붙임3		미래국방가교기술개발사업 신규과제 수요조사서 참고(예시)

기술명

항공기 복합적 공중위협 회피방안 자동추천 시스템 개발

수요구분

■ 트랙1(국방수요매칭형)

□ 트랙2(각군 소요기술)

10대 국방전략

기술 분야

■ 인공지능

□ 유·무인 복합

□ 양자

□ 우주

□ 에너지

□ 첨단소재

□ 사이버·네트워크

□ 센서·전자전

□ 추진

□ WMD 대응

국방기술기획서 상 기술명

KF-21, FA-50 등 전투임무 항공기

(국방기술기획서에 명시된 기술 중 미확보 기술 목록 참조)

기술분류/

무기체계분류

■ 기술분류

(국방전략기술 로드맵 참조)

추진 - 공기흡입 추진 – 가스터빈엔진

■ 무기체계 분류

(국방전력발전업무훈령 제 7조 참조)

방호무기체계 – 방공 - 대공유도무기

개발구분

□기초연구        ■응용연구        □개발연구

기술수준

□TRL3       □TRL4       ■TRL5       □TRL6

총 지원규모

총 연구개발기간 : 2년 6개월

총 연구개발비 : 35억

기술개요

(개념도 포함)

○ XAI 기반 전시 항공기 비행 중 복합적 공중 위협상황 시 이를 회피하기 위한 최적의 방안(수단, 경로)을 자동으로 추천하는 시스템

기술개발

필요성

(추진배경)

○ 전시 항공기 복합적 공중위협 상황 시 조종사의 임무부담 경감 및 생존성 향상방안 수립 필요

○ 항공기가 비행 중 직접 탐지한 위협 뿐아니라, 아군의 지상/공중/우주 자산으로 획득한 임무 경로 상 예상되는 위협의 정보 공유 및 종합 필요

○ 위협의 위험도 및 우선순위에 따라 회피 경로 설정 및 최상의 생존 경로를 추천하여 항공기 전투생존성 향상 필요

○ 유인기의 경우 조종사의 경험과 능력, 순간의 판단에 따라 위협에 대한 회피가 가능하나, 자율 또는 반자율의 무인기는 위협에 대한 회피계획 수립 필요

○ 기술 적용시 기대효과

- (유인기) 조종사에게 회피 방안에 대한 시각적·청각적 정보제공으로  조종사 임무부담 감소 및 전투생존성 향상

- (무인기) 회피 방안 검토결과 바탕으로 기동 및 비행경로 수정으로 자율 및 반자율 무인기의 전투생존성 향상 및 지속작전 수행능력 향상으로 자원 절감 및 유인기 생존성 향상에 기여

기술개발

범위

(WBS 포함)

○ 항공기 손상판단 및 수리복구절차 자동생성 시스템 WBS

			XAI 항공기 공중위협 회피방안 자동추천 System
위협판단/분석					항공기 상태판단					회피방안 검토				회피방안 추천
	위협특성 판단					항공기 기동 및 대응능력 판단					위협 조우 가능성 및 위험도 판단				대응수단별 회피 가능성 판단
	피격확률 판단					임무 중요도 및 임무 상황판단					비행지역 지리적/ 공간적 특성 분석				회피 수단/경로 별 생존률 판단

