2018. 1. 17 (18-05 호 ) : 자율운항선박의현재와미래 확대되고있는자율운항선박개발 임박한자율운항선박의상용화 국내자율운항선박기술현황및전망
자율운항선박은과거군사용목적으로사용되었던무인선박이시초로지속적으로그영역을확대해나가고있으며 2012년이후무선통신기술발달로일반상선부분에도개발탄력 특히자율운항기술을선도하고있는유럽의롤스로이스의경우 2017년 10월구글과선박자동운항을위한기술협력을체결하며무인선박프로젝트를본격화하고있음 또한노르웨이의농화학업체야라인터네셔널과선박자동화시스템기업콩스버그는근거리연안을자율운항할수있는선박을 2018년까지개발해 2020년상용화예정 일본은최대해운사 NYK가자체연구소를통해자율운항컨테이너선을개발중이며세계표준선점을목표로해운사, 조선사들이협업하여 2025년까지 AI자율주행선박다수건조예정. 중국은스마트선박개발을중국제조 2025에반영하여정부주도하에기술개발박차 국내의경우빅3 조선사들이관련개발을지속하고있으며 4차산업혁명위원회대응계획에자율운항선박이지정되는등정부의관심도높아져향후기술개발본격화예상 확대되고있는자율운항선박개발 자율운항선박은군사용목적으로사용되었던무인선박이시초 자율운항선박의시초는군사용무인선으로 2차세계대전직후기뢰제거, 방사능오염검사등으로사람이직접수행하기에위험한임무에투입 90년대들어서군사용무인선은첩보, 감시, 정찰용, 항만감시용, 해양조사등다양한용도로영역이확대되었으며미해군은 2007년무인함정기본계획 (Sea Power 21) 의발표를통해무인함정의비전, 용도, 기술등을명시하고개발방향을제시 [ 그림 1] 베트남전에투입된무인선 [ 그림 2] 미국의군사용무인함정 드론십 자료 : KEIT 자료 : DARPA 1
미해군이 2016년자율운항선박의시험운항을성공하며본격적자율운항선박시대를알림 군수시장내자율운항선박의기술을선도하고있는미해군은 2016년잠수함을비밀리에추적할수있는자율운항무인선박, 일명드론십 (Drone Ship) 시험운항에성공 - 드론십은미방위고등연구계획국 (DARPA) 과미해군연구소 (NRL) 가합작으로개발한것으로정식모델명은 액튜브 (ACTUV, ASW Continuous Trail Unmanned Vessel) - 해당선박은기존무인선박과는달리비교적큰사이즈로배수량이 140톤에달함 기존의구축함으로대잠전을수행할경우하루 70만달러의비용이소요되는반면 ACTUV 는 1만 5,000달러 ~2만달러사이의비용으로대잠수함수색및추적임무수행가능 상선부문에서는 2012년이후무선통신기술의발달과여러장점이부각되자개발가속화 상선영역에서자율운항선박개발은 2012년무렵무선통신기술발달로선박운항정보등각종데이터를수천km떨어진바다에서육지와주고받을수있게되자본격화되기시작 일반상선에자율운항기능이적용될경우선원주거시설을대폭줄일수있어그만큼화물적재공간이늘어경제적이고선원인건비부담도거의없어운영비용도절약가능 영국로이드선급에서는자율운항선박사용시연간 2,500억달러가량의해양운송비용이절감될것이며, 현재선박운송에걸리는시간도 11~13% 가량줄어들것으로예상 한편일부에서자율운항기능으로해상사고위험성이높아질수있다고지적하나선박사고의약 85% 가사람에의한실수로발생하는것으로분석되어해상사고감소에기여가능 [ 그림 3] 화물선의항목별비용비중 [ 그림 4] 전통선박과자율운항선박의비용비교 자료 : Rolls-Royce, 산업연구원 자료 : Rolls-Roys, 산업연구원 2
일반상선자율운항기술은유럽이주도하고있으며롤스로이스는구글과협력, 개발박차 상선분야내자율운항선박기술은유럽이선도하고있는데 2017년 10월영국선박 항공엔진제조업체롤스로이스 (Rolls-Royce) 는구글과선박자동운항을위한기술협력 MOU를체결했다고발표하며무인선박개발프로젝트 [AAWA(Advanced Autonomous Waterbone Applications)] 본격화 - 2014년무인선박개발사업에뛰어든롤스로이스는위성통신업체인마샛 (Inmarsat) 등을비롯한다양한자율운항관련기업들과협력을지속하고있음 특히롤스로이스는구글이보유하고있는클라우드머신러닝엔진 (Cloud Machine Learning Engine) 을이용하여무인선박이해상운항도중만날수있는물체를탐지하고식별할수있도록인공지능 (AI) 기반의물체분류시스템을개발할계획 동사는 2020년말까지선박원격조정기술을상용화하겠다는방침이며 2025년내항 근해선의무인화, 2030년원양선박의완전무인화를목표로기술개발을서두르고있음 < 무인선박에적용되는주요기술 > 자율운항선박은선박운항시안전성을높이기위하여항법위성장치 (GPS), 적외선카메라, 운항관련각종센서등을장착하고있으며주요장비및기술은다음과같음. 