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드론 안전 인증과 사회 실장에 요구되는 성능 평가 기법

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[무료 웨비나] 미래의 자동차 조명을 재조명하다: Analog Devices의 혁신적인 솔루션 (5/29)

일본에서는 2022년 6월에 무인항공기(드론)에 관한 항공법(1952년 법률 제231호) 등의 일부를 개정하는 법률(2021년 법률 제65호)이 공포됐다. 항공법에서 무인항공기 기체의 안전성을 확인하는 ‘기체 인증·형식 인증’ 제도 및 드론을 조종하는 오퍼레이터의 국가 조종 라이선스 ‘무인항공기 조종자 기능 증명’ 제도 등이 창설되어 무인항공기가 유인 지대 상공에서 보조자 없이 육안 외 비행(제삼자 상공 비행, 이른바 ‘레벨 4 비행’)을 하는 것이 가능해졌다. 이 개정에 의해 형식 인증/기체 인증 제도는 2022년 12월부터 시작됐으며, 기타 관련된 제도나 문서의 발행이 국토교통성 등에 의해 정비됐다. 레벨 4 비행을 위한 제도에는 항공법이나 항공국의 통지 문서(서큘러)만으로는 기체 메이커 측의 증명 활동은 어렵고, 각종 보충 정보가 필요하다.

 

따라서 항공국 측과 기체 메이커 측 사이를 보완하는 가이드라인이나 절차서 등의 연구개발을 목표로 경제산업성과 국립연구개발법인 신에너지 산업기술 종합개발기구(NEDO)에서는 프로젝트를 실시해 왔다.

 

2017~2021년도까지 ‘로봇·드론이 활약하는 에너지 절약 사회 실현 프로젝트’(통칭 : DRESS 프로젝트)가 실시되어 왔다. 일부는 항공국의 제도 정비에 맞춰 기간을 연장해 2022년도에도 실시됐다. DRESS 프로젝트에서는 도쿄대학과 산업기술종합연구소, 일본 원자력 연구개발기구, 드론의 기체 메이커로 구성된 컨소시엄에서 무인항공기에 관한 성능 평가법 등의 개발을 실시해 왔다.

 

또한 2022년도부터(2026년도까지 예정)는 DRESS 프로젝트의 후속인 ‘차세대 항공 모빌리티의 사회 실장을 위한 실현 프로젝트’(통칭 : ReAMo 프로젝트)에서 도쿄대학, 나가오카 기술과학대학, 쓰쿠바대학 등을 중심으로 한 컨소시엄이 계속해서 제도 설계를 보좌하는 연구개발을 실시하고 있다.

 

이 글에서는 무인항공기 성능 평가법의 유럽, 미국 동향과 함께 각각의 NEDO 프로젝트에 대한 소개와 과제, ReAMo 프로젝트의 각 연구 주제에 대해 해설한다.

 

무인항공기에 관한 성능 평가법의 유럽과 미국 동향

 

무인항공기를 포함한 항공 업계의 표준화 활동이나 성능 평가법의 연구개발은 미국연방항공국(FAA : Federal Aviation Administration)이나 유럽항공안전국(EASA : European Aviation Safety Agency) 등의 항공 당국이 정한 항공기 기체의 안전성 인증이나 비행 허가․승인에 이용되는 것을 목적으로 실시되는 경우가 많다.

 

성능 평가법은 항공기의 기체 인증 기준에 대한 적합성 증명에 활용할 수 있는 기법(MoC : Means of Compliance)으로서 대학·연구기관 등이 중심이 되어 실험 등의 연구개발이 실시되고, 민간 표준화 단체인 ASTM International(이하 ‘ASTM’)이나 Radio Technical Commission for Aeronautics(이하 ‘RTCA’), SAE International(이하 ‘SAE’), European Organization for Civil Aviation Equipment(이하 ‘EUROCAE’) 등에 참가하는 민간 기업과 각국의 항공 당국이 일체가 된 표준화 활동 후에 규격 문서화되고 있다. FAA나 EASA 등은 기준에 대한 MoC로서 이 규격을 인용하는 경우가 증가하고 있다.

 

FAA나 EASA 등 항공업계 감독관청 간의 법률 수준에 관한, 각국의 제도에 관한 협의의 장으로는 국제연합의 주요 기관 중 하나인 국제민간항공기관(ICAO : International Civil Aviation Organization)이 있다. 또한 항공 당국이 중심이 된 ICAO 이외에 논의의 장으로는 무인항공기에 관한 항공 당국 간 회의(JARUS : Joint Authorities for Rulemaking on Unmanned Systems) 등도 있어 관청·민간의 각 계층에서 논의가 이루어지고 있다.

