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나사(NASA)의 SPS 프로젝트 개념도. <출처: NASA>


최근 미래의 신기술로서 무선전력 공급기술이 큰 주목을 받고 있으며 이 기술이 상용화될 경우, 국방 분야를 비롯한 산업계 전반에 걸쳐 큰 변화를 일으킬 것으로 예상된다. 특히 국방 분야에 있어서는 미래전투체계에서 중요도 및 활용도가 큰 센서 네트워크나 로봇·무인기 등의 무인화 무기체계에 적용될 경우, 그 전술적 운용 범위를 극대화시킬 수 있을 것으로 기대된다.

　무선으로 에너지를 전송하는 기술은 전송거리·사용 주파수·전송방식에 따라 여러 가지로 구분할 수 있다. 전송거리는 수 ㎜의 단거리에서 수 ㎞·수십 ㎞까지의 원거리 전송이 가능하며, 사용 주파수 및 출력에 따라 원거리 전송용 수 GHz 주파수를 사용한 고출력 전송과 단거리 전송용 수십 MHz에서 수백 MHz 주파수를 사용한 저출력 전송으로 구분할 수 있다. 또 전송방식에 따라 크게 세 가지로 구분할 수 있는데 전자기파 방사를 이용하는 방식과 전자기 유도현상을 이용하는 방식, 그리고 공진현상을 이용하는 비방사 방식이 있다.

　전자기파 방사형 원거리 전력공급기술은 수 GHz 대역의 마이크로파를 사용해 수백 ㎞ 떨어진 수신기에 고출력의 에너지를 공급할 수 있으며 마이크로파 안테나 어레이로부터 전송된 에너지를 직류로 변환시키는 장치인 Rectenna(Rectifying Antenna)를 이용해 지상에서 무인항공기 등에 에너지 공급이 가능하다. 자기유도현상을 이용한 전력공급 기술은 근접거리(1㎝ 이하) 장치에 전력을 공급하는 기술로 자기유도의 특성으로 인해 거리 및 위치에 따라 전송 효율이 급격히 감소되는 단점은 있으나 실용성 등의 장점으로 상용화가 가장 많이 진행된 방식이다.

　최근에 주목받는 비방사형 전력공급 기술은 근접장 효과를 이용하고 송수신부의 공진 주파수를 일치시켜 전력을 공급하는 기술로 자기유도방식에 비해 원거리 전송이 가능하며 전자기파 방사방식에 비해서는 높은 에너지 전달 효율을 가진다. 이는 두 매체가 같은 주파수로 공진할 경우, 전자파가 근거리 전자장을 통해 한 매체에서 다른 매체로 이동하는 감쇄파 결합에 기반하는 것으로 충전 스테이션과 수신기 사이에 일종의 에너지 터널을 생성해 수십 m 거리까지 전력을 공급할 수 있다. 인텔은 2008년 WREL(Wireless Resonant Energy Link) 이름으로 그 실현 가능성을 시연했다.

　이미 미국 나사(NASA)에서는 1960년대 말부터 SPS(Sun Power Satellite) 프로젝트를 통해 우주에서 태양광으로 생산한 전력을 지상의 무기체계에 공급할 계획을 수행했으며, 1980년대 캐나다에서는 SHARP(Stationary High Altitude Relay Platform) 프로젝트를 통해 전자기파 방사방식을 이용한 무인항공기의 원거리 전력 공급의 가능성을 확인했다. 현재 미국·캐나다를 비롯한 영국·일본 등에서는 수 MHz부터 수 GHz 대역 주파수를 사용해 수 ㎜부터 수십 ㎞ 떨어진 거리까지 무선으로 전력을 공급하는 기술에 대한 연구를 수행 중인 것으로 알려져 있다. 특히 미 국방부에서는 최근 발표된 MIT 연구진의 비방사형 무선 에너지 전송 기술을 군용차량에 전력을 공급하는 수단으로서 활용하려는 계획을 갖고 있다고 한다.



<이선헌 국방기술품질원 선임연구원>

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