자율운항 선박

자율운항 선박(MASS)

자율운항 선박(MASS, Maritime Autonomous Surface Ship)은 스스로 주변 상황을 인지하고 제어하여 운항하는 기술이 탑재된 선박이다. 자율운항 선박의 정의는 발표하는 기관마다 다양하나, 공통적으로 ‘선박 스스로 주변 상황을 인지하고 제어하여 운항하는 기술’이라는 개념을 포함하며, 스마트선박은 좀 더 포괄적인 의미를 가지고 있다. 국제해사기구(IMO)에서 자율운항 선박이라는 용어를 처음 사용했으며 사람의 개입이 없거나 최소화하여 운항하는 선박으로 정의하고 있다.

자율운항 선박의 가장 큰 이점은 경제성이다. 선박 운용 비용 중 인력과 연료비가 80% 넘게 차지하는데, 무인 운항 기술이 상용화된다면 인력 비용이 줄어드는 효과와 함께 최적 운항 경로로 운행하여 연료비가 절약되고, 선원에게 필요한 공간을 없앰으로 인해 공간 효율성이 높아지며, 전체 해양 사고의 82%를 차지하는 인적 과실로 인한 사고와 해적/테러에 의한 인명 피해가 감소하여 안전성도 높아질 것으로 전망하고 있다.

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정의

각 산업계, 연구기관 등에서 사용하고 있는 자율운항선박의 개념은 스마트십(smart ship), 리모트제어선박(remote control ship), 무인화선박(unmanned ship) 및 디지털 선박(digitalized ship) 등 다양한 개념을 사용하고 있다. 국제해사기구(IMO)에서는 자율운항선박에 대하여 현행 협약 전용에 관한 식별작업에 한정하여 물 위에 떠 있는 선박을 대상으로 인간과의 상호작용 없이 다양한 자동화 단계를 가지고 독립적으로 운영될 수 있는 선박으로 정의하고 있다. 또한 이렇게 MASS(Maritime Autonomous Surface Ship)라고 정의한 선박을 대한민국에서는 육상의 자율주행 자동차가 있듯이 이해하기 쉽게 자율운항 선박으로 명칭하였다. 결과적으로 자율운항 선박에 대한 개념의 차이는 다소 있지만 국제해사기구를 비롯한 유럽연합(EU), 각 선급에서 정의한 자율운항선박에 대한 공통적인 주요 정의에 대한 내용은 인적여부에 관계 없이 자율적 결정시스템을 가지고 운항할 수 있는 선박이라는 것이다.

자율운항선박에 관한 개념 비교

분류	기관·단체별 정의	공통적 정의
국제해사기구 (IMO)	다양한 수준으로 사람의 간섭 없이 독립적으로 운용될 수 있는 선박	인적 여부에 관계 없이 자율적 결정시스템을 가지고 운항하는 선박
유럽연합 (EU)	육산 선박운항 관리자의 관리·감독 및 지시를 받지 않고 철저하게 독립적으로 운항되는 하이브리드형 스마트 선박
미국선급협회 (ABS)	인적인 중재 없이 업무계획 실행, 해양환경 감지, 환경을 위한 업무 조정 및 운항을 결정하는 논리를 가지고 센서, 자동화된 항법장치, 추진 및 보조시스템을 가지고 있는 해양 선박
프랑스선급 (BV)	스마트선박과 동일한 기능을 가지며, 인적 여부와 관계없이 의사결정 및 행동을 수행할 수 있는 자율 시스템을 포함하는 선박
람볼코어 (Ramboll Core)	선상 또는 그 밖의 어디에서도 결정을 지원하거나 일부 또는 완전히 인적 제어와 선박 항해를 대체하여 자동적인 과정 또는 시스템을 가능하게 하는 선박

