구동·전력시스템으로 일컫는 전동력기술은 미래형 무기체계 개발 기반 기술이다. 미래 전장에서 사람을 대신할 전투로봇이나 첨단 전투복(파워슈트) 등을 작동한다.
첨단 전동력 기술을 실현하려면 신개념의 전기식 직구동 전동기·전력변환 기술이 필요하다.
재래식 무기의 구동장치는 감속기 기반 구동 메커니즘에 의해 구동력을 전달하고 제어한다. 이 방식은 고정밀 제어의 제한, 기계적 마찰에 의한 성능 및 효율 저하 등이 문제였다.
전기식 직구동 전동기·전력변환 기술은 이러한 문제를 해결할 수 있다. 적용 대상의 형상에 따른 유연한 장착환경을 제공할 뿐만 아니라 감속기를 배제, 고효율 시스템 구현으로 운용성도 증대된다.
전동력 기술을 적용한 파워슈트는 팔과 다리, 허리의 힘을 20배 이상 증가시켜 주는 슈퍼 전투복이다. 야간 투시카메라와 위성통신 기능이 탑재된다. 전투 중 배터리가 소모되면 탑재된 마이크로 터빈에 연료가스를 주입해 발전·충전할 수 있다.
파워슈트는 높은 에너지밀도로 장시간 에너지를 공급할 수 있는 소형 휴대형 동력원 확보가 관건이다.
배터리는 출력밀도가 높지만 에너지 밀도가 낮아 연속사용 시간이 짧고 충전시간이 오래 걸린다. 전원 접근이 어려운 곳은 충전이 아예 불가능하다. 연료전지 또한 출력밀도가 낮아 고출력이 요구되는 전기모터에는 사용이 어렵다.
대안으로 마이크로 동력발생장치(MPG) 연구가 활발하다. MPG는 휴대형 장비나 소형 무인 자가 작동장비 등에 독립적으로 동력을 공급할 목적으로 만든 초소형 전원 공급장치다.
최근에는 로봇처럼 고에너지 밀도와 고출력 밀도가 동시에 필요한 곳에 적용할 수 있는 극초소형 가스터빈(UMGT) 개발이 이뤄지고 있다. 가스터빈은 향후 소형로봇이나 MAV(Micro Air Vehicle), 휴머노이드 로봇, 동력전투복 등에도 적용될 것으로 예상된다.
전문가들은 MPG가 미래 전투 전원, 군용 휴대전원, 통신장비, 독립전원, 배터리 충전용 전원, 야전용 독립전원으로 활용돼 효율적인 군 작전 수행과 전투력 향상을 가져올 것으로 전망한다.
현재 우리나라는 방위사업청이 500W급 마이크로 가스터빈 발전기 개발을 추진 중이다. 이 과제는 한국기계연구원 주관으로 한국전기연구원, 재료연구소, 국방과학연구소 등이 참여하고 있다. 한국전기연구원은 발전기의 심장역할을 하는 전동발전기 개발을 맡고 있다.
도움말:우병철 한국전기연구원 전동력연구센터 책임연구원, 홍도관 선임연구원
부산=임동식기자 dslim@etnews.com
