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  1. 2009.06.15 敵전차 머리 위서 파괴 ‘한국형 상부공격 지능탄’ (1)

 

 2009년 말이 되면, ‘한국형 상부공격 지능탄’의 완성시제가 등장하게 된다. 현재 개발이 진행중인 한국형 상부공격 지능탄은 자체의 Active MMW과 Passive MMW, IR 센서시스템을 통해 전차, 보병전투차, 자주포와 같은 기동형 장비를 스스로 탐지·추적해 공격하는 시스템으로, 155mm급 곡사포는 물론, 전술탄도미사일, 순항미사일, 무인정찰기용 무장시스템으로 널리 활용될 전망으로 있다.

 

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한국형 상부공격 지능탄의 완성
 국방과학연구소를 주축으로 2006년 3월부터 본격화된 한국형 상부공격 지능탄의 완성시제가 2009년에 등장하게 된다. 현재 개발중인 한국형 상부공격 지능탄은 독일이 1997년에 개발을 완료한 SMArt-155와 기본적인 개념과 성능에서 거의 유사한 시스템으로, 기본 스펙에서는 과히 세계최고급이라 알려지고 있다. 한국형 상부공격 지능탄은 먼저 155mm 곡사포탄용 모델이 개발되어 실전 배치되겠지만, 거의 동시에 한국형 다연장 로켓시스템을 위한 227mm 로켓탄에도 탑재될 계획으로 있다.

 

 또한, 차후에는 한국형 탄도미사일, 한국형 공대지 순항미사일 등에도 탑재될 것이며, 개발된 기술력을 이용해 K2 흑표 전차를 위한 사정거리 8km급의 전차용 상부공격 지능탄(KSTAM), 미국의 M93 Hornet과 유사한 한국형 지능형 지뢰에도 활용될 계획으로 있다. 이렇게 한국형 상부공격 지능탄은 다양한 플렛폼에 탑재되겠지만, 그 시작점은 현재 한국육군 포병의 주력탄종인 DPICM탄의 한계를 넘어서기 위함이었다. 지금부터 한국형 상부공격 지능탄의 개발목적부터 시작해, 그 자세한 성능과 운용방법에 이르는 종합 보고서를 시작해보고자 한다.

 

첫 번째, 한국형 상부공격 지능탄의 필요성
 현재 한국육군이 사용하고 있는 155mm K-305 한국형 DP-ICM탄은 K-214 대인용 자탄 64발, K-215 대물(기갑)용 자탄 24발을 내장하는 구조를 갖는다. 여기서 K-214 대인용 자탄은 폭발 시 날카로운 파편을 형성하며, K-215 대물용 자탄은 소형 HEAT탄으로 약 100mm의 관통력을 발휘함과 동시에, 폭발하면서 넓은 파편을 형성한다.

 

◆ DPICM VS 상부공격 지능탄
 다만 1발의 K-305 DPICM탄에서 방출되는 24발의 K-215 대물용 자탄은 ‘170m 반경’ 안에서 넓게 산포되므로 당연히 밀도가 엷어져 충분한 살상율을 얻을 수 없다. 때문에 자탄의 밀도를 높이고자 6문으로 구성된 1개 포대가 ‘300~150m’ 구역 안에 집중사격을 실시하게 되는데, 이들 구역은 통상적으로 1개 기계화소대(4대의 차량으로 구성)정도가 활동하는 공간에 불과해 투자되는 시간과 비용을 고려하면 그 제압효율은 그다지 높지 않다.

 

▲ 다연장 로켓탄과 155mm곡사포탄에 사용되는 K-215 대물용 자탄이다. 절개면을 통해 볼 수 있 듯 소형 HEAT탄으로 약 100mm의 관통력을 발휘함과 동시에, 폭발하면서 파편을 형성한다.

 

 이렇게 기계화부대 대응능력이 떨어지자, 한국군은 대인용과 대물용을 혼용하지 않고, K-215 대물용 자탄 49개만을 탑재한 순수한 ‘대기갑용 K-310’ 탄을 개발해 배치하고 있으나, 역시 화력적으로 부족한 편이다. 관련업계의 주장에 따르면, 통계를 종합하면 전차 1대의 완전파괴에 소요되는 탄의 수량은 재래식 HE탄은 500~1,000발, DPICM탄은 36~150발이 필요한 것과 비교해, SMArt-155와 같은 지능탄은 3발(2개의 지능탄 내장)이면 충분하다고 언급한다.