단계

자율운항 선박의 자율도는 선박이 한 지점에서 다른 지점으로 이동할 때 인간이 개입하는 정도로 구분될 수 있으며, 선박의 자율도를 높이기 위해서는 선내 시스템의 자동화, 선내 시스템의 원격제어 및 모니터링, 주변 상황 인식, 항로 의사결정 및 운항제어 그리고 이를 위한 다양한 데이터의 획득 등 매우 다양한 요소의 달성이 필요하다. 여러 기관이 각각의 주안점에 따라 선박의 자율도 단계를 구분하였으나, 국제해사기구에서는 자율운항 선박을 4단계로 구분하고 있다. 가장 기초적인 1단계는 선원의 의사결정을 지원하는 정도의 수준이고 마지막 4단계는 완전 자율적으로 운항하는 수준이다. 중간 단계인 2, 3단계는 모두 선박을 원격으로 제어하는 단계로 선원이 승선해 비상운항 상황 시에 즉시 개입하여 제어할 수 있는 수준은 2단계, 선원 승선 없이 선박을 원격으로 제어하며 장애 예측 및 진단이 자동화되는 수준은 3단계로 보고 있다. 다만 현재 기술력으로는 선원이 탑승하지 않는 완전 자율운항 선박을 단기간 내에 개발할 수 없기 때문에 단계적으로 자율운항 선박 기술이 개발되고 있다. 자율운항 선박 단계는 자율화 및 지능화 기술 수준에 따라 결정되며, 상황인식기술, 항로 의사결정 및 제어기술, 엔진 자동화 및 에너지 관리 기술이 핵심요소 기술들이 있다.

IMO의 자율화 등급 정의

분류	자율화등급	정의
1	자동화된 프로세스 및 결정지원 시스템을 갖춘 선박	일부 기능에 대해 자동화 운용이 가능하지만 대부분은 선원이 승선하여 운용 및 시스템과 기능을 제어함
2	원격제어가 가능하며 선상의 선원이 승선하는 선박	선박이 다른 장소로부터 제어 및 운영되고 있지만 선원은 승선하고 있음
3	원격제어가 가능하며 선상에 선원이 승선하지 않는 선박	선박이 다른 장소로부터 제어 및 운영되며 선원이 승선하지 않음
4	완전 자율운항이 가능한 선박	선내 운용시스템으로 자체적 결정 및 조치가 가능한 선박

국제해사기구를 비롯한 국제선급협회 회원인 프랑스선급(BV), 영국선급(LR), 노르웨이 자율운항선박포럼(NFAS) 및 람볼코어(Ramboll Core) 등에서도 자율운항선박에 대한 자율화등급을 제시하고 있으며 아래와 같이 정리할 수 있다.

자율운항선박 자율화 등급 정의 비교

분류	국제해사기구 (IMO)	프랑스선급 (BV)	영국선급 (LR)	노르웨이 자율운항 선박포럼(NFAS)	람볼코어 (Ramboll Core)
0		사람이 운항함	수동제어
1	일부 자동화 및 의사결정 지원 선박	사람이 지시함	선내 의사결정 지원	결정 지원	수동(M)
2	선원 승선 원격제어 선박	사람이 위임함	선내 또는 육상의 의사결정 지원	자동화 선교	원격(R)
3	선원 미승선 원격제어 선박	사람이 감독함	감독 및 조치 승인 운항자에 의한 실행	원격 제어	원격, 무인(RU)
4	완전 자율주행 선박	완전한 자율	감독 및 개입할 수 있는 운항자에 의한 실행	자동 선박	자율운항(A)
5			감독받는 자율	제한적인 자율운항
6			완전한 자율	완전 자율운항
비고	시스템 권한에 따라 분류	시스템 권한에 따라 분류	사이버 접근 등급 및 선상의 조치 여부에 따라 분류	선박의 자동화와 무인화 등급에 따라 분류	제어 위치 및 사람의 개입등급에 따라 분류

자율화등급에 대한 검토결과는 사람의 승선과 미승선, 원격제어, 무인 등으로 나누어 자율화등급을 구분하고 있다. 근본적으로 자율화등급은 자율운항선박의 도입에 있어서 가장 중요한 요소이며 등급에 따른 선박의 설계 및 구조, 운항기술, 선박 안전관리, 선원의 고용 및 교육, 해양사고의 책임과 보험 및 해운항만물류 체계까지 자율화등급에 따라 새롭게 비즈니스 모델이 등장할 것으로 예측되기 때문에 무엇보다도 자율화등급의 합의와 국제표준화 측면에서 가장 중요한 요소라고 할 수 있다.

