의 실태 : 최근 주목을 받고 있는 거대과학기술 분야는 우주개발, 핵융합, 입자가속기, 인간유전체 기능분석, 원자력 발전, 항공산업, 전지구관측시스템, 고속철도, 해양오염방제 등이 있으며 주로 미국, 유럽, 일본 등과 같은 선진국들을 중심으로 활발히 연구 및 개발이 이루어지고 있다.
□ 국내 실태
◦ 국내 거대과학기술정책 실태 : 우리나라의 거대과학기술은 원자력, 우주 등 일부 분야를 중심으로 발전해 왔으며 각 부처별로 개별 분야별 설치법에 근거한 계획에 따라 사업들이 각기 추진되고 있다(이민형 외 (2010)). 기준, 조건 등 거대과학기술에 대한 국가차원의 통일된 정의가 없는 상황에서 각자 추진하고 있기 때문에 전체적인 일관성이나 통일성 및 지속성을 가진 정책수행이 어려운 상황이다.
◦ 거대과학기술개발 사업 추진 실태 : 원자력분야에서는 원자력 연구기반 확충사업, 원자력 기술개발사업이 이루어지고 있고, 항공우주분야에서는 한국형발사체 개발사업과 항공우주부품기술개발사업이 진행중이다. 천문분야에서는 우주 핵심기술 개발사업이, 지구과학분야에서는 기상 지진기술 개발사업이 그리고 해양분야에서는 해양에너지 및 자원이용 기술개발, 해양환경기술개발사업이 진행중에 있다. 생명과학분야에서는 생명산업기술개발사업, 암정복 추진 연구개발사업이 물리분야에서는 중입자가속기기술개발이 연구중에 있다. 교통분야에서는 미래철도 기술개발과 미래도시철도기술개발사업이 정보통신 분야에서는 차세대 정보, 컴퓨팅 기술개발사업이 진행중에 있다.
◦ 국내 연구개발인력 실태: 국내 거대과학기술 분야 연구주체별 연구개발인력 현황을 보면, 출연연구기관에 37.7%, 대학에 36.5% 및 국공립 연구소에 7.3%가 근무하고 있어 연구기관 및 대학에 81.5%가 집중되어 있는 모습을 보이고 있다. 반면 기업소속 연구개발 인력은 14.8%(대기업 5.1%, 중소기업 9.7%)로 상대적으로 매우 빈약한 상황임을 알 수 있다. 분야별로는 원자력이 22.5%로 가장 많은 연구개발인력이 참여하고 있는 것으로 나타났으며, 해양 및 생물다양성 분야가 18.6%로 그 다음을 차지하고 있다. 극지, 핵융합, 천문, 가속기 분야 등은 상대적으로 연구개발인력이 적은 것으로 나타났다.
◦ 국내 연구개발투자 실태: 국내 거대과학기술 연구현황을 연구개발투자 (’10년 기준)면에서 보면, 정보통신 분야(1조 4,435억원)를 중심으로 연구가 추진되고 있으며, 다음으로는 생명과학분야(6,105억원) 및 원자력분야(5,797억원) 연구가 뒤를 잇고 있다.
◦ 국내 기술 수준: 세계 최고기술 수준 대비 44.6%(극지탐사) ~ 75.4%(무인항공기)이고, 기술격차는 4년(해양생명과학) ~ 14.3년 (위성체)에 이르는 것으로 조사되었다. 국내 주요 거대과학기술의 기술격차가 축소되고 있다는 의견은 고속로 기술(미국과의 격차가 축소: 84%, EU와의 격차 축소: 65%), 고속철도 기술(EU와의 격차 축소: 73%, 일본과의 격차 축소: 57%) 등으로 나타났으며, 기술격차가 확대되고 있다는 의견은 우주관측 기술(미국과의 격차 확대: 89%, EU와의 격차 확대: 72%), 해양환경감시/관리 기술(미국과의 격차 확대: 83%, 일본과의 격차 확대: 71%), 인간유전체 기술(미국: 84%, EU: 60%), 차세대컴퓨팅(미국: 84%, EU: 46%) 등으로 주요 거대과학기술 분야에서 기술격차 축소보다는 기술격차 확대가 나타나고 있어 전략적인 대응 방안 마련이 필요할 것으로 판단된다.
◦ 국내 기술개발 추진 성과 : 지난 2년간(’08∼’09년) 국가연구개발사업을 통해 가장 많은 SCI논문을 게재한 주요 거대과학기술은 신약개발 (158건)이었으며, 다음은 해양 생명과학(144건)으로 생명과학분야의 연구개발활동이 가장 활발하게 이루어지고 있는 것으로 나타났다. 특허의 경우는 위성체(78건) 기술이 국내출원 최다로, 해양 생명과학(23건) 기술이 국내등록 최다로 각각 나타났으며, 해외출원 및 등록은 신약개발이 최다인 10건 및 4건으로 나타났다. 반면, 고속로, 고속철도, 지구관측, 인간유전체 등은 상대적으로 관련 성과가 매우 낮게 나타났다. 한편, 논문 및 특허의 피인용도를 이용한 수준지수 측면에서 보면, 비교국 전체(미국, 일본, EU, 중국) 평균에 훨씬 못미치는 상황이며 특허지수는 0.15 수준으로 논문지수 평균 (0.58)에 비해서도 매우 낮은 수준으로 나타나 국가연구개발사업의 성과 제고를 위한 효율적인 연구개발 수행 및 관리가 더욱 절실할 것으로 판단된다. 순위는 비교국 대비 4, 5위로 대부분 하위수준에 머물고 있다.
□ 시사점
◦ 우선 해외 선진국들의 공통점은 다음과 같다. 첫째, 거대과학기술의 범위가 확대되고 있다. 둘째, 국제협력이 강화되고 있다. 셋째, 거대과학기술의 성과는 신산업 탄생의 계기로 작용하고 있다. 마지막으로, 국제협력이 강화되는 가운데, 각국에 상황에 맞는 전략적 접근이 이루어지고 있다. 한편, 국내 연구개발 사례들로부터 다음과 같은 시사점을 얻을 수 있다. 우선 거대과학기술에 대한 체계적 연구개발투자가 부족하다. 또한 연구개발사업이 연도별로 안정적인 예산을 확보하지 못하여 지속적인 연구활동에 지장을 받고 있는 것으로 보인다. 그리고 연구개발 인력 수요 예측 및 양성이 제대로 되지 못하고 있다. 산업화가 본격적으로 추진되기 이전에는 인력수요가 적어 인력이 양성되지 않고, 산업화가 추진될 때에는 양성된 전문인력이 없어 어려움을 겪는 상황이 반복되고 있다. 이에 따라 다음과 같은 대책이 필요할 것으로 보인다. 우선, 거대과학기술 분야별 투자분포와 인력분포가 맞지 않는 점을 수정하기 위해 투자 우선순위를 재조정 해야 한다. 그리고 거대과학기술 수준 제고를 위한 방안을 마련하는 것이 필요하다. 현재 우리나라의 거대과학기술 수준은 세계 최고기술 수준 대비 44.6% ～ 75.4%로 아직 미흡한 수준이므로, 연구개발투자의 집중과 선택 및 효율성제고를 위한 연구관리 방안 마련이 시급하다. 또한, 정부 주도의 다양한 분야의 산학연을 연결하는 네트워킹을 구축하고, 국제적인 협력과 연구의 실용화 방안을 중시해야 한다. 마지막으로 거대과학기술 연구성과 제고를 위해 거대과학기술 전체에 걸친 치밀하고 전략적인 중장기 계획 수립과 이를 차질없이 수행할 수 있는 안정적인 인적, 물적 재원의 확보 및 철저한 연구개발의 기획, 운영, 평가가 필요할 것으로 보인다.
4. 분야별 투자 우선순위 및 사례연구 대상 선정
□ 자문위원회
◦ 자문위원회는 STEPI가 초기에 분류한 거대과학기술 분야를 기초로 접촉된 소수의 외부 전문가들과 그들이 추천하여 검증된 전문가들로 이루어졌다. 이들은 STEPI가 최초에 나누었던 거대과학기술 분야 분류부터 시작해서 다양한 전문가들의 의견을 반영하기 위해 작성한 설문지 내용의 검토, 아래에서 자세히 설명할 예정인 AHP 분석 과정 및 결과에 대한 피드백까지 많은 부분에 있어 자문을 해주었다. 이들의 자문의견과 AHP의 객관적인 분석을 통해 잠정적인 4대분야가 선정되었다. 이후 세미나를 거쳐 최종적으로 4대분야를 확정하고 각 분야를 책임질 국내 최고의 전문가를 추천받는 과정에서도 자문위원회는 큰 역할을 하였다.
□ AHP 분석
◦ 분석 개요 : 거대과학기술의 투자 우선 순위를 분석하기 위하여 AHP 방법을 사용하였는데 평가기준은 ‘산업기술력 제고’, ‘과학적 독창성 및 기술파급’, ‘산학연 연구협력’, ‘벤처창업 효과’, ‘기술인력 양성’의 1그룹과 ‘국민의 복지 증진’, ‘환경에 미치는 영향’, ‘과학기술계의 인정’, ‘국가 과학기술이미지 제고’, ‘국제 과학기술혁신 선도’의 2그룹으로 나뉜다. 결과 분석시 전통적인 AHP방식으로 처리하였으며 21개의 거대과학기술들을 판단기준별로 별도의 5점 척도를 이용하여 처리하였다.
◦ 분석 결과 : 분석결과에 따르면, 거대과학기술에서 가장 중요하게 우선적으로 고려되어야할 평가기준은 과학적 독창성이 어느 정도이며 과학 기술혁신에 어느 정도 파급효과를 나타낼 것인지(20.9%)로 나타났으며, 다음으로 거대과학기술 연구가 국제 과학기술 혁신을 어느 정도 선도하게 되는지를 나타내는 국제과학기술혁신선도(13.8%), 산업기술력 제고에 미칠 영향(16.6%), 기술인력양성(11.1%) 순으로 나타났다.