 

ASTM이나 SAE 등에서 성능 평가법을 표준화하기 위해서는 방대한 기초 실험 데이터 수집과 연구가 필요하다. 무인항공기에 관한 연구 데이터 수집을 위해 미국에서는 연구개발 프로젝트 ‘ASSURE : Alliance for System Safety of UAS(Unmanned Aircraft System) through Research Excellence’가 있다. ASSURE는 미시시피주립대학을 중심으로 24개의 대학·연구기관과 100개 이상의 주요 업계/정부 기관 등으로 구성된 무인항공기 연구조직을 2016년부터 운용하고 있다.

 

ASSURE는 3개의 FAA UAS 테스트 사이트를 중심으로 4개의 FAA 연구 센터, 7개의 비행장, 약 340대의 무인항공기를 보유한 대형 프로젝트이다. 프로젝트에서는 무인항공기가 인체에 충돌했을 경우의 리스크 평가와 항공관제, 제어 및 무선 통신(C2 링크), 시큐리티, 충돌 검지/회피, 휴먼 팩터, 인적 트레이닝 등의 연구개발이 실시되고 있다.

 

프로젝트의 성과 중 일부는 수백 페이지의 조사 보고서로 공개되어 있으며, 보고서의 일부는 ASMT 등의 표준화 단체에서 표준화/규격으로 제안되어 FAA가 채용하는 MoC 문서를 목표로 연구개발이 이루어지고 있는 것 같다. 프로젝트 예산은 FAA 등에서 제공되며, 2020년도에는 260만 달러, 2021년도에는 580만 달러 이상이었다. 또한 차세대 항공 분야를 담당하는 중고생을 위한 교육 콘텐츠(STAM 교육)의 개발 실시 등을 다루고 있는 등 미국 항공 산업의 폭넓은‘저변’을 느낄 수 있다.

 

무인항공기에 관련된 각 기관의 관계성 이미지와 이하에서 다룰 NEDO 사업의 위상에 대해 그림 1에 나타냈다.

 

 

NEDO DRESS 프로젝트의 과제

 

DRESS 프로젝트에서는 드론 기체 성능 평가법 개발과 운항 관리 시스템 등의 연구개발이 여러 컨소시엄에서 실시되어 왔다. 해당 프로젝트의 성과 중 일부로 2019년도까지 개발된 무인항공기의 성능 평가법이 2020년 5월에 경제산업성 홈페이지에서 ‘절차서’로 공개됐다.

 

해당 절차서는 물류나 재해 조사에 공통된 무인항공기의 성능 평가 항목에 대한 성능 평가 기준이나 성능 평가 절차를 나타낸 ‘육안 내 및 육안 외 비행편’, 제3자 상공 비행에 관한 성능 항목에 대해 성능 평가 기준과 성능 평가 절차를 정한 ‘제3자 상공 비행편’, 장거리 비행의 검증에 활용할 수 있는 무인항공기의 성능 평가 절차를 정한 ‘장거리 비행 미션편’의 3부 구성으로 되어 있다.

 

이들 절차서는 항공국이 각 기체 메이커에 요구하고 있는 기체의 안전성 인증 기준에 대한 적합성을 증명하기 위한 MoC가 되는 문서가 아니라, 어디까지나 기체 조달 측이나 이용 측이 무인항공기 개발이나 도입 시의 시험에 참고하는 시험법이었다. 또한 민간 표준화 단체에 의한 표준화 활동과 달리 NEDO의 프로젝트 성과로서 공표한 것이기 때문에 통상의 표준화 문서와 같이 성과에 대한 갱신 활동의 제도 설계 등이 없고, 국내 표준화 단체나 공업회 등에 의한 성과 갱신이나 오류 정정 작업의 실시 체제 등도 없는 것이 과제였다.

 

DRESS 성능 평가 컨소시엄에서는 드론의 각종 성능 평가법 연구개발 외에 법 제도에 대응하는 산업규격화, 대인안전에 관한 연구, 시큐리티 가이드라인 정비, GPS가 도달하지 않는 실내 환경의 비행 성능 평가법 등의 연구개발을 2020~2021년도(일부는 2022년도까지 기간 연장)에 실시해 왔다. 드론 성능 평가법의 연구개발은 무인항공기의 기체 안전 기준에 대한 적합성 증명에 이용할 수 있는 MoC가 되는 시험법과 문서 작성을 목표로 했다. 그러나 유럽과 미국에서는 오랜 기간 쌓아온 민간 항공기 산업이 있지만, 일본의 항공 산업은 방위 산업이나 해외 대기업의 하청이 중심이었기 때문에 산관학 각 분야에서 ‘항공 철학’에 정통한 인재가 부족해 한 번에 뛰어오르는 ‘일약’의 연구개발은 어려웠던 것이 실태였다.