1고성능선상통제시스템 ( 자율운항고성능선상브리지 ): 자율운항시선박운항, 에너지효율을최적화. 주변상황인식후충동방지및안전지원을담당. 2자율운항엔진룸 : 엔진상황, 에너지효율모니터링및지상컨트롤센터로데이터전송 3고성능감지시스템 ( 적외선카메라, GPS, 네비게이션시스템등 ): 사람눈으로볼수없는선박주변의다양한정보를수집및분석. 한편지상컨트롤센터에서는승무원이전세계선박운항을감시, 통제하고대화형스마트스크린, 음성인식서비스, 홀로그램및감시드론등의기술을이용해선박안팎에서일어나는상황모니터링 자료 : 롤스로이스, 프라운호퍼 3
[ 그림 5] VR 로조작되는롤스로이스컨트롤센터 [ 그림 6] 롤스로이스의시험선 스트릴루나호 자료 : Rolls-Royce 자료 : Rolls-Roys 임박한자율운항선박의상용화 노르웨이의야라인터내셔널과콩스버그는공동으로원거리자율운항선박을곧상용화예정 현재자율운항선박기술은원양선박과같이원거리항해를위해서는아직보완되어야할부분이다수이나연안항로와같은근거리선박항해는가능할정도로발달한상황 이같은기술을적용하여노르웨이의농화학업체야라인터내셔널은선박자동화시스템개발업체콩스버그와공동으로근거리연안을자율운항할수있는선박을개발중 - 해당선박은전기로움직이는친환경선박으로질소산화물배출량을크게줄임 자율운항선박이름은야라버클랜드 (Yara Birkeland) 로 120TEU 규모로설계되었으며 2018년하반기까지개발을끝내고 2020년에상용화하는것이목표 - 초기항로는공장이있는포르스그룬에서비료를싣고남쪽의브레비크, 라비크항구까지운항할계획으로가장먼거리라비크항구까지의거리는 37해리 (59.5km) 임 야라인터내셔널은야라버클랜드가같은크기의유인컨테이너선에비해 3배비싸지만, 연간운용비를 90% 가량절감할수있을것으로예상 - 야라버클랜드선박건조에소요되는비용은약 2,500만달러로추정 또한동사는이선박에 바다의테슬라 라는애칭까지붙이며선박개발의목표를분명히하며전기로움직이는자율항해선박을통해해상운송의게임체인저가되겠다고자신 - 해당선박이계획대로운항된다면세계해운산업의전환을알리는신호탄이될수있음 4
한편프로젝트의책임자인야라인터내셔널의페테르외스트뵈 (Petter Ostbo) 는앞으로더큰선박에도투자해무인선박에대한국제운송규정이마련되는대로네덜란드, 더나아가서는브라질까지공장에서생산된비료를운송하는데자율운항선박을이용할것이라밝힘 [ 그림 7] 야라버클랜드호모형도 [ 그림 8] 야라버클랜드의예정항로 자료 : 야라인터네셔널자료 : 콩스버그 일본과중국또한자율운항선박운용을위하여활발한기술투자를진행중 일본최대해운업체 NYK도자체연구소를통하여자율운항컨테이너선박을개발중으로 2019년북미노선에서원격조종선박시험운행에나설계획 - NYK의자율운항선박연구는동사산하연구기관인모노하코비기술연구소가주도 모노하코비연구소는선박안전운행과, 에너지절감, 물류등의연구개발을맡고있음 이를위하여 NYK는레이더생산업체후루노및통신설비생산업체재팬라디오, 도쿄케이키등과기술제휴를통해자율운항선박에사용되는기술연구가속화 더불어 NYK를비롯한 MOL 등의해운사들과미쓰비시등 10개이상의조선소들이오는 2025년까지인공지능자율운항화물선 250척을건조하겠다는목표로공동개발을진행중 일본정부차원에서도자율운항선박의데이터전송기술에대한연구를지원하고있으며국내기준뿐만아니라국제기준들을만들어국제표준을선도하고자함 중국은스마트선박개발을 ' 중국제조 2025' 정책에반영하고, 선박내외데이터기반스마트십과선박생애전주기솔루션, 지능형장비관리와제어등을육성기술로지정 중국국영조선소인 CSSC는 2015년부터스마트십개발프로젝트에착수한상황으로스마트십은육상에서항해상태를확인하고제어할수있는선박으로자율운항선박의직전단계 5