□ 세미나
◦ 세미나는 자문위원회의 자문과 AHP분석 등을 통해 도출한 4가지 후보분야 전문가들의 심층분석 내용을 중심으로 이루어졌다. 세미나는 자문위원회로부터 사전에 4가지 후보 분야의 국내 최고 전문가들을 추천 받아 접촉하고, 선택된 전문가들과 함께 공개토론을 하는 방식으로 이루어 졌다. 세미나의 주제는 “국가 거대과학기술의 뉴 프런티어 창출:사례 및 전략”이었고,“거대과학기술 뉴 프런티어 창출 : 접근과 과제”, “4세대 고속원자로”, “지능형 무인항공기”, “해양오염방제”, “고속철도”라는 주제에 대해 조현대 박사, 이헌규 박사, 황진영 박사, 이문진 박사, 김기환 박사가 발표하였다. 이후 이공래 박사를 좌장으로 주제발표들에 대한 종합토론 및 질의응답 시간을 가졌다.
□ 사례연구 대상기술의 선정
◦ AHP 분석 결과 요약 및 정리: 우선적으로 투자해야할 거대과학기술을 파악하기 위하여 중요도 및 기술수준을 기준으로 정리하면 4개의 그룹으로 요약할 수 있다. 1그룹은 중요도가 높고 국내기술수준도 상대적으로 높은 분야이고 2그룹은 중요도는 중간이고 국내기술수준이 상대적으로 높은 분야이다. 3그룹은 중요도는 중간이고 국내기술수준은 낮은 분야이다. 4그룹은 중요도가 낮은 분야이다.
◦ 사례연구 거대과학기술과제의 선정 : 본 연구에서는 ①거대과학 기술수준 및 AHP분석결과 우선순위에 의한 분류, ②1차년도 거대과학 연구와의 차별성, ③우리나라의 환경적 특수성 고려 및 ④현실적 제약 등을 전체적으로 고려하여 사례연구 대상 기술을 고속원자로, 지능형 무인항 공기, 해양오염방제, 고속철도로 선정하였다. 전체적으로, 선정된 기술은 거대과학기술의 가장 중요한 평가기준인 ‘과학적 독창성 및 기술파급효과’나 ‘국제 과학기술 혁신선도’의 이상 보다는 ‘산업기술력 제고’, ‘국민의 복지 증진’ 등과 같은 곧 다가올 현실적 필요에 보다 주안점을 두고 있다고 할 수 있다.
◦ 4대 분야별 뉴 프런티어 선정 및 창출전략 도출 과정 : 각 분야 연구는 연구책임자의 주관적인 판단에 의해서 이루어진 것이 아니라, 소속기관 및 외부기관의 전문가들을 중심으로 정책수요부처 공무원들과의 직간접적인 협의를 통해 이루어졌다.
◦ 사례연구 선정기술의 평가기준별 영향분석 : 평가기준별로 볼 때, 사례연구 선정기술은 각기 다른 중요도를 가지고 있다. 고속원자로는 국가 과학기술이미지 제고, 지능형 무인항공기와 고속철도는 산업기술력 제고, 해양오염방제는 국민의 복지 증진이 가장 중요한 것으로 나왔다.
5. 고속원자로
□ 제4세대 고속원자로 기술의 개요
◦ 고속원자로 기술의 개요 : 고속원자로는 고속중성자에 의해 핵분열반응이 일어나는 원자로로, 경제성의 향상, 안전성 연구의 강화, 방사성폐기물에 관한 연구확대, 핵 비확산성 연구 확대 등의 학술연구 및 기술개발 과제들을 가지고 있다.
◦ 기술혁신궤적 및 경로 : 원자력 기술은 시대에 따라서 4세대로 구분할 수 있으며 이를 세대별로 구분하면 다음과 같이 나눌 수 있다. 우선 1세대는 1950년의 초창기 원전을 의미하며, Shippingport(미), Magnox (영) 등을 예로 들 수 있다. 2세대는 1960년대 이후에 상용화된 원전을 의미하며 우리나라의 고리, 월성 원전 등이 대표적 예이다. 3세대는 1980년대 이후 표준화된 원전이며 현 원자력 기술을 의미하며, 한국형 원전(OPR1000, APR1400)이 있다. 4세대는 2030년경 상용화를 목표로 개발 중인 혁신형 원자로로 미래 에너지수요의 충족과 국민 수용성을 확보하기 위해 지속가능성․안전성․경제성․핵비확산성이 대폭 제고된 혁신 개념의 차세대 원자력시스템을 의미한다.
◦ 거대과학기술사업 추진 근거 : 고속원자로는 고가의 장비와 막대한 투자 및 인력이 소요되는 Big science 분야에 해당된다. 특히, 제4세대 미래 혁신형 시스템의 경우 국제적인 협력과 다 학제적인 연구 및 대규모 장기 연구 지원이 필요한 분야이다. 또한 원자력 기술은 복합과학기술이기 때문에 개인의 창의적 연구 보다는 거대한 과학자집단에 의해 이루어지는 경우가 많고 이에 따라 국제적으로 협동연구로 수행되며 또한 대형 연구 및 시험 시설이 갖춰져 있어야 한다. 따라서 핵심기술 확보를 위해서는 국가적 차원의 비전 제시와 함께 장기계획의 수립과 지원 그리고 구체적인 기술로드맵 마련과 산학연관의 역할 분담 및 범국가적인 노력의 결집이 이루어져야 한다. 또한 고속원자로는 입자물리나 플라즈마, 고에너지 연구 등 순수과학 분야 연구와는 다르다. 학문적으로 해결해야 할 과제가 많은 것은 사실이지만 공학적으로 시험이나 실증을 통해 입증해야 할 과제가 대부분이기 때문에 기술혁신이 매우 중요한 위치를 차지한다. 따라서 경제성, 안전성, 핵비확산성, 폐기물 처리처분기술 향상을 위해서 새로운 설계 개념인 피동형 안전 개념의 설계, 노심 용융의 근원적 방지 등 새로운 혁신이 필요하다.
◦ 거대과학기술사업 추진 효과 : 첫째, 인류의 에너지 문제를 해결할 수 있다. 둘째, 미래 세계고속원자로시장 선점에 기여할 수 있다. 셋째, 우라늄 자원을 안정적으로 확보할 수 있다. 앞으로 고속로 순환핵연료주기 시스템 도입을 할 경우 기술적․경제적 효과는 다음과 같다. 우선 사용 후 핵연료 독성 감소에 따라 관리기간이 1/1000로, 사용 후 핵연료 처분량이 1/20로 그리고 폐기물 처분 부피가 1/100로 축소될 것이다. 한편 우라늄 자원의 활용률이 증대되면서 100배 이상 활용도가 증가할 것으로 보인다. 또한 경수로 사용후 연료를 제4세대 소듐냉각고속로에서 재활용 할 경우 90년 동안 공급할 수 있는 핵연료자원은 확보할 수 있게 된다.
□ 제 4세대 고속원자로 국내외 개발동향
◦ 국외 연구개발 동향 : 미국, EU, 일본, 중국, 러시아 , 인도 등은 각 국의 자체적인 노력 이외에도 제4세대 소듐냉각고속로 국제공동연구를 수행하는 등 모두 고속원자로 개발에 적극적으로 나서고 있다.
◦ 국내 연구개발 동향 : 소규모 투자로 1972년부터 1982년까지 핵심적인 고속로 노심의 핵 및 열유체 특성연구와 해외 기술개발 현황을 파악하였다. 그리고 1983년부터 1991년까지 고속증식로 도입에 필요한 기술능력 확보방안 수립, 고속증식로 냉각재 연구, 고속증식로 기본기술 개발연구 등을 통하여 고속로에 대한 기초기술을 연구한 바 있다. 1992년부터 1996년까지 소듐냉각고속로 설계개념연구 및 요소기술 개발을 통하여 고속로 기반 및 요소기술 개발을 수행하였고, 소형 소듐 냉각고속로인 KALIMER-150의 개념설계를 1997년부터 2001년까지 수행하였다. 2001년 7월 제2차 원자력진흥종합계획 수립으로 2007년까지의 최종목표가 지속성, 안전성 및 경제성의 특성을 지닌 소듐냉각고속로의 전략 핵심기술 확보로 변경됨에 따라 2002년 이후 현재까지 전략핵심 전산체제의 개발과 KALIMER-600의 개념설계를 수행 중이다. 정부는 2008년 원자력위원회를 개최하여 소듐고속원자로 개발을 포함하는 원자력중장기 연구개발계획을 수립하여 종합적인 연구개발을 수행 중에 있다.
◦ 국내외 연구개발 동향의 시사점 : 첫째, 앞으로 가능한 국내 단독개발보다는 국제협력에 의한 기술개발을 통해 투자 리스크를 최소화 할 수 있는 방안을 추진해야 한다. 둘째, 사용후핵연료 부문은 한․미간 원자력협력 촉진 및 외교적 노력으로 국제적 제약요인 해소가 필요하다. 즉, 한미원자력협력협정(’14년 만료)을 사용후 핵연료 국내 처리가 가능하도록 개정하고 협정 개정까지는 국내 개발의 기술․공정을 미국내 시설을 이용하여 실증하는 방안이 유리할 것으로 판단된다. 셋째, 고속로 순환핵연료주기 시스템의 정착을 위해 합리적인 사용 후 핵연료 공론화 과정을 통해 국민적 공감대를 형성하도록 노력해야 한다.
□ 제 4세대 고속원자로의 뉴 프런티어 설정
◦ 뉴 프런티어의 필요성 : 미래 원자로시장은 제4세대 형이 주도할 전망이며 미국․일본․프랑스․한국이 제4세대 소듐냉각고속로 실증을 국가계획으로 추진하고 있다. 우리나라는 현재의 전 세계 점유율 기준으로 최소 5%를 공급할 수 있을 것으로 전망하며, 제4세대 고속로시스템 공급국이 한정되어 있으므로, 고속로 시스템 시장규모에 따라 공급비중이 더욱 증가될 수 있다. 한편, 우리나라는 향후 고속로 시장의 주류를 형성할 것으로 예상되는 제4세대 소듐냉각고속로 분야에서는 원자로 설계측면에서 경쟁국과 대등한 수준이다. 실제 종합적 측면에서 기술수준은 70～80%에 도달해 있으며, 현재 수행 중인 Mock-up시설과 계획 중인 엔지니어링 시설개발이 추진된다면 세계기술의 선도 가능성이 충분히 있다. 이를 위해서 실증장치 개발 및 실험에 필요한 대규모 재원의 안정적 확보 및 시설부지가 필요하고, 사용후연료 취급을 위해 미국의 동의를 받아야 하는 등 국제적 제약 여건 해소가 필요하다. 이와 같은 고속원자로 개발을 통해서, 원전 1기당 74%의 부가가치를 창출하고, 상용원자로 건설에 따른 고용창출, 핵연료 처분 공간 축소, 이산화탄소 배출 절감 등의 효과를 얻을 수 있다.