 

또한 표준화나 성능 평가에 정통한 연구자가 부족한 것도 과제였다. 일본의 학술 분야에서는 연구자는 논문의 지표(IF : Impact Factor)에 의한 평가 경향이 강해서 성과가 나오기까지 시간이 걸리는 표준화나 성능 평가 연구는 ‘성과’를 내기 어렵다는 과제가 있다. 이러한 이유로 일본에서는 미국의 ASSURE에서 실시하고 있는 MoC 개발에 관련된 젊은 연구자도 압도적으로 부족하다고 생각된다.

 

민간 측의 경우에도 표준화 활동에는 유럽과 미국에 비교하면 충분하다고 할 수 없고, 룰 형성(규제, 규격, 가이드라인 등)에 대한 기술경영 의식이 높지 않다고 느끼고 있다. 또한 중소기업이나 벤처기업이라면 더 표준화나 룰 형성에 관련된 인재 확보에 대한 경영층의 의식이 높지 않은 것 같다.

 

유럽과 미국에서는 무인항공기의 성능 평가나 표준화도 산업의 룰 형성을 위한 전략적인 위치이지만, 일본에서는 기술의 연구개발에 주력하는 경향이 강하고 또한 글로벌한 룰 형성의 경험치가 적기 때문에 다른 산업과 마찬가지로 ‘기술에서 이기고 비즈니스에서 진다’가 될 가능성이 높은 상황에 있다고 추측된다.

 

NEDO ReAMo 프로젝트

 

ReAMo 프로젝트에서는 DRESS 프로젝트의 과제를 반영시켜 항공업계의 실질적인 룰 형성을 실시하고 있는 각종 표준단체의 활동을 필수로 하는 것이 포함되는 등 표준화 등의 제도 설계 측에 적극적으로 관여하는 데 중점을 두고 있다.

 

도쿄대학을 중심으로 하는 컨소시엄은 무인항공기나 ‘하늘을 나는 자동차’(전동 수직 이륙형 무조종자 항공기)에 관련된 성능 평가 기법 개발 외에 차세대 항공기의 운항 관리 기술 등에 대해 ‘차세대 항공 모빌리티의 안전 인증 및 사회 실장에 요구되는 성능 평가 기법에 관한 연구개발’이라는 제목으로 4개의 주제로 연구개발을 실시하고 있다.

 

이 연구개발에서는 앞으로의 드론 산업 발전을 내다보고 차세대 항공 모빌리티의 허가 승인이나 운용에 필요한 안전성에 관한 증명/인증 방법을 검토하고 있다. 특히 무인항공기의 제1종/제2종에 대응하는 형식 인증·기체 인증의 인증 가이드라인 개발을 항공업계 표준화 커뮤니티와 협조해 국내외에서 표준화 활동을 위해 다음의 4가지 주제를 연구개발 한다.

 

1. 무인항공기의 제1종/제2종 기체 인증의 인증 가이드라인 개발

무인항공기 허가 승인에 관한 증명 방법의 가이드라인이나 절차서에 관한 연구개발을 목표로 하고 있다. 유인항공기의 형식 증명을 취득한 항공기의 기체 설계 경험이 부족한 일본 국내 기업에서는 기체 설계의 안전성 증명 노하우도 적고 표준적인 문서가 필요하다. 또한 일본 국내 항공법과의 정합성도 필요하며, 해외 규격이나 문서를 그대로 인용하기는 어렵다. 이 때문에 국토교통성 항공국 측과 민간 측의 중개 역할을 목표로 위원회나 워킹그룹을 구성하고 가이드라인과 절차서를 작성한다. 해외 항공 분야의 표준화 단체인 ASTM이나 RTCA, SAE, EURO CAE 등을 본뜬 사실상의 표준화 활동을 실시함으로써 무인항공기에 대응한 허가 승인을 위한 가이드라인이나 절차서 등의 작성을 목표로 하고 있다.

 

2. 무인항공기 운용에 필요한 안전관리에 관한 연구개발

드론 운용에 필요한 안전관리를 위해 ‘기체/운행/정비 등의 가이드라인 정비’, ‘각종 리스크의 실태 조사’, ‘사회 수용성과 타당성 확인’의 부 주제로 연구개발을 실시한다.