[ 표 1] 무인선박의단계별구별 Ship Category Level of Acquisition of Analysis of Autonomy Information Situation Decision Action Convention 0 Human Human Human Human Ship 1 System/Human Human Human Human Smart Ship 2 System System/Human Human Human Autono Lv1 3 System System System/Human Human mous Lv2 4 System System System System/Human Ship LV3 5 System System System System 자료 : Rolls-Royce 국내자율운항선박기술현황및과제 국내에는현대중공업이통합스마트선박솔루션을개발하는등국내무인선박기술을선도 현대중공업은 2011년 3월세계최초로무인선박의전단계인스마트십을개발한뒤기술개발을지속하여현재까지총 200여척의스마트십을수주, 이중 80여척을인도하는등해당기술들이최종적으로지향하는무인선박상용화를위한기술을축적해나아가고있음 - 2013년에는해상도가기존제품대비 2배이상뛰어난 선박용디지털레이더 (Radar) 를국산화, 2015년 7월선박자동식별장치 (AIS), 전자해도시스템 (ECS) 등선박항해시스템과연동해최대 50km밖에서각종위험물과파고, 해류, 바람등환경적인변수를고려해우회항로와행동지침을안내해주는 충돌회피지원시스템 (HiCASS) 을개발 [ 그림 9] 현대중공업의통합스마트선박솔루션 [ 그림 10] 통합스마트선박솔루션탑재선박 자료 : 현대중공업 자료 : 글로비스 6
특히동사는 2017 년 7 월 ICT 기술을활용하여안정적선박운항및관리를지원하는통합 스마트솔루션선박을개발하여선박에탑재, 실증작업에성공하기도함 - 해당기술을적용하면연간약 6% 의운항비용이절감될것으로예상 삼성중공업과대우조선해양또한자율운항에응용가능한각종기술을개발 삼성중공업은육상에서선박의운항상태를감시하고제어할수있는시스템인 VPS(Vessel Portal Service, 선박포털서비스 ) 를 `11년개발하였으며현재까지 30여척의선박에적용 - VPS는위성으로수신되는데이터를이용해육상에서선박내에있는자동화장비를실시간모니터링할수있는시스템으로, 선박의고장여부를진단하고필요한조치가능 또한동사는 2017년세계 3대위성통신업체인인마샛과손을잡고지상과선박의연결성을획기적으로높이기위한통신기술개발을진행중 - 2016년인마샛이선보인플리트익스프레스를적용하면위성으로대용량데이터를단시간내에전송가능해져선박의엔진등다양한기능을실시간으로점검가능할전망 대우조선해양은선박모니터링장치 [LiNGC(Locally integrated & Globally Connected)] 와선박설비관리시스템 [CMMS(Computerized Maintenance Management System)] 기술을이미보유하고있어관련기술을바탕으로자율운항선박에응용예상 [ 그림 11] 삼성중공업의원격감시시스템 (VPS) 자료 : 삼성중공업 7
자율운항선박이정부의관심부문으로지정되어지원이이루어질예정으로개발본격화예고 국내빅3 조선사들이자율운항선박관련기술을일부보유하고있으나이들기술은유럽, 일본보다한발늦은수준이며그간정부지원도미흡했던것으로평가 이에정부는 2016년 10월발표한 조선산업경쟁력강화방안 에서선박자율운항시스템, 원격관제시스템, 센서등핵심기술개발에 5년간 350억을지원하기로함 2016년 12월신산업민관협의회에서는선박자율운항시스템, 원격관제시스템, 센서등자율운항및스마트모니터링관련핵심기술을개발하기위해 2017년부터 2020년까지 50억원을지원하고연안선박용항법지원 운항모니터링서비스개발및해상초고속무선통신망 (LTE-M) 도구축중이며 2020년까지 1,200억원을지원하기로함 2017년 11월대통령직속 4차산업혁명위원회에서는 ' 혁신성장을위한사람중심의 4차산업혁명대응계획 ' 에자율운항선박을포함시키고자율선박운항시승무정원에구애받지않도록선박직원법등을개선해 2022년자율선박최초운항을실현한다는방침 자율운항선박구현을위한 SW개발, 경제성, 규제장벽, 해운노조반발등은향후극복과제 자율운항선박은 ICT기반 SW(Soft Ware) 개발이필수적이나국내조선소는상대적으로 SW 인력과노하우가부족해 SW분야중소벤처기업과의긴밀한협력이필요 자율운항선박이바다한가운데서고장이날경우많은비용을감수해야할것으로예상되어관련사고시비용최소화연구도필요. 또한일반도로보다바다는다양한악조건에노출될가능성이높아황천항해등을대비하기위한기술이더보완되어야할것으로판단 뿐만아니라경제성, 규제장벽, 해운노동조합의반발등과제가산적해관련문제를극복하기위한민 관차원의다양한노력이필요 < 연구원장경석 (kyungsuk.jang@kbfg.com) 02)2073-5748> 8