국방전자분야 기술 동향

국방전자분야 기술 동향[Technical Trend of Electrical IC for Defense]

북한의 미사일 발사시험과 이를 둘러싼 주변국들간의 군사력 강화 움직임이 한반도의 안보에 심각한 위협요소가 되면서 다시금 자주 국방의 필요성에 대한 경각심이 고취되고 있다. 국방기술의 첨단화는 과학기술의 발명에 전적으로 의존하여 향후 국가간 국방과학기술로서 기술력 우위 확보를 위한 치열한 경쟁이 가속화 될 것이다. 이에우리나라도 미래지향적인 국방기술의 중점육성분야를 분류하고 분야별 해당하는 무기체계와 핵심기술의 기술지도를 주축하여 장기간에 걸친 국방연구개발계획의 실행을지속해오고 있다. 향후 선진국과의 기술격차도 해소하고 나아가 기술우위를 점하게 되면 자주국방이 가능하게 되고 기술력의 수출까지 가능해질 것이다. 본 고에서는 국내국방 무기체계 및 특히 국방전자 분야의 기술과 개발 동향에 대해 살펴보고자 한다.

 

Ⅰ. 서론

최근 국방 R&D 연구개발의 환경은 첨단 군사기술 중심으로 미래지향적인 환경 변화가 이뤄지고 있으며 미래 전장 환경이 정밀무기 중심의 복합무기체계화 되고 네트워크 중심 전쟁 양상으로 변모하고 있다. 군사 무기체계의 첨단화, 복합화, 고도 정밀화가가속되고 있으며, 특히 선진국은 첨단 국방과학기술을 보호하기 위해 기술수출 및 기술이전에 대한 통제를 강화하고 있으나 국내의 경우 첨단국방기술 개발에 대한 투자 미흡 등으로 인하여 선진국과의 기술격차 및 핵심기술 의존은 여전히 심각한 상태에 있다.이에 대해 군관산학연을 중심으로 국방 R&D 연구개발에 대한 기술 획득 패러다임의 혁신적 변화가필요하다는 인식이 팽배해지고 있다[1]. 국내 핵심무기체계 및 부품에 대한 높은 해외 의존도가 지속되어 자주적 방위역량 확보를 위한 국방연구개발 역량 강화가 필요하며 국내외적으로 방산시장 규모가확대되고 있어 산업체 및 관련기관의 국방 연구개발역량 확보를 통한 방산경쟁력 제고 및 국가 경제 활성화를 위해 국내 기술연구개발이 필요하다.

  

 2009년 초 북한의 대륙탄도 미사일 발사 계획에대해 동북아의 긴장감이 팽배해지고 있으며 (그림1)은 이에 대응하는 한국형 MD 체제를 나타낸 것으로 북한이 미사일을 발사할 경우를 가정한 시나리오를 보여주는 것이다. 한국형 MD 체제는 탄도유도탄작전통제소(AMD-Cell)를 2012년까지 3천억 원을투입해 구축할 계획을 추진중이고 AMD-cell에서운용하게 될 조기경보 레이더는 해외에서 수입할 예정으로 미국의 X-밴드 레이더(FBX), 이스라엘의그린파인 레이더, 프랑스의 M3R 레이더가 있으며가격이 1천억 원 이상인 이들 레이더에 대해 장기적으로 기술연구개발을 통해 국방과학기술 자립화 및전장부품 국산화가 절실히 요구된다.

 

Ⅱ. 국내 국방 무기체계

중기적으로 선진국과 대등한 첨단무기체계 기술을 확보하고 장기적으로 독자개발능력을 확보하여세계 수준의 국방과학기술 역량을 확보하여 자위적방위역량을 구축하는 국방 R&D 기본목표를 실행하기 위하여 국방연구개발정책서에서는 국방연구개발발전방향 및 핵심기술 선정을 위해 6대 중점 대상분야를 설정하여 무기체계와 획득대상 핵심기술을 분류하고 발전방향(로드맵)을 제시하였다[2].그리고 국방과학기술조사서에서는 중점분야를 8개 분야로 세분화하고 무기체계를 재분류하였다[3].국방연구개발정책서의 6대 분야와 국방과학기술조사서의 8대 분야를 비교해 보면 감시정찰과 정보/전자전은 감시정찰ㆍ정보/전자전으로, 정밀타격은 유도방공으로 재분류되었으며 모든 분야의 분류 비
교는 <표 1>과 같다.

