제14부 민간 UAS — 기술·운용·응용
14.27 지상 지원 장비와 인프라: 발진대·충전·배터리 교환·정비 장비
14.27.1 이 장에서 배우는 것 / 선수 지식 / 특히 중요한 독자
무인기 운용의 가용도와 안전은 기체만이 아니라 기체 밖의 설비에 달려 있다. 착륙할 곳, 충전할 곳, 배터리를 보관할 곳, 정비할 장비, 위치와 통신을 지원하는 지상 설비가 그렇다. 이 장은 이 설비를 하나의 체계로 본다. 두 가지를 계산한다. 착륙대가 얼마나 커야 하는지와 충전 거점이 기체 대수에 비례해 얼마나 많은 슬롯·배터리·전력을 요구하는지다. 그리고 미국 Part 108 제안 규칙(NPRM)이 이 설비를 '관련 요소(AE)' 로 어디까지 규율하는지를 원문으로 읽는다. 발진·회수 장비의 공학은 1.10, 충전 인터페이스 규격은 9.20, 스테이션의 가용도는 14.16가 다루므로 반복하지 않는다. 이 책의 방침(BK-04)에 따라 군용 지상 지원은 다루지 않는다.
배우는 것:
- 착륙대의 크기 — 기체 0.7 m, 바람 산포 0.5 m에서 착륙대 지름은 GNSS 단독 7.1 m, RTK나 영상 표지 3.3 m이며 위치 정밀도를 올려도 바람 산포가 남아 약 3 m 아래로 내려가지 않는다(14.27.3.1).
- 충전 거점의 자원 — 150 Wh/회·슬롯 500 W에서 10대가 시간당 4회 비행하면 평균 13.3슬롯, 배터리 세트 24개, 평균 전력 6.67 kW이며 슬롯은 비행 횟수에 정비례한다(14.27.3.2).
- 규정의 위치 — Part 108 제안 규칙은 발진·회수 장비를 관련 요소로 명시하고, 충전기·착륙대·표지·격납 상자는 상호작용 수준에 따라 해당될 수 있다고 서술한다(14.27.2.2).
- 요구의 내용 — 관련 요소는 운용 지침이 정한 모든 조건에서 기능해야 하고 있음직한 고장이 위험을 만들지 않아야 한다(108.880, 14.27.4).
선수 지식: 1.10(발진·회수), 1.21·1.22(배터리), 9.20(충전 규격), 14.16(스테이션), 14.26(정비)를 읽었다고 가정한다.
특히 중요한 독자: 운용 담당자는 14.27.2·14.27.5를, 엔지니어는 14.27.3을, 정책·법무 담당자는 14.27.4·14.27.8을, 사업 담당자는 14.27.3.2·14.27.5를 먼저 읽는다.
기준 시점과 정직성. 2026년 11월 기준이다. 원문을 읽은 것: FAA Part 108 NPRM(90 FR, 2025-08-07, govinfo 관보 PDF) 가운데 관련 요소 정의(108.5)와 108.880의 설명, 정비 기록 면제(108.40(d))의 서술, Part 146의 목적 서술(조문 전체의 정독은 아니다), 이행규칙(EU) 2019/947의 UAS.SPEC.050 (1)(c)(무선 주파수 효율)(관보 원문). 읽지 못한 것: 건축·전기·소방 규정(미국 NFPA·국제 화재 규정·한국 소방 규정), 14 CFR Part 77(장애물), FAA 헬리포트·버티포트 설계 문서(15.8), 충전 시설의 안전 규격, 한국의 드론 이착륙장 규정, 시설의 실제 제원과 비용. 착륙 산포·충전 전력·슬롯은 설명용 가정이다. 이 장은 새 1차 출처를 적게 읽었고 규정 부분의 많은 항목이
확인 필요다. 이 장은 운용 승인 지침이 아니다.
