빠르게 변화하는 디지털 시대 진화의 물결이 몰아치는 4차 산업혁명을 이끌어가는 핵심 기술 8가지 중 하나는 드론 산업으로 일컫어진다.
드론 산업은 시간과 무게의 전쟁이다. 많은 무게를 싣고도 오래 비행하기 위해 몸체를 가볍게 만드는 것이 모든 드론들의 목표이다.
기존의 전기로만 움직이는 드론의 경우 기동 시간을 늘리면서 필연적으로 배터리의 용량이 커져야만 하지만, 용량이 높은 배터리는 그민큼 크고 무겁다는 단점이다.
고용량의 배터리를 소형화 하는 기술은 아직 전세계적으로는 갈 길이 먼과제로, 전문가들은 최소 15년 이상의 시간이 소요될 것으로 전망한다.
이에 무게 당 에너지 비율이 낮은 배터리 중심의 '순수 전기추진 방식' 보다 소형 엔진과 발전기를 접목한 '하이브리드 전기추진 방식'이 시장에서 주목 받고 있다.
한국전기연구원 전동력연구센터 이지영 박사팀가 ‘하이브리드 전기추진 무인항공기’에 탑재되는 ‘축방향 자속 영구자석 발전기 및 전동기(KERI-AFM)’를 순수 국내기술로 최초 개발했다.
KERI-AFM은 가벼우면서도 출력이 높고, 열적 안정성이 높아 장시간 운용에 적합하다.
최규하 한국전기연구원장은 "드론 산업은 비대면이 일상화될 미래 사회의 한 축을 담당할 거대한 기둥이 될 것"이라며 "그 토대를 KERI-AFM이 앞장 서 나가겠다"고 말했다.
하이브리드 전기추진 무인항공기는 순수 엔진 구동에 비해 작은 엔진을 사용할 수 있다. 낮은 고도에서는 순수 배터리로 구동하다가 충전이 필요하면 높은 고도에서 엔진을 작동하는 방식으로 지상에서 체감하는 소음을 확실히 저감할 수 있다.
이를 통해 기존 엔진이 보유한 소음 문제를 어느 정도 해결하면서도 보다 많은 화물 혹은 승객을 장거리로 운송할 수 있다는 특징이다.
현재 KERI 발전기가 구현하는 출력은 5kW로 기존 배터리 중심의 순수 전기추진 무인항공기와 비교를 한다면 30분 이내의 운영 시간을 약 2시간으로 확대할 수 있는 수준이다.
한국전기연구원에 따르면 KERI-AFM개발은 다가올 비대면 시대를 위한 장거리 드론 택배로 활용이 가능하고, 특히 섬이나 험난한 지역에 빠른 물품 배송이 필요할 때 요긴하게 이용될 수 있다. 농업 분야에서는 농약을 뿌리는 드론으로도 이용할 수 있다. 이 밖에 전기자전거나 가정 및 공장의 소형 발전기로도 활용 가능하다.
KERI-AFM개발 연구책임자인 KERI 이지영 박사는 “현재는 5KW 사양의 축방향 발전기만 확보된 상태"이라며 "꾸준한 연구를 통해 사람이 탈 수 있는 수준의 100kW급 발전기를 3년 이내에 개발해 우리나라가 플라잉카 산업의 선두에 설 수 있도록 최선을 다하겠다”고 말했다.
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