◦ 뉴 프런티어의 연구개발 목표 설정 : 친 환경 소듐 고속원자로(SFR; Sodium-cooled Fast Reactor) 순환핵연료주기 시스템을 개발하고 이를 실증하여 현 한국의 주력 경수로인 OPR1,000 및 APR1,400 의 후속기로 채택하는 것을 목표로 한다. 2028년까지 SFR 실증로 건설완료를 목표로 사용후 핵연료를 평화적으로 이용할 수 있는 핵비확산성 파이로 건식처리 및 이와 연계된 제4세대 소듐냉각고속로(SFR) 순환시스템 구현한다. 그리고 제4세대 소듐냉각고속로(SFR) 실증한다.
◦ 뉴 프런티어 주요 연구내용 : 프런티어 목표 달성을 위한 로드맵으로서 2016년 계통종합실증장치 개발, 2020년까지 인허가를 위한 표준설계, 2017년까지는 SFR 실증로 표준설계를 완료하고, 2020년까지 표준설계 인가(SDA: Standard Design Approval)를 획득하도록 한다. 그리고 사용후 핵연료 분야에 있어서는 취급 모의시설(2011년), 엔지니어링 시설(2016년) 완성을 통해 파이로 건식처리 기술의 세계시장을 선도하도록 추진한다. 세부 연구내용으로는 건식처리 공정기술, 건식처리 엔지니어링 기술, 고속로 노심 및 계통설계 및 제작 기술, 고속로 안전성 및 소듐기술, 금속연료 설계 및 제조 기술 등이 있다.
□ 뉴 프런티어 창출 전략
◦ 연구개발 전략 : 수직적․수평적 기술 포트폴리오 확보, 혁신적․독창적 설계 개념 도입, 안전기준의 획기적 강화 추진, 액체금속의 특성연구, 사용후 핵연료 문제의 근원적 해소대책 제안, 국제적 인정과 공동설계 추진 등의 기본전략을 사용하도록 한다. 이러한 전략은 ‘혁신․핵심개념 완성 → 시스템 성능검증 → 실증 플랜트 완성 → 상용 고속로 순환시스템 시장 진입’의 단계별 추진전략과 함께 이행한다.
◦ 연구비 지원방식 : 국내에서는 국제 분담금과 함께 자체적으로 연구개발을 추진할 예산을 확보해야 한다. 연구비 지원은 아래와 같이 연구개발기금과 정부의 직접 출연 연구비 그리고 민간부담액으로 이루어져야 한다. 예산은 2021년 특정설계인가 획득 시까지는 원자력연구개발 기금과 일부 출연연구비로 충당하고, 2022년부터 시작되는 상세설계 및 건설은 원자력연구개발 기금과 함께 정부연구비 추가 재원 및 민간 부담금으로 추진하도록 한다.
◦ 국제협력 방안 : 기술확보를 위해 원천기술 확보가 가능한 혁신기술 개발 및 실증실험을 통한 기술검증에 주력하고, 민감기술은 제4세대 원자로시스템 국제포럼이나 한미원자력협력협정개정 등을 적극 활용한다. 또한 양자간 또는 다자간 협력 협정을 통하여 기술연구에 대한 국제협력을 진행할 수 있을 것이며, 특히 미국의 ANL과 협력하여 개발기간을 단축할 수 있을 것이다
◦ 산학연 역할 분담 : 한국원자력연구원이 주관기관이 되어 예비 특정설계, 특정설계, 인허가 심사의 각 개발 단계별로 산업체와 대학과의 긴밀한 협력과 역할 분담을 할 필요가 있다. 예비 특정설계와 특정설계까지는 산학연이 긴밀한 협조를 하여 역할을 수행하고, 인허가 심사단계에서는 한국원자력연구원이 단독으로 그 역할을 수행한다.
◦ 연구성과 평가요령 : 연구 성과에 대한 평가는 각 단계별로 하되 장기적인 관점에서 미래 지향적으로 하는 것이 필요하다. 즉 연구가 이뤄지는 가운데에도 기술이 발전하기 때문에 최신흐름과 미래수요를 반영한 목표 설정 그리고 방향설정에 관한 요소가 평가 요소로 반영되는 것이 필요하다. 이를 위해 국내외 전문가로 자문단을 구성하여 기술 개발 방향과 목표에 대하여 주기적으로 자문하도록 하는 것이 좋은 방법이다. 기술개발 결과에 대한 평가는 엄선된 국내외 전문가로 평가단을 통해 이뤄지는 것이 바람직하고 기술 개발 방향과 목표 및 달성도와 같은 질적인 부분을 중심으로 연구성과를 평가하는 것이 필요하다.
◦ 실용화 방안 : 개발된 시스템의 산업화를 위해서는 타당성을 확보한 고속로 계통개념의 대규모 실험적 검증과 제작성 확보, 엔지니어링 규모의 파이로(Pyro) 처리공정 실증을 통해 실용화 단계로 전환한다. 그리고 실증기술을 바탕으로 고속로 순환시스템 상업시장 형성을 유도한다.
□ 소요 연구자원 및 기대 효과
◦ 투자 예산 : 현재 원자력진흥을 위한 제4차 5개년계획 수립을 위해 미래원자로시스템분과를 중심으로 원자로의 용량, 예산, 인력 등에 대하여 전반적으로 논의 중에 있으며 건설 단계별로 예산을 살펴 보면 2028년까지 총 17,851억원이 필요할 것으로 보인다.
◦ 소요 연구인력 : 건설 단계별로 예산을 살펴 보면 2028년까지 인력은 총 2,565명이 필요할 것으로 보인다.
◦ 소요 연구시설 : 안전계통의 성능검증, 안전계통과 일차열전달계통과의 상호영향 평가를 위해서 소듐 열유체 실증시험시설을 비롯한 각종 실험시설이 필요할 것으로 보인다.
◦ 기대 효과 : 2025년부터 경수로 1,000MWe과 600Mwe 소듐냉각고속로가 함께 건설되는 것을 가정하면 총 건설비는 약 1,248조원으로 이중 30%를 한국이 차지하고 5% 순익을 가정했을 때, 순이익은 18조 7,000억원으로 투자대비 약 18배 효과를 기대할 수 있다.
6. 지능형 무인항공기
□ 지능형 무인항공기 기술의 개요
◦ 지능형 무인항공기의 개요 : 조종사가 탑승하지 않은 상태에서 지상에서의 원격조종이나 혹은 사전에 입력된 프로그램에 따라 비행체 스스로 주위 환경을 인식하고 판단하여 자율적으로 비행하는(다시 말하면, 장애물이나 항로 등을 스스로 판단하여 최적의 비행 상태를 유지하며 비행하는) 비행체 또는 이러한 기능의 일부나 전부를 가진 비행 시스템을 가리킨다. 무인항공기 시스템의 구성 요소별 성능과 재원은 사용 목적에 따라 민간용과 군용으로 나뉘고 주로 군용으로 사용된다.
◦ 기술혁신 궤적 및 혁신경로 : 무인항공기의 기술발전 추세는 크게 대형 고성능화(고고도화, 장기체공화 등), 소형 단순화, 자동화, 임무의 다양화, 신뢰성 향상 등으로 요약할 수 있다.
◦ 거대과학기술사업 추진 근거 : 무인항공기분야는 아직까지 기술적 위험부담이 크고, 막대한 연구개발비가 소요될 뿐 아니라, 기술개발에도 10여년 이상이 소요되는 장기연구개발 과제이기 때문에, 민간의 투자로 기술개발을 하기에는 어려움이 많은 분야이다. 하지만 자율비행기술, 신뢰성 향상 기술 등은 기술적으로도 향후 크게 발전이 기대되며, 개인용 항공기 기술 개발에도 크게 기여할 수 있는 기반기술에 해당되어 시장 잠재력이 크다. 그리고 적절한 시기에 적절한 연구개발투자가 이루어 진다면 세계 선진국과 어깨를 겨루어 볼 수 있는 잠재적 Niche Market 이라 할 수 있다.
◦ 거대과학기술사업 추진 효과 : 전쟁에서의 인명 피해 최소화, 자율비행 성능과 항공교통통제 기술의 필요성으로 인해 미래 수요에 부응할 것으로 예상된다. 또한 국가 안보용 정보수집을 위한 정찰 수요와 영상정보의 고정밀도 및 24시간 상시 정찰 능력의 수요도 만족시킴으로써 해당산업을 선점할 것으로 예상된다.
□ 지능형 무인항공기의 국내외 개발 동향
◦ 국외 연구개발 동향 : 지능형 무인기 분야에서 국가별 시장점유율을 보면, 미국이 69%로 1위를, 그리고 유럽이 5%, 이스라엘이 3%의 시장점유율 보유하고 있다. 민수/공공용 무인기는 농업용 무인헬기(일본), 기상학 연구, 해안 경비, 광역 통신 서비스(이상 미국), 불법 기름 유출감시, 불법이민 감시(유럽), 교통법규위반감시(이스라엘) 등 다양한 분야에서 사용되고 있다. 한편 군용 무인항공기는 고도에 따라 저고도, 중고도, 고고도로 나뉘며, 최근에는 체공시간을 늘리기 위해 연료를 액체수소나 태양 전지 등을 이용하는 식의 연구(예: Orion, Global Observer, Zephyr, Vulture 프로그램)와 크기를 소형화 시키는 연구들(예: Raven), 또는 수직이착륙 무인기(예: GoldenEye, Fire Scout, Hummingbird, Camcopter S-100, Skeldar, Orka)에 대한 연구들이 진행되고 있다.