14.27.2 개념·직관
14.27.2.1 지상 지원 설비의 지도
| 설비 | 기능 | 지배 변수 | 본문 |
|---|---|---|---|
| 착륙대·표지 | 이착륙 지점, 위치 보조 | 착지 산포, 하강풍, 장애물 | 이 장 |
| 발진·회수 장비 | 레일·네트·포획 | 가속·속도·길이 | 1.10 |
| 충전·배터리 보관 | 에너지 보급, 상태 관리 | 슬롯 수, 전력, 열, 소방 | 이 장·9.20 |
| 격납·스테이션 | 보호, 자동 교환 | 가용도, 환경 | 14.16 |
| 정비·시험 장비 | 점검, 보정 | 점검 주기 | 14.26 |
| 통신·측위 인프라 | C2 중계, RTK 기준국 | 링크 버짓, 기준국 간격 | 3.8 |
| 전원·망·시설 | 전력 인입, 망, 건물 | 용량, 안전 | 이 장 |
14.27.2.2 규정이 보는 지상 설비 — 미국 제안 규칙의 관련 요소
Part 108 NPRM은 관련 요소(AE) 를 기체에 직접 붙어 있지 않으나 모든 정상·비정상·비상 비행에서 안전한 비행을 위해 기체와 상호작용해야 하는 요소로 정의한다(108.5). 서술된 구성은 지상통제소, 조종 인터페이스 장비, 기단 관리 시스템, 클라우드 계산, C2 링크(직접 무선과 인터넷·셀룰러·위성), 발진·회수 장비, 지상 레이더·무선, 기상·기상 감시 같은 제3자 서비스이고, 상호작용 수준에 따라 배터리 충전기, 착륙대, 표지, 자료 전송과 소프트웨어 갱신용 특수 격납 상자('hangar box') 도 해당될 수 있다. 제3자 서비스는 제안된 Part 146(자동화 데이터 서비스 제공자)의 적용도 받을 수 있다. 제안문은 이를 기체와 함께 감항 수락 대상으로 두고, 제조업체가 허용 가능한 UA·AE 구성의 목록을 제출하게 해 운영자와 규제 당국이 부품별 요건을 알 수 있게 한다(108.720).
NPRM은 정비 기록에서 공구 없이 자주 교체하도록 설계된 배터리의 탈착은 운영자가 배터리 사용·수명·성능을 추적할 다른 수단이 있으면 일반 정비 기록(108.40)을 면제하는 것을 제안한다(108.40(d)(2)). 충전 거점의 배터리 순환이 정비 기록의 부담이 되지 않게 하되 추적 수단은 요구한다는 균형이다.
14.27.3 원리 — 착륙대와 충전 거점의 크기
14.27.3.1 착륙대는 얼마나 커야 하는가
착지점이 평면에서 등방 가우스 분포를 따른다고 하면 95 % 반경은 축당 표준편차 $\sigma$의 $\sqrt{2\ln 20}=2.448$배다. 기체 치수 $D$의 기체가 95 %로 패드 안에 들어오려면 지름이 $D+2\times2.448\,\sigma_{\text{tot}}$이어야 하고, 총 산포는 위치 보조·바람 외란·제어의 독립 합이다.
$$\sigma_{\text{tot}}^{2}=\sigma_{\text{pos}}^{2}+\sigma_{\text{wind}}^{2}+\sigma_{\text{ctrl}}^{2},\qquad d_{\text{pad}}=D+2\times2.448\,\sigma_{\text{tot}}$$
위치 보조에 따라 $\sigma_{\text{pos}}$를 GNSS 단독 1.2 m, RTK 0.02 m, 영상 표지 착륙 0.05 m로 두고 $\sigma_{\text{wind}}=0.5$ m, $\sigma_{\text{ctrl}}=0.2$ m(가정)일 때 착륙대 지름은 다음과 같다.
