해저 자율 시스템(subsea autonomy)

한 줄로 말하면

해저 자율 시스템(subsea autonomy)은 물속에서 움직이는 로봇이 GPS나 와이파이 같은 지상의 표준 항법·통신 수단을 쓰지 못해, 소리(소나)와 관성 센서로 스스로 위치를 가늠하고 제조사마다 다른 방식으로 신호를 주고받아야 하는 상황을 가리켜.¹ 이 제약 때문에 회사가 다른 무인 수중 운행체(UUV)끼리는 서로 통신하지 못하고, 사람이 물 밖에서 직접 조종하는 것도 제한된다.¹

위치를 어떻게 아나 — 소나와 관성항법

지상 차량은 도로·지도·GPS로 길을 찾지만, 수중 환경은 이런 수단을 거의 다 막아버려. 잠수함과 UUV는 사실상 어둠 속을 더듬듯 센서에 의존해 목적지까지 경로를 찾는다.¹

가장 기본적인 센서는 소나(sonar)야. 소리를 쏘고 되돌아오는 반사파를 해석해 물체를 찾는 능동 소나, 대상이 내는 소리만 조용히 듣는 수동 소나 두 방식이 있어.¹ 문제는 능동 소나가 신호를 계속 내보내는 동안 잠수함이나 UUV 자신의 위치도 함께 노출된다는 거야 — 상대를 찾으려다 스스로 들키는 셈이지.¹

위치를 소리에만 맡기지 않고 관성항법시스템(INS)도 함께 쓴다. 자이로스코프와 가속도계를 컴퓨터에 연결한 이 장치는 출항 전 부두에서 초기 좌표를 입력하고 정렬한 뒤, 이후 잠수함의 가속도와 움직임을 스스로 계산해 위치를 1~2해리 오차 안으로 추정해.¹ 다만 이 방식은 최대 150시간까지만 정확하고, 그 이후에는 GPS·레이더·위성 같은 수면 위 항법 시스템으로 다시 맞춰줘야 해.¹

지도가 없는 곳에서는 UUV가 스스로 주변 지형을 인식하며 동시에 지도를 만드는 SLAM(동시적 위치추정 및 지도작성) 기법도 쓴다.¹ 관성항법과 도플러 속도계(DVL)를 결합해 연속적인 항법 정보를 주는 방식도 연구되고 있지만, 복잡한 수중 환경에서 신호가 끊기거나 부정확해지면 오차가 커질 수 있다는 지적도 있어.¹

이렇게 여러 센서를 겹쳐 쓰는 이유는 단순해. 수중에서는 전력 제약과 통신 신호·파형이 물속을 지나기 어렵다는 문제, 동굴 같은 지형과 해양 생물이 만드는 신호 불안정까지 겹쳐 항법 자체가 오랫동안 특히 까다로웠기 때문이야.¹

기계끼리 말을 못 한다 — 표준 없는 통신

위치를 안다고 끝이 아니야. 여러 대의 UUV가 협업하거나 사람이 원격으로 지시를 내리려면 서로 통신해야 하는데, 수중에는 무선통신의 공통 표준·프로토콜이 아예 없어 상호운용성 확보가 현재로서는 불가능한 상태야.¹ 거의 모든 수중 운행체와 센서가 제조사마다 독자적인 인터페이스·프로토콜을 쓰기 때문에, 회사가 다른 UUV끼리는 같은 바다에서 작전을 벌여도 서로 대화하지 못하고, 사람도 그 UUV를 만든 회사가 공급한 제어 시스템 없이는 조종할 수 없어.¹

여러 대가 무리(swarm)로 움직일 때는 이 제약이 더 두드러진다. 한 대가 신호를 보내고 나머지는 듣기만 하는 양쪽 소나(bi-static) 방식이 유용해지는데, 이 UUV들의 주 센서는 대체로 근접 작업용 카메라를 곁들인 능동·수동 소나 계열이야.¹

통신·에너지·자율성, 이 세 능력이 앞으로 이 분야 발전을 좌우할 핵심 역량이라는 분석도 있어 — 해양 환경의 복잡하고 역동적인 조건과 그로 인한 운용 제약이 무인 수중 작전을 계속 제한하고 있기 때문이다.¹

