미리보는미래무기

軍史관련

미리보는미래무기

醉月 2010. 10. 30. 10:16

과학기술발전…미래전 양상


국방기술품질원(이하 기품원)은 2006년 창설돼 미래 국방목표 달성을 위해 중장기적으로 연구개발이 필요한 무기체계와 기술을 식별하고 이를 획득하기 위한 효율적인 전략을 제시하는 국방기술기획 업무를 수행하고 있다. 그동안 기품원에서 조사하고 분석한 각종 자료를 토대로 ‘미리 보는 미래무기’라는 제목하에 기획기사를 연재하게 됐다. 그 첫 번째로 과학기술의 발전에 따른 미래전의 양상에 대해 간단히 소개하고자 한다. 편집자 최근의 과학기술은 급속히 발전하고 있다. 18~24개월마다 기술혁명이 발생하고, 기술 반감기가 3~4년으로 단축되고 있다고 한다. 이러한 추세를 고려해 볼 때 향후 50년간 진행될 과학기술의 발전은 인류 역사 이래 축적돼 온 모든 과학기술의 성과를 상회할 것이다. 전장 공간 및 전투수단, 전투형태 등 미래전에 있어서도 커다란 변혁을 가져 올 것으로 예상되고, 21세기 정보기술의 발전은 공세·목표 등 전쟁 원칙에 대한 새로운 시각을 요구하고 전쟁 수단의 첨단화·정밀화 등 전쟁 양상에 적지 않은 영향을 줄 것이다.특히 미래전은 전쟁수단 측면에서 급격하게 변화할 것이다. 인공위성과 같은 첨단 정보수집 수단과 장거리 정밀유도무기 등의 출현으로 신속한 정밀타격이 가능해지고, 주야간 및 기상조건과 관계없이 전천후 작전이 가능하게 되며, 표적 정보를 사용자에게 적합한 형태로 전파하는 시스템이 일반화되면서 정확하고 신속한 의사판단 및 작전수행이 가능해질 것이다. 또한 미국 등 주요 선진국들의 경우 이미 다양한 형태의 무인체계를 개발하고 있는데, 지능형 탱크 및 항공기, 로봇 병사 등이 등장할 전망이다. 머지않아 무인전투기·무인잠수정·무인지상차량 등이 개발돼 실전에 배치돼 위험도가 높거나 인간이 수행하기 곤란한 전투 상황에 광범위하게 적용될 것이다. 더불어 미래전에서 전쟁 양상을 변화시킬 수 있는 대표적인 타격수단으로 전자장비의 파괴·오작동 유발로 적의 첨단 지휘통제체계·감시체계 등을 동시에 무력화시키는 전자기파(EMP) 무기나 고출력 마이크로파(HPM) 무기, 전도성 탄소섬유를 살포함으로써 전송선을 단락 또는 방전시켜 전력 공급 기능을 마비시키는 탄소섬유탄, 광학장비의 각종 센서나 적군 시력을 마비시킬 수 있는 고섬광 발광탄, 또는 각종 미사일의 요격, 지상 표적의 타격, 항공기 공격을 목적으로 목표물에 강력한 레이저 광선을 발사해 표적을 파괴시키는 고에너지레이저무기(HEL) 등이 활용될 수 있을 것이다. 이처럼 미래의 타격수단은 최신 과학기술을 적용한 무기들이 선보일 것으로 예상되며, 본 시리즈에서는 이러한 첨단 과학기술을 접목한 새로운 개념의 무기들을 독자 여러분에게 하나씩 소개하고자 한다.

새로운 개념의 탄생 배경


지금까지의 무기체계는 원시시대에 사용됐던 날카로운 돌에서부터 현재의 엄청난 파괴력을 지닌 원자 핵폭탄으로 발전됐고, 무기체계의 운반수단은 활 같은 사람의 힘을 이용한 것에서 추진제를 이용한 로켓 등으로 발전됐다. 탐지능력 측면에서는 인간의 시야에만 의존하던 것에서 적외선을 이용해 야간에도 볼 수 있게 됐으며, 레이더의 등장으로 수백km 떨어진 물체도 감지할 수 있게 됐다. 이 같은 새로운 개념의 무기체계가 등장하는 배경은 무엇일까? 첫째로 관찰과 모방이다. 박쥐나 돌고래를 관찰한 결과 레이더와 수중 통신의 해답을 얻을 수 있었으며, 400km 높이에서 원자탄이 폭발하면서 발생된 전자기파의 영향으로 1400km 떨어진 지역에서의 전자부품이 고장나는 현상에 착안, 이를 모방한 전자기펄스(EMP) 폭탄이 개발되고 있다. 또 곤충의 발에 빽빽하게 나 있는 털을 모방해 벽을 타고 움직일 수 있는 소형로봇을 개발하기 위한 연구도 진행되고 있다. 둘째로 관점의 변화다. 기존의 비행기가 공기저항을 최소화하기 위해 유선형으로 만들어진 반면, 스텔스기는 레이더 탐지를 최소화하려는 관점의 변화로부터 가오리 같은 모양으로 탄생하게 됐다. 자연계에서는 존재하지 않는 마이너스 유전율과 투자율을 가진 물체에서는 전자기파가 통과하지 못하고 휘어서 지나간다는 사실을 알게 돼 물체를 투명한 것처럼 만들 수 있는 기반이 마련됐다. 플러스를 마이너스로 관점을 변화시킨 결과다. 마이너스 유전율과 투자율은 인공적으로 만든 소자를 규칙적인 배열을 함으로써 실현될 수 있다. 이것을 메타 소재라고 하며 무기체계에 적용하면 스텔스 기능이 획기적으로 높아질 것으로 전망된다. 셋째로 혁신적인 과학이론이다. 뉴턴의 만유인력법칙이 없었다면 인공위성이 어찌 가능하겠으며, 패러데이와 맥스웰의 전자기이론이 없었으면 무선통신이 어찌 가능했겠으며, 아인슈타인의 특수상대성이론에서 도출된 E=mc²가 없었다면 질량을 가진 물질이 완전히 소멸하면서 엄청난 양의 에너지로 변환된다는 사실을 어찌 알고 원자폭탄이 개발됐겠는가? 또한 아직 실용화되지는 않았지만, 하이젠베르크의 불확실성원리가 없었다면 양자(quantum)를 이용한 컴퓨터나 암호체계를 상상할 수 있겠는가? 위에서 살펴본 세 가지 항목의 공통점은 바로 발상의 전환에 있다는 사실을 알 수 있다. 자연계에서 발생하는 현상을 인공적으로 모방하려는 발상, 현존하는 것에 대한 관점을 변화시켜 보려는 발상, 빛의 속도로 날아가면 어떤 일이 일어날 것인가에 대한 발상 등이 새로운 개념을 탄생시키는 배경이 된 것이다. 앞으로 연재될 미래 무기체계에 대한 기사를 읽을 때, 세 가지 항목을 떠올려 보기 바란다.

레이저 무기


1977년 처음 개봉된 영화 ‘스타워즈’ 시리즈에서 악당이 쏴대는 레이저 건의 빔을 주인공이 광선 검으로 튕겨내는 장면을 누구나 한번쯤은 봤을 것이다. 또 영화에서는 우주선 간의 전투와 마지막 적의 기지를 파괴하는 장면 등에서 레이저 무기를 사용한다. 이처럼 레이저 무기는 미래 전투를 표현하는 많은 영화에서 애용돼 왔고, 아주 오래전부터 인류가 꿈꿔 왔던 미래 무기라 할 수 있다. 그럼 왜, 인류는 예전부터 레이저 무기에 대한 막연한 동경을 가져 왔을까? 영화에서는 극적 표현을 위해 빔을 느리게 표현했지만 실제는 빔이 눈에 보이지 않기 때문에 그렇게 멋있는 무기라 할 수 없다. 그러나 무음성(無音性)·초고속성·직진성을 가진 레이저 빔이 고출력 에너지를 지니게 된다면 훌륭한 무기가 될 수 있다. 물론 레이저 빔은 아주 오래전부터 레이저 포인터·의료용 기구·CD·홀로그래피 기술 등에 이르기까지 일상생활에 다양하게 사용되고 있다. 그러면 언제부터 레이저가 군사 용도로 고려됐을까? 1960년 루비레이저가 최초로 발명된 이래 1970년대 들어와 고출력을 낼 수 있는 레이저 발진기가 개발되면서부터다. 그 후 지상 배치, 차량 탑재, 항공기 탑재, 함정 방어 레이저에 대한 연구개발이 진행돼 왔고, 우주배치 레이저 무기에 대한 개념이 나왔다. 이러한 군사용 레이저의 가장 주요한 용도는 탄도미사일·순항미사일 등 적 미사일 위협에 대한 방어수단이라 할 수 있다. 1991년 걸프전에서 이라크 스커드 미사일을 요격시켜 명성을 높인 패트리엇 미사일을 대부분의 독자들은 기억할 것이다. 그 당시 미 국방부는 걸프전 중 패트리엇의 요격 적중률이 100%였음을 대대적으로 홍보했지만, 미 의회 조사결과에 의하면 44회의 시도 가운데 2~4회 정도만 요격에 성공한 것으로 알려져 있다(물론 최근에는 그 성능이 많이 향상됐다). 특히 미 국방부는 걸프전 초기에 패트리엇으로 이라크 미사일 9기를 요격시켰다고 발표했지만, 이는 알 사무드와 아바빌 100 등의 스커드보다 훨씬 느린 미사일인 것으로 밝혀졌다. 그만큼 빠른 공격의 미사일일수록 요격이 어렵고, 요격 미사일 속도는 빠를수록 유리하다. 그러므로 패트리엇 같은 운동 에너지 무기 대신 레이저 무기를 사용한다면 훨씬 효율적이고 정확한 요격이 가능하다. 이는 레이저 무기가 중력 영향이 거의 없어 직진성을 갖고 광속으로 타격 가능함으로써 표적을 보면서 공격할 수 있기 때문이다. 또 1회 요격 시 통상 수백만 달러가 드는 패트리엇에 비해 레이저는 수천 달러의 비용만으로 연속발사와 신속한 재조준이 가능하다. 이는 마치 고성능 망원렌즈를 가진 ‘장거리 화염방사기’에 비유할 만하다. 물론 현재 레이저 무기는 많은 사람이 꿈꾸는 전 지구적 미사일방어체계 구축을 할 수 있을 정도의 고출력에는 이르지 못했고 시스템 사이즈 축소, 추적 조준기술 정밀화, 기후 민감성 등 미래의 ‘섹시한’ 레이저 무기개발을 위해 해결해야 할 과제가 아직 많이 남아 있다. 그러나 레이저 무기는 더 이상 상상 속의 무기는 아니다. 급변하는 과학기술 발전 속도를 고려한다면, 멀지 않은 미래에 아주 오래된 꿈이 실현될 것이라 믿어 의심치 않는다.

레일건


2xxx년 어느 날, 해상 작전 중인 전투함이 약 300km 떨어진 적의 위치좌표를 수신한다. 전투함은 포신을 조준하고, 100만 달러짜리 토마호크 유도미사일을 발사하는 대신, 길이 1m 무게 20kg짜리 발사체를 초전도 레일 위에 올려 목표물을 향해 발사한다. 이 발사체는 포신을 마하 7의 초고속으로 빠져나와 지구 대기권을 벗어난 뒤 위성의 안내를 받아 6분도 안 돼 목표물을 타격한다. 가공할 속도로 인해 목표물은 발사체의 운동에너지만으로도 흔적도 없이 사라진다. 이 미래 가상 전장 이야기에 나오는 무기는 바로 ‘전자기포 레일건(이하 레일건)’이다. 레일건은 화약이나 추진제의 폭발력으로 탄환을 발사하는 것이 아니라 전자기력을 이용해 소형 발사체를 가속시키며, 여기서 발생하는 운동 에너지만으로 목표물을 타격하는 새로운 개념의 무기다. 레일건으로 발사된 탄환은 음속의 약 7배로 날아가기 때문에 피격되는 쪽에서는 탐지조차 곤란한 공포의 무기이기도 하다. 아이러니하게도 이러한 가공할 성능은 아주 기초적인 과학 원리에서 나온다. 고등학교 교과서에 나오는 일명 플레밍의 왼손법칙, 즉 “2개의 레일 형태로 된 코일에 순간적으로 대량의 전류를 흘려주었을 때 전류에 의해 생성된 자기장의 방향으로 힘을 받는다”는 것이 레일건의 동작원리이다. 이러한 레일건의 원리가 애초부터 무기개발에 이용된 것은 아니었다. 처음에는 자기부상 열차의 리니어 모터를 연구하던 중 레일에 플라스틱이 덮인 철 조각을 올려 놓고 실험했는데, 이 플라스틱 - 금속 조각이 고속으로 움직여 두껍게 설치된 철제 방호벽과 담장을 뚫고 40여m를 더 돌진하는 것이 발견됐다. 이러한 현상을 무기에 응용하려는 시도로부터 레일건의 개념이 이뤄진 것이다. 그렇다면 무기로서 레일건의 파괴력은 어느 정도일까. 실험 결과에 의하면 레일건의 발사체는 항공기용 복합장갑으로 제작된 실험용 판재 수 m를 관통하고, 운동 에너지에 의한 충격만으로도 표적이 파괴돼 사라진다고 한다. 만약 이러한 가공할 만한 성능의 레일건 기술이 군사적으로 실용화된다면 전투수행 방식은 물론 전장 운영 개념까지도 변화를 가져올 수 있지 않을까? 미래에는 레일건 기술을 사용함으로써 지상의 전차에서도 고속으로 비행하는 전투기를 공격하고, 해상에서는 수백km나 이격된 전투함에서 레일건을 이용해 해안의 목표물을 정밀 타격할 수 있는 시대가 올 것으로 생각된다. 그러나 레일건 기술을 선보인 지 20년이 넘었지만 무기로서 실용화를 위해서는 레일건 구동시 필요한 엄청난 전력 문제, 적 목표물의 정확한 조준을 위해 발사시 최고 4만5000G에 이르는 압력 지탱 문제, 발사 압력으로 인한 레일 손상 문제 등 아직 해결해야 할 많은 과제가 남아 있다. 미 해군은 가공할 위력을 가진 레일건 기술을 차세대 신형 구축함(DDX) 개발 계획에 포함해 연구개발 중이며, 그 외 각국에서도 다양한 연구개발 시도가 이뤄지고 있다. 앞으로 레일건 무기가 미래의 전장 주도권 확보에 큰 역할을 할 것이라는 것은 자명하다.

USN(Ubiquitous Sensor Networks)


상상해 보라. 전장을 두루 감시하는 수많은 눈이 있어서, 끊임없이 감시하며 미세한 상황 변화까지도 찾아내는 모습을.전쟁 연습이나 훈련을 하다 보면 전장 상황 정보 결핍에 목마름을 느낀다. 위성, 무인항공기(UAV), 라지트, 열영상감시장비(TOD), 레이더 등 다양한 수단을 활용해보지만 일시적이며 국부적일 수밖에 없다. 이러한 전장정보의 빈곤을 해소할 수 있는 차세대 솔루션으로 USN(Ubiquitous Sensor Networks)이 대두되고 있다. USN은 센서를 그물 모양으로 광범위하게 설치하고 온라인 통신 네트워크를 통해 언제 어디서나 정보를 수집하고 관리할 수 있는 네트워크 환경을 말한다. 대체로 시스템은 데이터를 수집해 전송하는 센서노드, 그룹별 센싱 데이터를 취합해 외부로 전송하는 싱크(Sync)노드, 장거리 통신에 필요한 중계노드, 수집된 대용량 데이터를 수집·분석해 정보를 제공하는 USN 미들웨어 등으로 구성된다. 센서노드는 사물 및 환경 데이터를 수집하고, 이를 센서노드간 애드혹(Ad-hoc) 네트워크를 통해 전송한다. 저전력 프로세싱과 노드간 자동 망 구성 및 복구 기능을 가진 센서노드는 장기간 안정적인 네트워크를 유지한다. 내장되는 센서는 사물의 온도 변화와 숫자 등을 측정할 수 있는 적외선 센서, 소총사격이나 포탄발사 위치를 탐지할 수 있는 음향 센서, 기동부대의 움직임을 감지할 수 있는 진동 및 자기 센서, 생화학 탐지 센서, 기상관측 센서 등이 있으며 단독으로 또는 복합해 제작된다. 현재 센서노드의 크기는 1㎣로부터 작은 동전 크기까지 다양하게 개발되고 있으며, 수십에서 수백 m 간격으로 설치돼 내장 배터리만으로 수개월 작동할 수 있다. 이는 우군 지역에 미리 설치하거나 접근이 곤란한 지역과 적 지역에는 유무인 항공기·화포 또는 유도탄 등으로 투발해 살포할 수도 있다. 이러한 USN은 센서의 소형 정밀화 기술, 실시간 대용량 네트워크 기술, 휴대용 전지 및 초절전 기술 등이 발전함으로써 구현이 가능해지고 있다. 국방 분야에서는 단연 미국이 개발을 선도하고 있다. 1000개의 센서노드와 200개의 싱크노드를 이용한 센서네트워크 테스트베드 구축, 초음파센서를 이용한 저격수 탐지, 수집정보의 원거리 전송, 무인항공기를 이용한 센서 살포 및 이동물체 탐지 등이 성공적으로 실험됐다. 우리 군도 현재 첨단 IT상용기술을 도입해 주둔지 경계를 중심으로 그 적용성을 실험 중이며, 향후 C4I체계와 연계해 미래 네트워크중심전(NCW) 구현을 위한 핵심체계로 개발을 추진하고 있다.USN이 구축되면 전투원은 적과 기동공간에 대한 필수정보를 실시간으로 제공받을 수 있고, 지휘관은 작전지대에 대한 거의 모든 전장정보를 파악할 수 있어 불확실성을 줄일 수 있을 것이다. USN도 전파를 활용하는 네트워크란 점에서 역시 전자전에 취약할 수 있다. 미래에는 전자전 대응능력을 갖추고 다양한 정보를 수집할 수 있는 다중복합 센서네트워크의 등장이 기대된다. 전 전장을 상시 감시할 수 있는 능력, 이것이 USN의 목표이며 국방과학기술이 이를 가능하게 하고 있다.

