(출처: 노스롭 그루먼)
GPS는 우리 일상 생활은 물론 본래 목적인 군용으로 널리 사용되고 있습니다. 문제는 현대전에서 재밍에 취약하다는 것입니다. 이 점은 우크라이나 전쟁에서 여실히 드러나고 있습니다. 이에 미국은 완전히 새로운 방식으로 길을 찾는 항법 시스템을 개발하고 있습니다.
최근 노스롭 그루먼은 자사의 럼버잭 (Lumberjack) 드론(사진) 에 탑재한 새로운 양자 항법 시스템 (quantum navigation system) 비행 시험에 성공했습니다. 양자 항법 시스템은 지구 자기장을 매우 정밀하게 측정해 GPS의 도움 없이도 길을 찾을 수 있습니다.
앙자 항법 시스템은 SandboxAQ이 개발한 것으로 AQNav 시스템이라고 부릅니다. 이 장치의 핵심은 광학 펌핑 자력계(Optically Pumped Magnetometer, OPM)입니다. OPM은 루비듐, 세슘, 칼륨과 같은 알칼리 원자가 들어 있는 작은 유리 증기 셀로 구성됩니다.
이 원자에 특정 주파수로 조정된 특수 편광 레이저가 닿으면 원자들이 특정 방향으로 정렬합니다. 그런데 지구 자기장과 같은 외부 자기장이 가해지면 이렇게 정렬된 원자들이 미세하게 흔들립니다. 이 흔들림을 측정하고 계산하면 자기장의 정확한 세기와 방향을 10⁻¹⁵ 테슬라까지 정밀하게 측정할 수 있습니다.
이 장치로 자기장의 미세한 변화, 즉 세기, 자기 북극과의 편차, 경사각 등을 측정한 후 인공지능 기반의 대규모 정량 모델을 사용하여 측정된 패턴을 지향 데이터베이스와 비교함으로써 실시간으로 정확한 위치를 파악하는 것이 원리입니다.
이 방법은 물론 GPS보다 정확도는 떨어질 수 있지만, 지구 자기장을 이용하므로 재밍이 불가능하고 시스템이 상온에서 작동하기 때문에 복잡한 냉각 시스템이 필요하지 않다는 장점이 있습니다. 따라서 작은 소형 드론에도 탑재할 수 있습니다. 덕분에 자체 중량 36kg에 최대 이륙 중량 131kg인 럼버잭 드론에도 탑재할 수 있습니다.
아마도 비용이 관건일 가능성이 높은데, 노스럽 그루먼에 의하면 대당 7만 5천 달러에서 10만 달러 사이인 럼버잭 드론에 탑재해도 부담이 되지 않는 수준이라고 합니다.
참고로 양자 항법 시스템은 현재 개발이 진행 중인 신기술로 여러 테스트가 진행 중입니다. 기존의 GPS를 보완하는 방식으로 사용하면 어떤 상황에서도 길을 잃지 않고 안전하게 비행할 수 있을 것입니다.
꽤 흥미로운 신기술인데 앞으로 개발이 기대됩니다.
양자 항법 시스템의 개발 정도와 실용화 가능성: 그록 정리
기술적 타당성은 높고, 실용화는 군사·이중용도 분야에서 빠르게 진전 중이지만 아직 완전 상용·전 세계 운용 단계에는 도달하지 못했습니다. 특히 SandboxAQ의 AQNav(양자 광학 펌프 자력계 + AI 기반 자기 이상 매칭)는 실제 비행 시험을 통해 핵심 원리가 입증되었습니다.Sandboxaq
기술적 타당성
지구 지각의 자기 이상(magnetic anomalies)은 지질학적 구조에 따라 고유한 ‘지문’처럼 위치별로 다르게 나타납니다. 이를 고감도 자력계로 측정하고 미리 구축된 자기 지도(예: North American Magnetic Anomaly Map)와 실시간 매칭하면 위치를 추정할 수 있습니다. 이는 전통적인 관성항법(INS)의 드리프트를 보정하거나 독립 항법으로 활용 가능한 원리입니다.Sandboxaq
양자 센서의 역할: Optically Pumped Magnetometer(OPM)는 알칼리 원자(루비듐 등)의 레이저 여기와 자기장에 의한 세차 운동을 이용해 10−15
10−15
T 수준의 초고감도를 상온에서 달성합니다. 기존 fluxgate나 저온 SQUID 대비 소형·저전력·냉각 불필요라는 점이 드론·항공기 탑재에 유리합니다.Newatlas
핵심 난제 해결: 항공기/드론 자체 전자기 간섭(EMI, 모터·전자장비)이 목표 신호보다 100~1000배 클 수 있는데, SandboxAQ는 Large Quantitative Model(LQM) 기반 AI로 실시간 노이즈 제거를 구현했습니다. 소프트웨어 우선 아키텍처로 기존 온보드 컴퓨터에 1시간 이내 설치 가능한 수준까지 발전했습니다.Quantumcomputingreport
성능 데이터 (공개된 시험 기준):
대형 항공기(C-17, C-130J 등)와 상용기에서 누적 수백 시간의 비행 시험(보고에 따라 200~450시간 이상).