 

 실제로 2003년 이라크전에 사용된 M-895 SADARM은 SMArt-155와 비교해 명중률이 떨어졌음에도 108발을 사격해 48대의 차량을 파괴시켰다. 이는 45%가 넘는 명중률을 보여주었음을 의미하며, 1개 차량파괴에 필요한 상부공격 지능탄의 수량이 3발 이하임을 증명하는 사례이기도 했다. 덧붙여 독일 국방부는 자국이 운용하는 SMArt-155와 재래식 탄종을 비교하는 자료를 공개하기도 하였다. 이를 보면, SMArt-155은 재래식 HE탄과 비교해 1:80의 효율을, DPICM탄과는 1:12∼1:50 정도의 효율이 있으며, 15대의 병력수송장갑차(APC)를 완파하기 위해 최대 100발의 SMArt-155탄 또는 5,000발의 재래식 포탄이 필요하다는 자료를 공개하기도 했다.

 

▲ 독일의 GIWS 컨소시움이 개발한 SMArt-155 상부공격 지능탄의 모습이다. 현존하는 가장 강력한 시스템으로 재래식 HE탄과 비교해 1:80의 효율을, DPICM탄과는 1:12∼1:50 정도의 효율을 갖는다.

 

 물론, 상부공격 지능탄은 발당 3~5만 달러에 이르는 고가품이나, 독일육군은 SMArt-155가 1개의 목표를 파괴하는데 필요한 획득비용을 DPICM탄의 절반이하가 될 것으로 규정해 이것이 만족되었다고 언급하므로, 비용대 성능면에서도 우수한 것으로 알려지고 있다. 결국 상부공격 지능탄은 사치품이 아닌, 목표파괴에 필요한 사격횟수와 비용 모두를 크게 감소시킬 수 있는 우수한 무기체계로 전 세계에서 유일하게 냉전형 위협에 시달리고 있는 대한민국에게 최고의 선물임이 틀림없을 것이다.

 

두 번째, 본격화된 한국형 상부공격 지능탄
 점차로 상부공격 지능탄의 우수성이 증명되자, 한국육군은 북한군의 포병전력을 무력화시키는 이른 바 대화력전을 위한 수단으로 상부공격 지능탄 획득한다는 계획을 2003년부터 시작하였다. 당시만 해도 획득방식은 국내개발이 아닌, 해외 직도입이었으며 독일의 ‘SMArt-155’와 스웨덴/프랑스 합작의 ‘BONUS’를 평가해, 이중 보다 우수한 SMArt-155에 큰 관심을 표명하였다. 하지만 이들 상부공격 지능탄은 발당 3~5만 달러에 이르는 고가품이었고, 당시만 해도 그 효과와 가치가 확실히 검증된 시기가 아니었고, 대량의 탄약수효가 발생하는 만큼 이를 국내 개발해야 한다는 의견도 강하게 제기됐다.

 

◆ 한국형 상부공격 지능탄의 연구
 한국육군이 상부공격 지능탄의 높은 가격과 엄청난 수요량에 고민하던 사이, 국방과학연구소는 자신의 연구 성과를 설명하면서 막대한 기술파급 효과 및 경제성을 갖춘 상부공격 지능탄의 국내개발이 가능함을 주장하였다. 실제 국방과학연구소의 상부공격 지능탄의 연구는 상당히 오래전부터 수행된 것으로, 1988년~1991년에 걸쳐 ‘지면 전파 반사계수에 관한 연구’, ‘유전율 측정에 관한 연구’, ‘적외선용 렌즈 설계연구’등 기초연구에 착수한 상태였다.

 

▲ 국방과학연구소가 개발한 한국형 상부공격 지능탄용 센서의 1차적 시제품이다. 전면에 Ka밴드를 사용하는 MMW장치가 보이고, 측면에 IR 센서를 가지고 있음을 알 수 있다. [출처 : 국방과학기술플러스 Vol.73]
 

 그러나 실험실 연구 장비의 부족 등으로 인해 기초 이론적인 범위를 벗어 날 수 없었으나, 1992년~1995년에 걸쳐 좀더 구체적인 기술능력을 확보하기 위해 ‘장갑표적 감지 신관센서 연구’를 수행하게 되었다. 이때에는 MMW(밀리미터파)센서 및 IR(적외선)센서의 이론 연구와 더불어, Ka(35GHz)대역의 안테나, VCO, 신호혼합기 등의 설계연구에 착수해 도파관형 Ka-대역 송수신 모듈을 완성하였고, 중적외선 대역의 렌즈 시스템 및 1 2개의 PbSe 적외선 감지소자를 이용한 IR 센서를 연구하였다.