전술데이터링크


박 소령의 전투기는 무기가 모두 소진돼 치열한 공중전을 뒤로한 채 홀로 기지로 귀환 중이었으며 적 전투기가 그를 추격하고 있었다. 그러나 그는 침착했다. 비록 가시거리 밖이지만 무장한 아군기와 협력할 수 있다는 사실을 잘 알고 있었기 때문이었다. 아군기의 전시창에는 박 소령이 탑승하고 있는 전투기가 탐지한 적의 위치 및 방향 정보가 전시되고 있었다.아군기는 이를 이용해 미사일을 발사했고, 박 소령의 전투기에 관심이 집중된 적의 전투기는 순식간에 파괴됐다. 여기서 아군 간의 협력을 이끌어 낸 수단이 바로 전술데이터링크다. 위의 가상상황에서처럼 전술데이터링크는 다른 장소에 위치한 감시체계·타격체계와 연동해 상황인식, 위협평가, 지휘결심, 교전통제 등의 행위를 지원하기 위한 통신 무기체계로서 지휘통제부대와 전투기·전투헬기·전투함정 같은 전술정보를 받는 요소 간 실시간 및 근실시간으로 전술자료의 상호 교환을 지원한다. 이러한 전술데이터링크로 교환되는 전술정보는 과거에도 여러 통신매체를 통해 공유돼 왔다. 예를 들면 아군 간 무전기를 통해 음성으로 전술정보를 교환했다. 다만 과거에는 교환된 전술정보를 활용해 공격하기까지 소요되는 시간이 길었고, 또한 정보의 양이 충분치 않았다. 그러나 현재는 최첨단 컴퓨터와 디지털 처리 기술의 발전으로 데이터 처리 시간이 대폭 단축되면서 대용량의 전술정보를 신속·정확하게 전달하는 것이 가능하게 됐다. 이러한 전술정보 교환을 가능케 하는 전술데이터링크의 역할은 아군끼리의 오인공격을 방지하고, 아군이 흩어져 있어도 시너지 효과를 발휘하게 한다. 즉, 아군끼리의 정보 교환을 원활히 해 혼돈된 전장 상황에서 피아식별을 돕고, 아군이 흩어져 있어도 한 장소에서 행동하듯 공감대를 형성해 힘을 집중할 수 있게 한다. 전투실험 결과에 의하면 무기체계들이 전술데이터링크로 연결 시 전투력은 약 2.6배 증가될 것으로 보고된 바 있으며 이는 기존 전투기 10기의 전투력 발휘를 위해 전술데이터링크 적용 전투기 4기만으로 충분함을 의미한다. 선진국에서는 상호 연동성 보장을 위해 구형 전술데이터링크 기능을 통합한 Link-16을 사용하고 있으며, Link-16을 도입해 사용하는 나라가 점차 증가하고 있다. 특히 미국의 경우 새로운 전술데이터링크 개발보다 Link-16의 성능개량과 미 해군에서 사용 중인 Link-11의 성능개량인 Link-22를 개발하고 있으며, 새로운 전투기·헬리콥터·무인항공기(UAV)·함정·지상장비 등에 Link-16을 탑재해 체계통합 노력에 집중하고 있다. 전문가들은 미래전에서의 주요한 승리요인은 개별 무기체계의 상호 협력을 촉진하게 하는 상호 연동 수준이라고 한다. 이러한 전투를 ‘네트워크 중심전’이라 호칭하고 있다. 전술데이터링크는 각 무기체계가 서로 유기적으로 협동할 수 있도록 네트워크 중심전의 중추인 신경망을 형성해 전투에서의 시너지 효과를 극대화하게 할 것이다.

미래 전투함


우리 해군 전투함정의 역사는 1949년 미 해군의 퇴역 함정을 재활용한 백두산함에서 시작됐다. 국내 조선산업과 국방과학기술 발전에 힘입어 현재는 최첨단 기술이 집약된 이지스함을 자체 건조하는 수준으로까지 발전했다. 이에 우리 해군은 근해에서 원해로 작전지역을 확대하고, 원거리 감시정찰 및 정밀타격 능력을 갖춘 기동부대를 추진하고 있다. 배타적 경제수역과 해상 보급로를 지켜야 하는 우리 해군의 미래 전투함은 과연 어떤 모습일까? 미래 전투함은 높은 생존성, 고속 기동성, 장거리 감시·타격능력이 필수적이다. 특히 모든 플랫폼에서 인명이 중시되는 미래 전장 환경에서 함정의 생존성이 무엇보다 중요하며, 이를 위해 미래 함정의 스텔스 능력은 기본 요건이라 할 수 있다. 스텔스 능력을 갖추기 위해서는 전자파, 적외선, 음향 및 자장 등의 방출 신호를 낮춰야 한다. 이를 위해서는 함정 선체는 레이더반사면적(RCS)을 줄이는 방향으로 최적의 형상설계가 필요하며, 송·수신 안테나 등의 돌출물은 폐위형 마스트 내 탑재가 요구된다. 전투함의 생존성 향상을 위해 스텔스 능력뿐만 아니라 적을 먼저 발견하고 원거리에서 공격할 수 있는 능력 또한 중요하게 된다. 원거리 탐색 및 추적 기능을 위해서는 저피탐성 레이더를 선체 상부 구조물 형상에 맞게 단순화시킨 탐지거리 300km 이상의 다기능 능동형 위상배열 레이더가 필요하게 될 것이다. 이처럼 원거리 탐색된 적을 먼저 타격하기 위해서 사거리 300km 이상의 초장거리 함포가 요구될 것이며, 전자기력을 이용한 레일건 함포가 이러한 역할 중 하나를 수행할 수 있을 것으로 판단된다. 함정 자체 방어를 위해서는 고출력이면서 효과적으로 타격할 수 있는 자유 전자레이저 함포와 고출력 마이크로웨이브(HPM) 타격 체계 등이 탑재될 것이며, 이에 초음속 유도탄에 대한 방어 능력 향상에 크게 기여하게 될 것이다. 또한 미래 전투함은 기존 디젤엔진이나 가스터빈 대신 통합전기추진 방식의 추진 체계를 채택함으로써 기동능력 및 추진성능이 향상될 것이다. 전기추진 방식을 채택함으로써 엔진룸을 함 중앙에 배치하지 않아도 되며, 이에 함의 공간 활용성 및 공간배치 자유성 측면에서 장점을 갖게 될 것이다. 이와 더불어 핵잠수함 정도의 낮은 방사소음 준위로 인해 수중방사소음을 크게 줄여 음향 스텔스 능력 향상 효과를 부가적으로 얻을 수 있다. 미래 전투함은 이러한 하드웨어적 진전뿐만 아니라 소프트웨어 측면에서도 스마트화됨으로써 통합전투체계, 기관제어체계 및 통합항해체계 등의 무인자동화 비율이 높아져 신속한 의사결정과 운용유지 비용 절감에 기여하게 될 것이다. 현재 7600톤급 구축함 세종대왕함(DDG) 승조원의 수가 300여 명인 점에 비춰 100여 명의 승조원만으로 운용된다면 얼마나 효율적이겠는가. 이처럼 생존성·기동성·공격능력 면에서 탁월한 성능을 갖춘 미래 전투함을 우리 해군이 갖추게 되면 대양해군 건설 및 세계 평화유지 활동에서 대한민국의 위상을 더욱 높일 수 있을 것이다.

스마트탄(지능탄)


유령에게 ？i기는 악몽에 시달려 본 적이 있는가? 아무리 열심히 달아나고 숨더라도 이들은 어김없이 우리를 찾아내어 괴롭히곤 한다. 아마도 우리는 머지않아 이러한 악몽을 현실에서 접하게 될 것이다. 두뇌와 인지력을 갖추고 빠르게 영리해져 가는 지능탄이 바로 그것이다. 과거의 재래식 무기는 목표점을 지향한 후 인력이나 도구·화약 등을 이용해 탄체에 초기 운동에너지를 부여하고, 그 관성력으로 탄체가 직선 또는 포물선 경로를 통해 목표물을 타격하는 방식이었다. 투석기나 활·총포·무유도 로켓 등이 여기에 속한다. 이에 반해 최근에는 표적과 경로에 대한 정보를 획득해 분석한 후 장애물을 회피하고 비행경로를 수정, 표적을 다양한 방법으로 정확히 타격하는 스마트탄(smart munition), 즉 지능탄의 사용이 급증하고 있다.초보적인 개념의 지능탄은 토우(TOW) 대(對)전차미사일과 같이 탄이 표적에 도달할 때까지 운용자가 지속적으로 유도해 줘야 하는 부류다. 조금 더 발전된 지능탄은 휴대용 대공유도무기 신궁이나 함대함유도무기 해성 등과 같이 표적 정보를 입력해 발사하면, GPS나 적외선·영상·음향·자장센서 등 내장된 센서를 이용, 지형 및 표적을 탐색·포착하고 최적의 경로를 통해 공격하는 능력을 보유한 것들이다. 또 머지않아 이러한 기능을 모두 갖추고 있으면서 원하는 표적을 선택적으로 식별하고, 공격 우선순위를 판단해 자율적으로 공격하는 차세대 지능탄이 등장할 것으로 예상된다. 운용자는 이러한 무기를 이용해 다수의 위협에 동시 대응할 수 있는 능력을 갖추게 된다.현재 지능탄 개념은 정밀 유도무기뿐만 아니라 다양한 종류의 화력체계에 도입되고 있다. 국방과학연구소에서 개발한 K-11복합형 소총의 경우 초소형 사격통제장비를 탑재해 발사와 동시에 표적 정보를 탄에 입력하고, 표적 부근의 공중에서 탄을 폭발해 파편을 비산시킴으로써 엄폐된 표적을 타격한다. 스마트 대전차지뢰는 근방을 통과하는 기갑부대를 감지해 공중으로 자탄을 쏘아올리고, 자탄은 낙하산에 의해 서서히 하강하면서 적 전차를 포착한 후 전차 상부를 타격하게 된다. 그 밖에도 종말유도폭탄, 센서감응식 대장갑탄, 탄도수정탄, 포발사 유도탄 등 다양한 종류의 지능탄이 개발되고 있다.지능탄을 개발하기 위해서는 표적탐지를 위한 각종 센서기술과 인공지능 및 신경망 회로 등을 포함하는 신호처리 및 융합기술, 탄체의 초소형화를 위한 MEMS(micro-electro-mechanical systems) 기술 등이 필요하다. 또 사거리 연장기술과 유도조종기술, 신관 지능화기술 및 파괴력 증대기술 등이 확보돼야 한다.최소한의 피해로 최대의 효과를 추구하는 미래 전쟁에서 지능탄이 발휘하는 위력은 더욱 강력해질 것으로 예상되며, 우리나라를 포함한 세계 각국은 보다 영리한 무기를 개발하기 위해 많은 노력을 기울이고 있다. 끈질기게 ？i아오며 괴롭히던 유령의 악몽은 현실이 되고 있다. 이들로부터 안전한 곳은 그 어디에도 없는 것이다.

초공동 로켓어뢰


바다는 오랫동안 인간들에게 신비와 공포의 대상이었고, 아직도 정복되지 않은 미지의 세계로 남아 있다. 그러나 이러한 경외의 대상인 바다도 핵잠수함을 가진 강대국들에겐 더할 나위 없는 놀이 공간이 됐다. 이는 잠수함의 은밀성 때문이기도 하지만, 잠수함이 발각되더라도 충분히 회피할 수 있는 수단들을 갖추고 있다는 자신감 때문이기도 하다. 하지만 앞으로는 이러한 무모한 짓도 얼마 남지 않은 것 같다. 왜냐하면 바다 속에 무시무시한 괴물이 출현하기 때문이다. 그것은 바다 속을 초음속으로 ‘날아가는’ 어뢰다. 일반적으로 어뢰는 몸체에 받는 물의 마찰 저항이 공기 중에서 받는 저항의 1000배에 달하기 때문에 ‘날아간다(fly)’는 표현보다 ‘주행한다(swim)’는 표현을 주로 쓴다. 그런데 바다 속을 날아다니는 어뢰가 출현한다. 그것도 공기 중의 초음속 미사일들과 비슷한 속도로.상상해 보자. 그대가 씨울프급 잠수함에 타고 있는데 초음속 미사일과 같은 속도로 무언가 접근하는 상황을. 기만기도 소용 없고, 노련한 항해사의 능숙한 회피술로도 피할 수가 없다. 그야말로 혈혈단신으로 바다 속 괴물과 맞닥뜨린 꼴일 것이다. 지금까지의 수중무기 관련 기술은 물의 마찰저항을 최소화하기 위해 몸체의 형상을 보다 매끄럽게 하거나 추진에너지를 높여 속력을 증가시키는 데 주력해 왔지만, 이러한 방법으로는 속력을 증가시키는 데에 한계가 있다. 이는 추진속도는 물리적으로 추진에너지의 세제곱근에 비례하기 때문이다. 그러나 초공동(supercavity) 현상을 이용하면 모든 것이 달라진다. 유체역학적으로 기포(cavity)는 물체의 진행을 방해하지만, 하나의 기포로 물체를 완전히 덮으면 마찰저항을 공기 중의 마찰저항과 비슷하게 만들 수 있다. 이러한 생각을 바탕으로 초공동화 기술이 연구됐고, 무기체계로까지 실현됐다.초공동화 기술은 제2차 세계대전 중, 독일에서 가장 먼저 연구했고, 전후(戰後) 미국과 구소련이 초공동화 기술에 집중했다. 이후 미국은 수중무기정책을 은밀화로 선회했다. 그러나 구소련은 지속적인 연구개발 투자로 1970년대 후반에 시속 약 380km의 ‘쉬크발(Shkval)’ 어뢰를 실전배치했고, 현재는 탐색·추적 기능까지 갖는 버전을 개발 중인 것으로 알려져 있다. 이에 자극을 받은 미국은 1990년대부터 초공동화 무기체계의 필요성을 재인식하고, DARPA(Defense Advanced Research Projects Agency)와 onR(Office of Naval Research)를 중심으로 초공동화 기술을 활발히 연구 중인 것으로 알려져 있다. 초공동화 기술의 선구자인 독일은 1988년부터 초공동화 연구를 시작해 최근에 시속 약 800km의 ‘바라쿠다(Barracuda)’ 어뢰를 개발 중인 것으로 알려져 있다. 이렇듯 선진국들은 초공동화 기술에 심혈을 기울이고 있으며, 그들은 초공동화 기술을 향후 해양의 제패에 중요한 변수로 생각하고 있다. 선진국들의 사례에서 알 수 있듯이 초공동화 기술은 단시일 내에 개발될 수 있는 것이 아니다. 그러므로 국내에서도 지속적인 투자와 연구를 통해 기술을 축적하고 확보해야 할 기술로 본다. 그래야 우리 앞마당(바다)에서 제멋대로 노는 그들에게 간담이 서늘하도록 큰소리 칠 수 있지 않을까.

전자광학 센서


인간에게 눈이 없다면? 눈이 있더라도 시력이 좋지 못해 남들보다 더 멀리 보지 못한다면 불편할 것이다. 항공기·탱크·함정 등 무기체계에서 눈의 역할을 하는 것이 바로 전자광학 센서다. 현대전은 얼마나 좋은 전자광학(EO·Electro-Optical) 센서를 보유하고 있는지 여부에 따라 전쟁의 승패가 좌우될 수 있다. 즉 먼저 보고, 먼저 결심하고, 먼저 타격함과 동시에 보다 멀리 보고(Deep See), 멀리 타격하고(Deep Strike), 멀리 통제(Deep Control)함으로써 전쟁을 승리로 이끌 수 있다. 전자광학 센서(EO)는 전자기파 중 가시광선(0.4~0.7μm)과 근적외선 파장영역(대략 0.7~1.0μm)을 이용하며, 반도체 소자인 CCD(Charge Coupled Device)를 감지센서로 사용해 표적으로부터 카메라에 들어오는 영상을 디지털 방식으로 획득, 이를 압축해 전송하는 센서다. 전자광학 센서를 이용한 카메라는 가시광선 영역의 고성능 망원경이나 디지털 카메라와 구성이 크게 다르지 않다. 따라서 전자광학 카메라는 1990년대 이후로 광학기술과 전자부품 기술, 통신모듈 개발기술 등의 급격한 발전으로 소형·경량화된 전자광학 센서가 탑재된 카메라를 이용해 고용량의 영상자료를 실시간으로 전송할 수 있는 전자광학 방식 카메라로 발전됐다. 해상도도 놀라울 정도로 개선돼 왔다. 영상의 해상도는 CCD〈재질·화소(Pixel)크기·수〉, 초점거리, 렌즈의 구경, 탐지거리, 임무수행 고도 등에 의해 결정되며 이는 장비의 크기·비용·중량 등에 영향을 미친다.과거에는 전자광학 센서의 크기와 무게 제한으로 인해 가시광선용 전자광학센서(EO)를 고속비행항공기, 무인기(UAV·Unmaned Aerial Vehicle) 등에 탑재하는 것이 무리가 있었다. 하지만 최근 미소기전시스템(MEMS·Micro Electro Mechanical System)을 이용한 탑재센서의 경량화·소형화기술의 발달로 극초소형 무인기(NAV·Nano Aerial Vehicle)에도 고해상도의 전자광학센서 탑재가 가능해지고 있다. 현재 극초소형 무인기(NAV)는 미국방고등연구사업청(DARPA·Defense Advanced Research Project Agency)에서 최대 길이가 75mm 이하로 최대 이륙 중량은 10g 이하로 정의하고 있다. 이런 기술의 발달 추세면 소형 탐지 항공기, 날으는 곤충로봇 등 온갖 공상과학영화에서 나오는 극초소형 무인기의 실현이 가능해질 것이다. 감시정찰용 초소형 무인기는 급변하는 미래전투체계(FCS·Future Combat System)에서 인간이 하기 힘든 임무를 대신하고 군 병력 손실을 최소화하기 위해 필수적인 무인전투시스템이다. 전장 공간에 위치한 물체의 실제 모양을 영상으로 관측하거나 정밀한 거리를 측정해 신뢰성 있는 정보를 실시간으로 우군에 제공할 수 있게 됨으로써 주야 구분 없이 24시간 전자화된 전장에서 그 중요성이 날로 부각되고 있다. 극초소형 무인기의 ‘눈’의 역할을 하는 전자광학센서(EO)는 경량화·소형화 기술을 바탕으로 지속적으로 발전하고 있으며 다가오는 미래전을 승리로 주도할 수 있을 것이다.

