▲ 현존하는 가장 발전된 대공함정 중 하나인 세종대왕함

 2008년 12월 세종대왕함의 취역에 따라 한국해군도 세계정상급 함대공 시스템을 보유하게 되었다. 세종대왕함은 현존하는 가장 강력한 대공전 중 시스템 중 하나이나, 현재 각 국은 새로운 미래전에 발맞춰 함대공 시스템의 개량에 많은 노력을 기울이고 있다.

 세계 최신 ‘함대공 시스템’ 발전추세 알아보기

 해군 ‘차기구축함 프로젝트’ 사진으로 알아보기

 함포중심 대공전 위한 ‘차기탄약체계’ 알아보기

 한국해군의 ‘대함미사일 체계’ 사진으로 알아보기

 프랑스·이탈리아 합작, 최첨단 ‘FREMM’ 전투함

 韓 항공모함 위한, 고정익 함재기 운용법은?

 

세계의 함대공 시스템 발전추세
 세계해군의 발전추세는 간단히 다목적 위상배열레이더 시스템이 표준형 장비로 굳혀지고 있으며, 함대공 미사일 분야에서도 그 동안의 반능동 유도(Semi-Auto)방식을 벗어나, 함대공 미사일 스스로가 목표를 추적해 명중하는 능동식(Active) 유도형 방식이 점차로 표준이 되고 있다. 지금부터 첨단을 달리는 함대공 시스템의 코드들, 즉 SPY-1D(v)의 미래, Type 45 데어링급의 독특한 대응방식, Aster-15/30 함대공 미사일, SM-6 함대공 미사일에 대해 알아보고자 한다. 

첫 번째, 세종대왕급에 탑재된 SPY-1D(v)의 진화
 세종대왕함에 AWS Mk 7은 SPY-1D(v) 위상배열레이더와 Mk 8 화력통제체계, Mk 2 지휘결심체계, 그리고 이지스 전시체계와 무장통제체계 등등의 다양한 장비로 구성되는데, 이 가운데 가장 핵심이 되는 것은 SPY-1D(v) 위상배열레이더이다. 

◆ SPY-1D(v) 위상배열레이더의 최신기술
 SPY-1D(v)레이더는 각 면당 크기가 4.3 x 3.9m이고 중량은 31.5t이며, 한 면에 4,352개의 위상변환기를 설치해 다수의 S 밴드 대역 펜슬빔을 동시에 운용한다. SPY-1 레이더는 발진기에서 시작된 신호를 증폭하고 레이더 표면의 각 위상배열 소자들에서 위상을 변환하는 수동 위상배열 레이더에 해당한다. SPY-1D의 레이더 발사패턴을 보면, TWT 발진기에서 출발한 신호를 RFM내의 SSA에서 1차로, 드라이버 내의 TWT 에서 다시 한 번 증폭하며, 최종적으로 FPA내의 CFA를 통해 총 6,400kw의 출력을 발휘한다. 

▲ 싱가포르의 포미더블급 프리깃함. 만재배수량이 3,200톤에 불과하지만 위상배열레이더인 헤라클레스를 장착하여 동시 10발의 다목표 요격이 가능하다.

 

 이들 강력한 출력 덕분에 SPY-1D는 최대 460km 이상의 탐지거리를 달성할 수 있으며, 현존하는 시스템 중 거의 유일하게 제대로 MD(Missile Defence)를 지원할 수 있다. 무엇보다 SPY-1D(v)의 장점은, SPY-1D형 보다 선체의 크기가 줄어든 알레이버크급에 장착하고자, 기존 타이컨딜로거급의 SPY-1A/B를 간략화해서 둘로 나눠진 두 개의 TWT 발진기를 통합해 하나로 줄였으며, 이로 인해 4면에 레이더를 갖춤에도 한 면의 레이더에만 빔을 사용이 가능했다. 

