임무유형별 착용로봇 특성화 방안 연구

우리 군은 [Fig. 1]과 같이 ‘저출산, 고령화’ 이슈와 함께 ‘2040년 상비병력 40만명’이라는 전망 아래 국방개혁 2.0 추진을 통한 위기 극복을 모색하는 한편, 최근에는 국방개혁 4.0 기반의 질적 전력의 우위를 달성하기 위한 노력을 집중하고 있다.

[Fig. 1]

Defense force structure reform[3]

국방개혁은 병력집약적 구조에서 첨단과학기술 기반의 전투에 효율적인 부대구조로 개편을 추진하는 등 변화에 대한 우리 군의 적응 의지로 볼 수 있으며, 군은 ‘AI기반 유‧무인 복합체계 구축, AAM 및 무인체계 기술개발, 국방AI 및 무인체계 연구 등의 기술 전력화’ 등 인구절벽, 가변적 안보환경, 과학기술 발전 등 국방여건의 변화를 예고하고 있다^[1].

군은 인명중시 기조 확산에 따른 위험작전 지역의 병력운용 제한 또는 생존성 확보를 위한 ‘로봇, 착용로봇, 유‧무인복합전투체계’ 등으로의 전환을 추진하고 있다. 또한 [Fig. 2]와 같이 ‘장기 군구조 발전’과 2050 미래 환경변화에 선제적으로 대비하기 위한 첨단 기술 기반의 ‘미래 주도 국방역량 구축’을 목표로 하는 『국방비전 2050』 및 국방 무인체계 발전전략, 국방 유무인복합전투체계 발전전략 등을 앞세우며 첨단과학기술 기반의 강군육성을 위한 의지를 표명하고 있다.

[Fig. 2]

Future defense vision 2050 promotion concept[4]

이를 대변하듯, 육군은 장기 전략개념서인 육군 비전 2050을 발간하며, 미래 육군이 갖춰야 할 바람직한 모습을 ‘전력, 구조, 운영’을 아우르는 청사진을 제시하고 있다. 육군비전 2050이 중점으로 삼고 있는 초연결 네트워크 기반의 지능형 미래 무기체계인 ‘트랜스 슈퍼솔져’는 착용로봇과 밀접하게 연관된 개발과제로서 육군비전 2050에서 제시하고자 하는 제1의 게임체인저로 거듭나기 위해 각개 전투원의 전투능력 극대화에 초점을 맞추어 추진하고 있다. 한편, 육군이 지향하는 미래 부대구조는 전방위 위협에 주도적‧탄력적 대응이 가능한 첨단 과학기술 기반의 미래 부대구조 정립을 목표로 하고 있다. 이는 기존의 테일러식 피라미드 구조에서 모듈형‧레고형 구조로의 변화를 함의한다. 즉, 미래 부대구조에 대한 심층 연구는 ‘부대유형‧제대별 임무유형’ 도출로 직결되는 것으로 본 연구의 핵심적인 논리기반이다.

상기 [Table 1] , 번에서 나타난 바와 같이 양적으로 축소되는 인적 전투력을 보호하고 질적으로 전투력을 높이기 위해서는 유·무인복합전투체계와 더불어 착용로봇이 활용된 워리어플랫폼, 슈퍼솔져 등이 주요한 축으로서 작용함을 알 수 있다. 이에 육군은 ‘기동화, 네트워크화’를 통해 전투원의 생존성과 효율성을 극대화하기 위한 AI기반 미래 초연결 지상 전투체계_Army TIGER 4.0을 추진하고 있다. Army TIGER 4.0에서는 워리어 플랫폼을 핵심 전력화 대상으로 설정하여 전투원이라는 하나의 플랫폼에 초연결‧초융합‧지능의 첨단 과학기술을 접목시킨 개인전투체계를 지향하고 있다. 개인전투체계 전력화를 위해서는 착용로봇의 기술적 기반이 뒷받침되어야 한다는 점에서 착용로봇 연구의 중요성과 필요성을 확인할 수 있다. 또한 육군은 5대 게임체인져 및 10대 차세대 게임체인져를 통해 미래전장의 판도를 바꿀 수 있는 와해적 기술을 확보‧운용하기 위한 노력을 기울이고 있다. 대표적으로 Army TIGER 4.0과 같이 워리어플랫폼을 차세대 게임체인져로 설정함과 동시에 스마트 강군건설을 위한 국방전략 8대 기술로 정의하는 등 기술집약형 병력구조로의 전환을 가속화하고 있다^[1]. 이러한 미래 육군의 부대구조에 기반한 착용로봇을 살펴보면, ① 첨단기술 기반의 기술집약형 부대구조 지향을 통해 줄어드는 병력을 기술로 대체하고, ② 워리어플랫폼, 개인전투체계를 바탕으로 슈퍼솔져, 증강휴먼 등 전투원 역량을 기술로 강화하며, ③ 인명존중 기조 확산 등 전투원의 생존성 보장을 위한 대책 강구에 초점을 맞추고 있다. 여기에 임무유형별 착용로봇 특성화 연구의 당위성을 재확인할 수 있다. 이렇듯 착용로봇 특성화 연구는 우리 군의 핵심 지향점과 부합되는 한편, 각개 전투원들의 ‘전투력 향상, 생존성 증대’를 위해 반드시 선행되어야 하는 개발과제라는 점에 주요한 가치가 있다.