일부 시험에서 INS(GNSS 없음)보다 우수하며, 특정 1시간 비행에서 74 m 이하 오차, 더 긴 구간에서 RNP(Required Navigation Performance) 기준을 충족하거나 초과.
Q-CTRL 등 다른 양자 MagNav 연구에서도 전략급 INS 대비 수배~수십 배 낮은 위치 오차(예: 최종 22 m)를 보고한 바 있습니다.Sandboxaq
재밍·스푸핑이 불가능하고 전천후·지형 무관(시야 불필요)하게 동작한다는 점은 GPS 거부 환경에서 명확한 이점입니다. 시각 항법과 결합한 계층적 구조로 정확도를 더 높일 수 있습니다.News.northropgrumman
실용화 정도 (2026년 9월 기준)
성숙도: 기술실증(TRL 6~7 수준으로 추정)에서 운용 시험으로 넘어가는 단계입니다. 2023년부터 미 공군 SBIR, DIU Transition of Quantum Sensing, NATO DIANA 등을 통해 지속 검증 중이며, 2026년 9월 Northrop Grumman Lumberjack(Group 3 소모성 일회용 공격 드론)에 세계 최초로 보고된 MagNav 탑재 비행 시험을 성공했습니다. 설치부터 비행까지 약 1개월, 소프트웨어 통합은 1시간 이내였습니다.Sandboxaq
적용 범위: 대형 수송기·상용기에서 시작해 소형·저가 소모성 드론까지 확장되었습니다. 소프트웨어만으로도 기존 플랫폼에 적용 가능하며, full-stack 하드웨어 옵션도 제공합니다. 이중용도(군사+민간)를 목표로 Airbus Acubed, Boeing 등과도 협력 중입니다.
한계와 남은 과제:
지도 의존성: 자기 이상 지도의 해상도·커버리지·불확실성이 성능을 좌우합니다. 공개 지도(EMAG2 등)는 지역별 1~20 km 격차로 불균일하며, 해양·극지·일부 지역은 부족합니다. 고해상도 표준 지도 구축이 필수입니다.Thedefensewatch
정확도: 현재 GPS 수준(수 m)에는 미치지 못하며, 주로 en-route나 INS 보조 용도에 적합합니다. 장거리·고정밀 임무에서는 다른 센서(시각, 관성 등)와의 융합이 필요합니다.
환경 요인: 고도, 위도, 태양 활동, 플랫폼 변화 등에 따른 보정, 전 세계 운용 검증이 추가로 필요합니다.
비용·양산: 소모성 드론에 적합할 정도로 SWaP·비용이 낮아졌지만, 대규모 배치와 인증(군사 또는 민간 항공)은 아직 진행 중입니다.
종합하면, 기술적 원리는 확고하고 실제 비행 환경에서 재현 가능한 성능이 입증되어 GPS 거부·재밍 환경의 유력한 대안(또는 보완)으로 자리 잡았습니다. 군사 소모성 플랫폼에서는 이미 ‘운용 가능한 수준’에 근접했으며, 민간 항공이나 전 세계 독립 항법으로의 확대는 지도 품질 향상과 추가 검증이 필요한 단계입니다. 경쟁 기술(다른 양자 센서, 향상된 INS, 비전 기반 항법 등)과 함께 발전하면서 다층적 Alt-PNT 생태계의 핵심 구성 요소가 될 가능성이 높습니다.
참고
https://newatlas.com/military/quantum-compass-flight-test-lumberjack-rone/
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