 이와 비교해 SPY-1D(v)에서는 360도 전각도 날아오는 대함미사일 표적에 빠르게 대응하고자 2개의 발진기를 장착함으로써, SPY-1D(v)는 언제나 동시에 2개의 면에서 빔을 조사할 수가 있다. 이는 동시에 완전히 상이한 표적을 상대할 수 있다는 것을 의미하며, 실제 2개의 발전기를 사용하는 타이콘테로거급 순양함 CG70 레이크 이리는 2007년 초반 SM-3와 SM-2 함대공 미사일을 발사해 각각 탄도미사일과 순항미사일을 동시에 요격하는 능력을 입증하기도 하였다. 

◆ SPY-1D(v)의 대공능력
 SPY-1D(v)의 최대 추적가능 표적의 수효는 1,023개에 달하며, 동시 유도 가능한 표적의 숫자는 최대 17개 정도로 알려지고 있다. 가격은 순수히 레이더를 기준으로도 1.8~2억 달러에 이르는데, 미국해군은 2003년에 획득한 알레이 버크급 DDG-91 핑크니부터 SPY-1D(v) 레이더를 사용하기 시작했으며, 한국의 세종대왕급 구축함은 베이스라인 7 페이즈 1을 한국 해군의 요청에 따라 보완한 베이스라인 K1 체계를 사용한다. 

 SPY-1D(v)를 장비한 AWS Mk 7은 현재 완성된 함대 방공 체계 가운데 가장 강력한 장비에 해당하지만, 문제는 SPY-1D(v)의 높은 중량으로 인해 설치영역이 극히 제한적이라는 점이다. 즉 상당히 무거워서 처음부터 마스트와 같은 구조물을 포기하고 선체 구조물 자체에 레이더를 장착하는 방식을 사용했는데, 이는 SPY-1 레이더의 수평선 탐색범위를 크게 제한함을 의미했다. 

 실제로 SPY-1A를 장착한 타이컨딜로거급 순양함은 레이더 성능이 훨씬 강력함에도 불구하고, 종종 높은 마스트 위에 SPS-48E 레이더를 장착한 키드급과 같은 NTU 방공함들에 비해 저고도 표적 탐지에서 뒤쳐지기도 하였다. 알레이 버크급의 경우 레이더의 위치가 더욱 낮아져, 높은 고도의 표적을 상대하는 데는 문제가 없지만, 해수면 기준 12m 가량의 비행고도를 자랑하는 시스키밍 대함미사일을 상대하는 경우에는 이야기가 달라진다. 

 이들 초저고도 표적을 상대할 때, 레이더의 높이에 제약이 있는 알레이 버크 급은 27~30km 내외에서 표적을 탐지하게 된다. 물론 이지스 체계의 강력한 반응속도와 동시 다목표 대응능력을 감안한다면 이는 거의 문제가 되지 않을 수도 있다. 미국은 이지스함을 동원한 초음속 표적 요격시험을 연례적으로 반복하고 있으며, 심지어 강력한 전자전 상황 하에서 요격 시험을 실시하거나 마하 3의 속도를 자랑하는 러시아제 Kh-31을 소량 도입해 MA-31이라 이름 붙이고 표적으로 동원하기도 했다. 

 하지만 알레이버크와 유사한 계열의 이지스 구축함들은, 10km 이상 함대가 넓게 전개되어 있을 경우 마하 2.0 이상의 초음속 대함 미사일과 같은 새로운 위협에 대항해 자함의 방어는 충분히 수행할수 있지만, 정작 함대 전체에 충분한 지역 방공을 제공할 능력은 없다. 알레이 버크급 계열함이 사실상 주력함의 위치를 차지한 미국과 달리, 일본, 스페인, 한국, 오스트레일리아 등의 이지스 구축함은 타 함에 광역방공 및 지역방공을 제공해야 할 ‘방공함’ 이라는 점을 감안하면, 이는 근미래에 심각한 문제점으로 대두될 수 있다. 

