[단독] KAI, 로봇으로 전투기 엔진 장착…파손 막고 공정 효율↑

▲올해부터 양산이 예정된 한국항공우주산업(KAI) KF-21 보라매 전투기. 사진=박규빈 기자

한국항공우주산업(KAI)이 전투기 제조 공정 중 최고 난도로 꼽히는 '엔진 장착'을 완전 무인화·자동화하는 역량을 갖췄다. 이는 현재 에어버스와 보잉 등 글로벌 항공기 최종 조립 라인(FAL, Final Assembly Line)에서 널리 쓰이는 업계 표준 장비의 한계를 뛰어넘는 기술이다. 이에 따라 본격 양산에 돌입한 KF-21 보라매 전투기의 조립 병목을 뚫고 K-항공 방산의 패러다임을 기체 수출에서 '스마트 팩토리 턴키(Turn-key) 수출'로 바꿀 주역으로 떠오를 전망이다.

13일 본지 취재 결과 KAI는 3D 공간 맵핑과 다축 로보틱스가 융합된 지능형 로봇으로 항공기 엔진을 장착하는 시스템에 관한 기술을 확보한 것으로 확인됐다.

현재 대형 민항기나 전투기의 정비(MRO) 및 최종 조립 현장에서 가장 광범위하게 쓰이는 상용 리프팅 장비는 하이드로(HYDRO)의 '코브라' 시스템이다. 코브라는 최대 18톤의 하중을 다루며 엔진 교체 시간을 대폭 줄였지만 여전히 작업자가 모바일 패널을 들고 육안으로 위치를 확인하며 조이스틱을 움직여야 하는 '반자동(Semi-auto)'의 한계가 명확했다. 수십억 원에 달하는 고가의 엔진이 미세한 조작 실수로 기체와 충돌할 수 있는 '휴먼 에러' 리스크가 잔존했던 셈이다.

KAI의 이 불확실성을 기계 스스로 통제하는 '완전 자동화'를 이뤘다. 시스템 상단의 '레이저 프로파일 센서'가 동체 후방의 텅 빈 엔진 베이를 스캔해 수십만 개의 3차원 '포인트 클라우드(Point Cloud)' 입체 지도를 만든다. 연산 모듈은 이를 동체 기준의 전역 좌표계로 동적 변환해 기체와 엔진 사이의 공간 오차 벡터를 밀리미터 단위로 정밀 산출한다.

목표 궤적이 도출되면 잭 스크류·서보 모터 등 하부의 4개 축 자세 조정 모듈이 수 톤 중량 엔진의 피치(Pitch)·롤(Roll)·비틀림을 자동 보정한다. 오차가 '0'에 수렴할 때까지 기계 스스로 위치를 교정하는 '폐루프(Closed-loop) 제어'다. 이는 과거 노르웨이 과학기술대학교(NTNU) 연구팀이 부품 단위에서 실증한 '위치-폐쇄 기구학 기반 정렬' 이론을 수 톤의 거대 엔진을 통째로 기체에 꽂아 넣는 거시적(Macro) 산업 현장에 세계 최고 수준으로 상용화한 쾌거다.

엔진 조립 라인의 지능화는 글로벌 톱티어 제조사들의 사활이 걸린 생존 경쟁이다. 글로벌 엔진 명가 프랫앤휘트니(P&W)는 고압 압축기 조립에 '알프레드(Alfred)' 로봇을 투입해 14시간 걸리던 수작업을 7시간으로 줄였고, 독일 MTU는 비전 카메라가 탑재된 정밀 체결 로봇을 도입해 조립 사이클 타임을 2시간 이내로 단축했다. 나아가 에어버스는 협소하고 사각지대가 많은 항공 조립 라인에 최근 산업용 휴머노이드 로봇 '워커 S2(Walker S2)'를 시범 투입했다.

KAI 역시 이 같은 글로벌 트렌드에 발맞춰 최근 정부 주도의 'K-휴머노이드 연합' 핵심 멤버로 합류했다. 향후 KAI가 선점한 거대 로봇 장착 기술에 밀폐구역 미세 수작업을 돕는 휴머노이드까지 결합된다면, 조립 품질과 공정 속도는 폭발적으로 도약하게 된다.

당장 이 원천 기술의 혜택을 보는 것은 2조4000억 원 규모로 1차 양산에 돌입한 KF-21이다. 특히 무장을 기체 내부에 숨겨 완전한 스텔스 형상으로 진화할 차세대 '블록 3' 모델은 기체 내부 구조가 극도로 조밀해져 엔진이 들어갈 여유 공간이 매우 좁아진다. 무충돌 장착 시스템 없이는 조립 불량 방지와 극한의 품질 보증이 사실상 불가능하다.

민수 시장에서의 파급력도 이미 입증됐다. KAI는 최근 미국 콜린스 에어로스트럭처와 에어버스 A350 및 A320neo에 탑재될 핵심 공기역학 부품 '엔진 낫셀(Nacelle)'을 1400억 원 어치 장기 공급하는 계약을 맺었다. 극저 공차의 기계 가공과 정밀 조립이 요구되는 대형 구조물 사업에서 깐깐한 글로벌 항공 거인(OEM)들의 선택을 받은 배경에는 KAI가 이번 특허로 증명한 초정밀 3D 측정(Metrology)·로봇 체결 역량이 품질 보증 수표로 작용했다는 분석이다.

업계는 KAI의 이 기술이 한국의 방산 수출 패러다임을 극적으로 전환시킬 '마스터키'가 될 것으로 전망한다. 폴란드·인도네시아 등 주요 신흥 방산 수입국들은 완제품 수입 외에도 자국 내 현지 생산(기술 이전)과 정비(MRO) 인프라 구축을 요구하고 있다. 과거엔 현지 미숙련 노동자들의 휴먼 에러로 인한 조립 불량 리스크가 가장 큰 골칫거리였다.

하지만 KAI의 지능형 장착 시스템은 기계 자체가 오차를 통제(Error-proofing)하기 때문에 현지 노동자의 숙련도에 크게 구애받지 않는다. 현지에서 균일하게 명품 무기를 찍어낼 수 있는 무결점 '스마트 팩토리 인프라' 자체를 기체와 묶어 '턴키(Turn-key)' 패키지로 수출하는 새로운 수출 룰이 만들어지는 것이다.

KAI 관계자는 “본 기술로써 항공기 엔진 장착에 작업자의 개입을 최소화해 작업자의 제어 조작 오류로 인한 항공기와 엔진의 손상을 최소화할 수 있다"며 “작업 소요 시간도 단축시켜 공정 효율을 향상시키는 효과를 낼 것"이라고 말했다.

박규빈 기자 kevinpark@ekn.kr 배한비 인턴기자