 

 

Ⅲ. 국외 기술 동향

본 절에서는 국방연구개발정책서에서 제시된 6대 중점 대상분야의 발전 추세와 선진국/주변국의기술개발 동향을 요약하여 소개한다[2].1. 감시정찰분야의 선진국 기술 동향감시정찰분야 중에서 영상정보체계분야는 센서의대형화로 고해상도 및 고감지 능력을 보유하고 소형/경량화를 통한 운용능력의 극대화 및 EO/IR/SAR센서의 영상정보융합 활용이 예상되며, EO/IR 센서는 전장 공간에 위치한 물체의 실제모양을 영상으로관측하거나 정밀한 거리를 측정하여 신뢰성 있는 정보를 실시간으로 우군에게 제공하여 적에 대하여 신속한 정밀타격이 가능하도록 한다. 감시정찰분야는관련기술이 방대하므로 그 영향을 받아 파생된 모든무기체계들을 하나의 특정분야로 기술하기가 용이하지 않지만 EO/IR 센서, SAR 센서, 레이더, 수중감시체계 및 정보전자전체계로 대분류할 수 있으며 이외 모든 분야에 대해 기술발전 동향을 요약하면 아래 다섯 가지와 같으며, 선진국/주변국의 기술 동향은 <표 2>와 같다.

 

 - EO/IR 센서: 열상, 광학검출기를 바탕으로 소형/경량화 및 MEMS 기술을 이용한 고집적화가실현되고 있으며 C4I 체계와의 연동 복합 소프트웨어 기술을 접목하여 영상인식을 통한 해당무기의 발사위치, 기종/형태 확인 등의 다양한복합 임무 설정으로 발전하는 추세이다.

 

- SAR 센서: 지상감시정찰의 경우 초고속ㆍ실시간 정보획득능력을 갖는 고해상도 센서로 발전하고 있고, 위성 및 항공탑재의 경우는 경량화및 고성능화로 발전하고 있다.- 레이더: 단일기능의 2차원 혹은 3차원 탐지레이더와 추적레이더에서 이들 기능을 복합화한다기능레이더로 발전중이다.

 

- 수중감시체계: 현대의 수중무기체계는 갈수록저소음화되어 가는 수중 세력과 이에 대한 위협으로부터 원거리 조기경보시스템을 갖추려는대잠 작전 세력간의 치열한 경쟁구도 속에 발전하고 있으며 기존의 음향 플랫폼들과의 조합을통한 통합 원거리 조기경보체계로 발전할 것으로 예상된다.

 

- 정보처리/분석분야 : 유비쿼터스 환경으로의 발전과 함께 근실시간 또는 실시간으로 정보를 처리, 분석, 공유하는 다출처 정보융합 수준으로능력이 향상되고 있고, 레이더 체계는 탐지거리증대 및 기능/용도별 다양화/다기능화로 지능화되고 있으며, 수중감시 분야는 다중상태 탐지기술을 적용하여 저소음화할 잠수함의 탐지거리를 증대시키고 있다.

 

2. 지휘통제분야의 선진국 기술 동향

지휘통제통신(C4I)은 네트워크 중심전에서 센서의 집합체(ISR), 정밀 교전무기체계(PGM) 등을 제외한 지휘, 통제, 통신, 컴퓨터 및 정보 체계로서 종래의 음성이나 간단한 전문 송수신뿐이었던 통신에서, 지휘관의 지휘 및 통제에 필요한 종합된 대량 정보의 교환, 실시간의 지휘, 명령전달 등을 가능케 하기 위한 통신으로 그 요구조건이 바뀌고 있다.