왜 중요한가

이 항법·통신 병목이 중요한 이유는, 통신·에너지·자율성이라는 세 역량이 무인 수중 시스템의 미래 발전 전체를 좌우할 만큼 근본적인 제약이기 때문이야.¹ 이 병목이 안 풀리는 한 서로 다른 제조사·기관이 만든 UUV들은 같은 임무에 함께 투입되기 어렵고, 사람의 원격 통제도 자기 회사 장비로만 제한된 채로 남는다.¹

실제 예시 — NATO의 수중 통신 표준 JANUS

2017년, NATO 연구진이 수중 통신을 위한 첫 국제 표준을 확립했어. 이름은 JANUS — 문(gate)의 로마 신에서 따온 이름으로, 서로 다른 수중 시스템이 연결할 수 있는 공통 음향 신호 프로토콜을 만든다.²

JANUS는 모든 시스템이 자신의 존재를 알릴 수 있는 공통 주파수로 11.5킬로헤르츠를 정의하고, 데이터를 음파에 인코딩하는 방식(FH-BFSK 파형)까지 규정해.² 실제로 보내는 패킷은 56비트에 전송 오류를 검사하는 중복성 검사를 더한 구성이야.²

이 표준은 이탈리아 라스페치아에 있는 NATO 해양연구실험센터(CMRE) 소속 João Alves 팀이 개발했고 NATO 연합변혁사령부가 후원했어 — 국제기구가 정의한 최초의 수중 통신 표준이야.² 배치되면 수중 시스템은 JANUS로 서로 직접 데이터를 보내거나 수면에 뜬 “게이트웨이 부이”로 보낼 수 있는데, 실제로 포르투갈 해군은 인근 선박의 위치·속도 데이터를 JANUS로 변환하는 부이를 설치해 잠항 중인 잠수함에 그 정보를 재송신하는 시연을 했어.²

다만 이 표준으로 모든 문제가 풀리는 건 아니야. Northeastern University의 해양공학 전문가 Milica Stojanovic는 JANUS가 쓰는 11.5kHz 주파수가 1~10km 거리 전송에는 적합하지만, 10~100km처럼 더 먼 거리에는 1kHz에 가까운 더 낮은 주파수가 나을 것이라고 봐 — 하나의 표준이 모든 거리·용도를 다 커버하지는 못한다는 뜻이야.²

헷갈리지 말아야 할 점

물속에서도 와이파이나 휴대폰처럼 무선으로 통신될 거라고 생각하기 쉬워. 하지만 수중에는 이런 공통 표준·프로토콜 자체가 없어 상호운용성 확보가 현재로서는 불가능하고, 대부분의 장비가 제조사마다 다른 독자 프로토콜을 써.¹ 그래서 회사가 다른 UUV끼리는 같은 물속에 있어도 대화할 방법이 없어.¹ JANUS 같은 국제 표준이 이제 막 나온 것도 이 공백이 그만큼 오래 비어 있었다는 뜻이야.²

이어서 읽기

무인 수중 조사선을 실제로 운용에 넣으려는 최근 움직임은 미 해군이 선정한 무인 조사선 계약, 4천만 달러는 상한일 뿐이다에서 다뤘어.

남은 질문들

• JANUS 이후 다른 국가·산업 표준화 기구도 호환 프로토콜을 채택하고 있는지, 아니면 여전히 제조사별 독자 규격이 우세한지.
• 10~100km급 원거리 수중 통신에 맞는 저주파수 표준은 실제로 언제 나올지.
• SINS·DVL 통합 항법의 오차가 복잡한 해저 지형에서 얼마나 커지는지, 이를 줄이는 후속 연구는 어디까지 왔는지.

각주

1. Kansas State University Libraries Pressbooks(Nichols Project), 「Chapter 4: Underwater Autonomous Navigation & Other UUV Advances」(자료 확인 2026-08-19) 챕터 ↩︎ ↩︎² ↩︎³ ↩︎⁴ ↩︎⁵ ↩︎⁶ ↩︎⁷ ↩︎⁸ ↩︎⁹ ↩︎¹⁰ ↩︎¹¹ ↩︎¹² ↩︎¹³ ↩︎¹⁴ ↩︎¹⁵ ↩︎¹⁶ ↩︎¹⁷ ↩︎¹⁸

2. Amy Nordrum, 「NATO Develops First Standardized Acoustic Signal for Underwater Communications」, IEEE Spectrum(2017-07-11) 기사 ↩︎ ↩︎² ↩︎³ ↩︎⁴ ↩︎⁵ ↩︎⁶ ↩︎⁷