국제항공전자기포럼
지난 4일 한국산업기술시험원(KTL)은 진주 항공전자기 기술센터 착공을 기념해 국제항공전자기포럼을 개최했다. 이번 포럼은 국내외 항공 전문가를 초청, 극한 항공전자기 기술동향과 항공기술 정보를 중소 벤처기업에게 제공하기 위해 마련됐다. 전문가들은 항공전자기 시험·인증의 중요성을 소개했다. 또 이를 수행할 항공전자기 기술센터 구축이 국내 항공산업 발전을 위해 중요한 역할을 할 것으로 평가했다. 이날 소개된 강연 내용을 요약해 지면에 소개한다. /편집자주
◇항공전자기 검증 법체계 및 글로벌 인증제도
로드 페라라(Rod Perala) 미국 EMA 회장
비행체가 최초로 낙뢰를 맞은 기록은 1915년 독일 체페린(Zeppelin) LZ40이다. 현재와 유사한 형태의 항공기 최초 낙뢰 사고는 1929년 미국 뉴멕시코주 상공에서 발생해 비행기 탑승자 8명이 모두 숨졌다.
낙뢰는 직접적으로 항공기에 화재, 변형, 녹아내림 등의 영향을 미친다. 간접적으로는 항공기 내부의 전자 장비를 손상시키거나 오류를 발생시키는 위험성을 가지고 있다.
이러한 낙뢰에 대해 미항공우주국(NASA)은 낙뢰의 특성을 측정해 정리했다. 또 여러 종류의 항공기 낙뢰를 모의하는 시뮬레이션 프로그램에 대한 연구도 지속되고 있다.
항공기 전체 단위에서의 낙뢰 연구는 매우 중요하다. 이에 따른 철저한 시험평가와 낙뢰 영향을 분석할 수 있는 시뮬레이션 프로그램 개발은 매우 필요하다.
고강도 전자기장(HIRF)에 대한 항공기 안전성 확보도 중요하다. 고강도 전자기장은 레이더, 무선통신 등에서 발생되는 강한 전자기장으로 낙뢰와 같이 항공기에 물리적인 손상을 주지 않으나 항공기내 전자기기에 오동작 등의 문제를 발생시켜서 안전에 큰 영향을 줄 수 있다.
무선통신이 활성화됨에 따라 전파 발생원에 의한 전자기장 문제점이 지속적으로 대두되고 있으며, 미연방항공청(FAA)은 2006년에 고강도 전자기장 인증 안내에 대한 문서를 출간했다. 해당 문서 요건에 따라 항공안전에 직접적으로 영향을 줄 수 있는 고강도 전자기장에 대한 시험은 필수적으로 수행되어야 하며, 해당 영향을 분석할 수 있는 시뮬레이션 프로그램에 대한 연구도 지속적으로 진행되고 있다.
항공 산업은 고부가가치를 창출하는 유망 분야이나 사고 발생 시 대량의 인명피해가 발생할 수 있기에 항공기 안전을 평가하는 시험인증 분야의 중요성은 아무리 강조해도 지나치지 않는다. 따라서 시험평가 및 항공기 개발 전 시뮬레이션 프로그램을 활용한 사전 연구는 철저한 안전 검증에 중요한 요소이다. 이를 통해 항공산업의 지속적 발전이 이루어 질 것이다.
◇항공산업의 미래와 전망
박종원 산업부 자동차항공과장
우리는 4차산업혁명시대를 맞아 글로벌 재편기회로 삼아야 한다. 항공강국으로 진입하기 위해서는 고부가가치 분야인 엔진 및 항공전자를 집중 육성해야 한다.
첫째 항공산업 미래 핵심기술 확보를 위해 △항공엔진 자립화 △항공전자 핵심기술 및 ICT융합기술 집중 개발 △항공기용 경량 신소재 적용 확대 △드론 및 PAV기술 선제적 확보를 해야 한다.
둘째 글로벌 시장진출 확대 및 신시장 창출을 위해 △RSP(국제공동개발사업) 등을 통한 글로벌 서플라이 체인(supply chain) 참여 확대 △ICT융합형 틈새시장 공략 △공공수요로 드론 신시장 진출을 해야 한다.
셋째 국내역량 총결집 생태계 조성을 위해 △항공·드론 융향 플랫폼 구축 △생산성, 품질향상, 원가 경쟁력 확보를 위한 생산공정의 스마트화 확산 △중소기업 경쟁력 강화 지원 등을 추진하고 있다.
◇미래항공 전파기술
항공은 주파수를 이용하는 오래되고 중요한 분야 중 하나다. 국제적으로 조회된 주파수 분배를 통해 항공전파시스템의 국제 표준화가 가능하다. 주파수 분배는 3~4년마다 개최되는 세계전파통신회의(WRC)에서 결정된다.
미래항공전파는 무인항공기(드론), 성층권 무선국(HAPS), 글로벌 항공 추적 및 항공조난안전시스템, 항공기내 광대역 접속, 항공기내 무선통신(WAIC) 등으로 이슈가 되고 있다.