 

특히 지휘통제분야의 발전방향은 다수의 개별 전투체계가 함께 정보를 공유하는 네트워크화가 되고,정보작전 우위 달성, C4ISR 기반 정보체계간 합동성 및 상호운용성을 극대화하는 형태로 발전할 것으로 예상된다. 통신분야의 발전방향은 전술적으로 이동하는 부대의 이동간 지휘통제통신을 지원하는 이동성, 사이버/전자전에 대응하는 생존성, 지상/위성등 다계층, 이기종간의 연동성, 언제 어디서나 접속이 가능한 이동통신, 네트워크 연결성 및 대역폭 변화를 자동으로 인지하고 적응하는 통신적응 형태로발전할 것이다.핵심 정보체계구축과 전장관리체계간의 정보교환 속도 단축과 상호운용성을 강화하는 측면으로 네트워크 속도개선, 표준 메시지 포맷개발, 개선된 탐지체계 및 유도무기체계, 감시정찰센서 등과의 연동으로 발전할 것이며, 정보융합 중 식별/융합은 다중가정추적 및 결합확률 데이터 연계 추적기를 집중연구중이고, 밀집한 표적환경, 낮은 신호 대 잡음비및 기동표적 환경에서 동작하는 추적기로 발전하고,추론엔진은 전문가 시스템으로 개발하고 있으며 기능향상을 위해 진리치 유지기술 및 시공간 추론기술을 개발해서 성능개선을 추진중이다.전투기능 지휘통제는 다중센서에 의한 탐지/추적체계와 지휘통제체계를 연동한 복합적인 방어체계를 구성하고, 전투체계는 각 무기체계의 대함전/대공전/대지전/전자전을 동시에 수행하면서 육해공 합동작전 수행에 적합하도록 발전하고 있다.

 

전술데이터 링크체계는 미국, 유럽, NATO 회원국간의 연합작전시 무기체계간 상호 연동성을보장하기 위하여 구형의 전술데이터링크의 기능을통합한 Link-16을 사용하고 있으며 Link-16을 도입하여 사용하는 나라가 점차 증가하고 있는 추세이다. 미국의 경우 새로운 전술 데이터링크 개발보다는 Link-16의 성능개량과 미 해군에서 사용중인Link-11의 성능개량인 Link-22를 개발하고 있으며 기존 구형 전술데이터 링크를 대체하거나 새로운전투기, 항공기, 헬기, UAV, 함정, 지상 장비 등Link-16을 탑재하여 체계통합에 노력을 집중하고있다.미래전에서의 통신체계는 음성, 고속 데이터, 영상 서비스 등의 고속 처리가 가능하고, 극한 상황에서도 통신이 가능하도록 자동화된 전술정보통신체계가 필수 요소이며, 적의 의도적인 통신방해에 대한 보호대책 구축도 필수적이다.

 

따라서, 통신체계는 개별 단말장비는 물론이고 각 개별 장비들이 연계 운용되는 통신체계로 발전되고 있다.궁극적으로 음성, 영상, 데이터 등 다양한 통신서비스를 하나의 통일된 디지털, 격자 및 입체 통신망을 구성하여 전술환경과 통신 상태에 따라 경로를선택적으로 제공하는 전술정보통신체계로 발전될전망이며, 위성통신과 공중중계, 다중무선장비가 전송 수단으로 운용되고 있다. 그리고 초고속 정보통신망은 유무선망이 통합되어 단일망으로 운용되며,사용자에게 수십 Mbps의 고속멀티미디어 정보 서비스가 제공되며 궁극적으로는 음성, 데이터, 방송등이 통합되어 망 규모, 전송속도, 다양성과 무관하게 네트워크 서비스가 가능한 액티브 네트워킹 기술이 적용된 통신망으로 발전하고 있다.공중통신은 고이득 다중빔 안테나를 이용한 트래픽 용량 증대 및 레이저 통신을 이용한 공중기간 통신망을 구축하고 있으며, 위성통신 사용자의 다양한통신 서비스 영역, 데이터 속도, 단말기의 소형화를충족하기 위해 위성에서의 중계신호 재생, 서비스영역 간 교환, 신호품질 개선, 간섭신호 제거 등을 능동처리기법으로 구현하고 있다.또한 수중통신은 낮은 주파수대의 수중음파를 이용, 육상기지와 원거리 잠수함 간 은밀한 정보를 교환하고, 해상 교전지역 감시정찰 또는 전투용의 무인 잠수정에서 원격 통제하여 효과적으로 임무를 수행하고 있다. <표 3>은 지휘통제분야의 선진국 기술 동향을 정리한 것이다.