◆ 탐지능력을 보강할 보조장비
 미국 해군은 높이가 SPY-1D(v)의 문제점에 대응하고자 대수상 탐색에 특화된 SPQ-9B 대공레이더를 함교 상부에 장착하고 있다. I 밴드 대역의 빔 3개를 동시에 운용하는 본 회전식 레이더는 60rpm으로 회전하며 저고도 표적경보를 담당해 SPY-1계열의 부담을 경감시키는 역할을 담당한다. 특히 SPQ-9는 세 개의 빔을 수직이 아닌, 수평방향으로 배열해 1회전에 3회의 탐지를 실시하며, 이를 이용해 포착과 동시에 추적을 수행할 수가 있다. 

▲ SPQ-9 레이더 시스템. I 밴드 대역의 빔 3개를 동시에 운용하는 본 회전식 레이더는 60rpm으로 회전하며 저고도 표적경보를 담당하여 SPY-1 계열의 부담을 경감시키는 역할을 담당한다.

 

 한국 해군은 미국과 달리, 프랑스의 SAGEM이 개발한 Vampir NG IRST를 마스트 최상단에 장착해 탐지능력을 보완하고 있다. 기존 이지스 체계에 통합되지 않았던 IRST를 탑재하기 위해 한국 해군은 1,600만 달러를 지불한 것으로 알려지고 있다. 열원(적외선)을 탐지 및 추적하는 IRST는 거리측정이 불가능하지만, 대신 레이더 반사면적 억제에 집중한 신형 미사일도 열 신호를 포착해 확실히 식별 및 추적을 실시하므로, 저공표적의 접근 경보임무에 적합한 장비이다. 

▲ 국내에서 개발중인 IRST 시스템. 분당 60rpm으로 회전하면서 가시선 내의 모든 대함미사일 및 수상위협을 감시할 수 있다.

 

 레이더 수평선이 아닌, 가시선 수평선 기준에 따라 탐지범위가 결정되는 만큼 수km가량의 손실이 있기는 하지만, 레이더에 비해 소형 경량이어서 마스트 최상단처럼 함에서 가장 높은 곳에 장착이 가능하다는 것도 IRST의 장점이다. 실제 SPQ-9B 대공레이더와 같은 대공레이더와 IRST 중 어느 쪽이 보다 우수한 것인가에 대한 논란도 있었지만, 이는 각국의 전략적 상황에 따라 결정될 요소라는 것이 정답이었다. 그러나 사실 SPQ-9B나 IRST은 단순한 ‘경보’만을 수행할 뿐이므로 장착이 문제의 ‘근본적인 해결책’ 이 되지는 못한다. 

두 번째, 영국의 Type 45 데어링급의 해결책
 처음부터 대함미사일 요격을 상정해 개발된 영국의 Type 45 데어링급 방공구축함은 알레이 버크와는 완전히 다른 접근법을 취했다. 우선 SAMPSON 대공레이더의 크기와 중량을 줄이기 위하여 능동식 위상배열 레이더를 회전식 마운트 위에 양면으로 배치하고, 이 레이더를 30rpm으로 돌려, 전자적으로 1초당 1개의 빔조사를 실시하는 고정형 위상배열레이더와 동등한 갱신률을 확보했다. 

▲ 영국해군의 Type45 데어링급. 방공함 중 가장 높은 40m에 위상배열레이더를 장착함으로써, 고도 10m의 저공 시스키밍 표적을 이론적으로 39km부터 추적할수 있어, SPY-1D(v)와 비교해 약 10km 먼 거리에서 추적이 가능하다.