주요 기술

선내 데이터 네트워크

• 데이터 플랫폼 기술 : 자율운항 선박의 기능 구현을 위해 선박 내에서 생성되는 각종 정보를 수집, 저장, 분석, 전달하고 이를 의미 있는 정보로 가공하기 위한 데이터 통합관리 플랫폼 기술개발에 해당한다. 이는 선내의 각종 시스템과 연결되는 선내 데이터 게이트웨이 역할뿐만 아니라 육상과의 데이터 연계를 위한 역할까지도 포함될 수 있다.

자율화 및 지능화

• 상황인식 기술 : 선원이 최소화된 선박이 운항될 때 주요한 요소는 충돌 및 사고방지 가능 여부이며, 이는 선원이 인지하지 못한 상황에서 AIS, 레이더, 영상 등 선내 데이터를 융합하여 해상 고정물과 부유체를 탐지하고 인식하여 위험 경고가 가능한 시스템 개발로부터 시작한다.
• 항로 의사결정 및 제어 기술 : 자율운항선박의 전체 항행 과정에 있어 해상환경정보 및 통항 정보, 항구 정보, 선박 정보를 통합적으로 파악하여 안전한 운항을 유지하고, 손실되는 연료 및 시간을 최소화하는 최적의 항로를 결정하는 것이 매우 중요하다. 이를 위해 선박이 통항상황, 날씨, 운항노선 등의 다양한 상황을 고려하여 자율적이고 경제적인 항로를 찾고 스스로 운항할 수 있는 최적 항로를 결정하도록 하는 항로 의사결정 기술 개발에 해당한다. 이는 자율운항선박의 자율도 레벨을 결정하는 매우 중요한 지표다.
• 엔진 자동화 및 에너지 관리 기술 : 자율운항선박은 선원이 승선하지 않은 상태에서 전체 운항 과정에 있어 선박 내부의 장비에 대한 제어가 가능하여야 하고, 기계적인 고장이 아닌 단순한 장애에 대해서는 자동·원격 복구가 가능하여야 하므로 엔진 자동화는 자율운항선박이 갖추어야 할 필수적인 요소다. 또한 선내 데이터에 대한 통합 관리가 가능해지므로 선박에 장착된 모든 에너지 시스템(연로저장, 연료공급, 발전, 에너지 저장, 에너지 소모 시스템)을 통합적으로 관리하여 효율적으로 사용할 수 있도록 관리하는 기술을 통해 에너지 최적화도 가능해진다.

육상 대응 시스템

• 원격 제어 및 관제 기술 : 자율운항선박의 운항을 위해서는 자율운항선박의 실시간 운항정보를 모니터링할 수 있어야 하며, 상황별, 운항 구간별, 운항 시간별 위험요소 및 필요 조치의 표준과 선박으로부터 수신되는 각종 정보를 비교하여 사용자의 설정된 범위에 따라 안전한 운항이 가능하도록 완제할 수 있어야 한다. 자율운항선박에 대하여 육상기반 시스템과 전문가에 의한 육상 운영·관제·제어 센터의 역할이 증대될 것으로 예상됨에 따라 육상정보 시스템과의 연계 및 지원을 포함한다.