 

 

3. 정밀타격분야의 선진국 기술 동향

정보화 시대의 미래전장은 C4ISR과 복합된 장거리 초정밀 유도무기에 의한 정밀타격이 보편화 될것으로 예상되며, 미래전력의 핵심인 정밀유도무기는 장사정, 고정밀, 고위력화와 복합화를 통하여 빠른 작전템포로 정확하게 표적을 집중 공격하여 제압할 수 있는 정찰타격 복합체계 형태로 발전되고 있다. 이를 위하여 선진국은 현재보다 2배의 발사이격거리에서 소요발수 1/3 이하로 신속한 표적제압이가능한 정밀/경량/저가 유도탄 개발을 목표로 <표4>와 같은 기술발전방향으로 추진하고 있다. 북한은 스커드와 노동 등의 탄도탄, 중국은 전술/전략탄도탄과 순항유도탄, 일본은 순항유도탄과 미사일방어체계 및 고체추진 발사체를 운용개발중이다.

 

4. 정보/전자전분야의 선진국 기술 동향

정보보호체계는 각종 센서들을 통합하여 중앙집권적으로 관리 운영하는 통합정보보호관리체계로발전하고, 시스템과 네트워크를 하나의 영역으로 보호하는 기반체계를 우선적으로 보호하는 추세로 발전하고 있으며, 바이러스와 해킹 기술이 하나로 병합되어 공격시 비탐지 및 역추적 당하지 않고 실시간으로 대규모 시스템을 마비시키는 추세로 발전하고 있다. 향후 정보전에서는 사이버무기를 사용하는소프트킬(soft-kill) 형태로 발전할 것이다.전자전 분야는 적 위협무기에서 사용되는 RF,IR, 레이저 등의 모든 스펙트럼에 대한 탐지, 분석,경보능력을 갖추고 이에 대해 전자공격 신호를 방사하는 통합전자전 체계로 발전하고, 재밍효과의 극대화를 위하여 적 레이더망을 탐색단계부터 대응하여플랫폼 생존성을 보장하는 광역전자전 체계, 적 지휘/무선 통신망을 교란하는 통신전자전 체계와 함정, 항공기, 무인기 등 다양한 형태의 플랫폼에 탑재가능토록 발전하고 있다. 

 

 또한 센서통합에 의한 스펙트럼 통합제어, 네트워크 중심의 전자전, 공격무기용 센서와의 연계 운용으로 화력제어 능력을 향상시키는 방향으로 발전하고 있다. 선진국/주변국의 정보/전자전분야의 선진국 기술 동향은 <표 5>와 같다.

 

 5. 신/특수분야의 선진국 기술 동향
선진국은 수백 kW급 불화중수소 레이저를 적용하는 이동형 전술 레이저 무기, 수 MW급 산소-요오드 레이저를 이용하는 항공기 탑재 레이저 무기를 2010년까지 개발할 예정이고, 전투기에 탑재 가능한 100kW급 고체 레이저 기술을 개발중이다. 고출력 전자파 무기는 고출력의 협대역 초고주파 발생기술, 초광대역 스펙트럼의 단펄스 발생기술, 고이득 안테나 기술을 개발중이며, 차량탑재형 무기에 적용을 추진중이다.
또한 출력 5GW급 EMP 발생 탄두를 개발하여 항공기 투하폭탄 및 유도무기에 적용중이며, wire 및 미립자 형태의 탄소섬유와 물성 강화기술 개발로 전력공급시설 마비 외에 공격 대상목표를 다양화하고 있다. 그리고 전자광학센서를 무력화시킬 수 있는 플라즈마 섬광발생장치와 저에너지 펄스형 레이저 기술도 개발중이다. 화생 탐지분야는 MEMS, 고속분광기술의 고감도 원거리감시체계를 개발중이며, 장기적으로 UAV
및 마이크로 로봇을 이용하는 무인 화생방 정찰 체계로 전환될 것이다. 신/특수분야에 대한 선진국/주변국의 기술 동향은 <표 6>과 같다.