 

 그 후, 1998년~2001년에는 Ka-대역의 마이크로스트립 안테나, MMIC(Monolithic Microwave & Millimeter Wave Integrated Circuits) VCO, 신호혼합기 등을 사용해 소형화된 Ka-대역의 MMW 레이더 센서와 레디오미터 센서를 설계하였다. 이렇게 기초기술이 확보되자 본격적으로 2002년~2005년에 ‘다중센서 융합에 의한 장갑표적 감지 및 인식기술연구’를 통해 W(94GHz)대역의 도파관형 MMW 레이더 및 레디오미터 센서와 MCT형 1x16 선형 어레이 중적외선 감지소자를 적용한 IR 센서, 그리고 다중센서 융합기법을 개발하게 되었다.

 

 이렇게 축적된 연구결과는 국방부를 설득하기 충분한 것이었고, 이에 상부공격 지능탄의 본격적인 개발 결정이 내려져 2006년부터 현재까지 실제적인 시제품에 해당하는 ‘상부공격 지능자탄 결합체 설계기술’을 통하여 포탄 내부에 설치 가능하고 포탄 발사시의 고충격에도 생존할 수 있는 초소형 내고충격 지능탄 탑재용 MMW/IR 다중센서를 개발하고 있다. 지금까지 상당히 복잡한 이야기가 나오고 있다. 이에 본지는 위에서 언급된 용어들을 하나하나 풀어가는 방법을 통해 한국형 상부공격 지능탄의 구조와 성능에 대해 설명하고자 한다.

 

세 번째, 한국형 GPS 유도 지능포탄
 국방과학연구소는 2007년에 GPS/IMU 항법장비로 유도되는 2차원 유도장치와 BB(베이스 브리드)사거리 연장모듈로 구성되는 운반모듈과 함께, 그 속에 내장된 한국형 상부공격 지능탄 + DPICM 자탄으로 구성된 ‘한국형 GPS 유도 지능포탄’을 공개했다. 상당한 복잡한 구성으로 된 ‘한국형 GPS 유도 지능포탄’의 구조설명과 함께, 내장된 ‘한국형 상부공격 지능탄’에 대한 구성 설명을 먼저 시작해 본다.

 

▲ 국방과학연구소가 개발하고 있는 ‘한국형 GPS 유도 지능포탄’이다. 2차원 유도장치와 BB(베이스 브리드)사거리 연장모듈로 구성되는 운반모듈과 함께, 그 속에 내장된 ‘한국형 상부공격 지능탄’ +DPICM 자탄으로 구성된다.

 

◆ 한국형 GPS 유도 지능포탄의 구조
 K9 자주포가 발사하는 K-307탄의 최대사정거리는 41km를 자랑하지만, 문제는 41km 최대사정거리에서의 착탄면적이 무려 400 x 600m이나 되어, DPICM이나 상부공격 지능탄을 사용한다고 해도 충분한 명중률을 달성하기가 곤란하다. 이에 국방과학연구소는 기존의 재래식 HE탄은 물론, 고가의 DPICM탄 및 상부공격 지능탄의 공격효과를 높이고자 어떠한 사정거리에서도 25~50m라는 극히 정확한 오차로 명중될 수 있는 GPS/IMU 유도장치와 전·후방의 2차원 구동날개로 제어되는 ‘한국형 GPS 유도포탄’을 개발하고 있다.

 

▲ 한국형 GPS 유도 지능포탄의 구조도

 

 여기서 ‘2차원 유도장치’란, 후방에는 전기모터를 통해 회전속도를 조종할 수 있는 ‘대형 공력날개’를, 전방에는 세부적인 오차수정 능력을 갖는 ‘소형 제어날개(카나드)’를 통해 비행탄도를 수정하는 장비를 의미한다. 이는 기존의 1쌍의 날개로만 된 1차원 탄도수정장치가 탄착군의 ‘세로 폭 오차’만을 보정하는 것에 비해, 회전수와 2차원 유도장치는 탄착각도 오차에 해당되는 탄착군의 ‘가로 폭의 오차’마저도 세밀하게 수정해, 포탄 탄착오차를 크게 줄이는 능력을 발휘한다.