| 기체 치수 $D$ | GNSS 단독 | RTK | 영상 표지 착륙 |
|---|---|---|---|
| 0.7 m(소형) | 7.1 m | 3.3 m | 3.3 m |
| 2.5 m(55 lb급) | 8.9 m | 5.1 m | 5.1 m |
| 8.0 m(1,320 lb급) | 14.4 m | 10.6 m | 10.6 m |
RTK나 영상 표지로 위치 오차를 0에 가깝게 줄여도 바람·제어 산포 때문에 착륙대는 기체 치수에 약 2.6 m(0.7 m 기체에서 3.3 m − 0.7 m)를 더한 크기 아래로 줄어들지 않는다. 그래서 소형 드론 스테이션은 착륙대를 줄이기 위해 기계적 중심 맞춤(깔때기형 패드, 가이드 레일)을 사용한다(14.16). 반대로 GNSS 단독 착륙은 지름이 두 배 이상이어서 건물 옥상·좁은 마당에서는 맞지 않는다. 이 모형은 평탄한 지면, 정상 상태의 산포, 하강풍(로터 후류)의 지면 효과와 표지 인식 실패를 포함하지 않았다. 유인 헬리콥터 이착륙장은 설계 기체의 전체 길이를 기준으로 착륙·이륙 구역을 정하는데(15.8), 이 장은 해당 문서를 읽지 못했다.
14.27.3.2 충전 거점은 비행 횟수에 비례해 자란다
$N$대가 시간당 $f$회 비행하고 한 번에 $E$ [Wh]를 소비하며 슬롯 하나가 $P_s$ [W]로 충전하고 충전기 효율이 $\eta$일 때, 한 번 충전 시간은 $t_c=E/(\eta P_s)$이고 필요한 슬롯 수(평균 점유)와 평균 전력, 충전기 손실 열, 배터리 세트 수는 다음이다.
$$n_{\text{slot}}=N f\,t_c,\qquad \bar P=\frac{N f E}{\eta},\qquad Q=\bar P(1-\eta),\qquad n_{\text{set}}=N+\lceil n_{\text{slot}}\rceil$$
$E=150$ Wh, $P_s=500$ W, $\eta=0.9$이면 $t_c=20.0$분이다.
| 기체 대수 $N$ | 5 | 10 | 20 | 50 |
|---|---|---|---|---|
| 슬롯(평균) | 6.7 | 13.3 | 26.7 | 66.7 |
| 배터리 세트 | 12 | 24 | 47 | 117 |
| 평균 전력 [kW] | 3.33 | 6.67 | 13.3 | 33.3 |
| 충전기 손실 열 [W] | 333 | 667 | 1,333 | 3,333 |
| 보관 에너지 [kWh] | 2.3 | 4.5 | 8.8 | 21.9 |
(시간당 4회, 세트당 에너지 $E/0.8=187.5$ Wh로 둔 보관 에너지)
슬롯과 전력은 비행 횟수 $f$에 정비례한다. 같은 10대가 시간당 8회이면 26.7슬롯·13.3 kW, 2회이면 6.7슬롯·3.3 kW다. 배터리 세트는 $N+\lceil n_{\text{slot}}\rceil$이므로 대수당 2.4세트가 필요하다. 이 평균 값에 동시 도착(파도) 이 더해진다. 여러 대가 같은 시각에 착륙하면 순간 충전 요구는 평균의 배수이고 슬롯이 부족하면 대기가 생긴다(14.16의 대기 모형). 보관 에너지는 24세트에서 4.5 kWh로 작지만 규모가 커지면 보관·충전 구역의 화재 구획과 충전 상태 제한(9.20.4의 항공 운송 30 %)이 설계 조건이 된다. 보관 에너지의 규제 한도와 소방 기준(미국·국제 화재 규정, 한국 소방 규정)은 이 장에서 읽지 못했다(확인 필요). 이 모형은 충전 곡선(정전류·정전압), 배터리 열화, 세트 간 상태 편차, 기온에 따른 충전 시간을 포함하지 않았다.