클로킹<cloaking> 기술


영화 해리포터에서처럼 물체를 보이지 않게 감쪽같이 사라지게 하는 투명망토(Invisible cloak)가 있다면 어떨까? 스타크래프트 게임에서처럼 레이스 전투기를 보이지 않게 해 주는 클로킹(cloaking)이 가능하다면 어떨까? 이러한 기술이 있다면 적과의 전쟁에서 승패는 보나마나 뻔할 것이다. 모습이 보일 때까지는 공격에 대해서 속수무책일 것이다. 이것은 공상과학이나 판타지 소설에서만 가능한 것일까? 결코 소설만은 아닐 것이다. 우리가 ‘본다’는 것은 빛(가시광선)이 대상 물체에 반사돼 우리 눈에 그 이미지가 맺히는 것이다. 그러나 역으로 빛이 대상물체에 반사되지 않고 흐르는 물이 바위를 만나면 돌아 흐르는 것과 같이 빛이 우회하도록 한다면 그 물체는 우리 눈에 보이지 않을 것이다. 바로 이것이 투명망토의 원리다. 이 원리를 실현하기 위해서는 대상 물체의 뒤편 다른 배경의 이미지를 대상 물체의 표면에 나타나게 해 주면 된다. 다시 말하자면 빛(가시광선)을 반사하거나 흡수하지 않고 굴절시켜 주위를 돌아가게 함으로써 눈앞의 물체는 안 보이고 뒤의 물체만 보이게 한다는 것이다. 흔히 스텔스 기술이라 하면 레이더에서 방사되는 전자파의 반사를 최대한 줄여 레이더에 탐지되지 않도록 하는 기술을 지칭하지만 눈에 보이는 모습까지 감출 수는 없다. 그러나 가시광선뿐만 아니라 레이더 전파 모든 대역에 대해서도 반사를 줄이고 그 전파나 가시광선을 반대편으로 유도하는 기술이 적용된다면 눈에도 보이지 않고 레이더에도 잡히지 않는 클로킹이 가능할 것이다. 이러한 투명망토 기술도 머지않아 실현될 것으로 보인다. 그동안 유사한 기술이 많이 구현됐으나 특정 대역에 대해서만 가능하거나 광선의 우회 시 빛 파장의 손실이 커 충분한 클로킹이 불가능했다. 하지만 최근 미국과 중국의 과학자들은 가시광선의 모든 파장과 적외선까지도 포함하는 넓은 대역(broad band)의 주파수를 피해 가는 메타물질을 개발했다고 사이언스지에 발표했다. 이 브로드밴드 투명망토는 빛의 파장보다 더욱 작은 나노구조를 이용해 천연물질에서는 발견할 수 없는 마이너스 굴절효과(negative refraction effect)를 발생하는 것이다. 과거에는 메타물질 개발뿐만 아니라 하나하나의 나노구조를 설계하는 데 엄청난 양의 수학적인 계산이 필요했던 것을 초고속으로 처리할 수 있는 새로운 알고리즘의 개발로 I-형태로 된 수천 개의 구리·유리섬유 나노구조의 평행 배치를 성공시켜 적외선을 포함한 모든 가시광선 영역에 대한 클로킹 구현이 가능해진 것이라 설명하고 있다. 이 기술을 응용하면 투명망토 외에도 소리를 감출 수 있는 ‘침묵의 망토(cloak of silence)’ 개발도 가능할 것이다. 최근 많은 선진국이 클로킹 기술 적용을 위해 연구하고 있음이 언론을 통해 알려지고 있다.(사진 참조) 앞으로 투명망토를 무기체계에 적용하기까지는 많은 시간이 필요할 것이다. 그러나 우리는 투명망토뿐만 아니라 소리를 감추는 ‘침묵의 망토(cloak of silence)’까지 개발한다면 누구도 감히 넘볼 수 없는 국가가 될 것이다. 사진설명:영국 국방부가 발표한 미래 과학기술 중 클로킹 기술을 적용한 전투차량 상상도. 영국 국방부 웹사이트 www.mod.uk

미래 군 위성통신체계


21세기를 시작하며 우리는 이미 1인 1전화기 시대를 맞고 있다. 특히 휴대전화는 개인 필수품으로 자리 잡고, 전국 어디서나 음성·동영상·데이터 통신 서비스를 제공한다. 전국이 단일 통화권으로 언제 어디서나 통신이 가능하게 된 데에는 이동통신 기술의 발달과 함께 이동통신기지국이나 전화국처럼 통신 인프라가 잘 구축돼 있기 때문이다. 그런데 태풍이나 홍수와 같은 자연재해로 통신 인프라가 기능을 발휘하지 못하게 되면 어떻게 될까? 또 전시에 적 종심지역과 같이 아군의 통신기반시설이 제공되지 않는 지역에서는 어떻게 할까. 이처럼 지상의 통신 인프라를 사용하지 못할 때에도 통신이 가능한 것은 우주공간에 배치된 통신위성이 있기 때문이다. 현재로서는 위성통신 방식이 지역적인 통신환경이나 지형, 거리 등의 제약을 받지 않고 통신할 수 있는 유일한 수단이다. 우주개발에 대한 인류의 노력이 시작된 것은 그리 오래전 일이 아니다. 구소련이 스푸트니크 1호를 발사한 1957년을 우주개발의 효시로 본다면 이제 겨우 반세기를 지났을 뿐이다. 이 짧은 기간에 위성통신은 지구촌의 광역기간 통신망으로 자리 잡게 됐다. 군사 분야에서도 위성통신 기술은 비약적으로 발전해 지금은 필수 통신수단으로 그 영역을 넓혀 가고 있다. 우리 군도 2006년 8월 최초의 통신위성을 고도 약 3만6000km인 정지궤도에 쏘아올리고 2007년부터 전력화해 운용하고 있다. 이 통신위성의 중계 기능을 이용해 지상 단말 간 트렁크 기능, 방송 기능 및 일반 네트워크 기능 같은 기본적인 위성통신 서비스를 제공하고 있다. 미래전은 지·해·공·우주·사이버 등 5차원 공간에서 네트워크 중심의 실시간 지휘통제·통신 기능을 요구하고 있다. 미래의 네트워크화한 전장에서 군 위성통신체계는 핵심적인 기능을 수행하게 될 것이며, 기본적인 위성통신 기능 외에도 정보기술의 발전으로 전장운영에 새로운 개념을 제공할 수 있을 것이다. 위성통신 궤도는 전략·전술적 요구에 따라 비행선을 배치할 수 있는 성층권으로부터 저궤도와 정지궤도 등을 다양하게 활용할 것이다. 전장 네트워크 기반체계는 통신위성을 비롯한 무인항공기나 성층권 비행선 등의 다양한 플랫폼을 통합해 음성·비디오 데이터, 방송망 등이 융합된 ‘All IP’ 멀티미디어망으로 진화할 것이며, 초고속 광대역 서비스를 위한 대용량 통신채널 지원도 가능할 것이다. 동시에 실시간 지휘통제체계 구축을 위한 광대역 이동통신 수요를 만족시킴으로써 소대와 중대급 지휘관에게도 이동통신 서비스를 제공하고, 간편하게 휴대할 수 있게 우리가 사용하는 휴대전화처럼 소형화된 지상·위성 통합단말기가 제공될 것이다. 그뿐만 아니라 위성통신체계의 신뢰성 증진을 위해 항재밍 링크와 회선수 증가를 수용할 수 있는 기술도 개발될 것이다. 적시적소에 정보통신 서비스를 제공할 수 있는 군 위성통신체계는 미래의 네트워크 중심전 수행을 가능케 하는 중추적 역할을 담당할 것이다.

美 육군 미래전투체계


2030년 안개가 자욱한 깊은 새벽에 ××공화국은 중화기로 무장한 기계화 사단을 동원해 인접 친서방 국가인 ○○공화국의 수도를 점령한다. 이에 따라 미국은 본토에서 미래전투체계로 무장한 전투여단을 수송기에 싣고 태평양을 건너 4일 만에 배치를 완료하고 적군과 대치한다. 미군 지휘소용 차량 스크린에는 적 상공에 띄어진 무인 정찰기(UAV)로부터 전송된 적군의 부대 배치 영상이 나타나고, 사격 지시에 따라 비가시선 자주포에서는 155mm 유도폭탄이, 무인 발사기에서는 원격조종 미사일이 발사돼 빌딩 곳곳에 배치된 적 화력을 선별적으로 무력화시킨다. 진격명령에 따라 투입된 무인 다목적차량은 매설된 지뢰를 탐지·해체시켜 이동로를 확보하고, 무인 전투차량은 30mm기관포로 적과 치열한 교전을 벌인다. 도심에 진입한 병사들은 건물로 투척된 휴대용 무인 차량으로부터 수집된 적의 위치정보를 휴대용 단말기로 확인한 뒤 효과적으로 적군을 제압하고, 이와 같은 전장 상황은 전 여단에 걸쳐 공유된다. 이는 단지 상상이 아니라 네트워크, 첨단기술, 정보기술 능력을 통합시킨 2030년대를 겨냥한 미 육군 미래군의 모습이다. 미래전투체계(FCS : Future Combat Systems)는 1999년 당시 미 육군참모총장이었던 에릭 신세키 장군이 제안한 육군 현대화 사업으로, 전 세계 어느 분쟁지역이든 여단 규모 지상군이 수일 내 이동 가능토록 2015년에 최초 실전배치를 목표로 연구되고 있다. 이는 이라크전에서 최첨단 무기로 적을 무력화했지만 정작 병사들은 전장 상황을 파악하지 못해 적의 매복과 아군의 오인사격으로 생명을 잃기도 했듯이 전장정보를 공유하는 네트워크 중심전의 필요성이 부각됐고, 또한 중무장 병력을 신속 배치하는 능력에 문제점이 노출됐기 때문이다. 따라서 FCS는 중장갑 위주의 기존 전력 구성을 탈피해 기동성·치명성·생존성 등 최적 기능으로 네트워크화한 유·무인 전투체계의 기능 통합으로 어떤 전장 환경에서도 신속한 전략적 대응 및 우위선점을 추구하고 있다. FCS는 지휘·전투·감시정찰·구난 등 임무를 수행하는 8종의 유인 지상차량과 전투·정찰·수송 등 임무를 가진 6종의 무인 정찰기·지상 차량 등 총 14개 체계와 네트워크 및 병사체계가 하나의 시스템으로 통합돼 14(장비) + 1(네트워크) + 1(병사체계)개의 체계로 구성되며 능동방호, 능동현수, 전열포, 자율주행 및 센서기술 등 최첨단 기술이 결집된 체계라 해도 과언이 아니다. 이 기술이 적용되면 적의 화력이 닿지 않는 지역에서도 목표물을 감지하고 몇 미터 오차로 타격할 수 있으며, 시속 100km 이상으로 주행이 가능해져 작전 템포를 획기적으로 증대시키고, 적의 공격·탐지능력을 무력화시켜 생존성을 향상시킬 것이다. 무엇보다 감시정찰 수단과 강력한 화력, 그리고 병사들을 네트워크화함으로써 전투효율을 극대화시킬 수 있다. 네트워크 통신, 차량 경량화 등 개발 난제들이 쌓여 있지만 FCS가 성공적으로 완성되면 먼저 보고, 먼저 이해하며, 먼저 행동해 적을 제압하는 할리우드 영화 같은 전투가 전개될 수 있을 것이라 상상해 본다.

미래의 지뢰


2차에 걸친 세계대전을 거치면서 지뢰는 폭약과 더불어 급속한 발전을 거듭해 왔다. 지뢰 변천사를 살펴보면, 초창기에 점화약에 가해지는 압력에 의해 폭발하는 단순 압력식 지뢰에서 설치자 보호용 안전장치(장전장치)를 가진 압력식 지뢰, 당기는 힘을 이용한 인력식 지뢰 등으로 발전돼 왔다. 또 전자기술 발전으로 전차 진동을 감지해 폭발하는 지뢰, 금속에 전류가 흐를 때 발생하는 전자기 유도 특성을 이용한 자기감응식 지뢰, 압력식·진동식·자기감응식 센서 등 2개 이상의 센서를 갖는 복합형 지뢰로 발전돼 왔다. 지뢰 설치방법 측면에서 볼 때는 사람이 직접 설치하는 지뢰에서 투척 살포하거나 탄 투발로 설치되는 지뢰로 발전됐으며, 적군이 지뢰를 제거하지 못하도록 탐지가 불가능한 지뢰도 나타나게 됐다. 그러나 이처럼 발전을 거듭해 온 지뢰는 그 특성상 적과 아군을 식별해 사용할 수 없다는 치명적인 단점을 갖고 있다. 이러한 단점으로 지뢰 설치 지역을 아군이 이동할 경우 지뢰 제거작업에 많은 노력이 필요할 뿐만 아니라 군사적 정보가 없는 민간인에게는 더욱더 큰 피해를 줄 수 있다. 이에 대한 문제점 인식으로 인도적인 차원에서 대인지뢰 사용금지에 대한 협약이 오슬로에서 처음 채택됐으며, 그 후 전 세계로 확대되고 있다. 대인지뢰금지협약에 대한 활동의 일환으로서 우리나라의 경우 휴전선 인근 지역 및 군사보호구역에 산재해 있는 유기지뢰·불발탄 등의 폭발물을 제거하는 활동이 지속되고 있다. 또 이러한 노력과 더불어 연구개발되는 지뢰기술 또한 지능화 능력이 요구되고 있다. 지능화된 지뢰는 적군이 기 설치된 지뢰를 제거하지 못하게 할 수 있고, 필요시 아군의 기동을 용이하게 하기 위해 작전시간 후에는 자폭·해체 기능이 있으며, 폭발은 원격으로 작동해 불특정 다수가 아닌 특정한 목표물을 선택적으로 제압할 수 있는 특성이 요구된다. 현재 지뢰의 군 운용은 철조망 등의 방책과 함께 대전차지뢰와 대인지뢰를 혼합해 적의 기동을 저지하는 개념에서 미래에는 복합감응센서를 이용, 목표물들을 탐지하고 지뢰들 간 네트워킹 연결로 거미줄과 같은 보호막을 형성함으로써 적 침투 저지 및 아군을 보호하는 개념으로 변경될 것이다. 기존 대전차지뢰와 대인지뢰를 광역지뢰(그림참조)와 원격통제탄이 대체할 수 있을 것으로 판단된다. 광역지뢰는 대전차대응 개념으로 복합감응센서에서 탐지된 목표물에 대해 중앙통제소에서 원격으로 폭발을 지시하면 상부로 발사돼 반경 약 100m 이내의 장갑 표적을 스스로 탐지하고 표적을 향해 방향을 전환해 폭발성형관통자 탄두로 장갑 표적의 상부를 공격하는 방식으로 하나의 지뢰로 넓은 지역에 있는 표적들을 대상으로 한다. 또 원격통제탄은 대인대응 개념으로 복합감응센서가 목표물을 탐지, 정보통신 네트워킹을 통해 중앙통제소로 통보하고 원격지에서 목표물을 식별해 제어신호를 보내면 원격통제탄약이 목표물을 향해 폭발하는 방식이다. 이같이 미래 지뢰는 필요시 원격으로, 그리고 선택적으로 조종·폭발·해체할 수 있는 지능탄으로 발전하고 있다.