◦ 국내 연구개발 동향 : 한국항공우주연구원은 2002년 하반기부터 21세기 프런티어 연구개발 사업으로 ‘스마트 무인기 기술개발 사업’을 수행해 오고 있다. 이후 무인항공기 체계개발, 틸트로터형 비행체설계, 항공전자/통신/관제 등을 수행하였으며, 40%축소기 제어 및 자동비행시험, 100%비행체 설계, 제작 및 지상통합시험 등 소기의 기술적 성과를 달성하였다. 군용분야에서는 1970년대 후반 아주실업에서 무인표 적기를 독자 개발하였으며, 현재 육군 제대별(대대, 사단, 차기군단) 정찰용 (소형, 사단급, 군단급) 무인항공기 개발사업이 상당히 광범위하게 진행되고 있다.
◦ 국내외 연구개발 동향의 시사점 : 비록 우리나라가 지능형 무인기 분야에서 아직까지 선진국과의 기술격차가 있는 것은 사실이나, 여객기, 유인전투기 등 타 항공분야에 비해 비교적 선진국과의 기술격차가 적은 분야로써 catch-up의 가능성이 높은 분야이다. 첨단 지능형 무인기의 경우 아직까지 선진국도 기술개발 단계에 있기 때문에 우리도 지금부터 적극적으로 정부 주도로 추진해 나간다면 선진국과 경쟁할 수 있는 매우 높은 가능성을 가지고 있다고 하겠다.
□ 지능형 무인항공기의 뉴 프런티어 설정
◦ 뉴 프런티어의 필요성 : 재난 대비 및 환경 감시 등 민간분야에서의 무인기 활용이 활성화되는 한편, 항공기 운항의 자동화 추세와 함께 새로운 핵심기술의 시험대로서 무인기의 활용이 주목받고 있다. 우리나라는 축적된 연구개발 및 국방경험과 현재 수행중인 대형과제의 성공적 수행이 이루어질 경우 중소형 무인항공기에 대한 기술 및 시장 경쟁력을 확보할 수 있을 것이다. 또한 민간연구개발의 결과를 국방연구개발과 연계하여 시너지를 발휘할 경우, 국내 국방수요 충족은 충분히 가능할 것으로 예상된다.
◦ 뉴 프런티어의 연구개발 목표 설정 : 스마트 무인기 실용사업과 관련하여서는 틸트로터 항공기 개발기술관련 기술을 바탕으로 한 제반 부품 및 구성품의 신뢰도 향상과 양산 사업화가 가능한 수준의 기술개발을 위하여 실용화 기술개발을 목표로 한다. 고고도 장기체공 무인기 개발사업은 연료전지, 수소왕복엔진, 태양전지, 2차전지 등 다양한 HALE 무인기용 추진시스템과 데이터 송수신장비 등에 대한 기술 개발 및 기술 시현을 목표로 한다. 중고도 무인정찰기 사업은 원거리의 전략급 관심 지역에 대한 지속적, 실시간, 고해상도 영상 정보를 획득할 수 있는 무인항공기 체계를 개발하는데 목표가 있다.
◦ 뉴 프런티어 주요 연구내용 : 스마트무인기사업의 경우, 육군, 해군 및 해경에서 공통으로 활용 가능한 (각 수요처별 특수 요구조건을 반영하기 위한 최소한의 형상 차별화는 필요) 틸트로터형 무인기시스템을 실용화 개발함으로써 국내 독자기술로 군 및 공공 수요를 충당하고 미래 항공 핵심기술의 기반을 구축하는 것을 주요 사업 내용으로 한다. 고고도 장기체공 무인기 개발 사업의 경우, 친환경 HALE 무인 플랫폼 기술, 지능형 무인자율비행기술을 포함한 고신뢰 임베디드 SW 플랫폼 기술, HALE 무인기 기반의 실시간/상시 영상정보 처리기술, HALE 무인기 기반의 차세대 복합통신 원천/표준기술 등이 주요 연구내용이다. 중고도급 무인항공기 개발 사업의 경우, 비행체, 항공전자, EO/IR, SAR, 데이터링크, 임무통제 등이 주요 연구내용이다.
□ 뉴 프런티어 창출 전략
◦ 연구개발 전략 : 스마트무인기 실용화 사업의 경우, 1단계에서는 기술적인 성능 달성도를 확인하기 위하여 시제 제작 후 시험으로 검증하며 2단계에서는 1단계 시험을 통하여 도출된 문제를 보완한 시제를 제작하여 운용 성능 달성도를 시험으로 검증하는 동시에 종합군수지원요소 (ILS)를 개발한다. 고고도 장기체공 무인기 개발 사업은 개발 리스크를 최소화하기 위하여 착수 후 5년 이내에 축소 시제기를 개발하여 기술 검증을 수행하며, 이를 바탕으로 실제 시제기를 개발하고 인프라를 구축하여 기술을 시현한다. 중고도급 무인항공기 분야는 국내 관련 분야의 연구개발 역량을 총 집결하되, 국내 확보가 불가능하거나 전략적으로 중요하지 않은 기술적 요소에 대해서는 가능한 범위에서 국제기술 협력을 추진하여야 할 것이다.
◦ 연구비 지원방식 : 스마트무인기 실용화 사업의 경우, 육군, 해군 및 해경 등 군수공공용으로 활용 가능한 무인기시스템을 개발하는 사업이므로 연구비는 100% 정부지원 방식 또는 국방부와 지경부를 중심으로 해경 등 관심 부처가 공동으로 참여하는 민군겸용사업 형태로 추진할 수도 있을 것이다. 고고도 장기체공 무인기는 아직 세계적으로도 개발성공사례가 없는 원천기술개발사업이므로, 민간투자가 없는 100% 정부지원이 요구된다. 중고도급 무인항공기는 전력화 배치될 경우에 한국군의 전략적 정보자산으로 운용될 전망이므로 핵심 무기체계 분야의 지속적인 기술관리 필요성을 감안할 때 정부주도 연구개발이 타당하다.
◦ 국제협력 방안 : 스마트무인기 실용화 사업의 경우, 미국 S사 등이 공동개발에 지대한 관심을 가지고 있어, 향후 국제공동 필요성이 있을 경우 국제협력 추진이 가능하다. 고고도 장기체공 무인기의 경우, 현재 세계적으로 본 사업과 같은 HALE 무인 플랫폼은 미국의 NASA, 독일의 DLR과 같은 정부 기관이나 Qinetiq 사(영국), AeroVironment사(미국), Boeng 사(미국) 등 소수의 회사에 의해 연구 개발 단계에 있으므로 이들과 기술교류 등의 국제협력이 필요하다. 중고도급 무인항공기의 경우, 일부 구성품의 국내 공급이 곤란한 분야에 대해서는 국제기술협력을 통해 효과적인 기술이전을 추진하여야 한다. 단순히 부품 구매보다는 미래 연구개발이 필요한 무인항공기의 전체적인 제품군을 염두에 두고 중장기적인 관점에서 국제기술협력을 추진하는 것이 효과적일 것이다.
◦ 산학연 역할 분담 : 스마트무인기 실용화 사업의 경우, 실용화개발 사업 특성상 사업 주관은 산업체 또는 국방과학연구소에서 담당하고, 틸트로터 핵심기술을 보유한 한국항공우주연구원은 비행체 기술개발을 담당하는 구도로 사업을 수행한다. 고고도 장기체공 무인기의 경우에는 국내 연구개발 추진 체제 (산학연 역할분담 등)는 전략적인 집단 융합연구 및 네크워크 구축을 통해, 혁신적 성과를 추구한다. 중고도급 무인항공기 개발은 전략급 무기체계에 해당되므로 1～2차 공급망 (supply chain) 수준에서 민간 부문의 산학연 협력 소요는 그리 많지 않다.
◦ 연구성과 평가요령 : 스마트 무인기 실용화사업의 연구성과는 기술성능 목표와 운용성능 목표로 나누어 평가하도록 한다. 고고도 장기체공 무인항공기 개발 사업의 경우, 미국, 영국 정부 기관이나 소수의 민간회사들과 기술 교류 수준의 국제협력을 제안할 수도 있다. 연구는 한국항공우주연구원을 중심으로한 산학연 협력체계로 진행하고, 단계별 평가척도에 따라 평가하고 결과에 따라 다음 단계로 진행하는 방식으로 진행한다.
◦ 실용화 방안 : 스마트 무인기는 실용화를 위한 양산기술을 개발 할 때, 항우연, 국과연의 기술 및 민간기업의 양산설비를 활용하는 협력 체계를 구축하여 수행하는 것이 바람직할 것으로 보인다. 고고도 장기체공 무인항공기 개발 사업의 실용화를 위해서는 신뢰성 있고 운용이 편리한 플랫폼의 개발과 다양한 수요에 맞는 탑체제의 개발을 핵심적으로 수행하여야 한다. 중고도급 무인항공기 개발사업 연구는 국방 연구기관 및 방산업계와 민간 산학연의 상호협력 하에 진행하고, 실용화를 위해 체계개발의 비용과 일정을 최소한으로 진행하여야 할 것이다
□ 소요 연구자원 및 기대 효과
◦ 투자 예산 : 스마트무인기 실용화 사업의 경우, 현재 예상하는 스마트 무인기의 약 60~70% 규모의 시스템을 대상으로 할 경우 향후 10년간 약 830억원이 소요될 전망이다. 고고도 장기체공 무인기의 경우 향후 9년 간 약 1,150억원이 소요될 전망이다. 중고도급 무인항공기 개발사업의 경우 약 2,600억원의 예산이 필요하다.
◦ 소요 연구인력 : 스마트무인기 실용화 사업의 경우, 매년 30∼40명 정도의 연구 인력유지가 요구된다. 고고도 장기체공 무인기의 경우, 초기에는 약 30명, 2단계부터는 약 50명의 연구인력이 투입되어야 할 것으로 보인다. 중고도급 무인항공기 개발사업의 경우, 현 시점에서 중고도급 무인항공기 체계개발 단계의 연구인력 소요를 개략적으로 전망해보면 탐색개발 대비 약 1.5~1.8배 정도 증가할 것으로 예상된다.
◦ 소요 연구시설 : 스마트 무인기 실용화 개발 사업에는 풍동, 구조시험 시설, 제어 시험실, 환경시험시설이 필요하다. 고고도 장기체공 무인기 개발 사업에는 친환경 추진시스템 개발 및 테스트를 위한 추진 시스템 시험시설, 영상 및 통신 관련 탑재체 테스트를 위한 시험시설, 고도 20 km에서 비행하는 무인기를 제어하고 탑제체와 교신을 수행하는 지상운용 장비가 필요하다. 중고도급 무인항공기 연구개발에 활용된 시설은 풍동실험실, 구조실험/시험평가, 전자시험장, 비행시험통제시설, 비행제어실험실, 전자파실험실 등이다.