 

 아울러 GPS 유도포탄은 유도에 필요한 항법데이터를 GPS수신장치+ IMU(관성항법장치)에 의존하므로, 적의 GPS재밍에 의해, GPS신호를 수신받지 못하더라도 IMU를 통한 보정을 통해 일정한 공산오차(PE)만을 지닌다. 실제로 국과연이 소개한 한국형 모델의 경우에는 ‘25~50m 공산오차(PE)’를 목표로 개발될 것으로 나와 있으며, 만약 미국의 군사용 GPS 수신장치를 도입한다면 그 오차를 10m이하로 줄일 수도 있다.

 

◆ 상부공격 지능탄 + DPICM탄 구조
 한국형 GPS 유도포탄 내부에는 각각 ‘한국형 상부공격 지능탄’과 ‘DPICM’탄이라는 2종류의 탄이 결합된다. 이는 이유가 있는데, GPS 유도포탄은 한국육군이 요구하는 35km급의 사정거리를 달성하고자 BB(베이스 브리드 항력감소장치)를 장착하고 있으나, 전/후방의 유도모듈의 부피와 중량이 상당해 내부 탑재공간에 제한이 가해질 수밖에는 없었다. 이 상태에서 직경 145mm정도, 전장이 220mm, 중량이 13kg에 이르는 한국형 상부공격 지능탄 모듈 2개를 장착할 경우, 지나치게 포탄의 길이와 중량이 커져 BB모듈을 이용한다고 해도 그 사정거리가 크게 줄어든다.

 

 또한 상부공격 지능탄은 기계화 차량 공격에만 유용하므로, 기계화차량 및 포병차량과 함께 행동하는 주변의 보병과 포병을 공격하는 능력이 없었다. 이렇게 체적과 중량 및 인마살상력 부족문제를 해결하고자 1개의 상부공격 지능탄을 탑재한 상태에서, 한정된 공간 안에 소형 K-215 DPICM 자탄을 집어넣는 방법을 통해 인마살상능력과 35km급 사정거리를 갖춘 ‘한국형 GPS 유도 지능포탄’이 개발될 계획이다.

 

네 번째, 한국형 상부공격 지능탄의 구조
 한국형 GPS 유도 지능포탄에 장입되는 한국형 상부공격 지능탄의 구조는 상당히 복잡하다. 상부공격 지능탄의 기본 구조를 보면, 전방에 ‘MMW(밀리미터파) 송수신용 안테나’가 있고, 그 후방에 ‘탄탈륨’ 재질로 제작된 EFP탄용의 ‘원반 라이너’가 있다. ‘탄탈륨 원반 라이너’의 후방에는, 탄탈륨 라이너를 기다란 관통자로 형상으로 변형시킬 고폭약, 그것도 둔감도를 만족시키는 ‘둔감폭약’이 위치하고 있다.

 

▲ 한국형 상부공격 지능탄의 구조도

 

 그 뒤에는 ‘MMW 능동식 레이더’ 및 ‘수동식 MMW 레디오미터(Radiometer)’, ‘IR센서’의 정보를 처리하는 ‘신호처리 장치’가 있고, 측면부에는 IR센서가 숨겨져 있어, 낙하산의 방출과 동시에 탄체의 측면에서 IR센서가 튀어나오도록 되어 있다. 그 뒤에는 속도감속 및 활강비행을 위한 ‘회전 낙하산’이 있고, 최후방에는 포탄구조물에서 최초 방출 시의 높은 속도를 감소시키기 위해 Ballute(감속용 풍선)이 있다. 이들은 다음과 같이 운용된다.

 

 하나, 155mm 곡사포를 통해 발사된 한국형 상부공격 지능탄을 탑재한 한국형 GPS 유도 지능포탄이 목표지점에 도착하면, 목표 부근에서 1,000m 고도에서 방출장약(ejection charge)의 기폭을 통해 ‘상부공격 지능탄’이 외부로 방출된다.
 

▲ 한국형 상부공격 지능탄의 운용도

 

 둘, 방출직후 자탄의 Ballute(감속용 풍선)이 방출되어 속도를 줄이면, 곧이어 측면의 Despin flap(회전감속 날개)가 전개되어 역시 속도와 회전력을 감속시킨다. 이와 동시에 자탄방출 충격을 통해 내장된 수명 20년의 열전지가 활성화되어 이를 통해 전자부품과 센서가 작동하게 된다.
 
