2022년 2월 러시아가 우크라이나를 전격 침공하면서 시작된 전쟁은 3년이 지난 현재에도 진행 중이다. 세계 2위 군사력을 자랑하던 러시아는 제2차 세계 대전에서 재미를 본 인해전술로 막대한 인명피해를 입었다.

병사들은 개인 보호장구나 적절한 무기조차 지급받지 못하고 '돌격 앞으로'라는 명령에 복종해야 한다. 공포에 젖어 전방으로 진격을 거부하거나 후퇴하는 군인을 사살하는 '독전대(Barrier Troop)'를 운용한다는 사실까지 드러났다.

전투에서 각개 전투원의 임무 수행능력을 극대화하기 위해 필요한 단위 체계가 워리어플랫폼(Warrior Platform)이다. 전투피복, 전투용장구, 전투용장비 등으로 구성돼 지상전에 투입되는 미래 보병의 핵심 전력이다. 

◇ 한국과학기술연구원(KIST)의 안보⸱재난안전기술단의 임무 소개

한국과학기술연구원(KIST)의 안보⸱재난안전기술단은 2010년 설립됐다. 국방 연구개발 제도개선, 국방 연구개발 과제화/연구지원, 군에 과학기술 지원 등의 임무를 수행하고 있다.

더불어 안보⸱재난안전기술단 소속 미래국방국가기술전략센터는 2022년 만들어졌다. '국방과학기술 혁신을 위한 국가 연구개발 투자전략 싱크탱크'로 비전을 설정했다.

주요 임무는 △과학기술정보통신부의 국방 연구개발(R&D) 투자정책 수립 지원 △국방적용 가능 민간R&D 역량 발굴-과제기획 △국방R&D 민관군 협력기반 마련 등이다.

이번에 소개할 기술은 KIST의 복합소재기술연구소 기능성복합소재연구센터 김남동 책임연구원(ndkim@kist.re.kr)이 수행한 '워리어 플랫폼을 위한 고성능 섬유형 에너지 저장 장치 개발'이다.

◇ 연구 목표... 전자파 흡수/차폐 및 진동감쇠 기능 보유한 탄소섬유강화 복합소재(CFRP) 개발 

전장에 투입될 병사들의 생존성, 기동성, 임무 지속성을 향상시키는 “워리어 플랫폼” 체계에서 가장 핵심이 되는 에너지 저장 관리의 효율성을 획기적으로 증강 시킬 수 있도록 피복류에 적용이 가능한 섬유형 에너지 저장 소재 및 장치 기술을 개발한다는 목표를 수립했다.

고유연, 고강도, 고전도성 탄소나노튜브 섬유 기반으로 한 초경량/고강도 섬유형 에너지 저장장치를 개발하고 직물에 직조 될 수 있는 웨어러블 에너지 저장 장치로 응용하는 기술을 개발했다.

미래 보병 체계 발전에 따른 스마트 군복의 발전으로 인해 각종 전자장비가 구축된 스마트 솔져가 대두되고 있다. 군복에 적용되는 웨어러블 전자기기에 에너지를 공급하는 에너지 저장장치는 무겁고 변형이 불가하며 많은 부피를 차지한다.

병사 체계에 매우 불리한 조건을 제공하므로 해당 디바이스는 고강도/전도/유연성을 토대로 초소형 특성을 가지며 호환성이 우수해야 한다.

섬유형 에너지 저장장치는 일반 섬유와 유사하며 고유의 유연함을 기반으로 인체 친화적 특성을 극대화할 수 있다. 따라서 에너지 저장 관리는 병사들의 생존성, 기동성, 임무 지속성을 향상시키게 된다.

'워리어 플랫폼'에서 핵심인 에너지 저장 관리의 효율성을 획기적으로 증가 시킬 수 있도록 피복류에 적용 가능한 섬유형 에너지 저장 소재가 개발돼야 한다.

◇ 연구내용 및 결과... 실증 가능한 수준(TRL 5)의 섬유형 에너지 전극 물질 합성기술 확보

탄소나노튜브 섬유의 내부구조제어 및 3차원 구조화를 통한 섬유형 슈퍼커패시터 개발, 전기화학 기반 3차원 구조 에너지 활물질 고속 증착 기술 개발 및 고도화, 섬유 연속후처리 및 복합구조화 연속공정 개발을 통해 실증 가능한 수준(TRL 5)의 섬유형 에너지 전극 물질 합성기술을 확보했다. 이를 활용해 직물에 직조된 섬유형 에너지 저장 디바이스를 제작했다.

▲ 워리어 플랫폼 개념도 및 섬유형 에너지 저장 장치 [출처=한국과학기술연구원]
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