[Table 1]

A study on the development of the auxiliary structure using future science and technology[1]

국방개혁 완료 후 육군은 전방위 위협에 대응할 수 있고, 신속 결정 작전이 수행 가능한 부대구조로 변화하는데 목표를 두고 있다. 즉, ‘과학기술의 발전과 병력의 감축’이라는 마주할 수 밖에 없는 현실을 고려하면 ‘기술’에 의한 대체와 강화가 이루어질 것으로 전망할 수 있다. 과학화경계시스템, 유‧무인복합전투체계, AI기반 지휘결심지원체계 등 줄어드는 병력의 공백을 기술로 대체하는 한편, 전투의 효율성과 효과성을 제고하기 위해 슈퍼솔져, 증강휴먼 등 전투원의 능력을 강화시키는 방향으로 변화할 것이다. 결국 병력이 감축된 가운데 전방지역을 방어해야 하는 지역군단 및 동원사 등 종심방어부대의 생존성 보장은 더욱 중요한 요소로 다루어질 것이고, 기동 예비 임무 수행이 가능한 00여단, 0000작전을 위한 000군단 및 0000사단 등은 고기동성이 요구될 것으로 예상할 수 있다. 이는 기동성 및 생존성의 질적인 보강을 위해 개인전투체계 등 임무유형별 착용로봇의 적시적 전력화가 크게 요구될 것을 유추해볼 수 있다. 이러한 미래 육군 부대구조의 특성과 연계하여 요구되는 임무유형은 크게 전투와 전투지원으로 구분하여 제시할 수 있다. 이에 전투의 기반이 되는 ‘전투, 전투지원’ 요소로 특화하여 임무유형을 중점적으로 분석하였다. 분석된 결과는 향후 모든 병과 및 임무유형은 물론 작전지속지원 분야를 비롯한 全 분야로 확장 적용할 수 있는 기반이 될 것으로 예상된다. 임무유형 분석을 위한 접근방법은 아래와 같은 절차로 분석하였다.

[Table 2]에서와 같이 연구진이 자체적으로 분석한 ‘착용로봇 특화 연계가능한 병과 분석 결과를 바탕으로 ① 설문지 개발 ② 전문 설문업체를 활용한 설문 의뢰 ③ 육군 병과학교(보병, 포병, 기갑/기계화, 공병, 정보통신) 설문 / 인터뷰 ④ 정책부서 및 착용로봇 관련 실무 담당자, 야전부대 대상 설문 / 인터뷰 ⑤ 육군 군사전문가 자문회의 등 5단계에 걸쳐 설문 / 인터뷰를 비롯한 검증과정을 거쳤다. 설문은 착용로봇의 필요성, 효과성, 편의성 등에 대한 개요 파트와 연구결과에 대한 적합도를 확인하는 주요 설문 파트로 구분하여 총 2개 파트, 14개 문항으로 구성하였다. 먼저, 육군 보병학교, 포병학교, 기갑/기계화 학교, 공병 학교, 정보통신 학교, 합동군사대학교 다당전술 교관 8명을 대상으로 설문 및 인터뷰를 진행하였고, 35명의 정책부서 및 담당 실무자, 야전부대 지휘관 및 작전과장을 대상으로 설문 및 인터뷰를 진행하였다. 구체적인 설문 내용으로 ‘개요’에서는 착용로봇에 대한 인지 여부, 성능 예상, 가장 효과적인 활용 방안, 최적화 착용 부위, 기타 고려요소 등을 주로 다루었다. 주요 설문내용인 두 번째 파트에서는 ① 전투병과별 착용로봇 특화 연계가능한 대표 임무유형 ② 임무유형별 착용로봇 핵심요구조건의 중요도 ③ 임무유형별 휴대장비 및 물자의 특화 정도 ④ 착용로봇 특성화 연계 가능한 임무유형별 특화가능한 휴대장비 및 물자 등 연구 결과와 직접적으로 연관되는 항목 위주로 설문을 진행하였다.

