누가, 언제, 어디서, 어떻게, 왜 - 5하 원칙으로 보는 드론

[테크월드=정환용 기자] 사람들에게 드론은 ‘헬리캠’으로 먼저 알려졌다. 방송사들이 몇 년 전부터 새로운 화면의 연출을 위해 원격조종 카메라를 장착한 헬리콥터를 공중에 띄워 촬영하기 시작했다. RC(Remote Control) 회로를 이용한 자동차, 비행기, 헬리콥터와는 좀 달랐지만, 생활에 가까이 있다는 생각은 잘 하지 않았다. 강변에서 누군가가 날리고 있는 손바닥만 한 크기의 장난감 드론을 보기 전까지는 그랬다.

지금은 전 세계의 다양한 기업들이 드론을 사업에 활용하기 위한 기술의 연구개발이 이어지고 있다. 국내만 해도 지난 2016년 민수용 드론 시장 규모는 231억 원, 군용을 포함한 전체 시장 규모는 704억 원을 기록했다. 드론 사업을 위한 장치신고 대수도 지난 6월 기준 2900대를 넘었고, 25kg 이상 중량의 드론 조종을 위해 취득해야 하는 조종자격 취득자도 2000명을 넘어섰다. 굳이 정부 차원에서의 시장 발전 계획이 아니더라도, 드론이 새로운 시장을 형성해 그 규모와 영역을 넓혀가고 있음을 알 수 있다.

드론을 언급할 때 주의해야 할 점이 있다. 현재 국내 드론 시장의 규모는 대부분 활용 쪽에 치중돼 있다. 제작 부문 대비 8배 가까이 차이가 나고, 지금까지 1000여 곳이 넘게 등록된 드론 관련 업체의 대부분이 활용 관련 사업을 하고 있다. 국토교통부의 발표에 따르면 로터·프로펠러, 추진장치, 비행조종 컴퓨터 등 드론을 구성하는 8대 핵심부품의 국내 기술력은 세계 평균의 70% 정도에 불과하다. 국토부가 발표한 드론산업 발전 10개년 계획에도 개발 지원 관련 내용은 찾아보기 힘들 정도로 부실하다. 완성품을 활용하는 기술은 상당히 빠르게 발전하고 있는데, 자체제작과 그 기술의 지원에 대해선 뚜렷한 대책이 보이지 않는다.

Part 1. 5하 원칙으로 보는 드론
Part 2. 정부의 드론산업 발전계획
Part 3. 인터뷰: 한국드론산업협회 박석종 협회장

누가, 언제, 어디서, 어떻게,왜
Part 1. 5하 원칙으로 보는 드론

2017년 국토교통부의 총 예산과 기금은 약 41조 3000억 원이다. 이 중에서 국토부가 2017년 신산업으로 선정한 분야가 자율주행차, 스마트시티, 제로에너지 등 7개 항목이고, 해당 분야에 대한 투자를 전년 대비 대폭 확대했다. 드론에 대해선 2016년 30억 원이었던 예산이 2017년에는 184억 원으로 6배 이상 늘었고, 지난해 7월 드론 관련 규제 완화를 비롯해 세계 최초로 드론 전용 이동로(드론 하이웨이, 가제) 구축을 위한 여러 시스템을 개발하며 드론 산업 발전에 많은 투자를 하고 있다.

드론을 제외한 5가지 원칙으로 국내 드론 산업에 대해 알아보자. 보통은 가격도 저렴하고 손바닥에 올려둘 만큼 작은 드론이 사람들에게 친숙한데, 제품군의 범위는 2만 원대의 저렴한 제품부터 수천만 원 이상의 고급형까지 다양하게 운용되고 있다. 그렇다고 저렴한 제품은 레저용, 값비싼 제품은 상업용으로 구분하기도 어렵다. 아직은 국내에 B2C 시장을 대상으로 하는 중고가 등급의 드론을 만드는 기업이 거의 없고, B2C 시장 세계 1위 DJI를 비롯해 대부분 중국 등 해외 업체의 제품들이 국내 시장을 점유하고 있는 점은 아쉽다.