통신 기술

• 원/근거리 통신기술 : 스마트 자율운항선박의 안정적 운항 및 육상과의 끊김없는 정보 교환을 지원하기 위한 네트워크 체계에 관한 기술로 선박-육상 간 데이터 처리기술, 데이터 교환을 위한 통신기술, 선박-육상간의 데이터, 영상, 음성 등 다양한 정보를 안정적으로 송수신하기 위한 육상-선박 네트워크 기술로 이루어져 있다. 이를 위해 위성-LTE-VDES 연계 통신시스템으로 연근해에서는 LTE 및 VDES 통신망으로 스위칭하고, 대양에서는 위성통신망을 이용하는 인텔리전트 스위칭 통신기술에 해당한다.

안전/보안 기술

• 사고 대응 기술 : 자율운항선박의 사고를 방지하기 위해 발생할 수 있는 사고의 주요 요인을 사전 탐지하여 사고발생을 예방하며, 불가항력적인 사고가 발생할 경우를 대비하여 신속 대응하기 위한 체계 구축에 해당한다. 물론 여타 사고들에 대해서도 대응 체계를 구축할 수 있으나 특히 화재나 침수 사고 등 원격으로도 초기 대응이 필요한 사항에 해당한다.
• 사이버 보안 기술 : 컴퓨터 시스템과 인터넷, 무선 네트워크에 대한 의존도가 증가되는 상황에서 사이버 보안이 강조되고 있다. 자율운항선박도 선박의 다양한 장치들을 종합 및 자동적으로 제어하고 선박정보를 관리하기 위해 컴퓨터 시스템과 네트워크를 사용하게 되므로, 민감한 정보의 접근, 변경, 삭제, 사용자의 금전 갈취, 정상적인 비즈니스 프로세스 중단을 목적으로 하는 사이버 공격의 대상이 될 수 있다. 자율운항선박 운용시 발생할 수 있는 이러한 해킹, 사이버 테러 등을 능동적으로 차단할 수 있는 보안관리 기술을 포함한다.

성능실증 및 운용 훈련 기술

• 시운전/시뮬레이션 기반 성능실증 : 자율운항선박의 안정성 등 성능확보와 이를 활용한 관련 기술추적, 자율운항선박 시장선점과 국제 표준화 선도를 위해 시운전/시뮬레이션을 통한 자율운항선박 및 관련 시스템의 성능실증에 해당된다. 이는 자율운항선박 및 구성 시스템의 상용화 이전에 시뮬레이션 및 실해역 시험을 통하여 다양한 운항환경에서 성능을 검증하여 기술완성도를 높이기 위한 목적으로의 시뮬레이션 검증 시스템, 실해역 시험 인프라, 실증 시험법 개발 등을 포함한다.
• 운용 훈련 및 훈련 장비 기술 : 자율운항선박의 경우 다수 선박의 운항 및 운용을 필요로 할 가능성이 크며, 이를 위한 육·해상 운용 인력 양성을 위한 교육 기술 및 제반시스템 기술이 요구된다. 이에 따라 자율운항선박 및 선대의 운용을 위한 업무 프로세스 정의 및 가상환경을 통한 경험 확보를 통해 자율운항선박의 운용 기술력을 확보할 필요가 있다. 운항조종사 업무능력 향상을 위한 훈련 장비 및 프로그램 개발은 자율운항에 있어 인간의 개입을 최소화하고 간섭에 따른 혼선을 방지하기 위함으로 이는 자율운항선박의 불확실성, 다양성, 자율지능 한계에 대한 운항조종사의 이해력 향상과 경험적 노하우를 축적하기 위해 필요한 기술이다.