‘컴’ 바이러스 AMCW


담배 연기 자욱한 컴컴한 방안에서 한 테러단체 요원이 컴퓨터 모니터를 뚫어지게 응시하며 능숙한 손놀림으로 키보드를 조작하고 있다. ‘엔터(Enter)’ 키를 누르는 순간 국가 교통관제시스템이 마비돼 통제 불능 상태에 빠지며 곳곳에서 충돌사고가 일어나 수많은 사람이 목숨을 잃게 된다. 그리고 테러단체는 이것을 계기로 정부와 협상을 벌이게 된다. 이 상황은 액션 영화에서 단골처럼 등장하는 장면이다. 하지만 이와 같은 가상공간에서의 사이버 테러는 정보기술이 발전하면서 점차 현실화하고 있다. 이미 미국은 걸프전·코소보 내전에서 사이버 부대를 동원했고, 그 결과 방공망과 주요 지휘통신망을 무력화해 사이버 전쟁의 탄생을 예고하는 계기가 됐다. 아직은 시스템이나 네트워크에 몰래 침입해 내부 정보를 파괴하거나 절취해 예상치 못한 장애를 일으키는 수준이지만, 조만간 사이버 공격은 마치 크루즈 미사일이 목표물을 향해 자동 항해하듯 금융거래·전기·통신·관제시스템 등 모든 국가기간 전산망에 침투해 파괴함으로써 경제공황, 정전, 충돌사고 유발 등 큰 혼란을 야기하는 상황이 올 수도 있다. 컴퓨터 바이러스의 일종으로 객체이동 가상무기인 AMCW(Autonomous Mobile Cyber Weapon)는 적국의 특정 시스템까지 자동 항해해 공격 목표물에 도달한 후 전산망을 무력화하는 최신 프로그램이다. 이제까지 바이러스의 군사적 이용 제약은 정해진 목표물로 가는 이동성 문제에 있었다. 즉, 오늘날까지 발견된 통상적인 바이러스는 군사적으로 활용할 경우 자동 항해 기능이 없어 전산망상에서 방향성 없이 무작위로 퍼져나가기 때문에 특정 목표물에 도달할 확률이 거의 없으며, 피아 식별이 되지 않고 아군에게도 피해를 입힐 수 있다. 따라서 군사적 적용성 여부의 핵심은 바이러스가 지능적으로 특정한 목표물로 최적의 경로를 따라 이동하는 능력에 달렸다. AMCW는 산업현장에서 로봇이 작업자를 대신하듯이 해킹 능력을 보유한 사이버 병사가 수동조작으로 전산망에 침투하는 것보다 훨씬 효율적으로 시간 제약을 받지 않고 임무를 수행할 수 있으며, 외부 도움이나 조종 없이 지능적으로 상대방의 정보를 탈취, 파괴 및 조작하는 임무수행이 가능하다. 또 AMCW는 근본적으로 침투 흔적이 남지 않아 추적이 불가능하다는 속성 때문에 이 바이러스를 퍼뜨린 실체를 파악할 수 없다는 군사적 장점이 있으므로, 사이버 공간상에서 벌어지는 공격 양상을 혁신적으로 변화시킬 수 있다. 이미 미국·일본·중국 등 세계 주요 국가들은 미래에 예측되는 사이버 전쟁에 대비해 사이버 테러를 대비한 기술능력 강화, 사이버부대 창설 및 신종 사이버 무기 개발에 소리 없는 각축전을 벌이고 있으며, 공식적이지는 않지만 다양한 사이버 공격 무기도 이미 개발한 것으로 알려져 있다. 이와 같이 사이버 전장에 대한 위협은 정보기술의 발달에 따라 점차 증대되고 있으므로 사이버 공간상의 안보를 위한 기술개발 및 투자가 절실한 시점이다. 사진설명:가상공간에서의 사이버 테러나 컴퓨터 바이러스는 이제 안보 차원의 문제로 부각되고 있다. 그림=필자 제공

정보 획득


제2차 세계대전 당시 독일군은 에니그마(enigma)라는 암호 생성·해독기를 이용해 암호문을 만든 후 무선으로 정보를 주고 받았다. 연합군은 도청을 비롯한 여러 가지 방법으로 암호문에 대한 몇 가지 단서를 입수해 에니그마의 원리를 알아냄으로써 독일군의 중요 정보를 얻을 수 있었다. 그래서 연합군은 독일군의 움직임을 상세히 파악할 수 있었고, 이는 전쟁에서 승리하는 결정적인 계기가 됐다. 이와 같이 정보는 승패를 좌우하는 중요한 요소로 작용해 왔으며, 미래에도 그럴 것이다.정보는 데이터 수집, 분석 및 처리 등의 과정을 거쳐서 생성된다. 레이더와 광학장비 등의 센서에서 데이터가 수집되고, 컴퓨터에서 분석·처리돼 정보가 생성되는 것이다. 세계대전 이전에는 정보를 수집하기 위해 주로 사람(스파이)을 활용했으나 기술이 발달함에 따라 사람뿐만 아니라 첨단 장비도 이용하게 됐다. 현재 하늘에는 3만여 기의 인공위성(저궤도 위성 1만2000여 기 포함, 그림 참조)이 지구를 바라보며 영상정보를 비롯한 각종 정보를 수집하고 있다. 또 지상에는 레이더, 통신 기지국 및 인터넷을 통해 각종 정보가 생성되고 전송되고 있으며, 수중에는 음파를 탐지하기 위한 수중센서들이 배치돼 있다. 이처럼 각종 정보수집 장비들은 우리들 곁에 어디서나 위치하고 있다. 감청장치인 에셜론(Echelon)은 첩보위성 120여 개를 통해 세계 도처의 전화·팩스·전자메일은 물론 단파나 항공기 및 함정의 전파 등에서 폭탄·테러 등의 키워드를 검색해 관련 정보를 미국 국가안전보장국(NSA)으로 전송한다고 알려져 있다. 또 레이저를 이용해 건물 안에서 대화하면서 발생되는 유리창의 미세한 진동을 신호로 변환시켜 대화 내용을 외부에서 감청할 수 있으며, TEMPEST라는 장치를 이용해 진공관 타입의 모니터에서 방사되는 전파를 분석해 다른 모니터에서 그 내용을 볼 수 있다. 최근에는 뇌파를 분석해 생각을 읽어내는 장치에 대한 연구개발 노력도 선진국을 중심으로 이뤄지고 있다. 이와 같이 전 세계적으로 정보 획득을 위한 첨단 장비의 개발 노력으로 볼 때, 국가안보 측면에서 정보가 얼마나 중요한지를 짐작할 수 있다. 정보 획득이 중요해짐에 따라 상대개념인 정보보호도 그 중요성이 증대되므로 암호기술·해킹방지기술 등에 대한 연구가 계속되고 있다. 정보는 미래 자산의 핵심임에는 틀림없으나, 수많은 정보로부터 연관성을 찾아내어 분석하고 판단하는 일은 여전히 사람의 지능에 의존하는 경우가 많다. 그래서 고가의 장비를 이용해 정보를 수집하고 분석하는 일련의 과정들도 사람의 판단 과정을 모방해 발전하고 있다. 사람의 뇌세포는 정보를 습득할수록 신경세포들 간에 연결이 이뤄지며, 연결이 복잡할수록 고도의 정보처리가 가능해진다. 뇌에 대한 연구가 지속적으로 이뤄지고 있고, 기술이 발전되고 있는 추세를 보면 미래에는 사람의 뇌가 정보를 처리하는 능력에 버금가는 장비가 개발될 것이다.

초소형 감시정찰 로봇


정보 우위가 전장 주도권 확보 및 작전 성패를 결정적으로 좌우하는 미래전의 양상에서 제반 기능의 원활한 수행을 위해 감시정찰 로봇을 통한 정보 우위 확보가 요구되며, 감시 - 결심 - 타격수단이 네트워크로 연동되는 무인전투의 중요성은 타 분야에 비해 월등히 높다. 네트워크 환경 기반을 추구하는 미래전은 전략적 차원의 무인체계로부터 초소형 무인기까지 다양한 무인전장 감시수단이 필요하게 된다.이러한 무인전장 감시수단으로 미군은 오래전부터 초소형 정찰비행로봇(MAV)을 운용해 왔다. 2001년 미국의 AV사에 의해 블랙위도(Black Widow)가 개발된 후 그 후속 모델로 WASP가 ACTD 사업으로 개발됐다. 초소형 정찰비행로봇은 기존의 수m 크기의 소형 무인항공기에 비해 운반이 편리하며 협소한 장소에서도 이착륙할 수 있는 장점으로 소규모 단위부대나 특수부대에서 독자적으로 정보수집 수단으로 활용할 수 있다. 또 그 기술발전 추세를 고려한다면 수년 내 초소형 정찰비행로봇은 작은 크기에도 불구하고 그 성능은 현 1~2m 크기의 소형 무인항공기를 능가할 수 있을 것으로 기대된다. 한편 일반적인 감시정찰 로봇의 조건은 은밀성과 낮은 피탐지성이라 할 수 있다. 적의 핵심시설에 근접해 정확한 정보를 획득하기 위해서는 감시정찰 로봇이 소형화되고 방음 성능을 향상시켜 적에게 발각되지 않은 상태에서 부여된 임무수행이 가능해야 한다. 이에 무인체계 군사 선진국에서는 MEMS(Micro Electro Mechanical Systems) 기술을 적용해 초소형 곤충로봇과 같은 무인체계 개발을 시도하고 있다. 특히 미국의 경우 Carnegie Melon, Stanford, Berkeley 및 Boston Dynamics 등 민간 연구기관 및 방산업체를 중심으로 파리·잠자리와 같은 곤충형 감시정찰 로봇에 대한 연구가 이뤄지고 있다.영국의 BAE 시스템사와 미 육군은 전장 상황 정보능력 향상을 위해 마스트(MAST)라고 불리는 초소형 로봇을 2013년을 목표로 거미형의 곤충로봇에 고성능 카메라와 탐지센서를 탑재한 무인체계를 개발 중이다. 이 로봇은 고성능 카메라로 수집한 영상을 네트워크를 통해 실시간으로 병사들에게 전송하고 병사는 손목에 착용한 소형 디스플레이를 통해 영상을 확인하고 작전수행을 가능하게 할 것이다. 이러한 무인체계의 초소형화를 위해서는 인공지능기술 외에 초경량이면서 장시간 작동을 가능케 하는 전원기술 개발이 필수적이라 할 수 있다. 미래전의 전투수행 개념은 적지 종심에서 표적획득 임무를 수행하는 휴대형 소형 무인항공기(MAV 또는 곤충형 무인장비)와 소형 지상감시 정찰차량을 운용해 표적을 확인하고 타격부대에 실시간 정보 전달이 요구된다. 또 침투 후 작전지역에서 활동 시 생존성 보장을 위해 적이 접근 가능한 예상 기동로와 주요 감시지역에 지상무인 센서를 설치함으로써 영상과 진동으로 조기에 적의 접근을 감지할 수 있어야 한다. 이를 위해서는 현재까지의 무기체계를 적용한 전투수행 방법과는 전혀 다른 새로운 패러다임의 설정과 장기적이고 순차적인 연구개발 전략 수립이 필요한 시점이다.

스파이더 로봇

2057년 어느 날, 인간 범죄자를 색출하는 미래경찰은 범죄자가 은닉한 장소를 찾아내기 위해 허리 벨트에서 스파이더 로봇을 꺼내 보낸다. 이 로봇은 욕조 수면 위로 떠오르는 기포의 열을 감지해 범죄자를 찾아내고, 홍채를 스캔해 범죄자를 확인한다. 영화 ‘마이너리티 리포트’의 한 장면이다.

초소형 로봇에 온도 감지센서와 홍채 인식 스캐너를 장착한 가상 스파이더 로봇이 인간을 추적한다는 상상은 SF영화 속의 한 장면을 뛰어넘어 현실 가까이 온 것 같다.최근 BAE시스템 사가 공개한 스파이더 - 봇이 바로 그것이다. 적 게릴라가 침투한 건물 내부에 스파이더 - 봇을 보내 적의 움직임과 지형 화상데이터를 아군으로 전송하면, 현장에서 적의 동태를 실시간으로 판단해 한 치의 오차 없이 정확하게 게릴라를 섬멸한다는 것이다.

이러한 정찰로봇은 MEMS(Micro Electro Mechanical System) 항법 통합처리기술을 기반으로 전술 통신기반 지역 DGPS(Differential Global Positioning System) 처리기술, 미학습 야지 환경의 실시간 매칭기술 외에 다중 영상 실시간 합성 및 전시기술이 선행돼야 가능하다 하겠다.

2008년 말 영국 국방부는 수류탄처럼 던져서 적진을 정탐할 수 있는 투척형 비디오 카메라 I-Ball 개발에 착수했다고 발표한 바 있다. I-Ball은 정찰용 카메라와 센서를 장착할 예정이다. 이보다 앞서 이스라엘의 O.D.F. Optronics 사에서는 투척형 감시정찰 장비인 EyeBall R1을 개발한 바 있다.

EyeBall R1은 무게가 1kg 이하이면서 지름이 8cm 정도로 한 손 투척이 가능하고, 내부에 몸체를 회전시킬 수 있는 구동기가 들어 있어 카메라의 시야 각도를 조절할 수 있는 특징을 갖고 있다. 이 외에도 미국은 협로탐색 및 정찰용으로 3kg급 Micro-VGTV 휴대용 로봇을 개발하고 있는데, 여기에는 초소형 카메라를 탑재해 원격 제어할 수 있도록 개발하고 있다.

아울러 정찰로봇의 개발과 병행해 로봇원격조종기는 로봇과 병사 간의 정보전달을 위한 매개체로서 고밀도 극소형 컴퓨터 집적기술이 있어야 간편한 착용과 조작이 수월한 원격조종기를 가질 수 있다 하겠다.

정찰로봇은 작전지역에 대한 실시간 근접 영상정보 획득, 적 부대, 시설장비, 화력지원 수단에 대한 표적 획득 및 화력 유도, 도로정찰대 지원, 건물 내부 탐색, 통신 사각지역 내 중계임무, 폭발물처리 등 다양한 전투 분야에 활용될 수 있다.

요즈음 세계 각국은 정보기술 및 인공지능, 컴퓨터기술의 발전으로 다양한 무인장비 등을 개발하고 있으며, 특히 감시정찰용 로봇의 경우 여러 가지 형태로 개발이 진행 중이고, 미국의 경우 아프가니스탄·이라크전에서 휴대용 정찰로봇을 실전에 투입해 활용하고 있다.

로봇기술의 지속적인 발전으로 로봇의 극소형화와 고성능 온도센서 및 홍채 스캐너의 극소형화가 이뤄진다면 영화에 나왔던 스파이더 로봇의 출현도 그리 머지않은 것 같다.

사진설명:영화 마이너리티 리포트에 등장한 스파이더 로봇.필자 제공

미래 화생방 정찰체계


2009년 4월 5일 11시쯤 북한 무수단리에서 발사된 광명성 2호는 인공위성인지, 아닌지 그리고 성공 여부를 떠나 중요한 것은 북한이 적어도 수천 km 이상을 비행해 길게는 지구 반대편까지도 사정거리권에 두는 미사일인 대륙간 탄도미사일(ICBM)을 개발할 능력을 보유하고 있다는 데 있다. 이는 미사일 공격 범위가 한국은 물론 일본과 미국 본토까지 확장되는 것을 의미하며, 미사일에 북한이 보유하고 있는 것으로 추정하는 핵탄두와 대량살상무기(WMD)가 실려 있으면 그야말로 대참사가 일어날 수 있기 때문에 유엔에서 제재 조치를 논의하고 있는 실정이다. 전쟁이 발발할 경우 북한은 중거리 미사일인 스커드와 노동미사일 탄두에 화생방작용제를 탑재해 투발할 것이 예상되므로, 우리 군의 대응은 화생작용제를 조기 탐지하고 어떤 종류인지 식별, 경보해 방독면·보호의 착용 및 대피 등 위험에 대한 대비가 가능토록 가장 우선적으로 조치해야 한다. 이러한 조기경보의 필요성 때문에 선진국의 화생방 정찰체계는 화생방작용제를 직접 접촉해 탐지하는 접촉 탐지기술보다는 4~5km 정도 떨어진 원거리에서 화생작용제 탐지가 가능한 센서를 연구 개발해 원거리 탐지장비를 중요기지에 설치하거나 화생방정찰차에 탑재, 조기에 탐지해 식별 및 경보가 가능하도록 변화해 가고 있는 추세다. 최근에는 NANO 및 MEMS(Micro Electro Mechanical System) 기술을 이용해 탐지센서를 소형화하고 이를 무인정찰차(UGV)와 무인항공기(UAV)에 탑재해 화학·생물학 및 방사능 물질을 탐지하는 무인 화생방 정찰체계로 발전해 나가고 있다. 화생방 무인정찰차로는 미국의 CUGV(CBRN Unmanned Ground Vehicle)가 있는데 소형으로 원격제어가 되며, 입체카메라와 화생방 탐지센서 및 거리 감지센서 모듈을 장착하고 가변 구조형 무한궤도 방식의 이동장치를 사용해 위험도가 높고 접근이 어려운 제한된 지형 환경조건에서 기존 화생방정찰차와 병사의 임무를 대체할 것이다. 무인항공기에 화생방 탐지센서를 탑재, 실시간으로 탐지 및 경보가 가능한 화생방무인정찰기(CUAV)로는 미국 제너럴 다이나믹스 사와 NRL(Naval Research Laboratories)이 공동으로 핵활동 감시, 화학작용제 탐지 및 생물학작용제 시료 채취를 동시에 수행할 수 있도록 개발하고 있는 DE-ATR(Dragon Eye-Advanced Tactical Recce) 무인항공기와 미국 록히드 마틴 사와 SNL(Sandia National Laboratories)이 공동으로 소형 화학 탐지센서를 탑재해 화학작용제 탐지가 가능토록 개발하고 있는 초경량·저전력 소모의 SnifferStar 무인항공기가 있다. 이와 같이 미래 화생방 정찰체계는 점차 소형화·자동화·무인화돼 실시간 탐지·식별 및 경보가 가능한 체계로 발전해 나갈 것이다.