 

 

6. 기반전력분야의 선진국 기술 동향

가. 지상 전력분야

지상 전력은 실시간 네트워크 기반의 원격전투통제로 기능 차량간 협동전투능력의 향상과 전투 선단의 무인 정찰차량 및 무인 헬기/항공기를 통한 원거리 표적 획득이 가능하며, 치열한 전투 선단에 무인전투차량을 투입함으로써 선제공격의 우위를 확보할 것이다. 또한 다탄종(직사탄, 지능탄, 미사일, 곡사탄) 사격으로 원거리 표적을 섬멸할 것이다. 지상전력의 선진국 기술 동향은 <표 7>과 같다.

 

 

나. 해상/수중 전력분야

수상함은 해전 양상이 연안 해전으로 전환되는것과 함께 네트워크 중심의 작전능력을 중시하는 추세로 발전하고 있으며, 기술적으로는 스텔스, 추진시스템 및 자동화 분야 연구를 중점적으로 추진하고있다. 이중에서 스텔스 성능은 함 생존에 가장 중요한 기술로 대두되고 있으며, RCS 최소화를 위해 종래와 전혀 다른 선체 형상, 즉 안테나를 내부에 설치하는 첨단 폐쇄 마스트체계로 발전하는 한편, 광대역 주파수의 전파 흡수재 개발과 적외선 신호 감소에 대한 연구가 진행되고 있다.스텔스의 또 다른 축으로 수상/수중방사소음 수준을 더욱 낮추어 소나(SONAR) 피탐거리를 축소시키고, 함내 진동 소음 저감 및 소음전파를 차단하기위한 레프팅 기술의 실용화 등 구조 설계와 음향표적강도 감소를 위한 흡음재료를 적용하고, 함정 자장을 최대한 제거시켜 기뢰로부터 보다 안전할 수있도록 기술을 심층 발전시키고 있다. 그리고 공기불요 추진체계와 같은 새로운 추진체계개발 등으로디젤 추진체계 대비 잠항체류 능력을 크게 향상시킬수 있을 것으로 예상된다.또한 무인 잠수정은 수중에서 장기간 체재, 해역의 감시정찰 수준을 넘어 장차 수중 전투임무까지수행하는 수준으로 발전될 것이며, smart ship 연구는 함 운용 자동화를 통해 함의 승조원 수를 큰 폭으로 감축하면서도 전투능력을 유지하고 운용비용을획기적으로 줄이기 위하여 연구되고 있다.

 

다. 항공 전력분야

무인기는 고고도 장시간 체공능력을 위해 경량화와 초소형화로 양극화 발전하며, 고해상도 및 고감지 능력의 영상정보 센서를 탑재하여 고고도, 중/저고도 정찰용으로 운용한다. 전투기는 저피탐지성,초기동성, 초음속 순항, 추력편향 능력과 전자전 능력구비 등 전투 생존성을 향상시키는 방향으로 발전하며, C4ISR과 연계한 상호운용성을 고려하고, 복합임무 수행가능한 조종석 정보통제 및 시현기술이급속하게 발전할 것이다.그리고 회전익기는 광범위한 임무수행이 가능한전투/기동 능력 및 조종사 임무 효율을 향상시키는방향으로 발전함과 동시에 전장 상황 인지, 표적획득/지시/인계, 생존능력이 향상될 전망이며, 기존체계에 임무/탑재장비 개량 능력도 지속적으로 발전될것이다.  성층권 비행선은 성층권 하부(고도 약 20km)에서 장기체공하고, 필요시 회수하여 탑재장비를 교체하여 재사용할 수 있으며, 사전 프로그램이나 지상명령에 의한 자동비행능력이 있어 고고도통신/방송중계, 감시, 관측 등 민/군 겸용으로 활용될 것이다.
위성체는 정찰 및 통신임무를 위해 운용고도별로 저/중고도위성, 정지고도위성, 특수목적의 초소형 위성으로 구분하며, 고해상도 광역감시 및 광역통신 위성으로 발전한다. 선진국/주변국의 기술 동향은 <표8>과 같다.