◆ SAMPSON의 높은 마스트 위치
 SAMPSON이라 불리는 S밴드 대역의 위상배열레이더는 250km 범위 내에서 최대 1,000개의 표적을 추적하며, OOkm이내의 근거리에서는 테니스 공 크기의 표적까지도 동시 추적이 가능한 성능을 지니고 있다. 하지만 무엇보다 중요한 점은 Type 45 데어링급은 본 레이더를 기형적으로 높은 타워형 마스트 최상단에 설치했다. 덕분에 Type 45의 SAMPSON 레이더는 방공함의 3차원 탐지레이더들 가운데 가장 높은 40m 높이에 고정되어 수평선 한계를 크게 확장할 수가 있었다. 

 실제로 Type 45는 고도 10m의 저공 시스키밍 표적을 이론적으로 39km부터 추적할 수 있어, SPY-1D(v)와 비교해 약 10km 먼 거리에서 추적이 가능하다. 이는 Type 45가 현재 건조된, 혹은 근 미래까지 건조될 모든 방공함 가운데 가장 넓은 수평선 탐지범위를 확보하고 있으며, 알레이 버크에 비해 저고도 표적을 거의 13~15초 정도 빠르게 포착할 수 있다는 것을 의미한다. 

◆ ASTER-30 함대공 미사일
 Type 45는 사정거리는 짧지만 반응속도가 빠른 ASTER-30 함대공 미사일을 조합해 사용한다. ASTER-30은 최대 비행거리가 100km로 광역방공을 제공하기는 어렵지만, 미사일의 속도가 최대 마하 4.5로 SM-2 MR에 비해 훨씬 빨라서 초음속 대함미사일을 상대로도 30km이상의 거리에서부터 대응이 가능해, 보다 많은 요격기회를 창출할 수가 있다. 

▲ ASTER-30은 최대 비행거리가 100km이며, 세계최초의 능동식 레이더 시커를 갖춘 함대공 미사일로써 자함의 간단한 업/다운 링크만으로도 목표에 접근한 이후, 자신의 레이더를 통해 스스로 명중한다.

 또한 ASTER-30은 함이 표적에 레이더 빔을 조사해 줘야 하는 세미 액티브 레이더 방식과 달리, 미사일에 자체적으로 기능하는 레이더를 장착해 별도의 조사레이더를 필요로 하지 않는다. 참고로 ASTER-30 레이더 시커는 표적 반경 2m 내까지 50G로 기동하는 미사일을 탐지할 수 있을 정도로 우수하며, 따라서 ASTER 계열 미사일을 사용하는 방공함의 동시 요격회수는 미사일의 센서가 표적을 포착할 수 있도록 미사일에게 표적의 정보를 지속적으로 제공하는 ‘업링크 채널’의 숫자에만 제약을 받게 된다. 

 Type 45는 이런 특성을 활용해 동시에 12개의 표적을 대상으로 매우 빠르게 연속적인 교전을 시도할 수가 있으며, 심지어 사거리 내라면 조사레이더가 미치지 않는 지역에서도 표적에 대한 정보만 제공되어도 요격이 가능하다. 

세 번째, 미국의 SM-6 함대공 미사일 체계
 미국 역시 Type 45의 주요 이점인 레이더의 높이를 통한 이득과 액티브 레이더 유도방식의 함대공 미사일이 지니는 이점을 잘 파악하고 있으며, 이를 발전시키기 위한 수단도 지속적으로 연구하였다. 그 결과 2004년부터 개발이 시작된 SM-6 ERAM(Extended Range Active Missile)는 기존의 이지스 + SM-2 조합의 성능 한계를 극복하기 위한 시도의 일환이다. 

◆ SM-6 함대공 미사일의 등장
 세종대왕급 구축함 장비설로 유명해진 SM-6는 2단 부스터가 장착된 SM-2ER (BlkIVA)를 바탕으로 개발된 미사일로, 기존의 세미 액티브 레이더 유도방식 대신, 공대공 미사일인 AIM-120 AMRAAM의 신형 레이더 시커를 기반으로 한 능동유도 방식과 새로운 비행제어체계 및, 업/다운 링크 채널을 통해 조사레이더의 도움 없이도 표적을 공격할 수 있도록 개발되었다. 가장 큰 특이점은 수평선 한계 이내에서 빠른 요격에 집중한 ASTER 계열 미사일과 달리, SM-6는 아예 수평선 너머의 교전을 상정하고 개발되었다.  

