공격용 무인 드론, 레이저로 격추한다

생기원, 3㎾급 고출력 광섬유 레이저 광원 개발...한화에 납품

드론 기술이 발달하면서 공격용 무기로 활용되는 사례가 늘고 있다. 최근엔 러시아 군이 드론을 이용해 우크라이나 수도 키이우에 있는 연구소에 폭탄을 투하해 사망자가 나왔다. 

이에 따라 공격용 드론에 대응할 레이저 무기에 대한 관심이 커지고 있다. 레이저 무기는 신속·정확하면서도 미사일방어 시스템보다 저렴하게 운용 가능해 차세대 방공체계로 각광받고 있다.

한국생산기술연구원(원장 이낙규)은 날아오는 무인 드론을 근거리에서 격추시킬 정도의 강한 레이저 출력을 내는 3㎾급 광섬유 레이저 광원을 개발했다고 23일 밝혔다.

현재 ㎾급 고출력 레이저 가공기는 반도체와 디스플레이, 자동차, 조선 등 제조 분야에서 절단, 용접, 드릴링 등 다양한 용도로 쓰이고 있다. 반면, 레이저 성능을 결정하는 핵심 부품인 광원 모듈은 미국, 독일, 일본 등 선진국 수입에 의존하고 있다. 

광섬유 레이저의 출력이 ㎾급으로 높아지면, 수㎜ 두께의 강철도 자를 수 있다. 하지만 출력이 증가할수록 광섬유가 과열되거나 원하지 않는 레이저 빛이 발생하는 비선형 문제로 인해 레이저 출력이 제한되고 광섬유 손상이 발생한다.

이 때문에 하나의 광섬유를 광원으로 사용하는 단일채널 단일모드 레이저는 상업적으로 이용 가능한 출력이 그동안 약 2㎾ 내로 머물러 왔다.

한화는 2019년 상용 광섬유만 사용해 출력 제한을 2.5㎾까지 높일 수 있는 국산화 연구를 생기원에 의뢰했다. 

생기원 디지털헬스케어연구부문 정훈 박사와 한양대학교 에리카캠퍼스 나노광전자학과 김지원 교수가 이끄는 공동연구팀은 최근 단일채널 단일모드 출력을 최대 3㎾까지 높일 수 있는 광섬유 레이저 광원 개발에 성공, 시제품을 한화에 납품했다.

연구팀은 레이저의 비선형 현상 저감과 빔 품질 향상을 위한 이론적 분석을 바탕으로, 효과적인 방열 구조설계를 완성해 목표를 상회하는 3㎾급 출력을 달성했다.

이 기술이 상용화되면 산업 분야에서 레이저 절단·용접 공정의 생산성을 증대시키는 한편, 국방 분야에서 기동식 대공방어 레이저 무기 및 폭발물 원거리 처리 등에 적용할 수 있다. 

3㎾ 광섬유 레이저 광원을 개발한 연구팀과 한화에 납품한 시제품

2개 이상의 광섬유 레이저 채널을 하나로 뭉치는 '파장 빔 결합' 방식에도 유리하다. 100㎾ 이상의 출력을 구현하거나 미사일 방어에 활용할 수 있을 것으로 예상된다.

정훈 박사는 "개발한 광원 기술은 최적화 연구가 동시에 이뤄져 산업에 바로 적용 가능한 단계로서, 향후 단일 출력을 10㎾까지 끌어올릴 계획"이라며 "관련 부품인 특수 광섬유, 레이저 다이오드, 신호광·펌프광 컴바이너 등의 국산화 연구도 기업과 병행 중"이라고 밝혔다.

이번 연구 성과는 한화의 지원을 받았다. 한화는 이 기술을 폭발물 처리기 및 대공용 소형 레이저 무기 개발에 활용할 방침이다.