 

 

 Ⅳ. 결론
북한의 장거리 미사일 개발 및 시험발사와 이에 대응하는 주변국들의 반응은 우리나라의 안보에 혼란과 위협을 초래할 수 있는 지경까지 이르렀다. 무력시위 가능성에 대한 위협에 대처하여 협상 설득력의 근간이 되는 것은 유사 시에 어떠한 적도물리칠 수 있는 강대한 국방력의 보유일 것이다. 이에 무기체계 기술 동향과 미래전 전망에 대해 고찰하여, 현대전과 나아가 미래전에 있어 첨단 국방력의 핵심은 과학기술이라는 것을 파악하였다. 과학기술의 발전에 따라 군사기술의 발전이 맥을 같이 하므로 이를 융합하여 “군사과학기술”이라는 새로운 분야로 분류할 수 있고, 진화하는 과학기술의 발전에 근거하여 군사기술에 대해 중장기적인 기술로드 맵을 지속적으로 개선하게 되는 것이다.
본 고에서는 국방연구개발정책서의 6대 중점기술분야와 무기체계를 소개하였고, 6대 기술분야에대한 선진국 기술 동향을 조사하여 향후 우리나라국방 연구개발의 방향과 기술 로드맵을 파악하였다.

 

용어해설

ㅇ 감시정찰분야 : 지/해/공우주 전략ㆍ전술표적 및 전장환경에 대한 영상, 음향, 전자, 사진정보를 수집ㆍ획득,제공하는

    무기체계/핵심기술분야
ㅇ 지휘통제분야 : 실시간 전장상황 판단과 의사결정으로전투 통합ㆍ동시성을 발휘하게 하는 지휘통제와 정보및 통제 데이터를 유통시키는

    통신 체계/기술 분야
ㅇ 정밀타격분야 : 정찰감시ㆍ지휘통제 수단과 통합된 “정밀타격복합체계”를 구축하여, 적 핵심전력 네트워크 제압에 필요한 전술ㆍ

    전략표적을  정밀타격할 수 있는 지ㆍ대공ㆍ대함ㆍ대잠용 유도무기체계로 구성
ㅇ 정보/전자전분야 : 적의 다양한 정보위협 및 사이버 공격으로부터 정보를 보호하고, 적의 군사정보 및 정보체계를 마비/파괴시키거나,

    통신 및 전자정보를 청 또는 식별하고, 아군을 보호하기 위해 적 위협무기체계에 대해 전자공격을 수행하는 무기체계/기술분야ㆍ

    전략표적   을 밀타격할 수 있는 대지ㆍ대공ㆍ대함ㆍ대잠용 유도무기체계로 구성
ㅇ 신/특수분야 : 미래 전장운영개념을 바꾸어 놓을 수 있는 새로운 개념의 고에너지무기, 특수탄, 비살상무기등 신개념 무기체계/기술분야

    및   특수 기능전에 대응하는 화생방 장비ㆍ기술분야

약어 정리
AMD : Air & Missile Defense
C4I : Command, Control, Communication,Computer and Intelligence
C4ISR : C4I, Surveillance and Reconnaissance
ECCM : Electronic Counter Countermeasures
EMP : Electromagnetic Pulse
EO/IR : Electro-Optical/Infrared
GIG : Global Information Grid