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[KIDA논단] 드론 대응체계 현황 및 발전방향: 항법 교란체계를 중심으로

김한나 기사입력 2021. 06. 24   15:38 최종수정 2021. 06. 24   15:46

드론 대응체계 현황 및 발전방향: 항법 교란체계를 중심으로
『국방논단』 1857호(한국국방연구원 발행)

김종국 jkook@kida.re.kr
전우형 whjeon@kida.re.kr
한국국방연구원 전력투자분석센터


이스라엘 라파엘사의 드론 대응체계인‘드론 돔(DRONE DOME)’. 사진 = 라파엘사 홈페이지

드론의 무기화 가능성은 새로운 안보위협으로 인식될 수 있으며, 대응능력 구비는 갈수록 그 중요성이 커지고 있다. 국외에서 이미 안티드론체계를 배치하고 운영하는 것을 볼 때, 우리도 대응개념을 정립하고 효과적인 대응을 위한 탐지수단 확보, 잡음 및 기만재밍 기술 축적, 소프트킬과 하드킬을 접목한 완전성 제고를 추진할 필요가 있다. 또한, 민간과 군의 보호시설에 맞는 대응절차 및 작전 통제절차를 수립하는 것이 바람직하다. 드론 대응은 전 세계적으로 관심을 갖고 연구개발 및 도입이 진행되고 있는 만큼, 우리의 동맹국과 긴밀한 협력을 추진하는 것도 한가지 방안이 될 수 있다. 본고에서 다룬 내용을 바탕으로 우리의 드론 대응체계 구축이 개념적, 작전적, 제도적 측면에서 효과적으로 이루어지길 기대해본다.

드론은 조종사가 탑승하지 않고 무선전파로 유도되는 비행 제어가 가능한 회전익 모양의 항공기를 총칭하며, 세부적으로 국내 「항공안전법 시행규칙」에서는 연료를 제외한 자체중량이 150kg 이하인 것은 무인비행장치로, 150kg을 초과하는 것은 무인 항공기로 규정하고 있다. 상용으로 판매되는 드론 대부분은 150kg 이하의 무인비행장치이며, 특히 무인비행장치 중 자체중량이 12kg 이하이면서 엔진 배기량이 50cc 이하는 스포츠용 무선조종 모형항공기로 간주하여 신고 없이 비행이 가능한 상황이다. 사실 이러한 드론은 우리에게 익숙한 UAV라고 불러왔으나, 최근 드론이란 명칭이 일반화되어 사용되고 있다.

이에 반해 군용드론은 전장을 기준으로 3m 이하는 소형무인기, 그 이상은 중형 이상급의 무인기로 분류한다. 3m급 이상인 무인기는 통상의 군용 레이더로도 탐지하는 데 큰 문제가 없어 일반적인 무기체계로 대응할 수 있나, 3m급 이하 소형무인기는 일반적인 군용 레이더로는 탐지가 어려운 문제가 있다.

국내 「항공법」에 따른 드론의 활용은 비료나 농약 살포 등의 농업지원, 사진 촬영, 육상 및 해상의 측량 또는 탐사, 산림·공원의 관측 등으로 정하고 있다. 이에 반해 군용드론은 정찰, 공격 등 군사적 목적 달성을 위한 수단으로 발전되어 왔다. 드론은 그 활용이 다양화되어 가고 있으며 향후 활용도도 점증할 것으로 예상한다. 2016년 이후 상용 드론사업은 한 해 매출이 35% 정도로 급성장하고 있다는 보고도 있으며, 군용드론도 정찰, 자폭 등의 용도로 수요가 점증하는 추세이다.

드론 기술이 발전함에 따라 드론을 이용하여 무분별한 촬영으로 사생활을 침해하는 것뿐만 아니라, 낮은 피탐률, 높은 위치 정밀도 등으로 특정 인사나 장소를 표적으로 하는 화학물질, 방사성물질 및 소형폭탄 운반 등의 테러에 해당하는 위협사례들이 전 세계적으로 문제가 되고 있다. 또한, 드론을 공항지역에서 운용하여 항공기 운항을 방해하거나 원자력 발전소나 석유화학 기지 등 보안지역에 대한 테러도 우려되고 있다. 군사적으로는 적의 포대가 아군의 시설배치 및 동향을 정찰하여 화력 유도 및 피해평가에 활용할 수 있는 수단이 될 수 있으며 주요 시설물에 대한 생화학 공격 및 폭탄 공격 수단이 될 수 있다.