◦ 기대 효과 : 스마트무인기 실용화 사업의 성공은 군사 임무에 도움이 될 뿐만 아니라 해외 시장에서 블루시장을 개척할 수 있다. 고고도급 무인항공기 개발사업의 기술적 파급효과로는 HALE 무인플랫폼을 활용한 Super WiFi 기반의 Internet, 이동통신, IPTV, 라디오 복합통신 기술발전 촉진 등을 들 수 있고 국가/사회적 파급효과로는 전국 언제 어디서나, 재난 및 비상시 실시간/상시 영상정보 통신 서비스 제공할 수 있는 점을 들 수 있다. 중고도급 무인항공기 개발사업의 경우, 개발을 통해 군사적 측면에서 전략적 정보 자산의 독자 운용기반을 구축하고 군용 무인항공기 개발에 필요한 기술적 기반을 확립할 수 있을 것이다.
7. 해양오염방제
□ 해양오염 방제기술의 개요
◦ 해양오염 방제시스템의 개요 : 해양유류오염사고의 피해를 최소화하기 위한 방제기술은 해양학, 선박공학, 환경공학 등 다양한 분야의 기술이 광범위하게 접목되는 복합적 종합 기술이며, 유출사고의 확대를 방지하기 위한 유류오염 모니터링 기술, 유출사고의 효율적 대비대응을 위한 유출유 방제 및 피해 최소화 기술, 유류오염 피해 평가 및 복원기술 등으로 대별된다. 해양오염사고 방제기술은 해양환경 기초연구를 기반으로 재난적 해양오염사고에 대응할 수 있는 시스템 개발 기술로 집약된다.
◦ 기술혁신 궤적 및 혁신 경로 : 해양유류오염사고 대응을 위한 기술개발은 대형사고 발생 시에만 주목을 받고 이후 대형사고 발생건수 감소에 따른 사회적 관심 저하로 전문연구인력들이 대부분 연구를 중단하고 있는 실태이다. 우리나라의 해양오염사고 대응 기술 개발은 단편적이고 간헐적으로 진행되어 기초기술 및 기반기술이 확보되지 못하고 있으며, 다양한 연구분야의 연계 및 종합 기술 개발이 이루어지지 못하고 있다.
◦ 거대과학기술사업 추진 근거 : 해양오염사고 방제기술은 다양한 분야의 기술이 접목된 거대 산업화 기술의 범주에 속한다. 해양오염사고 방제는 화학해양학, 생물해양학, 지질해양학, 물리해양학, 해양환경학 등의 단일 기초과학에 기반하며, 이러한 기초과학 분야가 복합적으로 융합된 거대과학으로서 해양 환경 피해 및 영향 저감을 목표로 한다.
◦ 거대과학기술사업 추진 효과 : 해양오염사고 국가 재난관리체계의 신뢰성 제고, 저탄소 녹색성장을 위한 환경정책 강화에 기여, 방제 비용, 어업 및 양식업 피해, 나아가 해양환경 피해 절감, 해양오염 관련 산업의 추가적 핵심기술 개발 및 발전 유도, 해양공학 분야의 첨단 기술 개발 및 수출 유발 기대 등의 효과가 있다.
□ 해양오염 방제기술 국내외 개발 동향
◦ 국외 연구개발 동향 : 선진외국은 대형 유류 오염 사고 발생을 계기로 장기적이고 종합적인 연구개발 프로그램을 수립, 운영하고 있다. 세부적으로, 방제 분야의 핵심기술은 단독 시스템에서 해양오염방제 전분야의 기술을 하나의 시스템으로 상호 연계하여 구축되는 복합형 시스템으로 집적되어 가고 있다. 또한 선진국에서는 해양오염사고의 특성을 고려하여 악천후에도 운영될 수 있는 대형 시스템 개발에 주력하고 있다.
◦ 국내 연구개발 동향 : 우리나라의 해양유류오염 방제기술은 교육과학기술부, 국토해양부, 환경부 등 부처별로 산발적으로 연구개발을 추진하고 있다. 하지만 전문 연구기관이 없고 사고 발생 시에만 관심이 증대 되어 지속적으로 연구가 진행되지 못하고 있다. 컴퓨터 시뮬레이션을 이용한 해양오염사고 모니터링 기술 연구는 선진국의 기술과 대등한 상태이나, 시뮬레이션 결과의 검증이나 보정부분은 미흡한 실정이다. 한편 국내에서 유출유 방제 및 피해 최소화를 위한 기술 개발은 거의 전무한 상태이며, 대부분 선진국의 기술을 그대로 도입하는 실정이다. 또한 피해 평가 기술 및 복원 기술 자체에 대한 사전 기술 개발 연구도 제대로 수행되지 못하고 있다.
◦ 국내외 연구개발 동향의 시사점 : 우리나라는 연구의 단발성, 연구의 통합관리체계의 부재, 전문 연구기관 부재 등의 문제점이 있다. 반면 선진국은 지속적이고 체계적으로 연구가 추진되고 있다. 이에 따라 앞으로 우리나라는 중장기 계획에 따른 지속적이고 체계적인 연구 추진, 핵심기술 개발 및 복합형 시스템 개발, 악천후 운영 고려 전천후 대형시스템 개발의 방향으로 연구개발을 추진해야 할 것으로 보인다.
□ 해양오염 방제기술의 뉴 프런티어 설정
◦ 뉴 프런티어의 필요성 : 해양유류오염사고는 전쟁이나 재난과 같이 예고없이 발생되어 단기간에 막대한 피해를 유발하므로 평상시 체계적이고 지속적인 연구개발을 통한 기반 구축이 필요하다. 또한 개발된 방제 기술의 효율적 활용을 위해서는 상호 연계되는 방제기술의 특성을 고려하여 복합형 시스템의 개발이 필요하며, 대부분의 해양오염사고가 악천 후에 발생하는 점을 고려하여 시스템의 대형화가 필요하다.
◦ 뉴 프런티어의 연구개발 목표 설정 : 첫째, 중장기 계획에 따른 지속적이고 체계적인 연구가 추진될 필요가 있다. 둘째, 핵심기술 및 복합형 시스템이 필요하다. 선진외국의 경우 장기간 지속적 연구투자를 통해 핵심기술 개발 및 단위 시스템 개발이 이미 완료된 상태이며, 이를 기반으로 단위 시스템을 연계한 복합형 시스템을 개발하고 있다. 셋째, 악천후 운영을 고려하여 전천후 대형 시스템 개발이 필요할 것으로 보인다. 국내외 해양오염사고 방제기술의 현황 및 시사점을 반영하여 종합적으로 판단하여 ‘복합형 전천후 대형 해양오염사고 방제 시스템 개발’을 뉴 프런티어로 설정하였다.
◦ 뉴 프런티어 주요 연구내용 : 세부 목표 항목으로 해양오염 사고 모니터링 기술, 유출유 방제 및 피해 최소화 기술, 유류오염 피해평가 및 복원 기술, 복합형 시스템 융합 기술, 전천후 대형 시스템 기술 등 5가지가 있다.
□ 뉴 프런티어 창출 전략
◦ 연구개발 전략 : 뉴 프런티어는 다학제간 융합이 필수적이므로, 기반구축연구, 시스템 개발 단계, 시스템 상용화의 단계로 연구가 수행되어야 한다. 또한 지속적이고 체계적인 연구 수행을 위하여 <국가 해양오염 방제기술 연구센터(가칭)>를 영구적으로 설치하고, 이를 주도로 연구개발을 진행한다.
◦ 연구비 지원방식 : 기반구축단계 5년과 시스템 개발단계 3년에 소요되는 예산은 정부의 예산이 지원되어야 하며, 상용화단계의 예산은 산업화 및 실용화를 통한 민간 자본 활용이 가능하다. 정부예산의 지원은 정부 출연연구소의 출연금 형태 연구비로 지원되어야 하며, 다분야 다학제의 연구비는 정부 출연 연구비에서 지원하는 것이 필요하다.
◦ 국제협력 방안 : 선진국과는 기반구축단계에서 기술협력 관계를 맺고 이후 단계부터는 대등한 관계에서 국제 공동 연구 형태로 연구를 진행하도록 한다.
◦ 산학연 역할 분담 : 한편 연구의 형태는 정부 출연연구소에서 전체 사업을 주관 총괄하고, 다학제 다분야의 연구기관으로부터 사업계획서를 받아 심사하고 분야별 연구기관을 결정하는 식으로 이루어져야 할 것이다.
◦ 연구성과 평가요령 : 해양오염사고 방제기술의 연구성과는 동 기술의 개발이 중장기적인 관점에서 추진되어야 하기 때문에 사전평가, 연차평가, 단계평가 및 종합평가로 구분하여 추진할 필요가 있다.
◦ 실용화 방안 : 기반구축단계 이후 시스템 개발을 통해 핵심기술의 시스템화를 모색함으로써 복합형 방제 시스템 개발 기술을 확보하면, 상용화 단계에서 시스템 개발 기술을 기반으로 산업체와 함께 개발 기술의 실용화를 실현할 수 있을 것으로 예상된다.
□ 소요 연구자원 및 기대 효과
◦ 투자 예산 : 기반구축단계의 예산은 9개 중점 과제를 5년간 추진하는데 2,240억원의 투입이 필요하며, 시스템개발단계에서는 9개 중점과제를 수행하기 위해 2,290억원이 소요될 것으로 예상된다. 시스템상용화 단계에서는 7개 과제를 추진하는데 3년간 2,390억원이 투입되어 시스템 상용화에 가장 많은 예산이 필요할 것으로 예상된다.
◦ 소요 연구인력 : 개별 기술별로는 최소 5명에서 최대 30여명의 인력이 필요할 것으로 예상되며, 연도별로는 40에서 최대 140명의 연구인력이 필요할 것으로 예상된다. 단계별로는 기반구축단계 5년간 연인원 300여명, 시스템 개발단계 및 시스템 상용화 단계에 각각 약 400여명의 연구인력이 필요할 것으로 추정된다.