[Table 2]

Approach for mission profile analysis

육군의 병과는 전투병과, 기술병과, 행정병과 그리고 특수병과로 크게 구분하고 있다. 이 중 전투병과는 주로 전장에서 직접 전투를 수행하고, 기술병과는 전투력 유지 및 증강을 위한 작전지원의 임무를 수행하며, 행정병과는 육군의 인사와 행정 담당, 특수병과는 ‘의무, 법무, 군종’ 등 전투원의 정신전력 및 사기고양, 건강, 장병 기본권 보장 및 군내 법치주의 확립 등의 역할을 담당한다. 착용로봇 운용개념이 지닌 ‘확장성’과 전투에 필요한 긴요성 및 시급성을 고려 시 전투병과로 특정화하여 분석하는 것이 타당하다고 판단하였다.

상기 분석결과에 따라 착용로봇 특화 연계 가능한 병과는 전투병과로 한정지어 분석하되 착용로봇 운용개념의 확장성을 고려 전투병과 중 전투공통 병과인 ‘보병, 포병, 기갑, 공병, 통신’ 등 5개 병과를 기준으로 분석하였다.

병과별 착용로봇 특화 임무유형 분석에 앞서 본 연구에서 다루는 ‘임무유형’의 개념을 정립하였다. 본 논문에서 제시한 착용로봇 특화 연계가능한 임무유형을 분석‧도출은 결국 착용로봇을 해당 병과‧부대에서 운용하였을 때 효율성‧효과성이 가장 뛰어난 임무수행 유형을 찾고자 하는 것으로 해석할 수 있다. 이는 곧 착용로봇을 착용한 전투원이 수행하기에 적합한 또는 최적화된 전투 및 전투지원 행동이라고 재정의 해 볼 수 있다. 육군 교리에서 정의한 임무 및 임무유형은 보다 포괄적이고 거시적이기에 용어의 혼란과 개념의 명확성 확보를 위해 육군 교리상에 정의되어 있는 ‘전술적 과업’을 기초로 분석하기로 한다. 야전교범 1-1. 군사용어에 따르면 전술적 과업이란 ‘전투 시 임무를 완수하기 위해 전투력을 운용하여 수행해야 할 일’로 정의하고 있다. 이를 바탕으로 병과별 임무유형을 분석하면 [Table 3]과 같이 나타낼 수 있다. 분석 간 착용로봇 특화 연계성을 전제로 분석해야 하기에 임무유형(전술적 과업)에 대한 해석은 전투원에 의한 물리적인 전투 및 전투지원 행위에 한하여 분석하였다.

[Table 3]

A study on the military service and analysis of wearable robotsⅠ

전투공통병과별 착용로봇 특화 임무유형을 분석하기에 앞서 [Table 4], [Table 5]와 같이 각 병과학교와의 인터뷰를 통해 의견을 수렴하였다. 인터뷰 결과 ‘보병, 포병, 공병’ 병과의 전투 및 전투지원 임무에 대한 착용로봇 특화‧연계성은 다소 높은 것으로 평가된 반면 ‘기갑, 통신’ 은 병과 특성상 전투원이 직접 전투하는 행위가 상대적으로 부수적이기 때문에 전투를 위한 착용로봇 특화의 적합성을 다소 낮게 평가하였다. 이어서 야전부대 추가 설문 결과, 병과학교 인터뷰 내용과 전반적으로 유사하게 도출되었으나 착용로봇 특화 병과에 대해서는 일부 상이한 의견이 도출되었다. 대표적으로 기갑/기계화 부대는 하차 전투 등을 고려했을 때 직접 전투행위는 보병과 유사하므로 착용로봇 특화 중 전투지원이 아닌 ‘전투위주 특화’가 타당하는 의견이었다. 또한 우발상황 발생 대비 착용로봇의 착‧탈의가 용이해야 한다는 추가 의견까지 확인‧반영하였다.

[Table 4]

A study on the military service and analysis of wearable robotsⅡ

[Table 5]

Field unit survey results

전투공통 병과별 임무유형 분석은 앞서 제시한 전술적 과업을 기초로 연구결과를 일부 가미‧수정하여 실시하였다. 분석 결과는 [Table 6]과 같이 병과학교 인터뷰 결과와 전반적으로 유사하게 나타났으며, 보병, 포병, 공병 병과는 특화 임무유형이 상대적으로 많은 반면 기갑, 통신병과는 특화 임무유형이 전투보다는 전투지원에 치중되어 분석되었다. 이는 병과의 특성이 충분히 반영된 것으로 전투원에 의한 직접 전투(교전)의 가능성이 여실히 반영된 결과로 판단하였다.

