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제12호(06월) | 함정 적외선 스텔스 적용 및 기술동향

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Written by 조용진 작성일16-07-06 10:48 조회3,995회 댓글0건

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함정 적외선 스텔스 기술의 발전 동향

 

조용진(동의대학교 조선해양공학과 교수)

 

  적외선 이란?

 

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<그림 - 1> Electromagnetic Wave Spectrum

 

전자기파(Electromagnetic wave) 가운데 가시광과 마이크로파 사이의 파장을 적외선 대역이라 하고 파장은 0.7μm~1mm까지이다. 플랭크 복사법칙에 의하면, 절대온도(0 K)이상의 모든 물체는 적외선을 방출한다. 따라서 지구상의 모든 물체는 적외선의 파장 영역의 열을 주고받고 있다.
적외선이 지닌 여러 특성을 살려 다양한 분야에서 이용할 수 있도록 활용되고, 최근 들어 반도체 제조와 동일한 기술을 이용해 고성능 센서가 점차 저렴해짐에 따라 적외선의 이용영역이 크게 확대되고 있다. 특히 군사기술로서 야시경을 시작으로 첨단 유도무기인 미사일에 많이 채용되어 균일한 환경에 놓이는 함정과 항공기는 주야간에 걸쳐 커다란 위협신호로 자리 잡게 되었다.

 

Ⅰ. 서언
 
최근 과학기술의 진보에 따라 군사무기체계의 비약적 발전으로 해상의 전투 환경 또한 크게 변화되고 있다. 현대의 해상 전투에서는 단시간에 적을 파괴할 수 있는 고효율 고성능 무기체계가 운용되고 있다. 이는 일회 타격만으로도 함정의 전투력 및 기동성을 상실하게 만들 수 있고 심각한 경우, 침몰까지 이르게 할 수도 있게 되었다.


이러한 상황에서 세계 각국은 해군 함정의 생존성 강화에 대한 필요성을 인식하게 되었고 많은 연구와 투자를 통해 관련기술들을 발전시켜 나가고 있다. 함정의 경우 지상무기체계와 달리 수많은 병력과 다양한 무기체계의 집합체로써 생존성 강화는 함정 개발사업의 최우선적 고려사항이 되고 있다.

 

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<그림 - 2> 유도무기에 피격후의 EILAT함(좌)과 STARK함(우)

 

 

함정의 생존성 강화를 위한 방안 중 하나가 피탐지 성능을 향상시키는 것이며, 이러한 피탐지 성능 향상을 위한 신호저감기술이 바로 함정 스텔스(Stealth) 기술이다(대한조선학회, 2012). 함정 스텔스 기술은 함정, 잠수함, 반잠수정 등과 같은 해상 무기체계에 적용되는 특수한 기술로서 무기체계의 목적과 임무수행의 효과도를 높이기 위한 생존성 핵심 기술이다. 90년대 후반부터, 국내에서도 함정설계 과정에서 생존성 향상을 위하여 레이더 반사 단면적(RCS), 적외선 신호(IR), 수중 방사 소음(URN) 등 스텔스 기술을 도입하여 적용하고 있다. 국방 선진국에서는 함정의 생존성 향상 측면에서 적외선 신호 저감 기술이 중요 핵심기술로 보호되고 있으며, 함정개발 초기단계부터 건조 후 운용단계까지 전 주기(Life cycle)에 거쳐 매우 세심하고 중요하게 관리되고 있다.


적외선 스텔스 기술은 적외선 신호를 탐지 추적할 수 있는 위협세력(대함미사일, 적외선 감시장치 등)으로부터 피탐지 및 피격을 방지하기 위하여 함정에서 방출되는 적외선 신호를 최소화하려는 기술이다. 2000년대에 들어서며 적극적으로 선진기술을 도입하여 반영함으로써 우수한 적외선 스텔스 성능을 보유한 함정들이 다양하게 건조되고 있다.
적외선 신호 스텔스 기술의 기본원리는 함정에서 발생하는 적외선 신호를 저감하여 주변 환경(Background)과의 대비(Contrast)를 줄이는 것이다. 함정의 적외선 신호의 원인은 크게 함정의 내부와 외부로 구분되며, 내부신호 원인은 엔진과 다른 장비류에서 발생하는 발열, 엔진에서 배출되는 폐기가스 및 폐기열 등이 주요 원인이다. 또한 외부신호 원인은 운용되고 있는 함정의 주변 환경 즉, 태양, 하늘, 바다 등이며 주로 태양을 통해 선체가 가열되어 적외선 신호를 방출하게 된다.