 셋, Ballute(감속용 풍선)을 통해 감속을 완료한 자탄은 풍선을 분리시키게 되고, 곧 회전 낙하산을 전개하여 13m/s의 속도로 낙하하면서 초당 3회전하며 30도 각도로 나선을 그리며 지면을 탐색하게 된다. 탑재된 IR(적외선 센서), MMW(밀리미터 레이더 탐색기), 레디오미터(radiometer)가 작동을 시작하는 고도는 150m이며, 3가지 탐지센서를 목표에 대한 탐지, 식별, 조준을 수행하게 된다. 통상적으로 한국형 상부공격 지능탄은 150m고도에서 ‘185x185m’의 공간, 면적으로 35,000평방미터의 공간을 탐지, 식별해 공격을 수행하게 된다.
 

▲ 상부공격 지능탄이 Ballute(감속용 풍선)를 전개한 모습이다. 본 감속용 풍선을 통해 속도와 회전력을 떨어뜨린 후, 낙하산을 전개하게 된다.

 

 넷, 목표가 정확히 인식되면, 탄탈륨 원반구조물을 둔감폭약의 폭발로 변화시켜서 만들어낸 속도 1,700~2,000m/s의 EFP탄 관통자를 발사, 두께 100~130mm정도의 강철판을 관통해 기계화 차량 내부에 있는 인원과 장비를 파괴하게 된다. 만약 지면 위 20m 도달 시까지 표적확인이 안 될 경우에는 ‘자폭신관’이 작동해 자폭하며, 지면착탄 시까지도 자폭이 안 될 경우에도 일정시간 경과 후 자폭하는 이중 안전장치를 갖추고 있다.

 

다섯 번째, 한국형 상부공격 지능탄의 센서시스템
 지금까지 기본적인 구조와 작동과정의 설명이 끝났으므로, 지금부터 한국형 상부공격지능탄을 구성하는 MMW(밀리미터 레이더 탐색기), 레디오미터(radiometer), IR센서와 같은 구성품에 대해 자세히 설명해 보고자 한다.

 

◆ MMW 장비란 무엇인가?
 국내에서 개발될 장비를 분석하기 앞서 MMW(밀리미터파)란 주파수의 파장이 30GHz에서 300 GHz까지의 대역을 의미한다. 이들 MMW 주파수 대역은 주파수 대역이 높아 목표 분해능력이 좋고, 안테나의 크기 등 소형화가 가능해 지능탄에 센서로 구현하는데 유리하고, 기존의 적외선이나 가시광선과 비교해 악천후에서의 산란 즉 안개, 비, 구름, 먼지 등의 영향이 적기 때문에 전천후 활용성이 뛰어나기에 선택되었다. 물론, MMW 대역도 전체적으로 우수한 것은 아니어서, Ka-대역(35GHz으로 미국의 SARDAM이 사용)부근과 W-대역으로 호칭되는 94GHz(독일의 SMArt-155와 한국형 상부공격지능탄 사용)대역부근에서만 기후의 습도의 영향을 적게 받으므로 이들 2개 중 하나를 선택해 사용한다.

 

▲ 2007년에 완성된 한국형 상부공격 지능탄용 MMW 센서결합체의 사진이다. 거의 완성된 형태를 보이고 있으며, 평탄한 정면부가 MMW 송수신 패널이고, 측면 벽에 튀어나온 것이 바로 IR센서이다. [출처 : 국방과학기술플러스 Vol.73]

 

 MMW 장비시스템은 2개의 방식으로 운용되는데, 첫 번째 방식은 MMW대역의 레이더 빔을 발사해, 레이더 빔이 목표에 맞고 반사되는 것을 포착해 사용하는 ‘MMW 레이더’가 있다. 두 번째로는 지구상의 모든 물체서 방출되는 MMW 대역의 복사에너지를 수동적으로 포착하는 ‘레디오미터’가 있는데, 양자는 각각의 다른 장점을 지니므로 미국의 SARDAM과 독일의 SMArt-155, 한국형 상부공격 지능탄 모두 양자를 공용으로 사용하고 있다.

 

◆ MMW 레이더 시스템
 한국형 상부공격 지능탄은 94GHz대역의 레이더를 발사해, 이를 송수신하는 방법을 통해 ‘지표면과의 고도’, ‘목표의 탐색’, ‘목표의 형상포착’을 수행하게 된다. 현재 한국형 상부공격 지능탄을 위해 안테나 직경 120mm에 후방 신호처리 모듈직경 40mm정도의 MMW 장비시스템이 개발되고 있다. 개발 스케줄은 2009년까지 83억원의 예산을 들여 수량 50발의 시험탄을 위한 MMW 장비시스템이 개발될 계획이다.