◦ 소요 연구시설 : 소요 연구시설은 대형 연구시설만을 포함하며, 방제장비, 선박 및 플랜트의 운동실험을 수행할 수 있는 해양공학수조, 직접 기름을 뿌려놓고 기름 특성과 관련된 실험을 수행할 수 있는 유류오염 방제수조, 기름 거동 및 방제기술의 효과를 재현할 수 있는 유류오염방제 시뮬레이터 등이 있다.
◦ 기대 효과 : 해양오염사고 방제기술의 뉴 프런티어 기술이 개발되어 허베이 스피리트호 유출사고와 동일한 사고 1건에서 역할을 할 수 있다면 투자비용은 약 1.4배 증가된 이득을 발생할 수 있다. 또한 최근 해양오염사고의 발생 추세에서 사고 규모가 점차 대형화되는 점을 감안하면 투자대비 사회 경제적 이득은 보다 높을 것으로 예상된다.
8. 고속철도
□ 고속철도기술의 개요
◦ 고속철도기술의 개요 : 철도는 터널 및 교량 뿐만 아니라 궤도, 전차선, 신호 및 열차 등까지 다양한 종류로 구성되어 매우 복잡하며, 각 시스템간의 유기적인 통합이 매우 중요하다. 따라서,모든 분야의 기술 발전이 이루어져야만 전체 시스템의 기술발전 효과를 볼 수 있다. 철도는 일반적으로 200km/h의 속도를 기준으로 일반철도와 고속철도로 분류되어 진다. 고속철도는 일반철도와는 달리 속도의 향상에 따라서 더욱 지능화되고 최고 기술로 이루어진다.
◦ 기술혁신 궤적 및 혁신 경로 : Wheel/Rail 방식의 고속철도는 일본, 프랑스, 독일을 중심으로 발전하고 있으며 최근 연구들은 “동력집중식”에서 여러 가지 상대 우위가 많은 “동력분산형”으로 재편되고 있다. 한편 일본과 독일은 자기부상철도의 개발에도 노력해 왔다. 이를 볼 때 우리나라는 앞으로 운영 기술의 피드백, 속도 향상, 안전성 제고를 중심으로 기술개발을 이루어 나가야 할 것으로 보인다.
◦ 거대과학기술사업 추진 근거 : 고속철도는 다양한 학문이 융합 발전된 거대과학기술로 순수과학보다는 기술의 혁신이 필요한 부분이다. 또한 공학적으로 시험이나 실증을 통해 입증해야 할 과제이기 때문에 기술혁신과 신뢰성 확보가 매우 중요하다.
◦ 거대과학기술사업 추진 효과 : 뉴 프런티어 기술로 독창적인 초고속철도 기술을 확보하여 시장의 10%만 확보하여도 향후 5년간 건설시장에서 65조원 그리고 차량분야에서 2020년까지 36조원의 시장을 확보하는 경제적인 효과를 가져올 것이다.
□ 고속철도기술의 국내외 연구개발 동향
◦ 국외 연구개발 동향 : 해외 국가들은 경량차량개발, 동력분산식 철도개발, 표준화된 모듈 시스템 적용을 통해 속도 향상을 이루려 노력하고 있다. 또한 독일과 일본을 중심으로 자기부상열차의 개발이 꾸준히 이루어 지고 있다.
◦ 국내 연구개발 동향 : 동력집중식인 KTX-산천과 다른 형식인 동력분산형 차량개발이 현재 이루어지고 있는 연구의 목표이며, 400km/h까지 시험운행 될 예정이다. 하지만 �고속 자기부상열차 핵심요소기술에 대한 검증 및 실용화 기술에 대한 연구개발은 아직 시작조차 못하고 있는 실정이다.
◦ 국내외 연구개발 동향의 시사점 : 외국은 공통적으로 열차의 속도 향상에 주력하고 있고 자기부상철도에 대한 연구가 점점 관심을 더해가고 있다. 우리나라는 휠/레일 방식의 기술은 뛰어나지만 자기부상철도 관련 기술은 아직 미흡하다. 한 가지 방식의 기술에만 집중할 경우 발전의 한계가 있을 수 있으므로 두 가지 기술의 장점을 복합적으로 이용하여 획기적으로 속도향상과 함께 안전성을 확보하는 것이 필요하다.
□ 고속철도의 뉴 프런티어 설정
◦ 뉴 프런티어의 필요성 : 기존에 있는 추종형 기술이 아닌 창조형 기술은 여러 가지 면에서 전망이 밝다. 또한 브라질, 사우디아라비아, 이집트 등의 신흥시장은 세계 최고 수준의 고속철도를 도입하기 원한다. 그리고 새로운 방식의 고속철도 기술 개발은 우리나라 고속철도산업 발전방향과도 일치한다.
◦ 뉴 프런티어의 연구개발 목표 설정 : 뉴 프런티어 연구개발의 목표는 “Wheel/Rail 고속열차와 자기부상의 추진시스템을 동시에 활용한 500km/h급 고속철도 개발”이다. 기존의 고속열차를 그대로 활용하여 일정속도까지는 Wheel/Rail의 점착력을 활용하고 일정속도 이상에서는 부족한 점착력의 확보를 위해 차량에는 전자석을 장착하고, 선로에는 자기부상의 추진원리를 적용한 초전도를 이용한 LSM 혹은 LPM을 적용하여 비접촉식으로 급전과 추진력을 확보하고자 한다.
◦ 뉴 프런티어 주요 연구내용 : 먼저 속도향상을 위해 필요한 구간에서 자기부상의 추진시스템을 적용하여야 한다. 두 번째로는 운행을 위한 초고속 주행시 야기되는 환경 및 안전에 대한 기술개발이 필요하다. 세번째로는 열차의 제어기술과 무균열 궤도 인프라 기술 등 선로구축물 핵심기술을 개발해야 한다. 마지막으로 500km/h의 시제열차를 제작하고 일부구간에 초전도 LPM을 적용하고 Test 시험구간을 마련하여 오랜 기간의 성능 입증을 해야 한다.
□ 뉴 프런티어 창출 전략
◦ 연구개발 전략 : 단계별 전략을 구성하여야 하며 총 3단계 즉, ‘혁신 및 핵심기술개발 → 실험적 검증 및 제작성 검증 → 상용화를 위한 실증연구 → 시장진입‘의 순서에 따라 장기적으로 연구개발이 이루어져야 한다.
◦ 연구비 지원방식 : 연구 지원은 원칙적으로 국고 지원으로 하되 국가연구개발사업 운영지침에 따라 매칭펀드가 적용될 것이다.
◦ 국제협력 방안 : LPM 추진기술과 능동적 공기저항 저감기술은 세계적인 석학들과 국제협력이 필요하다. 국제협력은 미래 수요를 예측하고 그에 맞는 기술들을 제안하거나 배움으로써 협력을 이어나갈 필요가 있다. 이를 위해 인력파견이나 구성품 개발 자문 및 개발참여 형태를 통해 적극적으로 국제협력을 추진하는 것이 필요하다.
◦ 산학연 역할 분담 : 정부 출연연은 시스템 기술개발(SE) 및 핵심기술 개발을 주도하며, 학계는 기초기술 및 요소기술 개발에 주력해야 한다. 또한 산업계의 경우에는 향후 실용화를 대비하여 핵심기술 국산화, 건설 및 부품 기술 개발 및 시스템 제작을 담당한다.
◦ 연구성과 평가 요령 : 기술개발에 대한 평가는 각 단계별로 추진하여 각 단계를 통과 시 다음단계를 진행할 수 있도록 하는 것이 필요하다. 또한 국내외 전문가로 자문단을 구성하여 각 단계별 목표와 방향에 대해 주기적으로 자문을 받고 평가하는 것이 필요하다.
◦ 실용화 방안 : 현재 300km/h의 고속철도의 설계 운영 경험은 충분히 가지고 있으며, Test-Bed에서 충분한 시험운행을 통해 안전성을 확보하여야 한다. 기술개발을 통해 확보한 고속열차 핵심기술은 해외시장 진출을 위한 국가적 수출 전략기술로 활용될 것이다.
□ 소요 연구자원 및 기대 효과
◦ 투자 예산 : 기초기술 확보단계인 1단계에서는 약 300억원이 소요될 것이며, 2단계에서는 일부구간의 Test-Bed 설치를 위한 설계와 건설비용을 포함하여 약 1,000억원이 소요될 예정이다. 마지막 단계인 상용화 단계에서는 일부 기술의 성능향상과 고도화를 위해 300억원이 소요될 예정이다.
◦ 소요 연구인력 : 핵심기술개발단계에서는 국내외 최고수준의 연구자들을 중심으로 한 기술개발 연구인력이 주를 이루고, 시험운행 단계에서는 실제로 각 분야에서 일하는 엔지니어들이 대거 투입될 것이다. 마지막 성능 단계에서는 핵심기술 연구자들과 엔지니어들을 중심으로 운영될
것이다.
◦ 소요 연구시설 : 최소한 4량 1편성의 열차 시스템개발이 필요하다. 그리고 고속시험에서의 검증을 위해서는 일부 노선에 Test-Bed를 구축하여야 하고 이를 통해 성장 검증 및 안전성 평가를 할 수 있다.
◦ 기대 효과 : 고유가 및 저탄소 교통 체계 전환 대비 교통 체계의 적응력 강화, 초고속 교통망에 의한 거점 도시간 90분 이내 연결을 통하여 물동 및 인구이동이 더욱 가속화, 국민의 편익 증진과 선진 일류국가로서의 경제적, 기술적 위상에 걸맞는 국가로 도약하기 위한 국토 가치를 재창출하고 동북아 경제중심국가로서의 국민적 자긍심을 고취시키게 되는 효과가 있을 것으로 보인다.
9. 결론 및 종합제언
□ 본 연구의 특징
◦ 절차적 특징 : 우선, 거대과학에 대한 국내외 문헌 조사, 선진국의 연구개발 사례 등을 참고하여 후보군 리스트를 작성한 후 이를 기반으로 자문위원회를 구성하였다. 이후 엄선된 100여명의 전문가를 대상으로 자문위원회가 검토한 설문조사를 실시하였다. 그 후 계층분석법(AHP)을 도입하여 여러 가지 각도에서 분석을 하였다. 이들 결과 또한 자문위원회가 검토하였으며 1차년도 거대과학 연구(2010년도 정책 과제)와의 차별성, 우리나라 환경적 특수성, 현실적 제약, 기존에 이루어졌던 연구제외 등의 기준을 고려하여 잠정적으로 4개 분야를 선정하였다. 자문위원회의 추천을 받아 각 분야 최고의 전문가들을 추천받아 심층 사례분석을 한 후, 워크숍 및 공개세미나에서 이를 발표하고 충분한 토론을 거쳐 최종 4개 분야 및 심층사례를 선정하였다. 각 분야 전문가들은 개별적인 연구조직을 만들어 연구할 뿐만 아니라 STEPI 종합연구팀과 수시로 상호 협의하여 내용을 수정 보완하였다. 그리고 비공식적인 워크숍과 인터뷰를 실시하여 다양한 전문가들로부터의 의견을 수렴하였다.