신기술로 무장하는 잠수함


20세기에 발생한 제1·2차 세계대전은 당대 과학기술의 정점들을 모은 최첨단 기술전쟁이었다. 현대 과학문명과 현대 무기들의 기반이라고 할 수 있는 비행기·잠수함·레이더·소나 등의 전자장비가 이때 대량으로 사용됐다. 잠수함은 제2차 세계대전 때 독일이 사용한 이후 미소 냉전시대에는 적의 공격으로부터 안전한 전략미사일 발사 기지를 확보하는 개념에서 출발했다. 이어 잠수함 기술의 급격한 발전에 힘입어 핵탄두를 탑재한 전략 잠수함과 전략 잠수함을 요격하기 위한 원자력 추진 공격 잠수함들이 개발됐다. 재래식 추진 장치를 사용하는 잠수함도 지속적으로 발전했다. 현재는 해군력의 상징으로 잠수함 보유를 언급할 정도다. 잠수함은 깊은 바다 속을 항해하고 은밀히 타격하기 때문에 강력한 해상세력으로 바다를 봉쇄해도 잠수함 작전을 제한하기는 극히 어렵다. 그러나 대잠초계기·대잠헬기의 발전으로 잠수함의 은밀성이 점차 감소하고 있고, 수상 전투함의 대잠수함전(ASW : Anti Submarine Warfare) 능력도 일취월장하고 있는 추세이므로 일단 탐지되면 잠수함의 생존을 보장하기 어려운 상태다. 최근에는 잠수함의 은밀성을 강화하기 위해 잠수함의 소음 감소가 많이 이뤄졌다. 또 잠수함의 공격력 향상을 위해 잠수함 발사 순항미사일이 개발됐다. 대잠헬기에 대항하기 위해 잠대공 미사일이 개발돼 실용화 단계에 있다. 그러나 아직은 일단 탐지되면 잠수함은 도피하는 데 급급한 수준이다. 현대전의 승패는 공중전에서 좌우되는데 미래의 해전도 크게 다르지 않지만 미래 해전에서 큰 차이점은 수중의 잠수함에서 발진하는 전투형 무인기(Unmanned Aerial Vehicle), 전투형 무인잠수정(Unmanned Underwater Vehicle)들이 미래 해전의 지배 요소가 될 것이다. 다시 말해 미래의 잠수함전은 잠수함의 은밀성에 항공기의 신속성, 네트워크 중심의 정보전이 결합해 전장에서의 정보 우위를 확보하고, 전투 효과를 극대화하는 방향으로 작전개념이 변화할 것이다. 미래 잠수함의 임무는 냉전시대에 요구됐던 탄도미사일 운용 및 전략 잠수함 요격 임무는 감소하고, 연안 해전 양상에 따라 잠수함 탑재 순항미사일을 이용한 지상 표적에 대한 정밀타격, 잠수함 탑재 무인전투기와 무인잠수정을 이용한 전장 정보수집(ISR : Intelligence, Surveillance and Reconnaissance) 및 원거리 공격 등으로 변화, 발전할 것이다. 이를 실현하기 위해 잠수함 발사 무인잠수정과 무인정찰기에 대한 개념이 연구되고 있고 이러한 개념은 가까운 미래에 실현될 것이다. 따라서 잠수함 체계의 발전 방향을 개략적으로 살펴보면 잠수함 발사 순항미사일, 잠대공 미사일, 요격 어뢰 등 적극적 방어무기의 탑재량이 증가하고 무인잠수정 및 무인정찰기의 은밀 기지로서의 역할을 담당하게 될 것이다. 이를 위해 연료전지 등의 공기불요 추진 장치의 성능 향상으로 수중 체재 시간이 길어지고, 임무에 따라서 탑재 무장 모듈을 재구성할 수 있는 형태의 잠수함으로 발전할 것이다.

항공기 얼마나 빨라질까


미국의 라이트 형제가 항공기를 개발한 이래 항공기의 속도는 급속하게 빨라지고 있다. 항공기의 속도는 음속을 기준으로 표현하는데, 비행속도와 소리속도가 같을 경우 마하(Mach) 1이라고 한다. 이러한 분류방법에 따라 마하 1 이상인 경우를 초음속(Supersonic)으로, 마하 5 이상인 경우를 극초음속(Hypersonic)으로 분류한다. 이론적으로는 이미 1930년부터 마하 5 이상인 극초음속 항공기를 설계한 자료가 있었다. 1945년 제2차 세계대전 중 독일은 비밀 무기연구의 일부로 대서양을 건너 미국을 폭격하기 위한 극초음속 항공기에 대한 모형 개발을 시도했다. 하지만 지상의 시험시설, 추진기관, 재료 기술 등의 한계로 실용적인 개발을 진행하기는 어려웠다. 최근의 급속한 기술발전에 힘입어 미국은 지구상의 어느 곳이든 본토로부터 2시간 내에 상당한 양의 공격탄두들을 운반할 수 있는 새로운 운반수단으로서 극초음속 항공기의 개발을 진행하고 있다. 이러한 운반수단은 미군을 위험지역에 전진 배치할 필요성을 없애줄 뿐만 아니라 적국이나 테러집단의 위협에 대해 즉각적이고도 치명적인 보복수단을 확보할 수 있다는 점에서 의미가 크다. 미국 항공우주국(NASA)는 1959년부터 하이퍼 X(Hyper X)라는 극초음속기 연구개발 프로젝트를 진행 중이다. 이 프로젝트를 통해 스크램제트(Scramjet)라는 제트엔진과 로켓엔진의 중간 형태인 고성능 추진기관을 개발함으로써 극초음속 능력을 확보하게 됐다. 현재 비행시험에 사용되는 항공기는 X-43으로 명명됐는데 2001년 시험 실패를 시작으로 2004년 3월에는 마하 7의 속도를 냈다. 이어 같은 해 11월에는 마하 9.8의 속도를 내는 비행시험에 성공했다. 2010년을 전후로 최대 마하 10의 속도를 갖고 지상 이착륙을 할 수 있는 기능을 갖출 것으로 예상하고 있다. 향후 NASA는 최대 마하 15까지 낼 수 있는 항공기 개발을 예상하고 있다. 미국 국방부는 본토에서 이륙해 마하 5 이상의 속도로 1만1000km의 거리를 비행함으로써 2시간 이내에 세계 전 지역에 도달해 폭격할 수 있는 극초음속 항공기(Hypersonic Cruise Vehicle) 개발 계획인 FALCON 프로젝트를 추진하고 있으며, 여러 가지 다른 개념의 극초음속 항공기의 연구로 확대하고 있다. 한편 러시아는 심각한 경제난에도 불구하고 극초음속 추진기술에 있어 괄목할 만한 성과를 거두고 있다. Kholod라는 극초음속 비행시험대를 사용해 스크램 엔진의 실험을 수행한 바 있고, 또한 Orel 프로그램의 일환으로 재사용이 가능한 우주 수송기 시스템에 관한 광범위한 연구가 진행되고 있다. 러시아의 극초음속항공기 연구는 CIAM(Central Institute of Aviation Motors)를 중심으로 수행돼 왔으며 마하 약 4.5의 실험을 성공한 바 있다. 독일은 1988년부터 극초음속 기술 프로그램의 기본 개념으로 연구되고 있는 Sanger Space Transportation System에 관련된 연구개발을 상당히 포괄적으로 진행하고 있다. 이 프로그램은 액체수소를 연료로 사용해 이륙으로부터 마하 7의 속도로 비행하는 것을 목표로 연구되고 있다. 일본은 1989년에 시작된 Super/Hypersonic Transport Propulsion System Research(HYPR) 프로젝트의 일환으로 초기속도 마하 0~3 영역에서는 터보가속기(Turbo Accelerator)로, 마하 2~5.5 속도 영역에서는 램제트 엔진을 사용하도록 계획하고 있다. 사진설명:NASA에서 개발 중인 X-43A 극초음속 항공기의 개념도. 출처 : http://www.dfrc.nasa.gov

굴절형 화기 ‘코너샷’

미국 드라마 ‘CSI 마이애미 시즌 5’에서 등장한 코너샷(Corner Shot)이라는 굴절형 화기는 자신의 신체를 노출시키지 않고 탄을 발사해 적을 제압함으로써 시청자에게 화제가 되기도 했다. 이것은 상상이 아닌 현실이었다.

드라마에서 등장한 코너샷 화기는 2005년부터 미국과 이스라엘의 합작회사인 코너샷 홀딩스(Corner Shot Holdings LLC) 사(社)에서 생산하기 시작했다. 코너샷은 굴절 부위인 앞부분에 영상카메라·레이저표적지시기·총이 달려 있고, 그 뒤에는 모니터가 있어 모니터로 조준해 사격하는 구조다. 따라서 코너샷은 엄밀히 보면 화기라기보다 화기에 사용하는 액세서리라고 할 수 있다.

코너샷은 권총을 사용하는 Corner Shot 기본형, 40mm 유탄발사기를 사용하는 Corner Shot 40, 5.56mm 소총을 사용하는 Corner Shot APR이 있으며, 독일의 Dynamit Nobel Defense 사와 공동 개발한 대전차화기 버전인 Corner Shot Panzerfaust(CSP)가 있다.

코너샷은 이스라엘 테러진압 부대의 부사령관을 지낸 아모스 골란(Amos Golan)이 1980년대 말 팔레스타인 1차 봉기가 발생했을 때, 요르단 서안에서 이스라엘군의 군사작전이 실패한 이유를 분석해 이 총을 고안했다. 당시 이스라엘 병사들이 가옥을 급습할 때 방문을 열자마자 자동소총으로 공격당한 경우가 많았다는 사실에서 힌트를 얻었다고 한다.

코너샷과 같은 굴절형 화기의 아이디어는 제2차 세계대전부터 각국에서 연구돼 왔으며, 소련에서는 PPSh-41의 총신 자체를 휘어서 사용하기도 했다. 가장 많이 연구되고 진보된 굴절형 화기를 제작한 나라는 독일이었다. 1941년 라인메탈 사(社)는 시험사격용 굴절형 총신이 달린 대형 기관총 총신을 개발한 바가 있고, 1943년에는 Kar98k 소총과 MP38/40 기관단총에 사용할 수 있는 시가전용 굴절형 총신 개발을 시작했다.

이를 계기로 MP38/40, Kar98k, MP43, MP44 등의 화기에 사용할 수 있는 Vorsatz V, P, J형 굴절형 총신어댑터를 개발해 차량용·시가전용·참호전용 등으로 사용했다. 또 전차의 포탑부에 연결해 전차 내부를 공격하려는 적을 제압하는 데에도 사용됐다. 그러나 이러한 총신어댑터를 연결한 굴절형 화기는 사격의 정확성 문제와 사격 시 진동 및 충격으로 연결 부위가 느슨해지거나 파손되는 경우가 자주 발생했다.

굴절형 화기는 이스라엘 외에 파키스탄의 POF Eye 및 중국의 HD66·CF66 등이 있으나, 이들 제품은 모두 코너샷과 유사한 제품으로 파악된다. 굴절형 화기는 방호물과 장애물이 많은 시가전에서 몸을 은폐해 적에게 타격을 줄 수 있다는 점에서 전술적으로 상당한 효율성을 가진 무기이므로 특수부대의 적 제압용 및 경찰특공대의 대테러전(인질전·시가전) 등으로 유용한 장비다.

그러나 현 장비의 제한사항인 사용화기에 따른 화력제한과 꺾임으로 인한 사격충격력 제어, 사격의 정확성 확보 등은 앞으로 극복해야 할 과제로 생각된다. 또 향후에는 액세서리 개념이 아닌 실질적 굴절형 화기라고 할 수 있는 총신 자체가 굴절된 화기 등장도 기대해 본다.

사진설명:권총을 장착해 좌우로 63도까지 꺾어 사격이 가능한 코너샷 기본형. 출처: 코너샷 홈페이지 www.cornershot.com

지능형 탄약

최근 수행됐던 아프가니스탄전·이라크전 등에서 21세기 과학기술을 바탕으로 출현한 최첨단 무기들 가운데 하나가 지능형 탄약이다. 원거리에 있는 목표물을 스스로 탐색하고 판단해 원하는 목표물을 정확히 선별 타격하고, 의도되지 않은 주변 시설물과 민간인의 피해를 최소화할 수 있는 탄약들이다.

이러한 지능형 탄약의 특징은 탄이 화포에서 발사된 이후 비행 중 획득된 표적 정보에 기초해 특정 표적을 향해 방향을 전환, 정확히 타격을 가할 수 있다는 점이다. 크게 사람의 눈과 수동조작에 의해 유도되는 Guided Munition, 유도 목적으로 탄 자체에 눈인 센서를 갖고 있는 Smart Munition, 특정 표적을 선별·공격할 수 있는 소위 두뇌를 갖고 있는 Brilliant Munition 등으로 분류할 수 있다.

미국·러시아·스웨덴·독일 등 군사 강대국에서는 유도탄 및 정밀탄약에 적용되던 기술을 기존의 재래식 화포 탄약에 적용한 지능형 탄약을 개발 중이거나 개발해 운용 중이다. 특히 미국은 포발사 탄약을 이용해 실시간 표적정보 획득, 전장 피해 평가를 위한 대안으로 포발사식 지능형 탄약인 155mm Quicklook과 127mm 함포용 FASM 정찰포탄을 개발 중인 것으로 알려져 있다.

이 포발사식 정찰탄은 화포에서 운용되며 발사 시 각종 센서 등의 파손을 방지하기 위해 낮은 가속도로 발사되며, 발사 후 탄의 고도가 정점에 도달하면 꼬리날개, 주 날개 및 프로펠러 엔진을 작동시키고 GPS 신호를 이용해 원하는 목표지점까지 탄을 비행시키고 목표지점 상공에서 일정시간(Quicklook : 30분, FASM : 3시간) 동안 표적 지역을 활공하면서 정찰임무를 수행하게 된다.

이때 획득된 영상자료를 후방에 송신함으로써 실시간 표적정보 획득, 통신 중계 및 전장 피해 평가를 가능케 한다.이러한 화포용 정찰포탄에 적용되는 주요 기술은 다중모드의 탐색기, 유도, 항법 및 제어, 그리고 접이식 날개 등과 같은 분야의 기술이 적용된다. 탐색기 기술은 IR, LADAR 및 MMW 레이더 등이 적용된다.

향후 포발사식 정찰포탄이 개발돼 운용되면 C4I, BTCS(Battalion Tactical Command System) 또는 UAV(Unmanned Aerial Vehicle) 등으로부터 적 표적 위치 등을 획득하고 그 정보를 바탕으로 사격제원을 산출하고 사격하는 현재의 화포운용체계로부터 이러한 외부 정보획득체계의 지원 없이도 포병 자체적으로 실시간 표적정보 획득, 통신 중계, 전장 피해 평가 등이 가능하게 돼 적의 상황을 눈으로 보면서 전쟁수행이 가능하게 될 것이다.

현재 Quicklook 및 FASM 정찰포탄을 전장에 실제 운용하기 위해 탄의 안정 순항비행, 자율비행 및 지상 지령에 의한 비행 탄도 변경 등 탄도 비행시험과 목표지점까지 정확히 비행할 수 있는 정확성 향상, 목표지역을 저공으로 장시간 체공하면서 고해상도의 영상데이터 확보 등에 관한 연구가 추진 중인 것으로 알려져 있다.

성층권 고고도 무인기


소설가 리처드 바크의 ‘갈매기의 꿈’이라는 책에는 ‘가장 높이 나는 새가 가장 멀리 본다’라는 구절이 나온다. 요즈음 언론에서 최신 무기로 각광받고 있는 무인정찰기의 경우도 당연히 높이 올라갈수록 더 멀리 볼 수 있다. 그렇다면 무인기는 얼마나 높이 날 수 있을까? 기록을 보면 1976년 초음속 고고도 정찰기인 블랙버드가 26km 상공에서 비행한 이래, 2001년 8월 미국 항공우주국(NASA)과 AeroVironment 사(社)에서 개발한 헬리오스(Hellios)라는 실험용 무인기가 고도 29.5km까지 도달했다. 그리고 이라크전과 아프가니스탄전에서 이름을 날린 글로벌호크는 성층권인 고도 20km에서 감시정찰 임무를 수행하고 있다. 현재 운용되고 있는 유일한 고고도 무인기다. 20km 이상의 고도에서 비행하는 고고도 무인기는 성층권의 저온 환경과 추진기관의 기술적인 어려움으로 인해 현재는 미국이 유일하게 기술을 보유하고 있으며, 각국에서 추진하고 있는 고고도 무인기 프로그램은 45개에 달한다. 성층권에서는 기상 변화가 거의 없어 항공기가 안정적으로 비행할 수 있고, 인공위성보다 훨씬 더 지구에 근접해 있어 여러 가지 장점을 갖고 있다. 환경감시·기상관측·전자지도 제작·항공사진 촬영·통신중계·교통정보체계·위성항법시스템 강화 등 민간 부문의 활용성도 높을 것으로 판단된다.글로벌호크와 같이 화석연료를 사용하는 무인기는 최대 40~50시간밖에 비행할 수 없다. 그래서 365일 24시간 내내 감시정찰을 하기 위해서는 반복적인 이착륙과 상승·하강 비행을 해야 하며, 향후 화석연료의 고갈로 비용 문제가 심각하게 대두될 것으로 보인다. 최근에는 차세대 동력원으로 수소연료전지가 주목받고 있다. 미국 AeroVironment 사에서는 성층권에서 1~2주일간 체공할 수 있는 글로벌옵서버(Global Observer) 무인기를 개발 중이다. 이 외에도 보잉(Boeing) 사의 HALE, 오로라플라이트사이언스 사(Aurora Flight Sciences)의 Orion Hall 등 액화수소 연료전지를 이용한 고고도 무인기 개발도 경쟁적으로 진행되고 있다. 미국 항공우주국의 기술조사에서 액화수소 추진기관 기술이 성층권에서 비행 가능할 것으로 평가돼 조만간 성층권에서 장기 체공하는 무인기가 출현할 전망이다. 좀 더 미래에는 태양열을 이용한 기술이 성숙되면 성층권에서 훨씬 더 오랫동안 날 수 있는 무인기가 나타날 것으로 보인다. 초고효율 태양전지, 에너지 저장 기술 등 풀어야 할 기술이 많이 있지만 미국의 국방고등연구기획청(DARPA)에서는 5년간 비행을 지속할 수 있는 태양열 무인기인 벌처(Vulture) 프로그램을 제시하고 있다. 사진설명:미국 국방고등연구기획청(DARPA)이 기획하고 있는 태양열 무인기인 벌처(Vulture). 자료사진

수상전투함

미래에는 대규모 전쟁이 발발할 가능성이 점차 줄어들고 해군력을 통해 지상작전에 영향력을 행사하기 위한 노력이 강화되고 있어 미래의 해전은 연안 작전으로 주 초점이 전환되고, 해군 함정에 의한 단독전투에서 육·공군 간의 합동작전으로 변모하고 있다. 또 수상·수중·공중·우주·사이버의 다차원 공간을 포함한 모든 작전요소 간의 합동작전의 전개로 다차원적인 작전수행이 예상되고 있다.