 

 성능을 보면, 사용되는 레이더 전파의 패턴은 FMCW(Frequency-Modulated Continuous Wave)방식으로, 상부공격 지능탄은 통상적인 레이더처럼 송/수신 패널의 위치를 움직일 수가 없으므로, 연속파형 신호를 주파수로 변조해 안테나를 통해 표적에 송신하게 된다.  그 이후, 표적에서 반사된 신호를 수신해 전파의 시간지연에 따른 송신신호와 수신신호의 주파수 변화를 이용함으로써 표적과의 거리를 측정하게 된다. 이때 레이더 거리측정을 세심히 수행하는 방법으로 목표의 높낮이를 통해 목표의 기본적인 형상을 얻을 수 있고, 또한 목표에 맞고 수신되는 레이더 출력의 양을 비교하여 표적의 유무를 탐지할 수 있다.

 

◆ 레디오미터 센서시스템
 레디오미터(Radiometer)는 방사 및 복사를 의미하는 ‘Radiation’과 측정장치를 의미하는 ‘Meter’의 합성어로, 목표에서 방출되는 복사에너지를 감지하는 센서시스템을 의미한다. 지구상에 존재하는 절대온도(-273도)이상의 모든 물체는 내부의 원자들 간의 충돌이나 분자들 간의 결합 모드에 의한 진동, 회전, 입자운동 등에 따라 자기 스스로 고유한 패턴의 복사에너지를 방출한다는 것이 ‘Planck의 양자이론’을 통해 증명되었다. 즉, 지구상의 모든 물체는 고유의 복사에너지를 방출하므로, 고유 복사에너지를 수신해 분석하며, 그 물체가 금속인지, 돌인지, 나무인지에 대한 특성을 알 수 있게 된다는 것이다.

 

▲ 국방과학연구소에서 자동차를 이용하여 레디오미터(Radiometer)를 테스트하는 장면과, 레디오미터를 통해 탐지된 자동차 금속재질의 그래프 모습. [출처 : 국방과학기술플러스 Vol.73]

 

 본 특성을 이용, 한국형 상부공격 지능탄은 물체가 방출하는 W대역(94GHz)의 고유 에너지를 수신하는 TPR 방식의 레디오미터 센서를 이용하여 목표의 존재와 함께 그 성질을 파악하게 된다. 이런 능력이 중요한 것은 MMW 레이더는 적의 전자적 재밍으로 방해될 수 있고, 적이 만들어낸 디코이(허위표적)이나, 레이더파 흡수 코팅, 지면의 복잡성으로 인해 발생하는 클러터(Clutter)에 방해받기 쉽기 때문이다.

 

 이와 비교해 레디오미터는 목표가 방출하는 고유의 복사에너지를 탐지하므로, 목표가 금속재질 물체인지 아니면 기만체에 흔히 사용되는 목재나 복합재인지를 구분할 수 있게 된다. 또한 고유의 복사에너지를 탐지하므로 전자방해가 불가능하고, 복잡한 지형에서도 쉽게 포착될 수 있다.

 

◆ IR 센서시스템
 한국형 상부공격 지능탄의 측면벽에 내장식을 장착될 IR 센서시스템은 전폭 40mm  길이 60mm에 중량 150g의 소형장비이지만, 장착된 MCT 시커를 냉각시키기 위한 냉각봄베까지 갖춘 훌륭한 냉각형 열영상 시스템이다. 참고로 IR(Infrared)은 파장이 0.77㎛ 1mm인 대역으로 가시광선과 RF(Radio Frequency) 대역 사이에 존재하는 전자파로 적외선이란 용어로 불리어진다. IR(적외선)을 탐지하는 IR센서 역시 Planck 복사이론에 따라 절대온도(-273도)이상에서 모든 물체에서 발생되는 적외선 대역의 복사에너지를 탐지하게 된다.

 

 감지용 소자로는 과거에는 PbSe(납-셀레늄) 혹은 InSb(인듐-안티몬)화합물이 사용되었으나, 지금에는 보다 우수한 HgCdTe(MCT: Mercury-Cadmium-Telluride : 수은, 카드뮴, 텔루르)화합물을 사용하는 적외선 감지소자가 주로 이용되고 있다. 현재 한국형 상부공격 지능탄의 시험모델은 1x16배열의 MCT 적외선 감지소자를 이용해 3 6㎛인 중적외선 대역을 탐지하고 있으며, IR센서의 이용목적은 다음과 같다.