[Table 6]

Analysis of mission profile by combat common military service-Ⅰ

상기 분석결과를 바탕으로 착용로봇 특화 연계가능한 임무유형을 병과별로 분석하기 위해서는 교리와 전술적 개념보다는 착용로봇을 착용한 전투원이 효과성을 발휘할 수 있는 지표로 단순화 할 필요가 있다. 또한 [Table 7]과 같이 임무유형은 상이해보이나 실제 착용로봇을 착용한 전투원의 전투행동이 유사한 임무유형은 그룹화하였다. 병과별 착용로봇 특화 연계 가능한 임무유형 분석은 정량화 분석 틀과 병과학교 및 야전부대의 의견수렴 결과를 바탕으로 분석/제시하였다.

[Table 7]

Analysis of mission profile by combat common military service-Ⅱ

다만, 무기체계 및 장비위주의 전투를 주로 수행하기 때문에, 기갑 병과는 탄약, 유류의 보급‧보충, 정비, 정보통신 병과는 유선 통신망 가설, 중계소 운영 등 전투지원 분야에 특화된 착용로봇이 필요하다고 평가하였다. 이를 기초로 병과별 착용로봇 특화 연계 가능한 임무유형을 분석한 결과는 다음과 같다. 설문조사 이전에 [Table 6]과 같이 교리에 기초하여 임무유형을 도출한 수색정찰(탐색격멸), 공세행동(역공격, 역습, 파쇄공격), 공격(돌파, 돌격, 강습, 격멸, 격퇴, 소탕), 거부, 부대이동(전투이탈, 철수, 탈출, 지연, 초월, 우회, 후속‧후속지원) 등 6개의 임무유형이 도출되었다.

상기 [Table 7]을 기초로 착용로봇을 실제로 운용할 야전부대를 대상으로 설문을 실시하였다. [Table 8]과 같이 병과별 특성에 따라 일부 상이한 결과가 도출되었으나 공통적으로 상대적으로 활동량이 많은 임무일수록 착용로봇 특화 적합도가 높게 도출되었고, 지뢰 탐지/제거 등 특수목적 활동에 있어서도 ‘생존성’과 ‘근력증강’에 대한 필요성이 높게 도출되었다.

[Table 8]

Analysis of mission profiles based on field unit survey results

이 중 보병 부대는 ‘매복, 돌파, 돌격, 강습, 격멸, 격퇴, 소탕, 거부, 전투이탈, 철수, 후속지원 등 10개의 착용로봇 특화도가 높은 임무유형을 도출되었다. 도출된 임무유형의 착용로봇 특화 우선순위는 [Table 9]와 같이 ‘수색정찰 - 돌격 - 강습 - 돌파:소탕 - 탈출 - 탐색격멸 - 격멸 - 전투이탈 - 격퇴’ 순으로 보병 병과와 동일하게 10개 임무유형 모두 전투임무 특화로 나타났다.

[Table 9]

Analysis of infantry unit mission profiles

기계화 보병부대는 ‘수색/정찰, 탐색격멸, 돌파, 돌격, 강습, 격멸, 격퇴, 소탕, 전투이탈, 탈출’ 등 10개의 착용로봇 특화도가 높은 임무유형이 도출되었다. 도출된 임무유형의 착용로봇 특화 우선순위는 [Table 10]과 같이 ‘수색정찰 - 돌격 - 강습 - 돌파:소탕 - 탈출 - 탐색격멸 - 격멸 - 전투이탈 - 격퇴’ 순으로 보병 병과와 동일하게 10개 임무유형 모두 전투임무 특화로 나타났다.

[Table 10]

Analysis of mechanized infantry unit mission profiles

공병부대는 ‘수색/정찰, 돌파, 돌격, 강습, 격멸, 철수, 탈출, 초월, 개척(지뢰탐지:지뢰제거’ 등 10개의 착용로봇 특화도가 높은 임무유형이 도출되었다. 도출된 임무유형의 착용로봇 특화 우선순위는 [Table 11]과 같이 ‘지뢰탐지 - 지뢰제거 - 수색정찰 – 돌파 / 탈출 / 초월 – 돌격 / 격멸 / 철수 - 강습’ 순으로 10개 임무유형 중 전투 임무 8개, 전투지원 임무 2개로 나타났으나 전투지원의 우선순위가 가장 상위의 우선순위를 가지는 것으로 나타났다.