시장 및 경쟁 현황

한국 자율운항 선박 기술개발 현황을 살펴보면, 2020년 산업통상자원부와 해양수산부가 공동 추진하는 ‘자율운항 선박 기술개발사업’이 착수되었다. 본 사업에서는 지능형항해시스템, 기관자동화시스템, 통신시스템, 육상운용시스템을 개발하여 25m급 시험선과 국제 항해가 가능한 실증선 등에 단계적 실증을 진행할 계획이며, 개발된 시스템의 통합성능 검증을 위하여 울산광역시 고늘지구에 자율운항 선박 성능실증센터를 구축한다. 또한 국제경쟁력 강화와 기술 선점을 위해 개발하는 기술의 국제 표준화도 동시에 추진하고 있다. 해양수산부는 자율운항 선박이 기존 선박에 비해 물류 흐름을 10% 이상 개선하고 해양사고를 약 75% 줄일 것으로 전망했다. 또한 인건비 등 운용비용도 20% 이상 줄어들고, 관련된 기자재 시장 등이 활성화할 것도 기대하고 있다. 그 외에도 환경적인 면으로는 온실가스 배출도 절감할 수 있으며 한국 조선·해운 산업 리더십 선도와 같은 효과를 기대할 수 있다. 자율운항 선박은 미래 조선･해양분야의 핵심 트렌드이자, 성장동력 확보를 통한 주력산업의 재도약을 위해 필수적으로 확보해야 할 기술이다.

시장조사기관 마켓앤마켓에 따르면, 세계 자율운항 선박시장의 규모는 2019년에 71억 달러로 추산되며 2030년에는 143억 달러로 2배가량 성장할 전망이다. 선박은 자동차와 달리 건조하는 데 오랜 기간이 소요되고 수명주기도 길기 때문에 자율운항시스템 의무 장착이나 보급 지원과 같은 정부의 정책이 동반되지 않는다면 자율운항 선박 도입 확산에는 생각보다 많은 시간이 소요될 전망이다. 또한 기술·시장 문제 외에도 규제, 법률, 보험 등 비기술적 문제들이 해결되어야 하기 때문에 자율운 항선박이 단기간 내에 급성장하기는 어려울 전망이다. 그러나 자율운항 선박이 주는 혜택이 비용을 초과하기 때문에, 일단 기술 성숙도가 확보되고 관련 사회 인프라가 정비된다면 자율운항 선박 도입은 급물살을 탈 전망이다. 자율운항 선박은 전통적으로 노동집약 산업인 조선산업의 경쟁 패러다임을 바꾸고 있다. 주목해야 할 점은 바로 가격 경쟁에서 기술 경쟁으로의 전환인 것이다.

자율운항 선박 기술개발은 글로벌 해운사가 위치한 유럽의 경우 전문 솔루션 기업 중심, 군용 자율운항 선박 수요가 강한 미국의 경우 스타트업 중심, 조선 3대 강국이 있는 동아시아의 경우 조선업체 중심으로 자율운항 선박 개발이 추진되고 있다. 그 중에서도 자율운항 선박 기술개발 주도권은 노르웨이 콩스버그(Kongsberg Gruppen), 영국 롤스로이스마린(Rolls-Royce Marine), 핀란드 바르질라(Wärtsilä), 스위스 ABB 등 일찍이 기술 개발에 나섰던 유럽 업체들이 선점하고 있다. 독일, 핀란드, 노르웨이, 영국 등에서는 자율운항 선박을 고부가가치의 산업 분야로 인식하고 산·학·연 간의 유기적 협력을 위한 적극적 정책 지원과 더불어 다양한 연구 과제들을 수행하고 있다. 전 세계에서 관련 기술이 가장 앞선 곳으로는 핀란드 등 북유럽 국가가 꼽힌다. 핀란드에선 지난 2018년 12월 세계 첫 완전자율운항 여객선 팔코(Falco)가 승객 80명을 태우고 핀란드 남부 발트해 연안에서 시험운항에 성공하기도 했다. 유럽연합(EU)도 2012년부터 선박 자율운항을 위한 무닌(MUNIN) 프로젝트를 추진해 관련 사업 타당성 검토 등을 마쳤다. 일본은 해운협회를 중심으로 자율운항 기술을 250여 척의 선박에 접목하여 보급할 계획을 가지고 있다.