 

‘기체/운행/정비 등의 가이드라인 정비’에서는 항공법을 주로 하는 비행에 관련된 정보와 다른 산업별 개별 정보를 부감적·계통적으로 통합을 목표로, MBSE(Model Based Systems Engineering) 등의 기법을 이용해 부감적·계통적으로 정보를 가이드라인에 통합한다.

 

‘각종 리스크의 실태 조사’에서는 산업화에서 필수적인 노동 안전의 기본 정보로서 개인 보호구의 유효성 조사를 실시한다. 큰 리스크로 이어지는 충돌 착화성 조사나 실험을 실시하고 있다.

 

‘사회 수용성과 타당성 확인’에서는 지방자치체와 협력해 대규모 재해(예 : 지진·해일, 태풍·폭우) 발생 후의 조사 활동을 가정한 드론 이용의 사회 수용성에 대해 조사·분석한다. 드론의 재해 시의 이활용을 주제로 국제적인 표준화 활동을 추진하기 위한 사례연구를 공개정보를 중심으로 조사·분석한다. 또한 항공 정책에 관한 시나리오 플래닝을 실시하거나 차세대 항공 인재를 육성하기 위해 STEAM 교육에 관한 조사를 실시해 각 주제에 대한 피드백을 목표로 하고 있다.

 

3. 무인항공기의 비행 시뮬레이터 안전 인증에 필요한 요건의 연구개발

무인항공기나 하늘을 나는 자동차의 긴급 시 오퍼레이터 대응에 필요한 기술을 익히기 위한 트레이닝에 대해 시뮬레이터를 이용하는 훈련의 방식과 요건을 명확히 하는 것을 목표로 하고 있다(그림 2). 무인항공기의 레벨 4 비행에서는 자율비행이 기본이 되지만, 긴급 시의 대응 시에는 외부에서 사람이 시스템에 개입할 필요가 있으므로 개입 방법이나 개입을 위한 특수한 트레이닝이 필요하다. 파일럿이 갖추어야 할 기술을 검토하고, 트레이닝에 필요한 요건에 대한 기초 연구를 실시한다.

 

 

대상으로 하는 시뮬레이터는 무인항공기 파일럿 라이선스 부여의 시뮬레이터와 대형이고 고가인 기체의 운용이나 비, 안개 환경의 비행, 장애물 회피가 필요한 용도에서는 사전에 훈련이 필요한데 실제 기체의 훈련이 어려운 업무 훈련용 시뮬레이터 연구개발을 목표로 하고 있다. 또한 이 연구개발에서는 시뮬레이터의 개발은 목적으로 하지 않으며, 시뮬레이터에 요구되는 요건을 정리하기 위해 기존의 판매 완료나 개발 중인 시뮬레이터의 평가를 중심으로 기체 메이커와의 연계를 목표로 한다.

 

4. 무인항공기 운항 안전성 평가법 연구개발

현재 대부분의 드론 운항에서는 한 대의 드론을 한 명의 조종자가 비행시키고 있다. 한편 가까운 미래에는 여러 대의 드론을 운항할 필요가 있으며, 한 명이 여러 대를 운항(일대다)하거나 복수의 조종자나 운항 관리자가 여러 대의 드론을 운항할 필요가 있다(다대다). 이를 위해 복수의 조종자에 대해 여러 대의 운항 안전 평가에 기여할 수 있는 모델을 구축, 시뮬레이터 및 일부 시나리오에 대해 실제 비행 시험을 함으로써 모델 검증을 한다. 검증 과정에서 규제 당국이나 국내 산업단체, 국제 표준단체와 정보를 공유하는 것을 목표로 하고 있다.

 

맺음말

 

무인항공기 성능 평가법의 유럽, 미국 동향과 함께 각각의 NEDO 프로젝트에 대한 소개와 과제, ReAMo 프로젝트의 각 연구 주제에 대해 설명했다. 무인항공기를 비롯한 항공기 산업은 미쓰비시항공기(주)에 의한 Mitsubishi Spacejet의 개발 중지 사례도 있듯이 기술 개발만으로는 충분하지 않다. 유럽과 미국의 제도 설계와 연계하거나 룰 메이킹에 참가하는 등 10년, 20년 단위의 전략적인 인재 육성을 산관학에서 실시할 필요가 있는 산업계이며, ReAMo 프로젝트에서는 미력하지만 산업계를 위해 힘쓰고자 노력하고 있다.










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