○ 세부기술별 개요

항 목	기술 개요
위협 판단/분석	∘RWR, MAWS 등으로 항공기가 직접 취득 또는 지상 및 공중 감시체계로 부터 공유된 위협정보 판단 ∘위협정보에 근거하여 위협 무기체계 특성 식별 - 신호특성, 속도, 유도방식, 사거리, 파괴력, 기동특성 등 - 최초 식별위치, 예상 조우 위치/시간 - 현재 운동에너지 및 잔존 운동에너지 ∘다수의 복합적 위협 상황시 위협대응 우선순위 판단
항공기 상태판단	∘현재 항공기의 CMDS 현황 및 위협대응 능력(효과) 판단 ∘현재 항공기의 외부장착물, 연료 중량 등 고려하여 최대 기동가능 범위 판단 ∘임무 중요도 및 위험도 상황판단 ∘임무 중요도 우선시 임무지역 진입을 전제로 위협 회피방안 검토
회피방안 검토	∘위협분석 및 항공기 상태를 근거로 회피 방안 검토 - CMDS 사용, 회피기동, 회피경로 등 고려 다수방안 추천 ∘다수의 복합적 위협 상황에 대응한 시간적·공간적 회피 방안 수립 ∘회피 방안별 항공기 생존률 예측
회피방안 추천	∘회피 방안 검토결과 최고 생존률 방안 추천 ∘회피 경로 이탈 시 회피 경로 재추천 ∘(유인기) 조종사에게 회피 방안에 대한 시각적·청각적 정보제공 ∘(무인기) 회피 방안 검토결과 바탕으로 기동 및 비행경로 수정

기술개발

목표

○ XAI 기반 유인 전투임무 항공기 위협방안 자동 추천 시스템 개발

<XAI (Explainable Artificial Intelligence) 기반 항공기 회피 시스템 개념>

기술개발

내용

○ 위협 판단/분석

- RWR, MAWS 등으로 항공기가 직접 취득 또는 지상/공중/우주 공중 감시체계로 부터 공유된 위협정보 종합 및 판단

- 위협정보에 근거하여 위협 무기체계 특성 식별

∘신호특성, 속도, 유도방식, 사거리, 파괴력, 기동특성 등

∘무기체계 특성 및 유도방식에 따른 회피, 재밍 가능성 분석

∘최초부터 현재까지 위치, 속력, 방향 추적

∘현재 운동에너지 및 잔존 운동에너지 판단

∘예상 조우 위치/시간 예측 및 위험도 분석

- 다수의 복합적 위협 상황시 위협대응 우선순위 판단

○ 항공기 상태판단

- 현재 항공기의 CMDS 현황 및 위협대응 능력(효과) 판단

- 현재 항공기의 외부장착물, 연료 중량 등 고려

∘최대 기동가능 범위 판단

∘위협의 기동특성에 따라 항공기 외부장착물 투하 필요성 판단

○ 임무 상황판단

- 임무 중요도 및 위험도 상황판단

- 임무 중요도 우선시 임무지역 진입을 전제로 위협 회피방안 검토

- 위협의 위험도 고려 임무성공률 및 항공기 생존률이 기준 이하 시 임무포기를 고려한 회피방안 추천

○ 회피방안 검토

- 위협분석 및 항공기 상태를 근거로 회피 방안 검토

∘CMDS 사용, 회피기동, 회피경로 등 고려 다수방안 추천

∘항공기 이동, 기동에 따른 최적의 CMDS 사용시기 판단

- 다수의 복합적 위협 상황에 대응한 시간적·공간적 회피 방안 수립

- 회피 방안별 항공기 생존률 예측

○ 회피방안 추천

- 회피 방안 검토결과 최고 생존률 방안 추천

- 회피 경로 이탈 시 회피 경로 재추천

- (유인기) 조종사에게 회피 방안에 대한 시각적·청각적 정보제공

- (무인기) 회피 방안 검토결과 바탕으로 기동 및 비행경로 수정

핵심기술 성능지표

및

성과목표

○ 핵심기술 성능 지표

항 목	목 표
회피 방안을 위한 복합 위협 상황 유형 수(조건)	6개 (공중위협: 4대 이하, 지상위협: 2대 이하)
위협 상황 유형 수를 고려한 시나리오 수립(조건)	14개 (공중: 4, 지상: 2, 복합 8)
임무성공가능성	우세: 90% 이상 동등: 50%이상~90% 미만 열세: 50% 미만
숙련 조종사의 개발 모델 사용 유무에 따른 영향 비교 평가	시나리오당 10회
개발 모델 비사용 숙련 조종사와 사용 비숙련 조종사 간의 영향 비교 평가	시나리오당 10회
위협 개체 HMD (Head Mounted Display) 시각화 시간	20msec 이내