 

Ⅱ 적외선 스텔스 기술동향

■ 국내 함정 적용동향

 

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<그림 - 3> 적외선 스텔스 함정

 

국내에서도 2000년대부터 본격적으로 함정의 설계과정부터 적외선 스텔스 기술을 적용하여 함정을 건조하기 시작하였다. 적외선 스텔스 기술이 적용된 함정들을 살펴보면 구축함인 충무공이순신함(KDX-II)을 시작으로 독도함(LPX), 이지스구축함(KDX-III) 등이 건조되어 운용 중에 있으며, 현재 다양한 신규 함정들이 설계/건조에 적용되고 있다. 또한 수중함인 잠수함(장보고-III)도 일부 기술이 적용되었다. 이와 같이 초기에는 외국의 경험있는 업체에 의존하였으나 국외기술 의존에 따른 주요 함정설계 기밀의 유출우려와 기술축적을 위해 국내 기술력으로 함정개발에 적용 중이다.

 

■ 적외선 위협세력
  함정 적외선 스텔스 기술의 시작은 위협세력인 대함유도미사일에 적외선 탐지기(IR Seeker)가 적용되면서 부터이다. 오늘날 사용되고 있는 적외선 유도 미사일의 종류는 재래식 미사일인 스틱스(Styx)부터 최신식 C-701, C-801에 이르기 까지 수많은 미사일이 운용되고 있다. 미사일 종류만큼 적외선을 탐지하는 방식도 다양하며 탐지대역별, 스펙트럼, 이미지 스캐너 등으로 분류된다.

 

■ 적외선 신호 저감대책
함정의 추진기관과 발전기의 가동으로 인하여 발생된 폐기열 및 폐기가스의 영향을 감소시키기 위해 적외선 신호저감 시스템(IRSS) 장치를 적용한다. IRSS 장치의 기본적인 원리는 주변 차가운 외기를 혼합시켜 폐기관 및 폐기가스의 온도를 냉각시키는 것이다. 이를 통해 함정의 주요 과열구역(Hot spot)을 사라지게 함으로써 피탐지 성능을 향상시키는 기술이다.

 

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<그림 - 4> IRSS 장치의 다양한 구조

 

 

외부신호의 경우 태양에 의해 가열된 선체표면의 온도를 낮추기 위해 함정표면에 해수를 분사하는 시스템(Washdown system)을 적용시킨다. 이는 주간에 태양열이 내리쬐는 상황에서 함정 주변의 해수를 분사하여 함정표면의 온도를 낮추는 방식으로 적외선 신호 저감수준에 따라 선체 냉각범위를 확장한다.

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<그림 - 5> Washdown을 통한 외부신호 저감

 

■ 적외선 기만 시스템
적외선 신호를 저감하여 함정 생존성을 향상시키는 방법 외에도 적외선 기만기(IR decoy)를 이용하는 방법도 있다. 적외선 기만기는 교란(Distraction)과 유인(Seduction)의 두 가지 주요 전술적인 목적을 달성하기 위해 이용된다.
교란은 미사일 탐지가 이루어지기 전에 여러 개의 플레어(Flare)를 함정의 위치와는 다른 방향으로 전개하여 표적정보를 교란하는 것이며 유인은 활발히 추적되는 탐색기를 함정으로부터 멀리 유인하는 것이다. 일반적으로 함정보다 더 강한 적외선신호를 방출하는 플레어를 발사시킴으로써 유인의 효과를 볼 수 있다.


최신의 대함 유도무기는 함정과 기만기를 구별할 수 있는 확률을 높였기 때문에 표적의 유인이 더욱 어려워지고 있다. 이를 해결하기 위해 최근 MASS 기만기가 개발되어 적용되고 있다. 기만 방식은 스크린형 차폐방식으로 함정 신호와 비슷한 세기의 플레어를 장막형식으로 전개하여 표적탐지를 위한 모든 표적정보를 사전에 차단하는 방식이다.

 

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<그림 - 6> MASS 전개방식


Ⅲ 결언
 
  적외선 스텔스 기술은 함정의 생존성 향상 측면에서 핵심기술로 보호되고 있으며 함정개발 초기단계부터 건조 후 운용단계까지 전 주기에 거쳐 세심하고 중요하게 적용 관리되는 기술이다. 대함 유도무기의 적외선 탐지기술이 지속적으로 발전함에 따라 이에 대응하는 적외선 스텔스 기술 역시 지속적인 발전을 병행하고 있다.


  국내에서는 국외 선진기술의 동향 및 발전을 지속적으로 관찰(Monitoring) 하는 한편, 관련기관(산/학/연/군)과 협력을 통해 함정개발에 적용과 독자적 기술 개발에 대한 노력을 수행하고 있다.

 

<참고 문헌>

1) 대한조선학회(2012), “함정”, 텍스트북스, 일부 발췌 후 정리 

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