 

 우선, IR센서는 MMW 센서에 비해 시스템의 소형화, 경량화가 가능하며, 높은 해상도를 지닌다는 특성 외에, 특히 MMW 센서로는 감지할 수 없는 표적의 엔진이나 배기구의 열원을 감지할 수 있다. 본 능력을 이용, 목표의 열원을 탐지해 복잡한 지형에 숨어 있는 목표 탐지에 유용하고, 방출되는 열 패턴을 통해 목표가 진짜인지 디코이(기만체)인지를 식별할 수 있다. 그리고 상부공격 지능탄을 비롯, 여러 공격수단에 의해 목표가 파괴되어 발생한 화재를 탐지해, 이미 파괴된 목표에 대한 재공격을 방지하게 된다.

 

◆ 다중센서 융합기법
 스웨덴, 프랑스 합작의 BONUS를 제외한, 현재 개발된 모든 종류의 포병용 상부공격 지능탄들 즉 SADARM, SMArt 155, MCS-E2, 한국형 상부공격 지능탄 모두는 MMW 레이더, 레이디오미터, IR 센서를 장착하고 있으며, 동시에 이들 센서의 데이터를 융합하는 이른 바 ‘다중센서 융합기법’을 사용하고 있다. 이는 각각의 센서의 고유의 장/단점이 있기 때문인데, MMW 센서는 IR 센서에 비해 눈, 비, 안개 등의 악천후에 대한 손실이 적어 목표물 탐지능력이 우수하다. 하지만 IR 센서와 비교해 허위표적이나 표적코팅, 클러터(Clutter) 등에 취약하고, IR 센서에 비해 해상도가 떨어진다.

 

 IR 센서는 시스템이 간단하고 소형화, 경량화가 가능하고 수동형으로 높은 해상도가 용이한 반면 안개, 먼지,연기, 화염 등의 전장 환경에 취약하다. 또한 MMW 센서간에도 수동 레디오미터 센서는 적의 전자재밍에 강하고 금속의 면부분을 감지하는데 유리한 반면, 거리측정이 불가능하고 물(수면)과 강우(强雨)에 취약하다. 능동 레이더 센서는 거리측정 및 인공적인 금속구조물 감지에 유리한 반면, 목표위에 쌓인 눈과 적의 전자재밍에 취약하다.

 

 때문에 단독으로 사용하기 보다는 센서들의 상호 장단점들을 잘 융합하면 다양한 전장상황에서 상부공격 지능탄의 표적감지 능력 향상 및 지능탄의 운용 효과를 극대화 할 수 있게 된다. 사실 상부공격 지능탄을 구성하는 각각의 센서들은 돈만 주면 얼마든지 구매가 가능하지만, 각각의 센서를 융합하여 최고의 성능을 발휘하는 ‘다중센서 융합기법 소프트웨어’는 최고의 노하우로써, 개발된 상부공격 지능탄의 성능을 수준을 규정함과 동시에, 수많은 시뮬레이션과 실제적인 사격을 통해 노하우를 하나하나 축적하는 수밖에 없는 기술이기도 하다.

 

 현재 국내에서도 한국형 상부공격 지능탄을 이루는 각각의 센서의 개발을 끝내고, 이들 센서들을 융합하는 소프트웨어 개발을 적극적으로 수행하는 과정에 있는데, 당연히 얼마만큼의 시간과 예산을 사용하는 가에 따라서 그 완성도가 달라지게 될 것이다. 즉 세상에 공짜는 없는 것이다.

 

다섯 번째, EFP시스템의 개발
 EFP(Explosively Formed Pnetrator : 폭발성형관통자) 기술은 1930년대 독일과 헝거리 군사기술 전문가에 의해 만들어진 오래된 기술로, 구리재질의 라이너와 C4폭약, 신관 장치만을 통해 간단히 개발할 수 있다. 국내에서도 1980년대 초반부터 EFP탄에 관련된 기술연구가 시작되어, 현재 구리재질 라이너로 된 EFP탄을 사용하는 K442 저판관통지뢰가 개발되어 사용되고 있기도 하다.
 

▲ EFP탄의 형성과정 및 관통과정을 보여주고 있다.

 

◆ 탄탈률 EFP시스템의 개발
 다만 문제는 상부관통 지능탄의 EFP용 원반 라이너의 직경이 135mm에 불과한 만큼, 요구된 100~130mm급의 관통력을 얻기 위해서 원반 라이너의 재질을 철이나 구리가 아닌 비중이 높은 백금계의 탄탈륨을 사용하고, 보다 복잡한 폭약 성형과장이 필요하다고 한다. 이를 위해 현재 약 13억의 예산으로 한국형 EFP탄을 개발하고 있는데, 테스트에서 고가의 탄탈륨을 낭비할 수는 없으므로, 먼저 기본시제용의 구리 라이너 80조가 만들어져 여러 테스트를 수행한 이후, 완성세제에는 165조의 탄탈륨 라이너가 생산되어 본격적인 관통테스틀 수행한 계획으로 있다.