누가 
제작과 활용, 모든 면에서 가장 폭넓은 영역
어떤 사람이 드론을 이용하는지는 생각할 필요도 없을 만큼 자명하다. 드론을 경제활동의 일환으로 보고 있는 모든 사람들이 그 대상이다. 크게는 드론 제작자와 드론 활용자 두 부류로 나눌 수 있고, 사람이든 기업이든 두 부류 모두에 포함될 수 있다. 아직은 제작보다 활용 분야가 압도적으로 더 큰 관심을 얻고 있으며, 새로운 기술과 장비 개발에는 인색하다. 이는 정부의 정책과 더불어 기업 차원에서의 연구개발이 필요한 부분인데, 각국의 선발주자 대비 국내 드론 제조산업의 발전 속도는 상당히 느리다.

언제
관건은 드론의 성능과 기술력
드론이 보편화되는 시기에 대해선 명확한 답이 없다. 현재 국내 드론 제작 기술력은 미국이나 중국의 선행 기업 대비 65% 수준으로, 2015년 기준으로 국가 단위의 기술 수준에서 7위를 기록했다. 국토부가 10개년 발전 계획으로 이 순위를 2026년까지 5위로 끌어올리겠다고 발표한 바 있다. 그러나 해당 발전 계획에 제작 관련 항목의 부실함을 따져보면, 현재 기술력 5, 6위인 국가가 드론 기술을 포기해야 가능한 순위로 보인다. 

어디서
국내 실정, 생각보다 복잡하다
평소에 잊고 사는 사람들이 많겠지만, 우리나라는 아직 북한과 휴전 중인 분단국가다. 때문에 서울 한강 이북 지역에 군 병력이 생각보다 폭넓게 배치돼 있고, 군부대 역시 상당히 산발적으로 퍼져 있다. 현재 서울 지역에서 드론 비행이 금지된 구역이 전체의 70%가 넘는 이유다. 산업의 발전에 국가의 방어 전선이 걸림돌이 되고 있는데, 관련 규제를 완화해 비행 가능 범위를 넓히는 것을 당연한 듯 긍정해선 안 되는 문제다.

어떻게
목적의식에 따라 상호 발전 가능성
드론을 어떻게 이용하는지는 ‘누가’ 이용하는지에 따라 달라지고, 여기서 드론 산업의 방향이 결정된다. 

이름과 형태를 가장 먼저 알린 군용 무인항공기(Unmanned Aerial Vehicle, UAV). 영화에서도 적진을 탐색하는 등의 장면에서 많이 볼 수 있었다. UAV는 10km 이상의 상공에서 24시간 이상 비행하며 정찰 임무를 수행할 수 있는데, 정밀 타격을 위한 공격용으로도 사용할 수 있어 활용 범위가 무척 넓다. 국내에서도 오는 2018년 국방과학연구소의 주관으로 개발 중인 중고도 무인항공기(Maritime UAV, MUAV)를 운용할 계획이다.

현재 아마존, DHL, 월마트 등의 기업들이 드론을 배송에 이용하기 위한 연구개발에 박차를 가하고 있다. 단순히 택배 상자를 드론에 실어 날려보내면 될 것으로 생각하기 쉽지만, 제품 하나를 배달한다는 상황을 가정할 때 고려해야 할 사항들이 생각보다 많다. 드론 배송업체 간의 간섭을 막기 위해 조종에 사용하는 주파수도 달라야 하고, 업체 별로 사용하는 항로 역시 일정 범위를 지정해야 사고를 막을 수 있다. 드론 하늘길이 열릴 날이 멀지 않았다.

드론 활용시장에서 가장 활발하게 움직이는 것이 사진과 영상 촬영용 드론이다. 지난해 국내 드론의 41%가 이 분야에서 활용됐을 정도다. 드론 영상 분야가 활발해지며 아웃도어 카메라 시장도 덩달아 매출이 오르고 있다. 특히 촬영에 사용하는 드론이 헬리캠보다 소형화되며, 일반 카메라보다는 고프로 히어로4, 소니 X3000과 같은 액션캠의 활용도가 높아졌다. 그렇다고 고성능 촬영 장비의 활용 빈도가 낮아진 것은 아니어서, 이 분야의 전체 파이는 계속 커지고 있다.