◦ 내용적 특징 : 고속원자로 개발 관련 (1)핵기술의 확산을 방지하는 기술확보 문제, (2)일본 후쿠시마 원전사고 이후 원전 안전성을 획기적으로 개선하는 새로운 피동형 개념의 기술개발 문제, (3)고속원자로 인허가 규제기준 연구개발 문제, (4)2014년까지 한․미 원자력협정 개정시 한국의 핵주기 기술개발 범위를 확대하는 문제 등이 주요 현안이다. 고속증식로의 상용화에 성공하면 한국의 에너지의 안정적인 공급과 전 세계적으로 미해결 과제인 사용후 핵연료 관리 문제의 해결이 가능해지고 아울러 한국의 향후 국제원전 수출시장의 점유율을 높이는 등 원자력 강국으로의 부상이 기대된다. 지능형 무인항공기 분야는 민간용 무인기 분야, 고고도 장기체공 무인기, (군용) 중고도급 무인기 사업으로 나누어 설명할 수 있다. 민간용 무인기는 실수요자를 발굴하는 문제가 현안이고, 정부 혹은 국가기관에서 과감하게 Launching Order 결단을 내림으로써 우리나라의 emerging technology 상용화를 촉진시키는 것이 필요해 보인다. 한편 고고도 장기체공 무인기는 세계적으로 기술개발을 진행 중인 사업이지만 우리나라의 기술 수준은 낮고 정부에서 관심이 적다. 따라서 미래를 위한 장기기술개발사업에 대한 기초원천기술개발 투자가 필요하다. (군용) 중고도급 무인기 사업에서는 군용기의 무인기 기술개발이 가속화되고 있는 것을 주목해야 한다. 기술개발 차원에서 중고도 무인기 개발이 병행 추진되어야 향후 크게 증가할 것으로 예상되는 무인기 시장에서 우리나라의 시장진입 토대를 만들 수 있을 것으로 판단된다. 마지막으로 고속철도의 정책적 현안은 고속철도의 안전확보와 속도향상 및 세계 일류기술의 확보이다. 속도향상과 세계최고의 기술확보를 위해서는 “Wheel/Rail 고속열차와 자기부상의 추진 시스템을 동시에 활용한 500km/h급 고속철도 개발”라는 뉴 프런티어가 꼭 필요하다.
□ 4대 분야 뉴 프런티어 창출전략 및 비교
◦ 본 연구 대상 거대과학기술 분야 속성 : 본 연구의 4개 분야는 연구 결과 순수거대과학 보다는 거대산업혁신에 보다 근접해 있다. 즉, 연구비 투자 규모 면에서는 전형적인 거대과학기술 분야이지만 그 학문적 영역에 있어서는 기초과학 보다는 대부분 산업기술혁신을 통해 거대과학산업으로의 발전할 잠재적 가능성이 큰 분야들이다. 전문가 조사 결과 4개 분야 프로젝트는 중요도 면에서 타 거대과학기술부문의 중간 정도이다. 그리고 기술수준 면에서는 선진국과 대비해서 볼 때 70∼80% 정도이다.
◦ 분석된 4대 분야의 유의성 : 첫째, 제4세대 신형 고속원자로 중에서 친환경 소듐고속로(SFR)를 개발대상으로 채택하고 순환핵연료주기 시스템으로 개발, 실증하여 현 한국의 주력 경수로인 후속기로 채택되도록 한다. 2030년 이후 전력생산의 주종으로 자리매김할 것으로 예상되는이 원자로는 제3세대 원자로에 비해 경제성, 안전성, 핵 비확산성이 획기적으로 개선될 혁신적 개념의 신형원자로이다. 한국이 글로벌 에너지 문제해결에 기여함과 동시에 차세대 원자로 기술에서도 세계를 리드할 수 있는 가능성이 있는 분야로 판단된다. 둘째, 지능형 무인항공기기술분야는 비행체 스스로 인식과 자율 활동을 통해 고고도에서 장기간 체공할 수 있는 성능을 갖춘 최적 비행시스템을 개발하는 것이 목표이다. 군사적 목적이외에도 국내 항공우주산업의 세계 무대 진출과 수출산업기반 마련에 Test-Bed 역할을 수행할 수 있는 분야이기도 하다. 셋째, 해양오염 방제시스템 분야에서는 복합형 전천후 대형 방제 시스템 개발로 방제분야 핵심 기반기술과 연계하여 대형 국가 재난을 예방하는 복합형 시스템을 개발하는 것이 목표이다. 그동안 국민의 안전이나 재난 등에 대비한 연구는 매우 단편적이고 소규모 과제 형태로 추진되어 온점을 감안할 때 거대과학기술 연구를 태동할 시점이 되었다. 사고 발생시 요구되는 각종 구난기술과 방제기술, 유류확산 모니터링 및 예측, 오염 파급을 방지 기술, 단시간에 기름찌꺼기 수거 등에 효과적인 최신기술을 확보하고 해상플랜트 기술개발 추진하여 신속지원이 가능한 실시간 추적 지식기반 방제체제를 확립할 필요가 있다. 넷째, 고속철도 분야에서는 기존 고속열차의 추진시스템과 자기부상 추진시스템을 동시에 활용한 500km/h급 고속철도를 개발 하는 것이 목표이다. 대형 시스템인 원전수출 이후 후속 분야로 가장 유망하고 세계 시장의 선점 차원에서도 속도 및 성능의 향상은 경쟁력의 척도가 된다. 또한 고속철도기술은 녹색 성장에 필수적인 기술로 이해되고 있으며 이에 따라 속도의 향상과 안전성, 편리성 그리고 신뢰성 제고의 문제는 필수사항이다.
◦ 4대 분야 뉴 프런티어 창출전략의 비교 : 고속원자로는 향후 원자력 5대 강국 진입 및 원전 수출 3대 강국 도약을 위해 반드시 확보해야 할 분야로 화석연료 고갈에 대비한 최적 에너지 대안 개발을 목표로 하고있다. 지능형 무인항공기 분야는 비행체 스스로 인식과 자율 활동을 통해 고고도 장기간 체공이 가능한 최적 비행시스템 개발을 목표로 하고, 국내 항공우주산업의 세계무대 진출과 수출산업 기반 마련에 Test-Bed 역할 수행을 할 것으로 보인다. 해양오염방제 분야는 방제분야 핵심 기반기술과 연계하여 대형 국가 재난을 예방하는 복합형 시스템 개발을 목표로 하고, 해양오염에 대한 세계 최고 수준의 모니터링 및 방제기술 확보로 해양자원을 보전하고 활용하여 해양강국을 달성할 것으로 보인다. 고속철도 분야는 현 고속철도 성능의 획기적 개선으로 안전성과 경제성이 대폭 향상된 차세대 신형 모델 개발(500km/h급 고속철도)을 목표로 하고 있으며, 이러한 기술을 적극적으로 개발하고 시장을 개척할 경우 세계시장에 진출할 수 있을 것으로 보인다. 연구개발 전략은 미션지향적으로 그리고 목적기초연구 방식으로 추진한다. 이렇게 할 경우 정부 중장기 비전과 연구개발계획에 따라 원천기반기술에서부터 실용화까지 단계별 연구개발계획 수립이 긴요할 것으로 보인다. 고속원자로의 과제는 안정성과 신뢰성 등 대국민 수용성을 얻는 것이다. 전략은 초기에 정부주도 국내 기반기술 개발하고 국제공동연구를 통한 개념설계를 완료한 후, 산업계참여를 통한 시험원자로 및 시험플랜트를 건설하는 것이다. 이후 실적에 따라 시장진입을 위한 산업체 주도로 상업용 원자로를 완성하도록 한다. 지능형 무인항공기 분야는 운용개념 정립 및 기초 원천기술의 개발, 기초 원천기술 입증 및 축소시 제기를 활용한 기술검증을 한 후 시스템 개발 및 기술시현을 통해 실용화를 추구한다. 해양오염방제 과제는 장기적이고 종합적인 연구개발을 촉진하는 것이고 핵심기반 기술 개발을 위한 기반구축과 복합형 전천후 방제 시스템을 개발하는 방향으로 연구를 진행한다. 이를 통해 상용 복합형 대형 시스템을 상용화 한다. 한편 고속철도 과제는 혁신적인 아이디어 도출, 돌파기술개발 및 안정성과 신뢰성 확보이다. Test-Bed 구축 및 장기간 열차운행으로 안전성 확보 검증을 하고 운영기술을 축적해서 시장진입함으로 실용화를 이룬다. 연구비는 해양오염방제가 6,920억원으로 가장 많이 들고, 고속철도가 1,600억원으로 가장 적게 소요될 것으로 예상된다. 연구 인력의 경우에도 고속원자로가 1,624명의 인력을 필요로 해서 가장 많은 인력을 필요로 하고, 고속철도가 605명으로 가장 적은 인력을 필요로 한다. 지능형 무인항공기와 해양오염방제의 경우 선진국과의 기술협력이 가장 필수적으로 요구되고, 고속원자로와 고속철도의 경우 산학연의 긴밀한 협력과 역할분담이 필수적일 것으로 보인다.