 

 특이한 점은 보관, 운반상의 안전을 위하여 EFP용의 폭약을 둔감화약으로 제조하는 계획이 현재 마련되고 있는데, 개발 단계에서 둔감화약을 적용한 상부공격 지능탄는 국내가 유일한 것으로 알려진다.

 

◆ EFP탄의 우수한 효과
 성능이 강화된 신형 DPCIM자탄의 관통력이 76~102mm인 것과 비교해 한국형 상부공격 지능탄의 EFP탄은 100~130mm 사이의 관통력을 발휘해 현존하는 모든 전차 및 가까운 미래에 등장한 전차를 파괴할 수 있다. 무엇보다 DPICM탄이 반응장갑에 무력한 것과 비교해 운동에너지 무기인 EFP 관통자는 반응장갑에 반응하지 않으며, DPCIM의 살상률이 5~10%에 불과한 것과 비교해 EFP탄은 50~80%에 이르는 살상률을 발휘한다.

 

▲ 상부공격 지능탄들이 전차들을 공격하는 모습이다. 한국형 상부공격 지능탄은 다양한 탑재체를 통해 운반될 것이며, 개발된 기술력은 차후 여러 종류의 정밀유도 무기에 사용될 계획으로 있다.

 

 이것이 가능한 것은 EFP탄은 1,700~2,000m/s의 속도로 발사되어 장갑판과 충돌하므로, EFP와 장갑의 접촉부위는 고열과 압력으로 금속형상의 변형(고체 액상)을 가져오면서 관통을 시작한다. 이때 관통과 동시에 EFP의 잔여금속과 파쇄된 장갑 파편이 내부로 고속으로 비산(飛散)되고, 동시에 고열의 관통자가 취약한 유압장치와 탄약들과 만나게 될 경우 폭발 및 화재를 유발시키게 된다. 이들 복합적 파괴효과로 인해 EFP를 통해 발생되는 구멍의 크기는 50~70mm정도에 불구하지만 내부의 인원의 장비는 큰 타격을 받게 된다. 실제로 상부공격 지능탄의 테스트 장면을 보면, 많은 기갑차량이 피격과 동시에 화재가 발생하는 것을 흔히 확인할 수 있다.

 

정리하며...
 2012년부터 양산될 것으로 판단되는 한국형 상부공격 지능탄은 전체적으로 독일의 SMArt-155와 거의 유사한 성능스펙을 요구받고 있다고 한다. 구체적으로 중량은 약 13.5kg정도, 직경은 145mm정도, 전장은 220mm 정도로 알려지며, 1발의 지능탄이 35,000제곱미터의 공간을 커버할 수 있도록 개발될 것이다.

 

 또한 사용되는 EFP탄의 관통력은 100~130mm사이가 되어 반응장갑 및 복합장갑으로 강화된 현존하는 모든 전차를 파괴할 수 있으며, 명중률은 60%이상, 신뢰성은 90%이상을 요구받고 있으며, 10년의 수명을 보장하나 제대로 관리되면 20년의 장기보관이 가능할 것으로 판단되고 있다. 한국형 상부공격 지능탄이 개발되면 한국군의 기갑차량, 대포병 대응능력은 비약적인 향상을 보일 것이며, 개발된 관련 기술이 여러 종류의 한국형 지능탄 개발에 적용될 계획으로 있어, 한국형 정밀무장 시스템의 근반이 될 계획이다.

 

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기사제공= 월간 밀리터리 리뷰 2009년 3월호


Posted by e밀리터리안

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  1. 여섯포반장

    포병출신이라 그런지 관심이 가네요ㅎㅎ he탄과 dpicm탄 참으로 오랜만에 이 이름들을 보니깐 감회도 새롭네요ㅎ
    내용이 좀 어렵긴 하지만.. 보는 내내 정밀유도탄의 위력이 참으로 대단하다고 밖에는 생각되지 않네요^^
    이런 무기들이 보편화 되어서 북한의 도발을 저지하고 사용되는 일없이 통일이 되었으면 합니다^^

    2009.06.24 00:26 신고 [ ADDR : EDIT/ DEL : REPLY ]