14.27.4 규제
- 미국 Part 108 제안 규칙. 관련 요소의 정의와 108.880(14.27.2.2)이다. 108.880(a): 관련 요소는 운용 지침이 정한 모든 운용 조건에서 의도된 기능을 수행하도록 설계한다. 지침에는 운용 환경, 악천후, 충돌 회피, 사이버 보안, 낙뢰, 위험물, 중량과 균형 한계가 들어가고, 예로 발사기가 있으면 기체에 가하는 가속이 설계 한계를 넘지 않아야 한다. (b): 관련 요소나 그 구성품의 있음직한 고장·오작동이 위험을 만들지 않아야 한다(위험은 사고·사건에 기여할 수 있는 조건). (c): 안전 비행과 운용에 필요한 정보를 계속 감시·표시·전송하도록 설계한다(에너지 저장, 추진, 탐지 시스템, 신호 강도 같은 매개변수 포함).
- 미국 정비 기록. 108.40(d)(2)의 배터리 탈착 기록 면제와 추적 수단 요구(14.26).
- EU. UAS.SPEC.050 (1)(c)는 특정 범주 운용자가 모든 운용이 무선 주파수를 효율적으로 사용하고 유해 혼신을 피하도록 하라고 요구한다(관보 원문). 충전·착륙 설비 자체를 규율하는 조문은 읽은 범위에 없다.
- 시설 규정. 건축·전기·소방·토지 이용(18.23·18.27)과 한국의 이착륙장 규정은 읽지 못했다(
확인 필요).
14.27.5 설계·운용의 선택
- ① 착륙대의 정밀 vs 기계식. 정밀 착륙은 착륙대를 줄이지만 위치 보조(RTK·표지)에 의존한다. 기계식 중심 맞춤은 바람 산포를 흡수하나 기구가 필요하다.
- ② 충전 슬롯 vs 배터리 세트. 슬롯을 늘리면 세트가 줄고(대기 시간 감소) 전력 인입이 커진다. 세트를 늘리면 보관 에너지와 관리 대상이 는다.
- ③ 교환 vs 충전. 배터리 교환은 기체 대기가 짧지만 세트와 기계가 필요하고, 제자리 충전은 세트가 적으나 기체 대기가 길다(14.16).
- ④ 시설 집중 vs 분산. 한 거점에 모으면 인입·소방을 한 번에 갖추나 단일 고장점이 되고, 분산하면 구축이 많다.
견해: 지상 설비 설계는 '기체 대수'가 아니라 '비행 횟수'를 기준으로 시작하는 편이 낫다. 근거는 14.27.3.2의 계산이다. 슬롯·전력·열이 모두 $N f$에 정비례하므로 같은 기체 수라도 임무 빈도가 두 배이면 설비가 두 배다. 반론은 기체 수가 구매·등록 단위여서 계획 단계에서 비행 횟수를 모른다는 점이다. 그러나 비행 횟수의 가정이 없으면 인입 용량과 보관 에너지를 정할 수 없으므로, 계획 단계에서도 시간당 비행 횟수의 범위를 가정으로 적는 것이 낫다고 본다.
