운용기술 시연 위해 제작
10척까지 군집…최대 시속 37㎞
레이더·360도 카메라 등 탑재
향후 전력화되면 임무 맞게 무장

바다 위에서 무인수상정이 군집을 이뤄 작전을 펼칩니다. 육상에 있는 지휘통제소와 통신이 끊기면 군집 무인수상정들이 자체 네트워크로 임무를 이어갑니다. 작전 중 일부 무인수상정에 문제가 생기더라도 나머지 무인수상정들이 스스로 역할을 변경하고, 추가해가며 주어진 임무를 완수합니다. 인공지능(AI) 강화 학습 기반으로 개발된 임무계획 알고리즘은 실시간으로 전장 상황을 인지해 적군과 아군의 상태 정보를 획득하고, 이를 활용해 교전 임무를 수행합니다. 위 장면은 머지않은 미래에 보게 될 군집 무인수상정의 해상작전 모습입니다. 군금해 이번 시간에는 국방과학연구소(ADD)가 주관하는 미래 도전 국방기술 과제 중 하나인 군집 무인수상정에 대해 알아보겠습니다.

개발 목적 및 제원
군집 무인수상정은 해군이 지향하는 ‘스마트 네이비’ 핵심 가치와도 맥이 이어져 있습니다. 무기체계와 해군력 운영체계가 무인화·자동화·지능화·효율화되면 미래 전장 환경 변화와 병력 자원 감소에 대응할 수 있기 때문입니다.

군집 무인수상정 운용기술 시연을 위해 제작된 무인수상정은 길이 6.5m, 폭 2m, 최대속도는 20노트(시속 37㎞)입니다. 최대 10척까지 군집 핵심 운용 알고리즘을 검증할 수 있습니다.

무인수상정에는 원거리에 있는 표적을 탐지하는 레이더, 교전 때 표적을 추적하고 사격 전에 최종적으로 표적을 인공지능으로 인식하는 전자광학(EO), 가까이 있는 장애물을 식별하고 군집 무인수상정끼리의 충돌을 방지하기 위한 라이다가 탑재돼 있습니다.

또 적 위성위치확인시스템(GPS) 신호 교란에도 무인수상정 간 거리를 측정해 항해할 수 있는 360도 카메라도 있습니다.

지금은 운용기술 알고리즘 개발 단계이기 때문에 무장은 장착되지 않았지만, 향후 전력화되면 임무에 맞는 무장을 포함해 다양한 장비가 추가로 탑재될 예정입니다.

개발 진행 상황
군집 무인수상정 운용기술 개발 과제는 2단계로 이뤄집니다.

1단계는 2019년부터 2021년까지 각 세부 과제를 맡은 기관들이 알고리즘을 개발해 인공지능 시뮬레이터에서 검증 과정을 거치고 학습을 이어갑니다. 2단계는 2022년부터 2024년까지 1단계에서 학습된 알고리즘을 실제 무인수상정에 탑재해 해역에서 운용기술 성능을 검증합니다.

현재 진행 중인 1단계는 4개의 세부 과제로 나뉘어 산·학·연이 컨소시엄으로 참여하고 있습니다. 세부 과제 1은 한국과학기술원(KAIST·카이스트)에서 맡았습니다. 카이스트는 아군과 적군의 정보를 기반으로 군집 임무계획을 수행하는 알고리즘을 개발 중입니다.

이 알고리즘은 10척의 무인수상정을 효과적으로 운용할 수 있도록 배치·기동·사격 등의 명령을 하달하는 임무를 합니다. 방호 전투 교전의 임무계획 알고리즘을 강화 학습으로 구현하는 연구는 세계 최초로 수행되는 연구입니다.

세부 과제 2는 군집 자율운항 알고리즘을 개발하는 것으로, 선박해양플랜트연구소(KRISO)에서 수행하고 있습니다. 이 알고리즘은 군집 무인수상정에 탑재된 레이더·라이다·카메라 등의 센서를 통해 얻은 전장 상황 정보를 융합해 적군을 예측합니다. 또 아군끼리 군집 무인수상정 정보를 공유해 정확한 위치정보를 얻기도 합니다. 이렇게 얻은 적군과 아군의 정보를 지구 좌표계를 통해 세부 과제 1 군집 임무계획 알고리즘에 실시간으로 보냅니다.

세부 과제 3은 군집 학습 모의 입증 시뮬레이터를 구현하는 연구로, 동국대학교에서 맡고 있습니다. 이 연구는 인공지능 강화 학습으로 만들어진 군집 임무계획 알고리즘과 딥러닝으로 얻은 전장 상황 인식 알고리즘을 통합해 지속해서 여러 전장 상황을 학습하고 검증해 실제 해역에서 교전 성공률을 높이는 역할을 합니다.

마지막 세부 과제는 군집 통신네트워크와 알고리즘 시연 플랫폼을 구축하는 과제로, 한화시스템에서 수행하고 있습니다. 고도화된 알고리즘을 한화시스템에서 개발한 무인수상정에 탑재한 뒤 전체적인 군집 무인수상정 운용 기술을 검증하면 2단계 과정이 모두 종료 됩니다.

효과적 임무 수행
단일 무인수상정은 국소 지역에 대한 감시정찰 임무만 수행할 수 있고, 시시각각으로 변하는 상황에 즉각적으로 대응하지 못한다는 한계가 있습니다. 그러나 군집 무인수상정은 임무계획을 군집으로 수립하기 때문에 전장 상황에 맞게 군집을 여러 개의 그룹으로 분리할 수 있습니다. 분리된 그룹이 집단으로 대응하고, 작전을 수행할 수 있기 때문에 단일 무인수상정보다 훨씬 더 효과적으로 임무를 수행할 수 있는 겁니다.

군집 무인수상정을 기뢰를 제거하는 소해 전력으로 활용해 주요 항구의 안전항로를 빠르게 확보할 수도 있습니다. 적 수상 세력 침투 대응과 수중 침투 추적도 가능합니다. 또 북방한계선(NLL)이나 서해5도 접적 해역에서 감시정찰 임무는 물론 대잠전·대기뢰전·방호전투 등의 임무도 기대할 수 있습니다.

향후 무인잠수정·무인기 등 다양한 무인체계와의 협업과 더불어 유인 함정과 공통으로 운용되는 유·무인 협업체계 구축도 가능할 것으로 보입니다.