드론에 의한 공격으로 화제가 된 사건들은 다음과 같다. 


민간 드론에 의한 피해 사례로는 2015년 1월 미국 백악관에 드론이 충돌하는 사건이 발생하였고, 2015년 4월에는 일본 도쿄 지요다구 총리 관저 옥상에서 미량의 방사선을 내뿜는 드론이 발견되었으며, 2019년 1월에는 영국의 히스로 공항에 드론이 출몰하여 1시간 동안 공항 이착륙 기능이 중단되기도 하였다. 


군용드론을 활용한 적대적 사례를 보면, 우선 국내에서 북한에 의한 정찰활동과 후티 반군에 의한 자폭테러의 예를 들 수 있다. 2014년 3월 북한에서 이륙한 고정익 드론이 백령도 지역에서 추락한 채로 발견되었으며, 파주에서도 추락한 고정익 드론이 발견되었다. 이들 드론은 각기 백령도 지역과 서울, 특히 청와대 지역을 정찰하고 복귀하던 중 연료 부족으로 추락한 것으로 드러났다. 2017년 6월에는 성주 THAAD 배치지역 정찰 후 복귀하던 북한의 드론이 연료 부족으로 인제에 추락한 것이 발견되어 소형무인기에 대한 위협의식이 고조되기도 하였다. 


한편 국외에서는 2011년 미국이 무인기를 이용하여 이란의 핵시설을 정찰한 것이 밝혀져 논란이 되기도 하였으며, 2019년 9월 예멘의 후티 반군이 3m급 고정익 자폭 드론으로 사우디 정유시설을 공격하여 화재가 발생하기도 하였다.

이처럼 민간과 군은 전 세계적으로 새로운 위협으로 떠오르고 있는 드론으로부터 주요 시설물 또는 지역에 대한 불법 침투를 방지하고 퇴치하는 대책을 마련 중이다.

드론 대응 현황
안티드론체계 정의

해외에서의 안티드론에 대한 용어는 Counter-UAS 또는 C-UAS로 사용되며 기본적으로 잠재적 위협이 되는 드론을 탐지하고 식별하며 대응하는 개념이다. 최근 국내에서 발표된 안티드론의 개념은 ‘드론으로 의해 야기되는 범죄나 테러 등 공공의 안녕과 질서를 침해하는 행위를 예방, 탐지, 차단하기 위해 법집행기관, 관련 기술 및 사업 주체 등이 상호 유기적으로 결합하여 수행하는 법적, 제도적, 기술적 차원의 종합적인 대응활동’으로 정의하기도 하였다.

안티드론체계 적용 현황


드론 탐지방안은 무선조종(RC) 신호를 탐색하는 방법과 레이더로 탐색하는 방법, 영상식별장치로 확인하는 방법 등이 있다. 범용으로 사용되고 있는 드론 방어방안은 물리적 방법과 전자적 방법으로 구분된다. 물리적 방법은 맹금류나 그물을 활용하여 드론을 포획하는 방법과 총기나 고출력 전자파, 고에너지 레이저를 활용하여 물리적 손상을 입혀 추락시키는 방법이다. 전자적 방법은 항법 신호 수신세기 이상의 잡음신호나 허위 항법정보를 방사하여 드론을 무력화하는 것이다.


드론에 대응하기 위한 안티드론체계는 굉장히 다양하고 그 수준도 천차만별이다. 그중 가장 보편적으로 적용하고 있는 안티드론체계는 드론이 탑재한 항법체계를 교란하는 체계이다. 전 세계적으로 안티드론체계를 개발하거나 생산하고 있는 사례를 조사한 결과, 38개국에서 277개의 제조사가 약 500여 가지 이상의 제품을 보유하고 있는 것으로 확인되었다. 대륙별로는 유럽이 43%로 가장 많고 뒤를 이어서 북미(28%)와 아시아(25%)가 많은 비중을 차지하고 있다. 이 중에서 대응방식에 따라 비교해 보면, 물리적 방법(Hard Kill)이 19%, 전자적 방법(Soft Kill)이 81%로서 대응방식의 상당수는 전자적 방법을 채택하고 있다.