14.27.6 세 축 비교
| 비교 축 | 군용 드론 | 민간 UAS | AAM(UAM·RAM·화물) |
|---|---|---|---|
| 지상 설비 | 해당 없음(군용 지상 지원은 다루지 않음) | 착륙대·충전·스테이션·정비 장비 | 버티포트(15.8~15.11) |
| 핵심 변수 | — | 착지 산포, 슬롯·전력, 가용도 | 충전 전력(MW급), 소방 |
| 규칙 | — | Part 108 제안의 관련 요소, 시설 규정(미확인) | 버티포트 설계 기준 |
| 병목 | — | 전력 인입, 보관 에너지, 규정 공백 | 전력망, 부지 |
14.27.7 관련 규격·프로토콜
| 문서 | 발행 | 무엇을 정하나 | 상세 장 |
|---|---|---|---|
| Part 108 NPRM(108.5·108.880·108.40) | 미국 연방항공청 | 관련 요소의 정의·설계·정비 기록(제안) | 17.6 |
| 이행규칙 2019/947 UAS.SPEC.050 | EU | 운용자 책임(무선 주파수 효율 포함) | 17.11 |
| 충전 인터페이스(CCS·SAE J1772 등) | SAE·IEC 등 | 충전 연결 규격(9.20.7이 다룬다) | 9.20 |
| UN 38.3·IEC 62133 | UN·IEC | 배터리 운송·셀 안전 | 9.20 |
| 건축·전기·소방 규정 | 국가별 | 시설 안전(읽지 못함) | 18.23·18.27 |
14.27.8 관련 규제·인증 요구와의 연결
| 이 장의 내용 | 일으키는 규제·인증 요구 | 장 |
|---|---|---|
| 관련 요소(AE) | 감항 수락 대상, 구성 목록(제안) | 17.6 |
| 발사기·충전기 고장 | 108.880(b)의 위험 없음 | 1.10 |
| 배터리 순환 | 108.40(d)(2)의 추적 수단 | 14.26 |
| 충전·보관 구역 | 소방·건축·전기 규정 | 18.27 |
| 무선 설비 | 주파수 규정, 간섭 | 17.19 |
| 사고 책임 | 설비 결함의 입증 | 18.22 |
14.27.9 함정과 한계
| 오해 | 실제 | 더 볼 곳 |
|---|---|---|
| RTK면 착륙대를 아주 작게 할 수 있다 | 바람·제어 산포가 남아 3 m 아래로 내려가지 않는다 | 14.27.3.1 |
| 충전기는 기체 대수만큼이면 된다 | 슬롯은 비행 횟수에 정비례하고 대수당 세트는 2.4개이다 | 14.27.3.2 |
| 평균 전력만 보면 된다 | 동시 도착의 순간 요구가 평균의 배수이다 | 14.27.3.2 |
| 지상 설비는 규정 밖이다 | 제안 규칙은 관련 요소로 감항 수락 대상에 둔다 | 14.27.2.2 |
| 시설 규정은 항공 규정에 있다 | 건축·소방 규정을 읽지 못했다 | 14.27.4 |
14.27.10 체크포인트·연구 질문
체크포인트
- 위치·바람·제어 산포에서 95 % 착륙대 지름을 계산할 수 있는가?
- 비행 횟수·소비 에너지·충전 전력에서 슬롯 수·세트 수·평균 전력을 구할 수 있는가?
- Part 108 제안 규칙의 관련 요소(AE)에 속하는 것과 속할 수 있는 것을 구별할 수 있는가?
- 108.880의 세 요구(기능·고장·감시)를 설명할 수 있는가?
- 배터리 탈착이 잦은 운용에서 정비 기록 면제의 조건을 설명할 수 있는가?
연구 질문(25.7에 모은다)
- 소형 드론 착륙의 실측 착지 산포는 바람·위치 보조에 따라 어떻게 분포하는가?
- 충전 거점의 동시 도착 부하(첨두 대 평균)는 실제 운용에서 얼마인가?
- 충전·보관 시설의 소방 기준은 보관 에너지에 따라 어떻게 달라지는가?
- 한국의 드론 이착륙장·충전 시설 규정은 무엇이며 어디까지 규율하는가?
1차 출처(이 장)
- FAA, Normalizing Unmanned Aircraft Systems Beyond Visual Line of Sight Operations, NPRM (2025-08-07) — 108.5의 관련 요소, 108.880, 108.40(d)
- Commission Implementing Regulation (EU) 2019/947 — UAS.SPEC.050 (관보 원문)
다음 장: 14.28 드론 데이터·클라우드 플랫폼과 기단 관리 소프트웨어 — 기체·설비·정비 자료를 묶는 소프트웨어 계층을 다룬다.