오히려 레저용이나 업무용보다 드론을 농업에 사용하는 빈도가 빠르게 높아지고 있다. 2016년 기준 드론 활용 시장에서도 영상 분야에 뒤지지 않는 38%의 점유율을 차지했고, 특히 같은 기간의 제작 시장에선 농업과 임업에 사용되는 드론의 비중이 절반을 넘기기도 했다. 논밭처럼 넓은 면적에 농약이나 살충제를 뿌려야 할 때, 드론에 약제를 실어 모든 농지에 고루 살포할 수 있다면 이것만큼 비용 효율적인 도구가 없다. 비록 지금은 농약 살포용 드론의 가격이나 유지비가 너무 비싸 실용성은 아직 많이 떨어진다.

해변에서 사람이 물에 빠지거나 구조가 필요할 때, 드론이 직접 사람을 구하기는 어렵다. 그러나 물에 뜰 수 있도록 튜브를 전달하고 구난자의 위치 정보를 구조대에 전달하는 등의 보조적 임무는 충분히 수행할 수 있다. 실제로 한국재난구조단에서 해상구조 드론(숨비 S200)의 활용을 제안했는데, 5개의 튜브를 실은 드론으로 반경 10km 이내에서 탐색과 구조 작업을 수행할 수 있다고 한다. 해외에선 응급상황에서 구조와 구급의료활동에 필요한 혈액팩, 휴대용 제세동기, 의약품 등을 드론으로 실어나르는 기술을 시험하고 있다.

왜
드론의 상용화 목적과 상통
누군가는 “왜 산을 오르냐면, 산이 거기 있기 때문”이라고 했지만, 단순히 가지고 노는 수준의 레저용 드론이 아니라 엄연한 상업용 드론으로 경제활동을 한다면 꼭 거쳐야 하는 문제다. 필요에 의한 기술 개발은 옛날 얘기고, 지금은 새로운 아이템을 생활과 산업에 어떻게 적용할지를 고민해야 하는 시기다. 1차적인 목적은 드론을 도입하려는 분야에서의 운영비용 절감인데, 현재로선 제품 배송이나 농약 살포 등의 용도에 대한 비용이 현행 시스템보다 더 커 배보다 배꼽이 더 큰 격이다. 이는 드론 기술의 발전과 보급으로 제품가격을 포함한 유지관리비가 낮아지면 자연히 해결된다.

문제는 두 번째 목적으로 새로운 산업으로 인한 가치를 창출하는 것인데, 사실 현재 국내 시장 상황으로는 제작보다 활용 분야에 크게 치중돼 있어 가치 창출에 한계가 있다. 현재의 국내 사정이 개선되려면 드론 활용을 위해 해외에서 완성품이나 핵심부품을 구입해 오거나 국내 기술 발전에 투자해 자체제작이 가능하도록 해야 한다. 그러나 자본의 투자 개념으로 봤을 때 제작보다 수입이 훨씬 수월한 것은 사실이고, 실제로도 국내 시장은 후자 쪽으로 형성되고 있다. 

8대 핵심부품과 제작기술, 관건은 ‘위치’
DJI 팬텀 4 프로

세계 민수용 드론 시장의 70%를 장악하고 있는 드론 원톱 기업은 DJI다. 지난해 11월 출시된 ‘팬텀 4 프로’는 4K UHD 수준의 사진과 동영상을 촬영할 수 있어 B2C와 B2B 시장 모두에서 인정받고 있는 드론이다. 이 제품을 포함해 사용자가 조종할 수 있는 모든 종류의 드론에는 총 8개로 구분되는 핵심부품이 필요하다. 드론과 사용자 사이의 거리가 멀어질수록 더 좋은 부품과 센서가 필요하고, 자연히 이동 범위가 넓은 드론의 가격은 비싸진다.

8개의 핵심부품 중 드론을 조종하는 데 필요한 것은 비행조종컴퓨터(Flight Controller Computer, FCC), 항법장치, 그리고 통신장비다. 아래 사진에서 드론 내부의 기판 가운데에 배치돼 있는 것이 FCC로, FC(Flight Computer)로 부르기도 한다. 이 장치에서 드론이 호버링을 하기 위해 필요한 프로펠러의 회전 속도, 드론의 현재 위치와 수평 유지 등의 정보를 만들어낸다. 사용자가 컨트롤러로 보내는 호버링이나 위치 이동 등의 명령을 수신하고, 드론의 현재 위치와 속도 등의 자체 정보를 송신하는 것은 통신 장비가 담당한다. 항법장치는 드론의 현재 위치를 파악하고 명령 수행을 위한 이동 경로를 파악하는 등의 업무를 담당한다.