 실제로 SM-6는 대형 부스터를 통한 속도 향상과 새로운 탄도비행형 알고리즘을 통해 최대사거리를 320~400km까지 연장하고 있으며, 이를 통해 장거리에서 순항미사일, UAV, 각종 항공기를 보다 효과적으로 요격하려 하고 있다. 이는 기존의 광역 및 지역방공의 영역을 근본적으로 확장시킨다는 것을 의미한다. 

◆ SM-6 + E-2D 조기경보기 연합
 문제는 표적을 탐지하고 SM-6 미사일에게 표적정보를 전달할 수단이다. 수평선 너머에 위치한 표적은 전투함에 탑재된 레이더로 탐지/식별/추적이 불가능하기 때문이다. 미국은 이를 E-2D조기경보기를 통해 보완하려 하고 있다. 즉, 전투함은 미사일 플랫폼으로만 기능하며, 실질적으로는 E-2D 조기경보기가 표적을 포착하고, 업 링크를 통해 미사일을 중계 유도하여 미사일이 자체적으로 표적을 포착하도록 하는 것이다. 

▲ E-2D와 SM-6를 연동하여 장거리에서 대공목표물을 파괴하는 개념을 보여준다.

 이는 엄청난 이점으로, 11Km 가량의 고도에서 운용되는 E-2D는 수평선 탐지한계가 450km이상이므로, 탑재 레이더의 성능을 충분히 활용할 수가 있다. 현재 미국은 2011년 배치를 목표로 SM-6개발을 순조롭게 진행하고 있으며, 2008년 6월과 9월에 뉴맥시코주의 화이트 샌드 미사일 시험장에서 지상 시험발사에 성공했다. 본 시험에서 SM-6는 2차례 모두 표적으로 설정된 무인기에 정확히 명중한 것으로 알려지나, 표적 무인기의 구체적 비행 상태, 거리 등 기타 내역은 확인이 되지 않았다. 미국은 앞으로 매년 3억 달러 이상의 투자를 지속하여 SM-6 체계를 실전 배치시킬 예정에 있다. 

 사업이 계획대로 된다면 2011년부터 타이컨딜로거급 순양함에 배치가 시작되고, 이듬해부터는 알레이 버크급 구축함도 일부 SM-6를 장비할 것이다. SM-6와 E-2D 조기경보기가 연합할 경우, 함대공 미사일의 방어거리는 가볍게 300km를 넘어서게 되므로, 적이 사정거리 300km급 장거리 대함미사일을 발사해도, 최소 200km이상의 거리에서 이를 요격할 수 있게된다. 

한국해군에 대한 교훈점
 한국해군이 한 때 탄도미사일 방어를 위해 SM-6를 도입한다는 언급도 있었으며, 실제 실전 배치 이후 어느정도 시간이 지나면 한국해군에 대한 판매도 가능할 것이다. 문제는 SM-6의 능력을 제대로 운용하기 위해서는 E-2D라는 조기경보체계가 필요한데 비해, 한국해군은 이를 운용할 수 있는 항공대 및 항공모함을 보유하지 않고 있다. 

◆ 세계각국의 대응추세
 SM-6와 E-2D 조기경보기시스템이 등장하자, 이탈리아와 영국 등 이미 경 항공모함을 통해 헬리콥터 탑재 조기경보체계를 연구하던 국가들은, 조기경보 헬리콥터와 방공함의 혼성 운용과 같은 복안을 검토중에 있다. 물론 아직은 구체적인 연구 및 개발 계획은 나와 있지 않으나, 영국이나 이탈리아 등은 헬리콥터 탑재 조기경보기와 함께 액티브 레이더 유도방식을 사용하는 ASTER를 운용하므로, 양자를 결합하기 위한 여러 종류의 기초연구를 수행하고 있다. 

