POWER Program

1. 개요: '에너지 인터넷'의 시작

POWER(Persistent Optical Wireless Energy Relay) 프로그램은 미 국방고등연구계획국(DARPA)이 추진하는 혁신적인 연구 프로젝트입니다. 핵심 개념은 레이저를 이용해 무선으로 에너지를 중계하고 전송하는 '에너지 웹(Energy Web)'을 구축하는 것입니다. 이는 마치 데이터 통신을 위한 인터넷처럼, 전력이 풍부한 곳에서 필요한 곳으로 에너지를 거의 즉각적으로 보낼 수 있는 네트워크를 만드는 것을 목표로 합니다.

전통적인 군사 작전이나 재난 구호 현장에서 연료와 배터리 등 에너지원은 보급에 막대한 시간과 비용, 위험이 따르는 병목 현상의 주원인이었습니다. POWER 프로그램은 이러한 물리적 보급망의 한계를 극복하고, 전력 공급의 패러다임을 바꾸기 위해 시작되었습니다.

2. 핵심 목표

• 신속하고 안전한 에너지 공급: 연료 수송 트럭이나 파이프라인 같은 기존의 느리고 위험에 노출된 보급 방식 대신, 빛의 속도로 에너지를 전송하여 작전의 효율성과 안전성을 극대화합니다.
• 플랫폼의 작전 능력 확장: 드론(UAV)이나 지상 로봇 등 다양한 플랫폼이 탑재된 연료량의 제약에서 벗어나 사실상 무제한에 가까운 작전 시간과 거리를 확보할 수 있게 합니다. 이는 기존 플랫폼의 설계 공간을 완전히 새로운 차원으로 확장하는 것을 의미합니다.
• 다중 경로 에너지 네트워크 구축: 특정 경로가 차단되더라도 다른 경로를 통해 에너지를 공급받을 수 있는 탄력적이고 안정적인 에너지망을 구현합니다.

3. 작동 원리: 빛으로 에너지를 전달하는 법

POWER 프로그램의 에너지 웹은 크게 세 가지 요소로 구성됩니다.

1. 지상 송신기 (Ground-based Laser): 지상에서 생성된 에너지를 강력한 레이저 빔으로 변환하여 하늘로 쏘아 올립니다.
2. 공중 중계기 (Airborne Relay): 고고도에 떠 있는 항공기나 드론에 탑재된 중계기가 지상에서 온 레이저 빔을 수신한 뒤, 에너지가 필요한 다른 공중 또는 지상 플랫폼으로 정확하게 재전송합니다.
3. 수신기 (Receiver): 최종 목적지에 있는 수신기는 레이저 빔을 다시 사용 가능한 전기 에너지로 변환합니다. 최근 기록을 경신한 '전력 수신 어레이 데모(PRAD, POWER Receiver Array Demo)' 시스템은 포물선 거울을 사용해 입사된 레이저 빔을 내부의 고효율 태양광 전지판(photovoltaic cells)에 집중시켜 빛을 전기로 변환합니다.

4. 주요 성과 및 신기록 (2025년 5월 기준)

DARPA는 최근 뉴멕시코주에서 진행된 PRAD 테스트를 통해 무선 에너지 전송 분야에서 획기적인 기록을 달성했다고 발표했습니다.

• 전송 거리 및 전력: 8.6km (약 5.3마일) 떨어진 거리에서 800와트(W) 이상의 전력을 30초간 성공적으로 전송했습니다.
• 기록 경신: 이는 이전에 보고된 최고 기록인 1.7km 거리에서 230W를 전송한 것을 압도적으로 뛰어넘는 성과입니다.
• 기술적 의미: 이번 성공은 장거리 무선 전력 전송의 기술적 장벽에 대한 인식을 깨고, 관련 산업계가 기술의 가능성을 재고하게 만드는 중요한 계기가 되었습니다.

5. 프로그램 단계 및 미래 전망

POWER 프로그램은 총 3단계로 구성되어 있으며, 현재 1단계를 성공적으로 마치고 2단계로 나아가고 있습니다.

• 1단계: 핵심 부품 기술 개발 및 지상에서의 장거리 전송 기술 검증. (PRAD 테스트 성공으로 주요 위험 요소 감소)
• 2단계: 공중 중계기를 실제 항공 플랫폼에 통합하고, 지상-공중-지상으로 이어지는 수직 전송을 시연하는 데 중점을 둡니다.
• 3단계 (최종 목표): 여러 개의 공중 중계기를 활용하여 200km (약 125마일) 거리에 10킬로와트(kW)의 광학 에너지를 전달하는 완전한 형태의 에너지 웹을 시연하는 것입니다.

궁극적으로 POWER 프로그램이 성공하면, 군사 작전의 물류 개념을 근본적으로 바꾸고, 더 작고 저렴한 플랫폼으로도 중요한 임무를 무기한 수행할 수 있는 새로운 가능성을 열게 될 것입니다. 이는 전장에서의 우위 확보는 물론, 통신망이 파괴된 재난 지역에 신속하게 전력을 공급하는 등 민간 분야에서도 폭넓게 활용될 잠재력을 가지고 있습니다.