본고에서는 보다 체계적이고 민간뿐만 아니라 군용으로도 활용할 수 있다고 평가되는 장비 10개를 조사하여 보았다. 조사대상 10개 중 4개 장비(미국 Dronekiller, Silent Archer, 벨라루스 OPTIMA B, 영국 Drone Dome) 등은 현재 공공기관에서 운영 중인 것으로 확인되었다. 이들 장비의 체계구성과 항법체계 교란 방식은 다음과 같다. 체계구성은 대부분이 레이더(10개 조사장비 중 9개), EO/IR 장비, 재머, 통제기 형태로 구성되어 있다. 항법체계 교란을 위한 재밍방식은 잡음방식을 채택한 장비가 3개 장비, 기만방식을 채택한 장비가 3개 장비이고 OPTIMA-B의 경우와 같이 잡음방식과 기만방식을 동시에 채택하고 있는 장비도 있다.

항법교란 기술


항법교란 기술은 크게 잡음재밍, 기망재밍 방식으로 나눌 수 있다. 잡음재밍은 드론이 위성에서 수신한 항법신호보다 신호세기가 큰 잡음신호를 인가하여 신호의 포화를 유도하는 방법이다. 기만재밍에는 두 가지 방식이 있는데, 첫째는 수신된 위성 신호에 임의의 시간지연 및 도플러주파수를 발생하여 재송신하는 미코닝(meaconing) 방식이다. 다음은 위성 신호의 코드 및 메시지 일부를 조작하여 의도된 위치로 인식하도록 유도하는 스푸핑(spoofing)방식이다.

안티드론체계 발전방향
대응개념 정립

2020년 6월 9일, 「전파법」이 개정되면서 드론을 이용한 테러 등을 막기 위해 전파차단을 허용할 수 있게 되었다. 현재 우리도 민간에서의 중요한 보안시설에 대하여 안티드론체계 도입을 검토하고 있다. 예를 들어 원자력 발전소, 정유시설, 공항 등은 사회 경제적으로 매우 중요한 보안시설로서 불법 드론으로부터 보호되어야 하는 시설들이다. 이들 보안시설은 육상 접근로상 경계태세가 삼엄하고 접근하기 어려우나 탐지가 어려운 회전익 드론의 비행 및 접근을 통제하기에는 한계가 있다. 

따라서 앞서 소개한 바와 같이 소형 드론을 탐지할 수 있는 레이더체계, 비행항적을 확인할 수 있는 EO/IR 카메라, 접근 통제신호를 보낼 수 있는 통제기, 통제명령에 따라 잡음 또는 기만 재밍으로 드론을 교란시켜 더 이상 접근을 하지 못하도록 막거나, 다른 안전지역으로 유도할 수 있도록 하는 재머 등으로 체계가 구성된다.

군에서도 북한의 소형무인기에 대응하기 위한 대응체계를 고려하고 있다. 군 당국은 탐지체계로서 기존 레이더보다 탐지거리가 뛰어난 레이더를 국내 연구개발로 도입을 추진하고 있다. 기존 2차원 방식이 아닌 방위, 거리, 고도까지 탐지하는 3차원 방식으로 더욱 정확한 소형 목표물 추적이 가능할 전망이다. 다만 민간 방호시설과 차이점이 있다면 넓은 지역에 주요 군사시설이 산재한다는 것이다. 

이를 고려한 대응을 위해서는 탐지거리와 항법체계 교란을 위한 유효방해거리가 보장되어야 한다. 또한, 민간시설과 다르게 군 시설 방호는 북한의 고정익 드론 뿐만 아니라 일반적인 회전익 드론도 더불어 대응을 고려하여야 한다. 이는 불순한 민간에 의한 테러도 고려하여야 하며, 원격조종(Remote Control)에 의한 항법에도 대응하여야 한다는 의미이다.