특히 전투체계, 센서, 통신, 컴퓨터의 혁신적인 진보와 첨단 무기체계의 결합으로 전투거리가 획기적으로 증가돼 전장의 구분이 모호하게 됨에 따라 해양력 장악에 있어 가장 중요한 수상전투함의 중요성이 부각돼 선진국에서는 수상전투함을 지속적으로 건조하면서 동시에 신형 전투함의 개발을 추진하고 있다.

수상전투함은 육지의 목표물까지 공격할 수 있는 사거리가 수백 km에 이르는 수평선 너머의 대함 표적을 제압하는 대함미사일·항공기 등의 대공 표적과 고공의 탄도미사일 등을 방어하는 대공미사일 방어체계·잠수함 등 수중의 위협 표적을 제압하는 어뢰 등의 획기적으로 발전된 무장을 장착해 가공할 만한 위력을 발휘하는 추세로 발전하고 있다.

또한 목표 탐색·탐지와 추적이 가능하며 탑재 무기체계로 대함정 유도무기에 대한 대응능력을 보유하고 있는 최첨단의 다기능 레이더를 탑재함으로써 종전에는 상상도 할 수 없었던 엄청난 전투력의 상승을 가져오고 있다.미국은 이지스함과 연안전투를 책임지는 연안전투함(LCS)을 건조 중이며 기존 구축함과 순양함을 대체하는 미래형 구축함(DDG-1000), 미사일 순양함(CG(X)) 등을 개발하고 있다.

영국은 Type 45 구축함, 일본은 이지스함과 헬기호위함을 지속적으로 건조하고 있으며, 최근에는 한국도 최신형 이지스구축함 세종대왕함을 취역시킨 바 있다.미래의 수상전투함은 함정의 추진뿐만 아니라 탑재되는 모든 장비와 무기체계에 소요되는 동력을 전기로 대체함으로써 함정의 운용 효율성과 생존성을 대폭 증가시킬 수 있는 전전기 함정(All Electric Ship) 출현이 기대되고 있다.

또한 구축함의 선체를 기본으로 전자기식 캐터펄트(catapult)와 스키 점프대를 사용해 무인기(UAV)를 50m의 짧은 갑판에서 이·착륙이 가능하도록 함으로써 고속 스텔스 전투함과 항공모함의 임무를 동시에 수행하는 한편, 운영 목적에 따라 정찰·기뢰 소해·전투 등의 다양한 임무수행을 위해 모듈형으로도 사용이 가능한 무인기항공모함(UXV) 형태의 전투함 개발이 예상되는 등 미래의 수상전투함은 상상을 뛰어넘는 해상 복합무기체계로의 진화가 예상된다.

美 차세대 기동전투차량


미국은 소리 없이 기동해 적에게 접근할 수 있고, 8개의 바퀴 중 절반 이상이 고장나도 시속 80㎞ 이상으로 달릴 수 있는 차세대 기동전투 차량을 개발하고 있다. 이 전투차량은 현재 개발시험을 끝내고 야전 환경에서 운용시험을 실시하고 있다. 미국은 이미 8개의 바퀴가 장착된 스트라이커(Stryker) 전투차량을 개발해 병력탑승용, 수색·정찰용, 자주 박격포 탑재용, 120㎜ 포 탑재용 등으로 운용하고 있다. 스트라이커 전투차량은 이라크전에서 고속기동 성능을 보이며 우수성을 입증했다. 그러나 차체 형상이 커 대전차 무기인 RPG-7에 의해 많은 수가 파괴됐으며, 디젤엔진과 구동장치의 빈번한 결함으로 신뢰성이 떨어졌다. 그리고 8개의 바퀴가 회전하는 까닭에 회전반경이 18m 이상 돼 도시의 복잡한 도로나 산악지역 등 좁은 도로에서 신속한 회전이 어려워 기동성의 문제도 노출됐다. 이에 따라 미국은 스트라이커의 문제를 해소하고 레이저포·전열화학포 등 전기 소모가 많은 차세대 무기탑재를 위한 플랫폼을 필요로 하게 됐다.미국이 개발한 차세대 하이브리드 전투차량은 디젤엔진과 전기모터를 장착했으며, 8개의 바퀴에 전기모터를 장착해 시속 110㎞ 이상으로 달릴 수 있고, 60% 경사지도 올라갈 수 있다. 이 전투차량의 가장 큰 특징은 엔진을 작동하지 않고 배터리만으로 시속 30㎞ 속도로 30분간 달릴 수 있으며, 소음이 전혀 없어 은밀히 신속하게 적에게 접근할 수 있다. 스트라이커가 강을 건너기 위해서는 엔진 작동과 승무원을 위해 차량 내부에 산소를 공급할 수 있도록 스노클을 설치해야 하므로, 도하 준비시간이 많이 소요된다. 그러나 차세대 하이브리드 전투차량은 도하 시에는 배터리만으로 주행할 수 있으므로 별도의 준비 없이 곧바로 강을 건널 수 있다. 또 하나의 주된 특징은 바퀴에 전기모터를 장착해 주행하므로 8개 바퀴의 회전속도와 토크를 조절, 궤도차량처럼 제자리에서 회전할 수 있다. 이는 좁은 도로에서 신속하게 회전해 방향을 전환할 수 있으므로 기동성과 적 회피 능력이 상당히 우수하다. 현재 운용 중인 바퀴형 전투차량은 모두 디젤엔진과 발전기·배터리·변속기·구동장치·차동장치 등 많은 구성부품이 기계적인 작동에 의해 구동된다. 그러나 이 전투차량은 변속기·구동장치·자동장치 등이 없으며 엔진과 발전기·바퀴용 모터·차량제어장치·배터리만으로 구성돼 있어 부품수가 적으므로 정비 및 유지비용이 적고 신뢰성이 증대된다. 미국은 차세대 하이브리드 전투차량을 2013년까지 개발하는 것을 목표로 하고 있다. 이 차량은 연료소모율과 배기가스 배출이 적고, 바퀴용 모터를 이용해 자체 내에서 전기 에너지를 재생해 사용할 수 있으므로 친환경 전투차량이라고 할 수 있다. 앞으로는 전기를 생산하기 위해 디젤엔진 대신 연료전지가 이를 대신할 것으로 기대된다. 그러나 연료전지는 아직까지 풀어야 할 과제가 많다. 우선 가격이 비싸고, 안정성이 확보돼 있지 않으며 수명과 신뢰성을 향상시킬 수 있는 기술이 더 연구돼야 한다.

미래병사체계


머지 않아 군인을 대신해 싸워줄 무인로봇이 세상에 선보일 것이다. 이러한 것을 가시화해 줄 프로그램이 바로 현재 미국에서 주도적으로 진행 중인 FCS(Future Combat Systems 미래전투체계) 프로그램이다. 1999년 10월 미 육군참모총장 에릭 신세키(Eric K. Shinseki) 장군은 21세기의 요구조건을 보다 잘 충족시킬 수 있는 군으로 만들기 위한 미 육군의 비전을 발표했다. 이때 전 세계 지역의 우발적인 분쟁에 대해 현재보다 더욱 신속하게 대응할 수 있는 효과적인 군을 보유하고자 하는 미 육군의 의지가 FCS 프로그램으로 처음 표출됐다. 미 육군의 FCS 프로그램은 최초 설계 시 18개의 개별적인 시스템으로부터 시작해 그동안 많은 연구를 거듭한 결과 2007년 현재 18개에서 14개의 시스템으로 축소했고, 투입 시기를 2012년으로 수정했다. 이러한 FCS 프로그램을 구성하는 필수 체계 중 하나가 바로 미래병사체계다. 미래병사체계란 병사 개개인이 충분한 생존성을 바탕으로 첨단 C4I장비와 첨단 화력장비를 갖추고 전장에서 단일 무기체계로서 임무를 수행할 수 있는 시스템을 말한다. 또 병사가 착용한 전투복이 병사 스스로의 상태를 진단하고 개인의 건강상태(출혈 등)를 감지해 유사시 응급처치까지 할 수 있는 기능을 갖추게 된다. 미국의 경우 이와 같은 착용형 로봇 슈트는 인공근육과 방탄복이 완성되는 2018년 이후 실용화될 것으로 전망된다.이와 같은 미래병사체계의 개념은 생체와 로봇기술의 결합, 일명 사이보그라고 한다. 예전에 한창 인기를 끌었던 TV시리즈 ‘600만불의 사나이’나 영화 ‘로보캅’의 주인공이 바로 사이보그인데, 이는 신체 일부를 로봇이나 전자장비로 대체한 사람들이다. 최근에는 ‘아이언 맨’이라는 영화가 인기를 끌었다. 이 영화의 콘셉트가 바로 ‘입는 로봇’, 즉 착용형 로봇이다. 인간 스스로 힘을 배가시키는 데는 한계가 있으며, 이를 극복하기 위해서는 외부로부터 도움을 받아야 되는데 이것을 성취하기 위해 인간이 로봇시스템(로봇 옷)을 입음으로써 힘을 얻게 되는 것이다. 우리의 미래병사체계는 일체통합형 병사체계로 발전하게 되며, 머지 않은 장래에 로봇을 능가(로봇 자체로는 인공지능에 한계가 있음)하는 최강의 전사가 세상에 당당하게 나타나길 기대해 본다. 사진설명:사진은 미국 레이시온 사에서 개발한 착용형 외골격 로봇으로서 7.2kg의 볼링공 두 개를 몇 시간 동안 들고 있어도 땀 한 방울 흘리지 않는다.

차세대 회전익기 X2


우리가 흔히 알고 있는 회전익기는 언제부터 개발 운용되기 시작됐으며, 어떤 특징이 있을까?15세기 레오나르도 다빈치는 ‘나선형 나사’를 회전시키면 비행체가 공중으로 솟아 오를 수 있다는 개념을 갖고 있었다. 그 이후 회전익기와 관련된 수많은 개념과 다양한 형태의 연구가 이뤄졌다. 현재와 같은 단일 회전익 형태의 최초 회전익기는 1939년 러시아에서 미국으로 망명한 시콜스키가 개발한 V-300이다. 군용으로는 제2차 세계대전 후반 미국 시콜스키 사의 R-4가 운용됐으며 본격적으로는 베트남전에서부터 운용됐다. 그 이후 가스터빈엔진의 개발, 비행제어, 항공전자 기술 등의 발전을 통해 회전익기는 다양한 형태로 발전돼 왔다. 회전익기는 공중정지, 전·후·좌·우 비행, 수직 이·착륙, 저속비행 등이 가능하다는 특징이 있다. 하지만 로터에 의해 양력과 추진력을 얻기 때문에 추진력을 얻기 위해 기체를 기울이면 양력을 잃게 돼 결과적으로 구조적인 속도한계를 갖게 되며 이로 인해 최대속도, 항속거리·항속시간에 대한 제한을 갖게 된다. 2008년 8월 비행시험에 성공한 미국 시콜스키 사의 X2 LTH(Light Tactical Helicopter)는 동축반전 로터의 양력으로 상승하며 기체 후미에 장착된 프로펠러의 추진력을 이용해 전진하게 돼 있다. 회전익기의 특징인 저속 핸들링과 효율적인 공중정지 능력 특성을 높이면서도 고속 성능을 함께 높여줄 수 있는 획기적인 회전익기라 할 수 있다. 여기서 X2는 기존 회전익기 성능의 2배라는 의미로 부여된 명칭이다. 외관은 기존 서방의 회전익기와 달리 러시아의 카모프와 비슷한 각각 4개의 블레이드로 구성된 동축반전 주로터와 기존 수평 꼬리로터 대신 추진력 확보를 위한 꼬리 프로펠러가 있으며, 순항속도 250노트(약 463㎞/h)를 목표로 개발 중이다. 이를 달성하기 위해 로터속도를 줄여 주로터 블레이드 속도를 마하 0.9 이하로 유지하고 고속 비행 시 주로터는 기체에 양력만을 제공하고, 꼬리 프로펠러는 추진력을 제공하게 된다. 여러 가지 새로운 기술들이 적용된다. 기존 유압방식에서 FBW(Fly By Wire) 방식의 비행제어, 복합소재 로터블레이드, 개선된 보조 추진체계, 능동 진동제어, 항력 감소기어 등의 기술이 적용됐다. X2 LTH는 현재 실증기로 개발 중에 있지만, 개발 후에는 수송용·기동용 등 군수 분야뿐만 아니라 민수 분야에서도 다양하게 활용될 수 있다.요즈음 세계 회전익 선진국에서도 비행제어, 추진분야, 로터기술의 발전으로 새로운 회전익체계에 대한 다양한 연구가 진행 중이다. X2와 방식은 다르지만 미국의 경우 아프가니스탄과 이라크전에서 추진축을 비행 중 변경시키는 방식인 V-22 오스프리를 실전에 투입해 활용한 바 있다. 아직까지 X2는 실증기이지만 개발 완료 후에는 기존 회전익기의 장점을 가지면서 고속 비행이 가능한 회전익기가 등장하는 것은 그리 머지만은 않을 것 같다.

차세대 잠수함 SMX-24


복잡한 해상 수송로나 전략적 요충지에서 은밀하게 기동하면서 다양한 임무를 수행하는 잠수함은 수중 정찰, 기뢰 부설, 군함 및 상선 공격 등을 통해 해상 교통을 마비시킬 수 있다. 이러한 관점에서 보면 수 척의 잠수함만 확보하더라도 효과적인 해상 방어는 물론 연안에서 영향력을 행사할 수 있어 약소국가들에게 잠수함은 생존을 위한 매우 중요한 수단이 된다고 할 수 있다. 재정적·기술적 자원이 부족한 약소국가들이 관심을 갖고 있는 중·소형 잠수함 시장에서는 가격 대비 우수한 성능을 발휘하는 잠수함을 확보하는 것이 중요한 관심사항이라고 할 수 있다. 잠수함 기술개발과 수출을 선도하는 선진국들은 이 점을 인식하고 개발 및 유지보수 비용이 적게 들면서 자동화된 첨단 장비와 각종 무장 등을 다양하게 탑재할 수 있는 신개념 잠수함을 개발 중이다. 프랑스의 국영 조선업체인 DCNS사는 ‘EURONAVAL 2006’에서 새로운 개념의 잠수함 SMX-23(Andrasta)을 공개한 데 이어 최근에는 ‘EURONAVAL 2008’ 및 ‘UDT PACIFIC 2008’ 국제전시회 등을 통해 임무특성에 따라 쉽고 빠르게 재구성(reconfigurable)이 가능한 ‘플러그 앤드 파이트(Plug-and-Fight)’ 모듈방식의 신개념 잠수함 SMX-24를 공개했다. 최신형 SMX-24 잠수함은 전체 길이 88.8m 및 수상배수량 3450톤에 완전한 연료전지 추진체계(all fuel-cell propulsion system)를 갖추고 30일 정도의 잠항지속능력을 갖게 될 것이며, 잠항 심도 350m, 수중 최대속력 시속 20kt 등의 성능을 보유하게 될 것이다. 또 ‘플러그 앤드 파이트’ 모듈을 통합시켜 임무 변화에 대응해 구조 변경이 가능하도록 설계될 것이며, 증대되는 해군의 요구에 따라 잠수함의 다양한 무장(기뢰·미사일 등) 및 센서와 성능을 증대시키는 장비(상황에 따라 향상된 속력·기동성 또는 잠항지속 능력을 제공) 등을 포함해 25개 이상의 ‘플러그 앤드 파이트’ 모듈을 이미 식별하고 있다. 이 모듈들은 잠수함의 함교 하부의 양 날개에 장착되며, 이 양 날개 끝단에 장착된 추진기(tip-mounted propulsors)는 필요 시 고속기동이 가능하도록 하는 등 특정 임무에 따라 모듈들을 다양하게 조합함으로써 SMX-24의 성능을 크게 향상시키게 될 것이다. 향상되는 모듈화 수준은 보다 낮은 소유 비용(a lower cost of ownership)을 의미하는데, 이는 ‘플러그 앤드 파이트’ 모듈을 다양한 잠수함 및 승조원이 공유할 수 있기 때문이다. DCNS사는 잠수함의 모듈화 수준을 지속적으로 향상해 오면서 이 SMX-24에도 새로운 개념과 최신의 모듈화 수준을 적용했는데, 이 신개념의 잠수함은 구조 및 기술적 측면에서 해군의 미래 요구를 충족시킬 수 있을 것으로 보인다. 혁신적인 신개념 잠수함 SMX-24는 2020년께 운용 가능할 것으로 예상된다.