향후 고도화된 안전 지원은 물론 시스템 효율성, 다양한 응용서비스를 제공하기위해 전파 활용은 더욱 확대될 것으로 전망된다. 전송용량, 데이터, 속도 정확도 커버리지 등 변화하는 항공 수요에 부응하기 위해 더 높은 주파수 대역으로 이동하고 있다. 항공업무용 주파수 외에 타 업무와 공유되는 주파수 대역의 이용에서 여러가지 혁신적 발전이 예상된다. 전파지원 확보를 위한 경쟁이 심해지는 상황에서 항공주파수 보호와 추가적 수요에 대응하기 위해 WRC에 적극 참여해야 한다.
◇항공기 간접 및 직접 낙뢰 대책기술 동향
권진회 경상대 항공우주공학과 교수
항공기 낙뢰 피격은 선도 낙뢰가 항공기 근처로 접근해 발생된다. 직접 효과는 항공기 구조물과 전자장비 전선 등에 물리적인 손상을 준다. 간접효과는 항공기 항법 및 전자장비에 치명적인 영향을 미친다.
이를 위한 낙뢰 보호시스템 설계는 낙뢰에 의한 전류의 경로를 만들거나 물리적 타격을 견뎌야 한다. 간접영향성 보호접지는 단일접지, 차폐 등을 사용해 전자장비 부하를 방지해야 한다. 연료탱크에서 아크에 대한 보호시스템은 필수다.
진주사천 항공국가산단 R&D기능 활성화와 인력양성을 위해서는 산업수요기반 R&D센터가 필요하다. 이를위해 경상대 주관으로 ‘항공핵심기술 연구센터’ 사업이 지난해부터 2024년까지 추진되고 있다. 연구센터는 기초원천기술을 개발해 항공국가산단의 R&D기능을 담당하고 국내 대학 최초의 항공분야 산학협력·실용화 전문연구센터로 성장을 목표로 하고 있다.
해외사례를 보면 클러스터 지원R&D센터의 필요성을 알 수 있다. 세계 선진 산학연구센터 모델로는 미국 위치타 주립대학 NIAR이 꼽힌다. 1985년 설립된 세계 최선도 대학연구센터다. 500명 이상 인력이 연구, 설계, 시험, 인증, 기술이전, 교육 등을 담당하고 있다. 연구소 자립 모범 사례로는 미국 메릴랜드 대학 CALCE가 있다. 연간 600만 달러 이상 기업투자를 받으며 신뢰성 시험, 파손 해석, 공급망 관리 등 사전진단기술과 방법론 분야에서 세계 선두에 있다.
◇항공기 HIRF시험평가 기술동향
가빈 바버(Gavin Barber) 영국공군연구소 E3팀장
항공분야에서 안전은 가장 중요한 요소다. 항공기에는 많은 부품과 통신기기가 탑재돼 있다. 자체적으로도 무선통신에 의한 전자기장 발생 및 외부에서 유입되는 전자기장이 존재하기 때문에 이에대한 안전성평가는 매우 중요한 과제다. 특히 무선통신이나 레이더 등을 통해 유입되는 고강도 전자기장(HIRF)의 비중이 커지고 있는 추세다. 이에 대한 철저한 시험평가는 매우 중요하다. 항공기 운항시 안전뿐만 아니라 시험 중 위험평가, 시험계획, 안전문서 등 안전관련 사항도 매우 중요하다.
HIRF시험은 두가지 방법이 있다. 하나는 항공기 전체에 대한 HIRF를 항공기 안테나 등을 통해 직접 인가하는 ‘직접 인가 방법’이다. 이 방식은 실질적인 시험이 가능하나 높은 설비 비용과 안전상의 문제, 시험장 구성 어려움 등 단점이 있다.
또 항공기 외부에서 낮은 전자기장을 인가해 감쇄비율을 추출한 뒤 전자기장을 계산하는 ‘낮은 레벨 시험법’이 있다. 항공기가 HIRF 노출시 내부로 도달하는 전자기장 비율을 계산해 내부기기 단독으로 수행한 HIRF시험레벨과 비교하는 방법이다.
정리=강진성기자
| 극한 전자기환경이란 극한(Extreme) 전자기환경은 1990년대 초 도입된 반드시 극복하여야 할 새로운 전자기 환경 개념이다. 광대역의 고출력 전자기펄스(EMP) 및 낙뢰 등에서 최고의 강도(Strength), 최악의 편파(Polarization), 최악의 파형(Waveform)을 가지는 환경을 말한다. 항공분야의 경우 대기 중에서 전기전자 시스템에 악 영향을 주어 항공기의 지속적인 안전 비행과 착륙에 장애를 줄 수 있다. 최근 새로운 항공기 설계과정에서 전기전자 시스템 의존도가 높아지면서 회로가 무선 주파수 및 낙뢰의 간접효과 등에 민감하다. 이런 환경 기준을 통과하기위해 검증하고 문제점 개선하는 것을 ‘극한 전자기환경 극복기술’이라고 한다. |
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