산학연관이 함께 공동 연구를 추진하는 유럽･일본과 달리, 한국은 대형 조선 3사가 개별적으로 국내외 기관들과 협력해 독자 플랫폼･솔루션 연구 개발을 추진하고 있다. 2022년 8월, 현대중공업그룹 지주사인 HD현대 소속 선박 자율운항 전문회사인 아비커스(Avikus)가 세계 최초로 2단계 자율운항 솔루션 상용화에 성공했다. 아비커스는 8월 8일 SK해운 장금상선과 대형선박용 자율운항 솔루션인 하이나스(HiNAS) 2.0의 수주계약을 체결했다. 이 선박에는 아비커스의 인공지능(AI) 기반 2단계 자율운항솔루션인 하이나스(HiNAS) 2.0이 탑재되었다. 현대중공업그룹이 자율운항 솔루션을 상용화하는 데 성공한 가운데 한국 조선사가 자율운항 선박 개발에 박차를 가하며 속도전 경쟁이 치열하다. 아비커스는 2022년 10월말 미국 플로리다에서 열리는 세계 최대 보트쇼 '포트로더데일'에 참가해 레저보트 자율운항 솔루션 수주에 나서기도 했다. 삼성중공업은 독자개발 자율항해 체계인 삼성자율선박(SAS)의 상용화를 추진 중이다. 앞서 2020년에는 해당 기술로 300톤급 예인선이 반경 1㎞ 내 선박과 장애물을 피해 5㎞ 떨어진 목적지에 도착했다. 또한 레이더, 위성항법시스템(GPS), 자동식별장치(AIS)와 360도 열화상 카메라, 충돌 회피를 위한 엔진자동제어 기술을 통해 세계 최초 자율운항 선박 간 충돌회피 기술 실증에 성공하였다. 대우조선해양은 자율운항시험선 단비(DAN-V)의 단계별 운항시험을 시작한다고 밝혔다. 2022년에는 관련 기술에 대한 증강현실(AR), 가상현실(VR), 원격조종 등 자율운항과 안전운항 관련 기술시험을 마쳤다.

참고자료

• 박한선 한국해양수산개발원 실장, 〈한국의 자율운항선박(MASS) 대응정책 방향〉, 《한국해양수산개발원》, 2018-07-08
• 박혜리, 〈자율운항선박 도입 관련 대응정책 방향 연구〉, 《한국해양수산개발원》, 2018-08-31
• 선박해양플랜트연구소 여동진 책임연구원, 〈ALFO 미래 조선/해운 산업 선도를 위한 자율운항선박 기술〉, 《해양수산과학기술진흥원》, 2021-03
• 〈미래 조선 산업의 핵심, 자율운항선박〉, 《케이티엔터프라이즈》, 2021-05-26
• 김용태 기자, 〈울산 '자율운항선박 성능실증센터' 기공식…내년 6월 완공〉, 《연합뉴스》, 2021-10-19
• 〈자율운항선박 개발〉, 《대한민국 정책브리핑》, 2021-11-22
• 박순엽 기자, 〈‘바다 위 테슬라’ 자율운항 선박…글로벌 조선업계 개발 박차〉, 《이데일리》, 2021-11-29
• 함정선 기자, 〈대우조선해양, 자율운항 선박 실증 나선다〉, 《이데일리》, 2021-12-16
• 김강한 기자, 〈현대重, 자율운항으로 세계 처음 태평양 건넜다〉, 《조선일보》, 2022-06-03
• 최유빈 기자, 〈바다 위 '테슬라' 꿈꾼다...자율운항 선박 개발 어디까지 왔나〉, 《머니에스》, 2023-01-05
• 이지혜, 〈바다 위의 테슬라, 자율운항선박〉, 《삼성SDS 인사이트 리포트》, 2023-04-12
• 양호연 기자, 〈친환경·자율운항 '미래 기술 선박' 방점…'국제표준' 선도 부각〉, 《아이뉴스24》, 2023-07-05
• 박순엽 기자, 〈운항 효율성·안전성 ‘두 마리 토끼’ 잡는 자율운항 선박(미래기술25)〉, 《이데일리》, 2023-08-01

같이 보기

• 자율주행

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