원격운용무기


오늘날 세계는 국가 또는 민족 간의 복잡하고 다양한 갈등으로 정규·비정규전 형태의 분쟁이 끊임없이 일어나고 있다.특히 2001년 9·11테러 이후 아프가니스탄전과 이라크전에서 보이는 것과 같은 산악 및 시가전 형태의 전투는 전투원의 생존성에 대한 중요성을 날로 증대시키고 있다. 아프가니스탄전·이라크전 이후 평화유지군이나 미군은 시가전·산악전·대테러전을 수행하면서 적으로부터의 피탄, 저격으로부터 사상자가 급증함에 따라 저격 상황 노출로부터 생존성을 확보하고, 정밀사격 및 다양한 환경에서 운용 가능한 무기개발이 필요하게 됐다. 이에 따라 장갑 보호된 차량 안에서 조이스틱 혹은 간단한 조작 기구를 통해 원격으로 외부 환경을 감시하면서 차량 외부에 장착돼 있는 화기를 조종·사격 통제함으로써 생존성을 확보하고, 운용 능력과 용이성을 향상시킨 원격운용무기(Remotely Controlled Weapon System)를 개발·운용하고 있다. 원격 무기체계에 적용되는 화기로는 5.56mm M249 SAW, 7.62mm M240B, 12.7mm M2 등의 기관총과 40mm Mk-19 Mod3 등의 유탄발사기가 있다. 운용 개념에 따라 재블린(Javelin) 대전차미사일, 20∼30mm급 자동포 등도 장착되고 있다. 구동 시스템은 주로 전기구동 방식을 채택해 수평 방향에서의 무한 선회와 -20∼60도 수준의 고각 구동 능력을 확보하고 있다. 탐지장비로는 주간 CCD카메라와 야간 열상카메라, 눈 안전형 레이저 거리측정기가 기본사양으로 장착되며, 기동 간 사격의 정확성을 향상시키기 위해 안정화 시스템과 자동추적장치도 적용되고 있는 추세다. 현재 운용 중인 대표적인 원격운용무기는 미국의 R-200/400, 노르웨이의 프로텍터, 이스라엘의 미니 샘슨, 독일의 FeWaS 80/120 등의 자동포가 있다. 최근에는 다양한 무인체계 개발과 더불어 탑재 무기로 원격운용무기 개발이 활발히 진행 중에 있다. 이스라엘의 Elbit 사는 로봇기술, 센서기술, DGPS 기술을 접목해 7.62mm 무인터렛(Unmanned Turret)을 탑재하고 감시·정찰, 경계방어, 급조폭발물(IED) 탐지·무력화가 가능한 자율주행 무인기동차량을 개발 중에 있다. 라파엘 사의 경우 무인공기부양정에 센서포드, 항법 레이더, GPS 안테나 및 자이로안정화 관성항법장비(INS)로 구성된 무인정인 프로텍터를 개발 중에 있다. 이 시스템은 항속 시간은 8시간 정도며, 모선 및 해안으로부터 원거리 가시통신을 통해 대테러 감시·정찰 및 병력 보호 등 다양한 임무수행을 할 수 있는 무인정체계다. 호주의 메탈 스톰 사는 도시전투, 감시정찰, 국경수비, 주요시설 및 폭동진압 등의 목적에 사용하기 위해 i로봇 사와 협약을 체결하고 최대 분당 3000발까지 발사가 가능한 파이어 스톰 무인시스템을 개발 중에 있다. 미 육군의 Picatinny Arsenal은 무인기동차량에 다양한 화기를 탑재하는 프로그램을 활발하게 진행 중에 있는 것으로 보인다. 머지않은 미래에는 전자오락 게임처럼 리모트 컨트롤러나 조이스틱 조종만으로 적을 탐지하고 사전 공격이 가능한 무기체계가 등장할 것으로 보인다.

전자전


전투기 조종사의 통신 내용을 엿들을 수 있다면 어떨까? 혹은 대형 감시 레이더로 영공을 정찰 중인 조기경보기에 갑자기 미사일이 날아든다면? 영화에서나 나올 법한 이야기지만 이와 같은 기술이 현대 전장에서 폭넓게 활용되고 있을 뿐만 아니라 전투 수행을 위해 필수적인 요소가 되고 있다. 바로 전자전(Electronic Warfare)이다. 전자전은 전자파나 적외선 같은 전자기 스펙트럼을 통제하거나 공격하기 위해 전자파나 지향성 에너지를 사용하는 군사 활동이다. 적 장비의 기능을 무력화하거나 전투능력을 저하시키는 전자공격, 적의 전자공격이나 아군 전자전 활동에 대한 탐지를 거부하는 전자보호, 적의 통신을 포함한 전자전 활동을 탐지하고 분석함으로써 아군의 전자전 활동을 지원하는 전자지원 등이 전자전에 해당한다. 항공작전에서 전자전은 적 방공망 제압을 위한 전자공격, 항공기 자체보호를 위한 조종사 경고와 전파방해(Jamming) 및 채프·플레어(Chaff & Flare) 살포, 대방사미사일 발사, 작전지역 감시 및 조기경보, 통신 및 전자신호 정보 수집 등의 형태로 수행된다.전자전이 본격적으로 실전에 활용된 최근 사례는 1990년 걸프전이다. 걸프전 당시 활약했던 대표적인 전자전 항공기로 EA-6B 프라울러, EF-111A 레이븐, EC-130H 콤파스콜, RC-135S 코브라볼, EP-3 에어리즈 등이 있으며, 개전 초 이라크 지휘통신망과 방공 레이더를 완전히 무력화해 결국 전쟁을 승리로 이끌었던 것으로 평가된다. 최근에는 EA-18G 그라울러, F-16CJ, EA-35B, Su-32, 팰콘 20 등의 최신 전자전 항공기들이 미국을 비롯한 러시아와 유럽 각국에서 개발되거나 운용되고 있다. 미래 전장에서의 전자전은 미국의 합동대공제압(Joint Suppression of Enemy Air Defense) 계획에서 보듯 작전 영역에 따라 EC-130H와 같은 원격지원용(Stand-off), EA-18G 및 EA-35B 같은 호위지원용(Escort), 무인전투기 및 기만용무인기 같은 근접지원용(Stand-in) 전자전 항공기들이 함께 운용되는 양상으로 전개될 것으로 보인다. 이를 위해 향후 전자전 항공기는 중형 제트기에서부터 수송기나 고기동성 전투기를 비롯해 무인전투기에 이르기까지 다양한 플랫폼이 활용되고, 각종 전자전 위협에 효과적 대응이 가능하도록 전자지원, 전자공격, 전자보호 장비가 통합 운용될 것으로 예상된다. 특히 무인기의 경우 감시정찰 및 전자정보 수집체계를 탑재해 상황인식 능력을 높이거나 무인기에서 직접 재머(Jammer)나 대방사미사일을 운용함으로써 유·무인기 편대의 생존성을 보장하고, 나아가 지휘통제 및 정밀타격 체계와 연동해 본격적인 네트워크중심전 수행체계로 진화할 것으로 전망된다. 사진설명:C-130K 수송기가 플레어를 터뜨리며 비행하는 장면.출처=영국 Defence Logistics Organisation

잠수함 전투체계


현대전의 양상은 상대국의 주요 군사시설에 대한 위치 및 운용 정보를 미리 확보, 유사시 선제공격을 통해 이를 무력화시키는 형태로 진행되고 있다. 이러한 경우 전쟁억지력 또는 전략적 보복 수단이 될 수 있는 잠수함의 역할은 현대전에서 그 중요성이 더욱 증대되고 있다. 미래전에서 잠수함의 역할은 전통적인 대양작전·대수상함전·대잠수함전 외에도 연안작전 및 조기경보·정찰·특수전·상륙지원·지상목표물 공격·인명구조 등 다양한 임무(Multi-Role)의 수행으로 변화하고 있다.잠수함의 임무수행 능력을 결정하는 주요 요소로는 센서장비·무장체계·지휘 및 무장통제체계의 성능을 들 수 있다. 이러한 센서장비·무장체계·지휘 및 무장통제체계를 통틀어 잠수함 전투체계라고 할 수 있으며, 잠수함 전투체계는 센서장비들로부터 획득된 데이터를 분석해 운용자에게 필요한 정보를 제공함으로써 작전 및 지휘통제를 자동화하고, 무장을 통제하는 기능을 수행한다.잠수함 전투체계는 최근 소프트웨어 및 전자공학 기술의 급속한 발전에 힘입어 놀라운 진보를 이뤘다. 특히 탐지센서인 소나의 발전은 대용량의 음향신호 분석을 통해 정확한 표적정보를 제공, 정교한 무장통제를 가능케 했다. 선진국의 잠수함 전투체계는 실린더형 수동음탐기·능동음탐기·방수음탐기·측거음탐기 외에 추가로 측면배열 음탐기와 예인형 음탐기를 탑재해 표적탐지 능력 및 무장통제 기능을 획기적으로 향상시켰다. 잠수함 무장체계는 비대칭 전력으로서의 능력을 확보하기 위해 어뢰·대함유도탄·기뢰·기만기·잠대지유도탄·탄도탄 등의 무기가 탑재되고 있으며, 미래 수중전에서의 잠수함 역할이 다양해짐에 따라 무기체계의 성능 향상 및 다양한 무장이 탑재되도록 발전하고 있는 추세다. 미국의 버지니아급 잠수함은 최첨단 어뢰발사 시스템과 토마호크 순항미사일 등을 탑재하고 있다. 잠수함의 지휘 및 무장통제체계는 완전통합전투체계(Fully Intergrated Combat System)로 발전돼 가고 있다. 교전 상황이 발생했을 때 가용한 모든 정보를 종합해 신속하고 정확한 의사결정이 가능하도록 지원하는 역할을 수행하며 함정에 탑재된 센서, 무장 및 기타 장비들로부터 획득되는 정보를 종합적으로 분석하고, 기 구축된 전술정보를 이용해 전술상황에 따른 항해계획, 전술편집, 무장할당 등 표적탐지 후 교전까지의 과정을 자동으로 수행한다. 특히 지휘결심에 있어 운용자의 업무 부담를 경감시키기 위해 표적의 위치와 속도를 추정하는 표적기동분석(TMA : Target Motion Analysis) 기법, 자료결합 및 정보융합 기법 발전에 대한 연구가 진행 중에 있다. 또 네트워크중심전(Network Centric Warfare) 수행을 위해 데이터링크 능력 확대 및 전술데이터 통신 능력이 향상된 네트워크 기반 전투체계(Nework Enabled Combat Sysem)로 발전되고 있다. 오늘날 잠수함은 비대칭 전력으로서의 중요성이 날로 증가되고 있으며, 잠수함 전투체계는 잠수함의 두뇌로서 잠수함의 작전 성능을 결정짓는 중요한 요소로 우리나라를 비롯한 선진국에서도 미래 잠수함 전투체계에 대한 연구가 활발하게 이뤄지고 있다. 사진설명:Bae Systems 사의 ACMS 전투체계. 출처 : Bae Systems

차세대 야간표적식별장비


야간표적식별장비는 항공기에 탑재돼 주야간 표적을 탐지·식별하고, 정밀유도폭탄의 운용이 가능하도록 유도기능을 갖춘 장비다. F-15 또는 F-16 전투기에서 운용되는 랜턴(LANTIRN) 장비는 야간표적식별장비의 대표적인 예다.랜턴 장비는 AAQ-13 타깃팅 포드와 AAQ-14 항법 포드로 구성돼 통상 2개 1조로 사용되며, 동체 아래 좌측에 항법, 우측에 타깃팅 포드를 탑재한다. 타깃팅 포드에는 야간에 표적을 포착하기 위한 전방적외선감시장치(FLIR)와 유도폭탄의 유도용 레이저 지시기, 항법 포드에는 초저공 침투를 위한 지형추적레이더·전방적외선 감시장치가 각각 내장돼 있다. 랜턴이 기존 전투기에 운용되고 있는 야간표적식별장비라면 향후 전투기가 운용하게 될 차세대 야간표적식별장비로는 스나이퍼가 있다. 스나이퍼 장비는 랜턴을 개발한 미국 록히드 마틴 사(社)가 랜턴의 후속 모델로 개발했다. 스나이퍼 장비의 무게는 175㎏으로 무게 257㎏의 랜턴보다 상당히 경량화됐고, 고감도의 3세대 적외선 센서가 탑재돼 표적탐지 및 유도능력이 한층 강화됐다. 가령 기존의 랜턴은 고도 7.6㎞까지가 운용 한계였던 데 반해 스나이퍼 장비는 12.2㎞ 고도에서도 작전이 가능하다. 스나이퍼를 탑재한 항공기는 기존의 공격 고도와 거리보다 훨씬 먼 거리, 높은 고도에서 공격이 가능하기 때문에 생존성 측면에서 유리하게 된다. 기존의 야간표적식별장비 외형은 전방에 둥근 센서가 부착된 형상이 주류를 이루었지만 스나이퍼는 독특하게도 앞부분이 각진 형상으로 설계됐다. 스나이퍼의 각진 부분은 흠집이나 균열의 우려가 적고, 가시광선과 적외선을 잘 투과시키는 합성 사파이어로 제작된 것이 특징이다. 스나이퍼는 주간용 TV와 레이저 추적기(Laser Spot Tracker), 레이저 지시기, 3세대 전방적외선 감시장비(FLIR) 등으로 구성된다. 기존의 랜턴 장비가 적외선 대역 중에서 장파장을 사용하는 데 반해 스나이퍼는 중파장을 사용해 탐지 식별거리면에서 성능이 보다 향상됐다. 스나이퍼에는 레이저 추적기가 내장돼 있어 공중 및 지상작전 요원과 연합작전 시 표적을 정밀하게 확인할 수 있다. 또 역으로 레이저 지시기를 통해 야시경(Night Vision Goggle)을 착용한 공중 및 지상작전 요원에게 표적 위치를 확인시키는 것도 가능하다.스나이퍼에는 영상 데이터 링크도 내장돼 있어 공중에서 탐지한 표적의 위치와 영상을 지상 작전요원에게 확인시킬 수 있다. 이러한 기능은 지상 표적에 대한 정밀한 공격에 기여하는 것은 물론 아군 피해를 방지하는 데 유용하게 활용된다. 스나이퍼 장비는 미 공군의 차세대 야간표적식별장비로 선정돼 F-16·F-15·A-10은 물론 B-1 폭격기에까지 탑재되고 있다. 이뿐만 아니라 스나이퍼는 향후 미 공군의 주력이 될 F-35 스텔스 전투기 기수 아래에 EOTS(Electro-Optical Targeting System)라는 이름으로 탑재되기 때문에 미군의 대표적 타깃팅 장비로 운용될 것이다. 사진설명:스나이퍼 야간표적식별장비가 내장된 F-35전투기의 EOTS. 출처 : www.lockheedmartin.com

무인함정체계


미래 수중전은 무인함정체계(UMS ; Unmanned Maritime Systems)를 이용한 네트워크 중심의 수중전으로 발전해 나갈 것이다. 우주정거장에서 많은 항공기가 출격해 임무를 수행하듯이 잠수함이나 수상함은 우주정거장 역할을 하고 많은 무인함정체계를 출격시켜 필요한 작전을 수행할 것이다. 무인함정체계가 할 수 있는 역할은 정찰 및 감시, 기뢰소해, 적 수상함 공격 등 무궁무진하다. 미 국방부에서도 미래전에서 무인체계의 역할이 지속적으로 확대되고 중요시될 것으로 인식하고 있어 관련 연구개발에 많은 투자를 하고 있다.이 가운데 해상에서의 지속적인 감시정찰 임무나 대기뢰전 작전과 같은 위험한 임무에 투입하기 위해 개발되고 있는 체계가 바로 무인함정체계다. 수상에서 운용되는 무인수상정과 수중에서 운용되는 무인잠수정 등을 포함한다. 미 해군은 이미 1990년대 중반부터 이들 무인함정 개발 프로그램에 상당한 지원을 해 왔으며, 무인잠수정과 무인수상정에 대한 마스터플랜을 각각 2004·2007년에 공식적으로 공표해 무인함정체계의 임무와 개발 로드맵을 수립함으로써 현대전·미래전에서의 해군 전력 혁신과 강화를 위한 무인함정체계의 활용계획을 구체화하고 있다. 최근 연구 현황을 보면, 보잉사에서 개발한 LMRS(Long-term Mine Reconnaiss- ance System) 무인잠수정이 2006년에 로스앤젤레스급 잠수함을 모함으로 해 성공적인 작전 가능성을 입증했다. 현재는 버지니아급 잠수함에 탑재해 감시정찰·대기뢰전 임무가 가능한 MRUUV(Mission Reconfigurable UUV) 사업이 록히드 마틴 사 주관으로 수행 중인데, 이를 통해 잠수함의 전투성능을 획기적으로 증대시킬 것으로 기대된다. 한편 SPARTAN 무인수상정을 기반으로, 최근에 전력화한 연안전투함에 대기뢰전 임무 모듈의 일부로 대기뢰전 무인수상정이 올해 중에 시연을 통해 탑재될 계획이다.미국 이외에도 영국·프랑스·일본·독일 등 선진국에서도 무인잠수정 개발에 많은 투자를 하고 있으며, 이스라엘 라파엘 사의 프로텍터 무인수상정 또한 성능이 입증돼 자국뿐만 아니라 싱가포르 해군에 판매해 운용 중이다. 무인잠수정·무인수상정의 무인함정은 자율성 수준에 따라 그 성능이 결정되는 바, 아직은 기술 수준이 반자율 무인함정 개발에 머물고 있으나, 향후 순차적인 기술개발 및 함대 운용 경험의 축적을 통해 완전자율 무인함정 개발이 될 것으로 예상된다. 또한 작전반경, 지속시간과 속력에 크게 영향을 주는 추진체계 관련 기술의 발전 또한 무인함정의 성능 향상에 많은 기여를 할 것이다. 이러한 무인함정체계의 개발 추세가 지속되고 잠수함과 수상함 등의 플랫폼에서 무인함정체계의 운용에 필요한 능력이 구비된다면 미래의 유인 수상함과 잠수함은 무인함정체계의 발진기지 등의 모함 역할을 수행하고 무인함정체계는 미래 전장의 강력한 전투 수행자로 변모될 것이다. 국내에서도 무인함정체계에 대한 지속적인 연구개발과 병행해 향후 개발 예정인 함정에서 무인함정의 운용이 가능하도록 설계해 유인 함정이 직접 수행하기 곤란한 다양한 작전 환경에 대처할 수 있도록 무기체계 발전개념을 수립해야 할 것이다.