▲ 미 해군의 E-2D 조기경보기이다. 11km 가량의 고도에서 운용되는 E-2D는 수평선 탐지한계가 450km이상이므로, 여기에 SM-6가 연동될 경우 궁극적인 함대공 시스템이 될 것이다.

 

 다만 조기경보 헬리콥터와 사정거리 100km급의 ASTER-30의 연합은 이론적으로 용이하나, 실제 수많은 테스트와 연구과정을 거쳐야 하므로 적어도 수억달러의 비용과 함께, 3~5년의 시간이 소요될 것으로 판단되고 있다. 때문에 유럽에서 동종시스템이 등장하는 시기는 아무리 빨라야 2015년 이후가 될 것이다. 

◆ 대한민국에 주는 교훈점
 대한민국 해군은 SM-6의 넓은 커버면적을 이용해 단거리 탄도미사일을 요격하고자 이를 도입하는 방안을 검토하고 있다. 실제 SM-6가 도입될 경우, 나름대로 대공전 능력에도 상당한 도움을 주는데, 그 이유는 조사레이더의 도움없이 업/ 다운링크 채널만을 통해 유도되기 때문이다. 즉 360도 전 각도로 다가오는 대함미사일을 향해, SPG-62 조사기레이더를 조준할 필요가 없이, 동시에 12~15개의 SM-6 대공미사일을 동시에 사용할 수 있기되어 반응속도가 크게 증대되기 때문이다.  

▲ 영국해군의 시킹 AEW7 헬기탑재형 조기경보기로, 대형 항모가 없이도 반경 150km이상의 거리를 탐색할 수 있는 능력을 제공해 준다. 현재 유럽에서는 헬기탑재형 조기경보기와 ASTER-30/45를 연동하는 장거리 함대공 시스템의 개념이 논의되고 있기도 하다.

 또한 SM-6은 장거리 비행을 위해 강력한 로켓모터를 사용하므로, 비교적 근거리에 위치한 대함미사일을 상대할 때 상당히 강력한 종말에너지를 가지고 고기동으로 접근할 수 있다는 부수적 장점도 있다. 하지만 완벽한 SM-6의 운용을 위해서는 우리도 유럽과 같이 헬리탑재형 조기경보기를 운용하고, 동시에 이를 SM-6와 연동시키는 작업을 수행할 필요가 있다. 이는 말은 쉽지, 실제 헬리콥터 탑재형 조기경보기의 가격만 대략 5억 달러정도이고, 이를 SM-6와 연동시키는 작업에 필요한 금액은 상정할 수도 없으므로, 사실 손을 대기가 무척 어려운 사업이 될 것이다. 

정리하며...
 현재 세종대왕급은 앞으로 10년 간은 개량소요가 발생하지 않겠지만, 궁극적으로는 헬기탑재형 조기경보헬기를 도입하거나, 혹은 공군의 E-737조기경보기와 연동시켜 장거리에서 SM-6을 통해 대함미사일을 요격하는 시스템을 구축할 필요가 있을 것이다. 이것은 현존하는 가장 강력한 대공전 시스템이기 때문이다. 

 세계 최신 ‘함대공 시스템’ 발전추세 알아보기

 해군 ‘차기구축함 프로젝트’ 사진으로 알아보기

 함포중심 대공전 위한 ‘차기탄약체계’ 알아보기

 한국해군의 ‘대함미사일 체계’ 사진으로 알아보기

 프랑스·이탈리아 합작, 최첨단 ‘FREMM’ 전투함

 韓 항공모함 위한, 고정익 함재기 운용법은?

 

기사제공= 월간 밀리터리 리뷰 2009년 2월호


신고
Posted by e밀리터리안

댓글을 달아 주세요


티스토리 툴바