○ 성과목표

- 적군 위협정보 및 무기체계 특성 식별 및 제원 DB 3종 구축

- 아군 항공기의 위협 대응 능력(효과) 분석 및 DB 구축

- 적군 위협정보 분석 알고리즘 개발 보고서 및 시스템 1식

- 아군 항공기 회피 방안 추천 알고리즘 개발 보고서 및 소프트웨어 1식 개발

- 임무성과 평가 기법 개발 보고서

- 상황별 최적회피 평균 항공기 생존률 달성

- 모의전투 평가 결과 보고서

- 항공기 복합적 공중위협 회피방안 자동추천 기술시현 시스템 1식

중복성 여부

○ 신규소요로 유사기술 개발사례 없음

(‘24년 미래도전국방기술 공군 소요제출, 기획연구대상 선정)

민간 연구개발 수준 및 기존 선행연구현황

민간 연구개발 수준

□TRL2        □TRL3       □TRL4       ■TRL5       □TRL6

선행연구 현황

연구보고서

논문

특허

1

7

6

○ 연구보고서(주요연구보고서 1건)

제 목	스마트 도심 항공 교통(UAM)을 위한 인공지능 디지털 트윈 기술 연구
연구기간	20.06.01~ 29.05.31		연구비		67억
키워드	인공지능, 충돌회피, 디지텉트윈, 도심항공교통, 자율비행
연구자	000	과제수행기관		00대학교

○ 논문(주요논문 1건)

공격편대군 항공기의 네트워크 기반 위협회피 경로선정(Threat Avoidance Multi-Route Decisions for Air-Strike-Package on an Operation Network), 김상훈, 연세대학교, 한국산업공학회, 2020

○ 특허(주요특허 1건)

항공기 충돌 감지/회피 시스템 및 방법 – 더 보잉 컴퍼니

출원번호 : 10-2017-0053310

민간-국방 연계개발 효과

○ 본 과제에서 제안하는 항공기 복합적 공중위협 회피방안 자동추천 시스템 개발을 위해 민간에서는 다음과 같은 핵심기술을 보유중에 있음.

- 공중항체 위협 통합인식체계 구축 기술

∙ 정보처리 준비 단계의 데이터 수집 및 데이터베이스 구축

∙ 정보처리 수집 데이터 통합 및 교정

∙ 자율적 위협인식 프로그램 구축

∙ 위협인식 프로그램에 대한 모델 타당성 검증

- 능동적 통합대응체계 구축 기술

∙ 공중위협 정보를 수용할 수 있는 종합상황인식 모듈 개발

∙ 인식된 공중위협에 대한 최적의 대응행위 모델 개발

∙ 무인항공기에 적용 가능한 조종제어 모델 개발

∙ 통합대응체계 타당성 검증

○ 항공기 복합적 공중위협 회피방안 자동추천 시스템 개발 기술의 TRL을 높이기 위해 기존에 개발된 민간의 UAM 및 드론의 자율비행. 공중충돌 방지, 3차원 공간 정보, 디지털트윈 관련 기초기술과의 연계가 필요함.

- 시뮬레이션 및 실험 환경 구축 : 복합적 공중위협 회피 시스템을 실제 환경에서 테스트하고 평가하기 위해 시뮬레이션 및 실험 환경을 구축해야 함. 이를 통해 시스템의 성능과 신뢰성을 검증하고 개선

- 실시간 데이터 처리 및 분석 : 실시간으로 수집된 다양한 데이터를 처리하고 분석하는 기술이 필요. 머신러닝 및 인공지능 기술을 활용하여 데이터 분석의 효율성을 높임