잡음 또는 기만전파를 통해 항법체계를 교란함으로써 자율적인 비행체든 원격조종에 의한 드론이든 간에 경로를 이탈시키거나 변경하여 안전구역으로 유도할 수 있다. 그러나 전자적인 방법에 의한 안티드론체계는 다음과 같은 제한사항을 가지고 있다. 드론의 비행을 교란하기 위한 잡음 또는 기만 전파가 인근을 비행 중인 타 비행체 항법체계도 교란할 가능성이 매우 크기 때문에 방해 또는 기만전파는 지향성 안테나를 통하여 방사되어야 할 것이다. 특히, 수도권이나 공항 인근에서 잠음 또는 기만 전파의 방사는 극도로 통제되어야 할 것이다.

발전방향

효과적인 드론대응을 위해서는 첫째, 드론 탐지를 위한 레이더가 보장되어야 한다. 

만일 드론탐지 레이더가 작전지역 내에 존재한다면 별도의 레이더 구비는 필요하지 않을 것이다. 군 대응체계는 광역작전을 전제하므로 군 작전을 지원하는 탐지 레이더가 보장되어야 한다. 드론은 통상적으로 피아식별장치를 탑재하지 않기 때문에 드론이 레이더에 의하여 탐지된다면 사전 비행계획을 검토하고 영상식별장치로 피아를 확인하여야 한다. 식별된 드론이 적일 경우 잡음재밍 또는 기만재밍으로 대응하게 되는데 기만재밍의 경우 드론의 위치정보 오차에 따라 기만의 정도 및 성공 여부가 달라질 수 있다. 따라서 안티드론체계에서 수신된 예측 항적정보와 실제 항적정보의 오차를 고려하여 오차가 기준치 이상으로 클 경우 성공적인 기만이 될 수 없으므로 오차를 해소해 줄 광학장비로 별도의 추적이 필요하다. 그러나 레이더 탐지정보의 정밀도가 보장된다면 탐지거리가 짧은 별도의 광학장비로의 추적은 오히려 제한사항이 될 수도 있다. 

둘째, 해외 안티드론체계의 경우 항법신호 방해방법을 잡음 또는 기만 그리고 이의 혼합된 형태로 적용하고 있다. 드론은 잡음재밍 시 제자리 선회를 하든지 아니면 기존 경로로 직진할 가능성이 크며 잡음신호 수신이 중단되고 항법신호를 재수신하면 기존 계획경로로 복귀할 가능성이 크다. 따라서 기만신호를 이용하여 침투 드론의 경로를 이탈시키고 타 구역으로 유도하여 안전한 지형지물 등에 충돌시키는 것이 더 효과적인 대응이 될 것이다.

셋째, 현재 전자적인 방법으로 드론에 대응하는 방안은 물리적인 방법으로 보완할 때 더 효과적인 방안이 될 것이다. 예를 들어 전자적인 방법으로 드론이 핵심 방어자산에 근접하지 못하도록 막는 역할을 한다면 레이저 대공무기와 같은 물리적인 수단으로 침투한 드론을 격추한다면 완전성 측면에서 더 효과적인 안티드론체계가 될 것이다.

기타 안티드론체계의 발전을 위하여 고려사항으로 누가 민간 안티드론체계의 대응 주체를 맡을 것인가, 법적 제도적인 측면에서의 보완요소는 무엇인가 등이 될 것이다. 

먼저 안티드론체계의 대응 주체는 군 작전지역의 경우 당연히 군이 되어야 하는데 문제는 민간시설의 경우 군이 주체가 될 것인지 아니면 민간이 주도할 것인지가 문제가 될 수 있다. 이런 경우 민간시설이 공공재 성격을 가지고 사회 경제적으로 중요한 시설물이라면 당연히 군이 주도해서 경계하면서 민간협조체계로 대응하고, 공공재가 아닌 민간의 사적 영역의 시설물이라면 민간이 주도적으로 대응하는 것이 바람직할 것으로 판단된다. 