위 사진은 DJI 팬텀 시리즈의 전작 팬텀 2와 팬텀 3의 내부 기판 사진이다. 2에선 플라이트 컨트롤러가 중앙 기판의 대부분을 차지하고 있고, 로터 컨트롤 부분의 PCB도 따로 떨어져 있다. 팬텀 3에선 분리돼 있던 로터 컨트롤러가 중앙의 기판 측면에 통합됐고, FC도 결합형에서 기판에 접합된 형태로 바뀌었다. 내부 기판과 각종 센서들의 디자인을 보호하기 위한 조치인 동시에, 드론을 더 가볍고 효율적으로 날릴 수 있도록 연구개발에 수천 명의 기술진을 투입한 결과다.

저가형이나 보급형 드론의 컨트롤은 스마트폰의 전용 앱과 연동하는 경우가 많다. 팬텀 4 프로와 같은 고급형 제품은 전용 컨트롤러를 제공하는데, 스마트폰이나 태블릿PC를 거치해 드론과 연동하면 드론의 위치를 포함한 모든 정보를 ‘DJI GO’ 앱으로 확인할 수 있다. 팬텀 4 프로는 비행의 시작부터 끝까지 이 컨트롤러를 기지국 삼아 조종자에게 전달받은 명령을 수행한다.

드론이 드론다워지는 중요한 요소 중 하나가 촬영이다. 팬텀 4 프로는 2000만 화소의 1인치 CMOS 센서를 탑재한 카메라가 장착돼 있어, 4K UHD 영상을 60fps로 촬영할 수 있다. 물론 카메라의 중요도가 화질보다 중량에 좀 더 있기 때문에, 같은 화소수를 지원하는 일반 카메라와 촬영물의 품질을 비교하는 것은 공평하지 않다. 촬영물의 품질은 화소수보다는 이미징 센서의 크기에 갈리는 것이 보편적이기 때문이다. 무엇보다 드론 촬영으로 보통의 카메라로는 담을 수 없는 위치와 각도에서의 촬영이 가능하다는 장점으로 몇몇 단점을 보완할 수 있다. 

팬텀4 프로 제원

카메라
센서: 1인치 CMOS, 2000만 화소
렌즈: FOV 84도, 8.8~24mm(35mm 환산)
ISO: 사진 12800(수동), 동영상 6400(수동)
셔터: 기계식 1/2000s, 전자식 1/8000s
이미지: 최대 3:2 5472x3648
동영상: 최대 4096x2160(30fps), 2720x1530(60fps)
메모리: 마이크로SD 최대 128GB

기체(S모드 기준)
속도: 최대 72km/h, 상승 최대 6m/s, 하강 최대 4m/s
각도: 경사각 최대 42도, 각속도 최대 250도/s
고도: 최대 해발 6000m
내풍: 최대 10m/s
비행시간: 약 30분
위성 포지셔닝 시스템: GPS, GLONASS
호버링 정확도 - 수직: 비전 포지셔닝 ±0.1m, GPS 포지셔닝 ±0.5m
수평: 비전 포지셔닝 ±0.3m, GPS 포지셔닝 ±1.5m

컨트롤러
주파수: 2.400~2.483GHz, 5.725~5.825GHz
전송거리(장애물과 간섭이 없을 시)
2.400~2.483GHz – FCC(미국인증) 7km, CE(유럽인증) 3.5km
5.725~5.825GHz - FCC 7km, CE 2km
송신출력
2.400~2.483GHz – FCC 26dBm, CE 17dBm
5.725~5.825GHz - FCC 28dBm, CE 14dBm

애플리케이션 DJI GO 4
운영체제: 안드로이드 4.4.0 이상, iOS 9.0 이상
실시간 뷰
작동 주파수: 2.4GHz ISM
품질: 720P 30fps
지연율: 팬텀 4 프로 220ms, 팬텀 4 프로 플러스 160~180ms(환경에 따라 다를 수 있음)