◦ 거대과학기술정책에 대한 시사점 및 제언 : 첫째, 거대과학기술의 정책적 인프라를 구축하여야 한다. 우선 사업추진 부처를 결정하고 사업추진 법적 근거를 마련한 후 이를 토대로 중장기 연구개발 계획에 반영하는 것이 필요하다. 둘째, 거대과학기술 분야에 대한 사전 연구기획, 관리, 평가를 강화해야한다. 이를 위해 거대과학기술 분야의 기술예측조사(사회적, 정치적 요소도 반영)를 실시하여 사전연구기획을 강화해야 한다. 또한 치밀하고 전략적인 거대과학기술 개발 계획을 수립하고 이를 근거로 안정적인 인적, 물적 재원을 확보하기 위해 연구 관리를 강화해야 한다. 그리고 합리적 의사결정을 위해 연구개발사업에 대한 조사, 분석 및 성과평가를 강화해야 한다. 셋째, 거대과학기술 인력 수요-공급 불균형을 해소하고, 전문 인력에 대한 수요예측과 양성, 활용에 대한 국가차원의 배려가 필요하다. 이를 위해 기획 단계에서부터 산학연 협력을 통한 산업체의 거대과학기술 분야 인력수요 니즈를 반영해서 인력양성을 추구하는 동시에 기초 핵심기술 확보, 산업체 육성을 동시에 추진하여야 한다. 넷째, 거대과학기술 육성을 위한 국제 공동연구를 전략적으로 강화해야 한다. 공동연구를 통해 리스크 분담, 공통기반 플랫폼 기술을 효과적으로 확보하고 민감기술에 대한 투명성을 확보해야 한다. 다섯째, 거대과학기술에 의한 신기술 관련 인허가 규정을 제정하여야 한다. 이를 통해 일반 국민이 안심할 수 있는 수준의 엄격한 검증과 국민적 수용성을 확보할 필요가 있다.
□ 맺음말
◦ 본 보고서는 우리나라가 앞으로 집중 육성해야 할 거대과학기술 분야를 선정하고 각 분야 내에서의 세부적으로 뉴 프런티어 설정 및 전략을 제시하는 데 큰 의의를 가지고 있으나 다음과 같은 몇 가지 논점이 있을 수 있다. 첫째, 거대과학기술의 개념이 과학적으로 합의가 된 것이 없어 몇 가지 기준에 따라 개념을 정의한 후 분석이 이루어 졌다. 둘째, 4대 분야의 뉴 프런티어 도출이 각 분야 국내 최고전문가들에 의해 제시된 것을 주관적이라고 판단할 수 있다. 셋째, 본 연구가 기획 연구가 아닌 정책 연구 보고서라는 점에서 상세한 TRM이 제시되기 어려웠다. 넷째, 과학기술 투자의 철학과 연계된 분석이 이루어지지 못했다. STEPI가 하는 연구가 국가 연구비 투자의 길잡이가 되어야 한다는 면에서 몇 분야를 선정하는 것보다 과학기술 투자의 철학(장기 또는 단기성과 위주 투자, 과학기술 균형투자 또는 선택적 투자인가 등)과 연계된 분석이 필요하다는 지적이 있을 수 있다.

Abstract ▼

As Korea's economy has progressed, Korea needs development of the small and medium scale R&D as well as large scale science and technology that focuses on national needs and global issues by combining national capacities. From this perspective, this study aims to examine and provide new frontier str

As Korea's economy has progressed, Korea needs development of the small and medium scale R&D as well as large scale science and technology that focuses on national needs and global issues by combining national capacities. From this perspective, this study aims to examine and provide new frontier strategies of the big science and technology that is the most appropriate to Korea. Especially this study suggests R&D objective, investment scale, R&D strategies, international cooperation and policy recommendations for the big science and technology of Korea.
In order to do so, this study examines first, the types of science and technology research and their concepts for scrutinizing characteristics. Second, it provides the direction of basic approach for developing the big science and technology that is proper to Korea’s conditions. Third, this study examines cases and policies regarding the developments of big science and technology of the developed countries and Korea. It draws their implication for improving the developments of big science and technology of Korea.
Forth, this study conducts and utilizes the rigorous methodologies and processes such as consulting with professionals, AHP analysis, public hearings, Also, it focuses group in order to set the priority of areas of the big science and technology for Korea and selects four areas of the big science and technology for this study. This study will provide the new frontiers of each four area for Korea and strategies for developing these new frontiers.
The four areas are identified as high-speed nuclear reactor, intelligent unmanned aircraft, preventing system of ocean disasters, and high-speed train/railroad system. The first new frontier in the high-speed nuclear reactor is proposed as Sodium-cooled Fast Reactor(SFR) which is environment-friendly. For the development of SFR, the Korean government should play an important role in the design of the reactor, evaluation for licensing by making a necessary law and establishing proper technological standards. Moreover, Korea Atomic Energy Research Institute needs to be a main player for generation IV nuclear reactor research by international and local cooperation among industry and academia.
Secondly, in the intelligent unmanned aircraft sector, three items are suggested as the new frontier: smart unmanned commercialization, development of unmanned aircraft at high altitude for long time, and development of unmanned aircraft at medium altitude. In order to develop these unmanned aircraft technologies, it is important to implement the strategies such as technological cooperation with advanced countries having necessary technologies, for instance, international collaboration and development for development of components.
Thirdly, the new frontier in the preventing system of ocean disaster is suggested as the large scale hybrid all-condition disaster preventing system. For this system, the three stage strategy is needed: build of necessary infrastructure, technology developments and commercialization of the system. Korea Ocean Research and Development Institute(KORDI) is necessary to perform an important role in building a necessary infrastructure. At the stage of building infrastructure, Korea needs to cooperate with the developed countries for technological collaboration. After building the infrastructure, Korea needs international cooperative research and it is necessary to attract private companies and research institutes in the commercialization of the system.
Fourthly, the new frontier in the area of high-speed train and railroad is proposed. The high-speed train system with speed of 500km/h uses improved current propulsion system of high-speed train and propulsion system of magnetic levitation. For this system, top-down design and development needs to be executed, which is led mainly by Korea Railroad Research Institute and other national research institutes. In addition, it is essential that this system guarantees safety while utilizing and combining the accumulated existing technologies, know-how and a new test-bed.
In order to create these new frontiers for the Korean government more effectively, it needs to make instant policy-infrastructures for accelerating the developments of the big science and technology systematically. For instance, it needs to develop organizational unit for directing policies and projects and also to reinforce laws for supporting big R&D projects for the development of the big science and technology. In addition, long term R&D plans are needed for the developments of the big science and technology systematically.
Also, the Korean government needs to establish a planning and management system for R&D to develop the big science and technology. The Korean government must strengthen research planning through technology forecast and foresight for the achievement. It also has to reinforce management system for obtaining and executing human and physical capital that is based on a development plan of the big science and technology. Moreover, the government should try to maximize the R&D projects outcomes through establishing the investigation-analysis-evaluation system of the R&D projects for the big science and technology.
The government, at the national level, needs to strengthen policy support for the demand forecasting and training. Also, utilization of professionals is required to solve the mismatch of demand and supply of human capital in the areas of big science and technology. In order to solve the problem, demands and needs of human capital in the areas of the big science and technology must be recognized through cooperation among industry, academia and research institute. At the same time, it has to secure both basic and core technology and foster industries in the areas of the big science and technology.
Moreover, the government should reinforce international collaboration more strategically for developing the big science and technology. Through this international collaboration, sharing of risk, securing platform technology and obtaining transparency for delicate technologies such as nuclear technology will be achieved. In addition, the government should secure strict regulations for strong safety assurance and public acceptance towards the development of the big science and technology.

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 발간사 ... 5
• 요약 ... 7
• 목차 ... 49
• 표 목차 ... 52
• 그림 목차 ... 55
• 제1장 서론 ... 61
• 제1절 연구의 필요성과 목적 ... 61
• 제2절 연구내용 및 연구방법 ... 63
• 제2장 과학기술연구의 유형.특징 및 우리의 접근방향 ... 68
• 제1절 과학기술연구의 유형 및 특징 ... 68
• 제2절 거대과학기술의 성격과 우리의 접근방향 ... 78
• 제3장 거대과학기술의 국내외 현황 ... 84
• 제1절 해외 주요 국가들의 실태 ... 84
• 제2절 국내 실태 ... 111
• 제3절 시사점 ... 136
• 제4장 분야별 투자우선순위 및 사례연구 대상 선정 ... 139
• 제1절 자문위원회 ... 139
• 제2절 AHP 분석 ... 140
• 제3절 세미나 ... 155
• 제4절 사례연구 대상기술의 선정 ... 156
• 제5장 고속원자로 ... 163
• 제1절 제4세대 고속원자로 기술의 개요 ... 163
• 제2절 제4세대 고속원자로 국내외 연구개발 동향 ... 181
• 제3절 제4세대 고속원자로의 뉴 프런티어 설정 ... 200
• 제4절 뉴 프런티어 창출전략 ... 208
• 제5절 소요 연구자원 및 기대 효과 ... 218
• 제6장 지능형 무인항공기 ... 225
• 제1절 지능형 무인항공기 기술의 개요 ... 225
• 제2절 지능형 무인항공기 국내외 연구개발 동향 ... 232
• 제3절 지능형 무인항공기의 뉴 프런티어 설정 ... 254
• 제4절 뉴 프런티어 창출전략 ... 263
• 제5절 소요 연구자원 및 기대 효과 ... 274
• 제7장 해양오염방제 ... 280
• 제1절 해양오염 방제기술의 개요 ... 280
• 제2절 해양오염 방제기술 국내외 연구개발 동향 ... 284
• 제3절 해양오염 방제기술의 뉴 프런티어 설정 ... 302
• 제4절 뉴 프런티어 창출 전략 ... 305
• 제5절 소요 연구자원 및 기대 효과 ... 311
• 제8장 고속철도 ... 316
• 제1절 고속철도기술의 개요 ... 316
• 제2절 고속철도기술 국내외 연구개발 동향 ... 322
• 제3절 고속철도의 뉴 프런티어 설정 ... 345
• 제4절 뉴 프런티어 창출 전략 ... 351
• 제5절 소요 연구자원 및 기대 효과 ... 358
• 제9장 결론 및 종합제언 ... 363
• 제1절 본 연구의 특징 ... 363
• 제2절 4대 분야 뉴 프런티어 창출전략 및 비교 ... 367
• 제3절 거대과학기술 정책에 대한 시사점 및 제언 ... 378
• 제4절 맺음말 ... 381
• 참고문헌 ... 385
• 부록 1. 자문위원 리스트 ... 391
• 부록 2. 세미나 자료 ... 392
• 부록 3. 설문지 ... 395
• SUMMARY ... 405
• CONTENTS ... 409
• 끝페이지 ... 418