법적 제도적 측면에서는 불법 드론을 규정하고 대응하는 데 있어서 다른 비행체에 대한 영향성이 최소화될 수 있도록 대응하는 것이 필요하다. 전자적 대응은 주파수 간섭을 동반하게 되는 데 주파수 간섭 시간이 길면 길수록 다른 비행체에 대한 영향이 커질 것이다. 따라서 군과 민간은 주파수 간섭을 동반하는 작전을 위해서 기존 항공법이나 전파법을 바탕으로 한 작전통제 근거를 마련해야 할 것이다.

맺음말

드론의 무기화 가능성은 새로운 안보위협으로 인식될 수 있으며, 대응능력 구비는 갈수록 그 중요성이 커지고 있다. 미국 백악관 드론 충돌사건, 일본 도쿄 총리관저에서 발견된 방사선 드론, 영국 히스로 공항의 이착륙 중단 사건을 보면, 민간에서도 누구든지 뜻하지 않은 때에 드론을 활용한 위협을 맞닥뜨릴 수 있다. 우리의 안보 측면에서 북한의 드론 정찰활동은 국민적인 관심과 위기의식을 갖게 하였으며 대응체계 도입의 필요성이 커진 계기가 되었다. 기본적으로 드론에 대한 방어방안은 물리적 방법(하드킬)과 전자적 방법(소프트킬)으로 구분할 수 있다. 

본고에서 관심 있게 살펴본 전자적 방법에는 굉장히 다양한 수준의 체계가 이미 운영되고 있었다. 드론의 원격조종 신호를 교란하는 방법을 비롯하여 드론이 가진 항법체계를 잡음방식과 기만방식으로 교란하는 방법이 채택되고 있다.

국내에서도 「전파법」이 2020년 6월에 개정되면서 드론을 이용한 테러 등을 막기 위해 전파차단 을 허용하는 제도적인 보완이 이루어졌다. 원자력 발전소, 정유시설, 공항 등 중요한 보안시설을 드론으로부터 보호할 수 있는 전자적 방법을 도입할 수 있게 된 것이다. 군에서와 달리 고출력 레이저와 같은 물리적 방법으로 대응하려면 큰 비용이 요구되고, 고출력 발전기 사용으로 주민들의 민원이나 안전 우려도 발생할 수 있다. 이와 관련하여 항공안전기술원 등 공공기관에서는 전자적 방법으로 안티드론체계를 도입하기 위해 실증 시험을 포함한 드론 규제 샌드박스 사업을 활발히 추진하고 있다.

전자적 방법을 활용한 안티드론체계는 다양한 교란 방식을 채택하여 불법 드론이나 테러 수단을 무력화하고 안전구역으로 유도하여 이를 제압하는 데 그 목적이 있다. 그렇지만 눈에 보이지 않는 전파를 방사하고 그 전파가 인근 지역을 비행 중인 다른 비행체의 항법체계도 교란할 가능성이 있다는 점에서 사용에 매우 큰 주의를 요구하는 체계이다. 또한, 불법 드론에는 일반 비행기처럼 피아식별장비가 장착되어 있지 않아서 레이더로 탐지하고 최종적으로 식별하는 절차가 필요하므로 탐지 레이더, 영상식별장치 등이 충분한 성능을 갖추어야 한다. 여기에 더하여, 최후의 수단으로 물리적 방법까지도 보완하는 것이 드론 대응의 완전성을 높이는 데 도움이 된다.

드론 대응은 전 세계적인 관심사라고 볼 수 있으며 드론의 성능이 향상되고 민간과 군에서 드론 사용이 더욱 활성화되는 만큼 대응체계에 대한 고민도 더욱 깊어질 수밖에 없는 창과 방패의 성격이다. 이를 위해 우리의 동맹국과 긴밀한 협력을 추진하는 것도 한 가지 방안이 될 수 있다. 드론 대응체계 구축이 국민의 안전을 보호하는 필수적 요소 중 하나로 인식되는 만큼 관련 준비들이 잘 이루어지고 성공적으로 도입되길 바란다.

※ 본 내용은 집필자의 개인적 의견이며, 한국국방연구원의 공식적 견해가 아님을 밝힙니다.



김한나 기자 < 1004103khn.dema.mil.kr >
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