[Table 11]

Analysis of engineering unit mission profiles

포병부대는 ‘수색정찰, 탐색격멸, 매복, 부대이동’ 등 4개의 착용로봇 특화도가 높은 임무유형을 도출할 수 있었다. 도출된 임무유형의 착용로봇 특화 우선순위는 ‘수색정찰, 탐색격멸, 매복, 부대이동’ 순으로 4개 임무유형 중 전투 임무 3개, 전투지원 임무 1개로 전투임무 위주의 착용로봇 특화도를 확인하였다. 정보통신부대는 ‘유선통신 가설, 무선통신망 개통/유지, 중계소 점령:운영, 경계, 전투이탈, 철수, 매복’ 등 7개의 착용로봇 특화도가 높은 임무유형을 도출할 수 있었다. 도출된 임무유형의 착용로봇 특화 우선순위는 ‘유선통신 가설–무선통신망 개통/유지 –중계소 점령/운영–경계–전투이탈–철수-매복’ 순으로 7개 임무유형 중 전투 임무 3개, 전투지원 임무 4개로 전투지원 위주의 착용로봇 특화도를 확인하였다.

이를 종합적으로 분석한 결과 ‘돌파-돌격-지뢰탐지-강습-격멸-지뢰제거- 탈출- 전투이탈-철수-수색정찰’ 순으로 착용로봇 특화 임무유형을 도출하였다. 이를 기초로 유사 임무유형을 2차 분류를 한 결과 [Table 12]와 같이 4개 그룹, 10개 세부 임무유형이 도출되었다.

[Table 12]

Deriving and classifying mission profiles for wearable robots

종합 분석 결과 보병, 기갑/기계화, 공병은 ‘전투’ 위주, 포병 및 정보통신 병과는 ‘전투지원’ 위주의 착용로봇 특화 임무유형이 도출되었다.

(1단계) 00급 군 부대에서 운용 중인 휴대장비 현황과 제원, 그리고 휴대가능여부를 판단하였다. [Table 14]에 제시된 바와 같이 기준 1은 ‘△’, 기준 2는 ‘X’에 해당하는 휴대장비와 직접적인 연관관계가 있어 우선 검토해야 할 대상으로 판단하였다. 현재 군에서 운용중인 전투원 장비를 정리해보면 [Table 15]와 같이 ‘M60, K-6, MG50, PZF-Ⅲ, 90 mm 무반동총, 60 mm 박격포, 81 mm 박격포’는 현재에도 휴대 가능하나 ‘기준 1’에 해당되는 장비로, ‘K-4, 106 mm 무반동총’은 휴대가 불가한 장비로 분류할 수 있다.

[Table 14]

Criteria for deriving specialized portable equipment

[Table 15]

Result of analysis of portability of specialized portable equipment

임무유형별 휴대장비 및 물자 특화 정도는 야전부대 대상 설문조사와 델파이를 적용하여 먼저 휴대장비 특화가 가능한 ‘휴대장비 특화 임무유형 10대 우선순위’를 도출하였다. 분석 결과 아래 [Fig. 3]과 같이 ‘지뢰제거 ⇒ 지뢰탐지 ⇒ 후속지원 ⇒ 초월 ⇒ 후속 ⇒ 수색정찰 ⇒ 탐색격멸 ⇒ 유선통신 가설 ⇒ 무선통신개통 / 유지 ⇒ 화생방 탐지’ 순으로 나타났다. 하지만 실질적인 전투하중을 기초로 한 착용로봇의 가반하중을 도출하기 위해서는 휴대장비 外 개인전투하중을 함께 고려할 필요가 있다. 아래 [Table 16]에서 보는 것처럼 일반 전투원(보병 기준)이 공격군장의 경우 29.84 kg, 완전군장의 경우 45.84 kg의 전투하중이 기본적으로 부과됨을 알 수 있다. 즉, 개인이 체감하는 전투하중은 휴대장비의 하중 뿐만 아니라 개인전투하중을 더한 값으로 보는 것이 타당하다고 볼 수 있다.

[Fig. 3]

10 priorities for handheld specialized mission profiles

[Table 16]

Actual load analysis based on individual combat load analysis

델파이 및 설문조사를 통해 착용로봇 착용 하 임무유형별 휴대장비 특화정도를 분석하였다. 보병은 전투 및 전투지원용 모두 특화 휴대장비 특화가 가능한 것으로 나타났으나, 기타 4개 병과는 전투지원용에만 제한적으로 가능한 것으로 나타났다. 이러한 설문 분석결과는 아래 [Table 17]과 같이 정리할 수 있다.

[Table 17]

Portable equipment specialization analysis by mission profile