- 센서 및 통신 기술 개선 : 항공기가 공중위협을 감지하고 정보를 주고받기 위해 센서 및 통신 시스템의 개선이 필요. 센서의 감도와 정확도를 향상시키고, 효율적인 데이터 전송을 위한 통신 기술의 개발 필요

- 의사 결정 지원 시스템 구축 : 다양한 알고리즘과 모델을 개발하여 항공기의 상황을 분석하고 최적의 회피 방안을 제시

국방 기술획득 가속화 효과

국방정책 연계성

○ 국방혁신 4.0의 핵심은 AI 기반의 강군을 건설하는 것이므로, 공중 전투체계에 AI 기술을 적극 적용하여 관련 기술을 발전시킴으로서 국방정책에 부합할 수 있으며, 본 기술은 10대 국방전략 기술인 인공지능, 유·무인 복합, 사이버·네트워크 및 센서·전자전에 포함되는 기술임.

○ 최근 우크라이나 및 이스라엘의 전쟁 상황에서 인지되는 바와 같이 유·무인 항공기에 대한 의존이 높아지고 있는 반면 적의 방공망 및 항공력에 의한 위협 또한 증가되고 있어, 고가의 항공기와 조종사의 생존성을 높이고 임무의 정확도를 향상시켜 공중우세를 확보할 수 있는 전술과 시스템이 요구되도 있음.

○ 특히, 북한의 경우 우리 공군에 비해 상대적으로 전력이 약한 전투기 보다는 지대공 방공 능력을 확장해 가는 상황이므로, 전시 우리 공군이 공중우세 확보를 위해서는 이러한 지대공 방공망을 제압할 수 있어야 하나, 조종사들은 매우 위험한 상황에 노출될 수 밖에 없으므로 항공기와 조종사의 생존율을 향상시킬 수 있는 수단이 필요함.

○ 따라서, 유인 전투기, 수송기 및 무인항공기들이 북한의 강력한 방공망을 뚫고 임무를 수행할 수 있는 AI 기반의 자동화된 탐지·회피 기술 개발을 통해 조종사의 생존성을 최대한 보장하여 임무를 성공률을 높이고 공중 전력을 유지할 수 있게 함으로써 AI 과학기술강군 육성에 일조할 수 있음.

○ 또한, 6세대형 첨단 기술 확보로 첨단 AI 기술기반 전력 구축과 항공기 수출 확대 선순환 구조를 마련할 수 있음.

전력화 사업 연계성

○ FA-50, KF-21 성능 향상 사업 및 KF-21 Block2 개발 사업. 중형 수송기 개발 사업 추진이 진행되고 있거나 예상되고 있으며, 이러한 4.5세대 이상의 성능을 갖는 전투기와 생존성이 높은 수송기를 개발하고, 나아가 해외수출을 위해서는 타 국가의 동급 항공기와는 차별화된 시스템을 구축할 수 있는데 필요한 기반기술 개발이 가능함.

○ 국내 항공기 체계개발 업체에서는 선도적으로 AI기반 6세대 전투기 개발계획을 추진 중이며 2040년경이면 개발이 착수될 것으로 전망하고 있으며, 무인기 4대를 데이터링크로 관리하고 협업하는 유무인 복합체계 형태로 운용될 것임.

○ 국방과학 연구소 주관으로 대한항공에서는 저피탐 무인기전투기 및 편대기 개발 사업이 진행되고 있으며 25년에 첫 비행을 목표로 하고 있음.

○ 이러한 미래형 공중 전투체계들은 인공지능 기반의 자동화가 필수적으로 적용되고 있으며, 항공기의 작전임무 수행뿐만 아니라 생존성 확보를 위한 수단으로서도 AI 기술을 적극 적용하여 항공기의 성능을 향상시킬 수 있는 기반 기술의 사전 확보가 필요함.

과제 제기자

제안기관

공군본부 미래기획센터

담당자 연락처

중령 홍길동 / 920-0000 / 010-0000-0000 / email@gmail.com