기상변화 유도 ‘환경무기’


인류의 생존을 다룬 많은 가설은 SF영화의 단골 주제로 사용돼 왔다. 이러한 영화에서 인류의 생존을 위협하는 요인으로 지목되는 주된 원인은 지진·가뭄·해일과 같은 지구 환경의 변화다. 그렇다면 인류 생존과 밀접하게 관련된 지구 환경을 한 국가나 개인이 원하는 대로 변화시킬 수 있다면 어떻게 될까? 전 세계를 위협하는 초자연적인 힘을 가진 환경무기의 탄생이 결코 상상만의 일은 아닐 것이다. 그리고 이러한 상상 이상의 위협이 될 수 있는 미래의 무기로서 인공적인 기상 변화를 일으킬 수 있는 환경무기를 보유하기 위한 첫걸음은 벌써 시작됐을지도 모른다. 1946년 미국의 빈센트 쉐퍼 박사가 세계 최초로 인공강우 실험을 성공시킨 이후로, 현재 미국과 러시아를 비롯해 중국·호주·그리스·남아프리카공화국 등 전 세계 40여 개국이 인공강우 기술을 보유한 것으로 알려졌다. 인공강우의 핵심원리는 먼지·연기와 같은 역할을 하는 ‘구름 씨(cloud seed)’를 뿌려 구름입자를 뭉치고 무겁게 해 비의 형태로 땅에 떨어지게 하는 것이다. 인공적인 기상 변화에 대한 연구는 인공강우 실험을 시작으로 열대성 저기압인 사이클론을 약화시키거나 허리케인을 조종하는 기술 등이 연구됐으며, 고주파를 이용한 전리층 실험으로 이어지고 있다. 그리고 전리층 실험의 실체로서 알래스카 주 Gakona 지역에 있는 HAARP(High- frequency Active Auroral Research Program) 시설이 주목을 받게 된다. 미 공군과 해군이 공동으로 운용하는 것으로 알려진 HAARP 시설은 80만 평의 대지에 가로 12줄, 세로 15줄로 세워진 21.6m 높이의 안테나 180개로 구성된 고출력·고주파 위상배열 무선송신기다. 이는 전파를 흡수 및 반사하는 성질을 갖는 전리층과 지구자기장이 불균일하게 분포해 자기폭풍이나 오로라를 형성하는 밴앨런대를 연구해 인공위성과의 무선통신 성능을 향상시키기 위한 프로젝트다. 마이크로 테슬라 코일로부터 발생한 전력을 2.5~10MHz 대역의 무선주파수로 변환시키며, 이렇게 변환된 3MW 전파를 전리층으로 발사시키는 원리를 이용한다고 알려졌다. 선진국에서는 인공적으로 기상 변화를 일으킬 수 있는 기술이 개발될 경우, 여러 긍정적인 측면에서 활용될 수 있을 것으로 예상하고 있다. 하지만 일부 과학자들은 HAARP와 같은 강력한 안테나를 이용해 전리층에 온도 변화를 일으킬 수 있으며, 이로부터 원하는 장소에 인공적인 기상 변화를 발생시키는 군사적 목적의 환경무기 개발이 가능하다는 의견을 제시하고 있다. 주장의 진위 여부는 확인되지 않았지만 이는 미래의 획기적인 군사력 수단으로서 세계의 기상을 통제하고 소유할 수 있는 강력한 환경무기의 탄생을 예상할 수 있다.아직까지 인공적인 기상 변화를 발생시켜 적에게 위협과 타격을 가할 수 있는 환경무기에 대해 심각하게 논의할 단계는 아니지만, 어쩌면 현재의 핵전쟁을 능가하는 위협이 될 수 있는 미래의 기상전쟁(weather-warfare)에 대한 인식과 준비가 필요한 시점이 아닐까 생각된다.

비살상 전자파 무기 ‘Active Denial System’


19세기 패러데이와 맥스웰에 의해 전자파 현상이 규명된 이후 현재의 우리는 끊임없는 과학기술의 발전 덕분으로 라디오·휴대전화와 같은 전자제품을 통해 누구나 간단히 실생활에서 전자파를 이용하고 있다. 특히 전자레인지는 우연히 알려진 전자파의 물 분자 재배열 현상을 이용해 음식물을 열기구에 의해 끓이거나 삶지 않고 형태 그대로 가열해 신속히 조리하는 데 사용되고 있다. 이와 같은 전자파의 특성을 전장에서 무기로 적용할 수 있을까? 실질적으로 전자파는 이미 오랫동안 전장에서 장거리 통신을 위한 매개체 또는 레이더 등 간접적인 도구의 형태로 다양하게 활용돼 왔으나 최근 그 분야를 넓혀 전자레인지와 유사한 개념으로 동작하는 전자파 무기가 전장에 등장할 전망이다. 몇몇 기술 선진 국가에서는 전자파의 출력을 크게 증대시켜 방사함으로써 각종 전자 장비를 구성하는 핵심 반도체의 오동작을 유발하거나 사람의 특정 신체에 영향을 줘 전투력을 잃게 만드는 전자파 타격 무기에 대한 연구를 꾸준히 수행해 현실화하고 있다. 미국은 현재 주둔지 통제, 테러리스트 제압, 시가전 등을 위해 다양한 비살상 무기 NLW(Non-Lethal Weapon) 개발 사업을 추진하고 있으며 그중 능동 거부 시스템 ADS(Active Denial System)라는 비살상 전자파 무기를 개발 완료한 상황이다. ADS는 테러리스트와 같은 다수의 적 인원이 적대적 행동을 일으키고 교전수칙, 민간인 보호, 인질 구출 등으로 살상무기의 사용이 제한되는 상황에서 전자파로 참을 수 없는 고통을 줌으로써 대상을 능동적으로 무력화시키는 무기체계다. ADS는 전자파 발생장치와 지향성 안테나를 차량 상부에 탑재한 형태이며 마치 거대한 전자레인지처럼 약 100kW 출력, 95GHz 주파수의 마이크로웨이브를 안테나로 방사해 약 500m 이내 적 인원의 피부 통각신경을 자극한다. 미국은 이 장비를 개발하기 위해 12년 동안 100명 이상의 지원자를 대상으로 1만 발 이상의 인체 방사시험을 통해 비살상 수준과 무기 효과를 충분히 검증한 것으로 알려지고 있다. 이와 같은 전자파 타격 무기는 기존 재래식 무기와 같이 직접적인 파괴 효과나 강력한 살상 효과를 발휘하는 것보다 강력한 무기로 발전하기 위해서 전자파의 충분한 출력 증대나 발진효율의 향상 등 기술적 한계를 극복하기 위한 연구와 투자가 지속적으로 이뤄지고 있어, 미래 전장에서 반드시 필요한 효율적 전쟁수행 무기의 한 축이 될 수 있을 것으로 기대된다. 우리 군도 미래 전장을 준비하기 위해서는 기존 무기체계 분야의 최신화도 중요하지만, 급변하는 미래 전쟁 양상과 전자파 무기의 잠재적 가치를 고려할 때 앞선 ADS 개발사례와 같이 장기적 관점에서 전자파 무기 기술개발에 주목하고 준비해야 할 시기인 것으로 판단된다.

소리없는 총, DREAD


19세기 산업혁명으로 인한 공업기술의 발달과 미국의 남북전쟁 및 프로이센 - 프랑스전쟁 등은 개인화기로서 총의 발달을 촉진하는 역할을 했다. 1836년 프랑스와 독일에서 격침과 약협을 사용하는 뇌관식 격발장치(Percussion lock)와 뇌관이 있는 탄환이 발명되면서 오늘날의 총의 형태로 발전하게 된다. 이러한 재래식 총은 노리쇠 메커니즘에 의해 탄을 발사한다. 추진 장약을 점화시켜 발생한 높은 가스 압력으로 약실 내에 장전된 탄을 밀어내며, 팽창 가스의 일부를 순환시켜 탄피를 자동으로 방출하고 다음 탄을 장전하는 원리다. 따라서 재래식 총은 정밀 가공뿐만 아니라 타이밍과 정확한 작동 순서가 총의 기능과 안전, 그리고 신뢰성에 있어 가장 중요한 요소가 된다. 또 총에 사용되는 소재는 높은 압력에도 견딜 수 있어야 하며, 자동사격 중에 발생하는 지속적인 반동에도 기계적 특성을 유지할 수 있어야 한다. 이러한 격발 시 발생하는 화염이나 총성, 반동 등은 화약으로 추진되는 재래식 총의 가장 큰 결점이다.만일 재래식 총과 달리, 화약을 사용하지 않아 화염도 없고 총성도 없는 총을 사용할 수 있다면, 우리는 적에게 사격 위치를 노출시키지 않으면서 쉽게 적을 공격할 수 있을 것이다. 이러한 아이디어로 미국의 찰스 조지는 화약 대신에 고속 회전체를 사용해 강력한 원심력으로 탄환을 발사시킬 수 있는 DREAD를 고안했다. 이는 금속 탄체를 2500∼3000ft/sec(약 750~900m/s)로 발사하며, 1분에 5000∼12만 발까지를 발사할 수 있다고 한다.DREAD탄은 추진 화약이나 탄피를 사용하지 않기 때문에 장기 저장 시에도 성능이 저하되지 않고 폭발위험이 전혀 없으며, 아울러 비용도 기존 재래식 탄에 비해 훨씬 저렴할 것으로 예상된다. 재래식 기관총은 엄청난 총구 파열음 때문에 사수의 청력이 손상될 수 있으며 사격 시에는 통신이 거의 불가능하지만, DREAD는 화약을 사용하지 않기 때문에 총구 파열음이 발생하지 않는다.또한 DREAD는 발사 속도를 바꿀 수 있기 때문에 위험도가 낮은 표적을 제압하기 위해서는 저속 비살상 모드로 운용할 수 있으며, 상황에 따라 즉시 고속으로 발사하는 살상 모드로 전환할 수도 있을 것이다. 이와 같은 DREAD의 장점에도 불구하고 현재까지 이를 개인화기로 무기체계화하기에는 여러 가지 극복할 난제가 있다. 예를 들어 탄체의 운동 에너지가 너무 낮으며, 고속 발사를 위해서는 강력한 고출력 모터가 필요하다는 점, 또한 고속으로 회전하는 원판에서 탄체를 정확한 방향으로 발사하기 위한 정밀한 발사제어가 해결돼야 한다. 그러나 과거 수십 년 전에는 전혀 불가능한 것으로 여겨졌던 많은 장비가 현재는 실현돼 있는 등 기술의 발전은 현재의 우리가 예측할 수 없는 새로운 기술들이 출현할 수 있으므로 머지 않은 미래에 이러한 화포가 실용화될 수 있을 것으로 기대한다.

정밀타격 유도무기


미래의 정밀타격 유도무기(PGM : Precision Guided Munition)는 그리스·로마 신화에 나오는 제우스의 무기인 번개와 같이 무엇이든 파괴할 수 있으며, 표적만을 족집게처럼 공격할 수도 있고 두더지잡기 게임의 뿅망치처럼 즉각적으로 사용될 수 있어야 하지 않을까. 지난 10년간의 군사작전에서 정밀타격 미사일은 그 효과성이 입증되면서 사용이 증가하고 있고 앞으로도 이러한 추세는 가속될 것으로 예측된다. 그러나 “현 운용 중인 무기체계로는 2015년 이후 이동 표적에 대한 직접 공격이 어려워질 것이고, 2020년까지 비정규전을 포함하는 새로운 형태의 위협에 직면하게 될 것”이라고 미 공군전투사령부의 한 지휘관이 예상한 것처럼 공격 무기들은 타격이 어려운 이동식으로 개발되고 있다. 특히 북한의 경우 수도권 일대를 직접 타격할 수 있는 대량의 방사포를 포함한 무기들이 견고하고 지하 깊은 곳에 설치되는 벙커나 갱도에서 운용하거나 이동식이어서 발사 징후가 확인되는 경우라도 적시에 제압하기는 매우 어려울 것이다. 반면 현재의 정밀타격 유도무기는 혁신적인 과학기술의 발전에 따라 장거리 타격능력, 정밀표적 공격능력 및 전천후 운용성 등의 성능이 향상되고 있지만, 아음속 정밀타격 무기로 장거리 공격하는 경우 이동 표적이나 즉시 공격이 요구되는 표적(TCT : Time Critical Target)에 대해서는 공격 효과가 제한적이다. 이를 보완하기 위해 데이터 링크를 통한 표적 정보를 최신화시켜 주거나 초음속 유도무기의 활용으로 이동 표적에 대한 교전 능력을 확보하는 추세지만, TCT에 대해서는 마땅한 대안이 없는 상태다. 현재 개발 중인 무기 중에서 TCT에 대한 제한적인 수준이지만 타격이 가능한 무기로는 이스라엘의 공중체공 무인공격기(UCAV : Unmanned Combat Air Vehicle)인 HAROP와 미국의 공중체공 미사일인 LAM(Loitering Attack Munition) 등이 있다. 이들 무기는 표적 주변지역 상공을 체공 시간(LAM : 30분, HAROP : 5∼6시간) 동안 머무르면서 표적을 탐지하고, 식별된 표적에 대해서는 즉각적인 공격이 가능하다. 그러나 HAROP와 LAM 등 현재의 공중체공 공격 무기는 단일 표적만을 공격할 수 있고 체공 시간이 한정되며, 발사 후 회수 불가능 등의 운용상 한계가 있다.미래에는 체공 시간이 증대되고 다양한 정밀 유도무기를 탑재해 다수의 표적을 신속히 공격할 수 있으며, 회수해 반복 사용이 가능한 효율적이고 경제적인 공중체공 무인기 등이 전장에 등장할 것으로 예측된다. 끝으로 미래의 우리 군이 갖출 정밀타격 능력을 바탕으로 한 가지 상상을 해 본다.방사포와 중·단거리 탄도탄이 배치된 지역 상공을 스텔스 기능을 갖춘 우리의 공중체공 무인전투기가 송골매처럼 선회하고 있다. 빙글~ 빙글~ ! 갱도 진지를 막 벗어나는 다수의 방사포와 탄도탄 발사 차량을 탐지해 경량의 정밀 공격무기로 뿅! 뿅! 뿅망치로 두더지 잡듯 선제 제압한다. 세밀한 표적 정보를 전술 데이터 링크로 아군의 대화력 체계에 제공하고, 일련의 후속 공격을 유도한다. 한 발의 유도탄·로켓탄, 하물며 단 한 발의 포탄까지도 발사되지 못하게 뿅! 뿅! 뿅! 사진설명:HAROP 공중체공 무인공격기. 출처 : www.defpro.com

무선 인지 기술


최근 정보통신 기술의 발전과 함께 무선기기의 사용이 우리 생활의 전 영역으로 확대되고 있다. 실례로 3세대 이동전화 서비스가 보편화되면서 기존의 음성·데이터 위주의 통신에서 멀티미디어 서비스로 전환되고 있고, TV 또한 디지털 방송이나 DMB 등으로 변화하고 있는 상황이다. 유비쿼터스 시대로 진입하는 과정에서 무선통신 기술이 발전함에 따라 주파수의 수요는 점진적으로 확대될 것이 분명하다. 특히 무선통신 환경에 적합하고 우수한 통신환경을 제공할 수 있는 낮은 주파수 대역(3㎓ 이하)은 여분의 주파수가 거의 없는 상태다. 이처럼 주파수의 가치는 시간이 지날수록 점차 증가하고 있다고 할 수 있다. 주파수는 이론적으로 무한하지만 사용할 수 있는 주파수 대역의 기술적 한계 및 선호 대역의 편중 현상으로 희소성이 존재하는 한정된 자원이다. 주파수 자원에 대한 수요가 크지 않았을 때에는 간섭을 피할 수 있도록 주파수를 사용자에게 배분해주면 됐다. 하지만 IT의 발달과 민간용 전자제품, 이동통신의 등장으로 한정된 천연자원인 주파수를 누구에게 어떤 용도로 배분해주고 효율적으로 이용하게 할 것인가가 가장 중요한 요소가 됐다. 이러한 민수 차원에서의 주파수 확보 어려움을 극복하기 위한 노력의 일환으로 개발 중인 무선 인지 기술은 기존 주파수 사용자를 회피하고 미사용 주파수를 찾아 이용한다는 측면에서 미래의 핵심기술로 고려되고 있다. 무선 인지는 1999년 Joseph MitoraⅢ에 의해 제안된 기술로 특정한 시간에 주어진 장소에서 주파수의 분석을 통해 사용하지 않는 주파수를 찾아내어 주어진 자원으로 최적의 통신을 가능케 하는 기술이다. 이를 통해 주파수 자원의 부족 현상을 해결할 수 있고, 다른 시스템과 주파수 대역을 공유할 수 있게 한다. 군사적으로 보면 전시 유무에 관계없이 할당된 주파수 자원이 부족한 상황에서도 통신이 유지될 수 있고, 특히 미지의 지역에서 통신이 끊김없이 유지된다는 측면에서 무선 인지 기술의 필요성이 매우 크다고 할 수 있겠다. 미 국방부 산하의 DARPA는 2002년부터 주파수의 효율적 사용을 목표로 무선 인지 기술 활용을 포함하는 XG(neXt Generation) 프로젝트를 수행하고 이를 통해 무선 인지의 핵심기술들을 구체화했으며, 2006년에는 군용 무선 인지 시스템을 세계 최초로 개발해 공개한 바 있다. 또 미국 연방통신협회는 아날로그 TV 방송 주파수에서 각각의 주파수 신호들 간 충돌을 우려해 비워 둔 대역(화이트 스페이스)을 허가 없이 공유할 수 있는 제도 정비를 완료함으로써 민간 부문에서도 무선 인지 기기의 활용을 위한 기반을 마련했다. 무선 인지 기술은 재난구조용 비상 통신망이나 군용 통신에서 중요하게 활용될 수 있는 통신기술이다. 향후 미래에는 한정된 주파수를 극적으로 활용할 수 있도록 모든 무선 기기가 상호 간에 사용하고 있는 주파수를 스스로 알아서 회피할 수 있는 고도로 지능화된 무선 인지 기술로 발전할 것으로 예상된다.

템페스트 기술


한 빌딩 건물의 창문이 열리면서 창문 사이로 안테나가 나온다. 안테나는 반대편 건물 5층 사무실을 향하고 있으며, 그 사무실 안에는 주요 인사가 컴퓨터로 중요 문서작업을 하고 있다. 국가비밀 중요 정책방향, 향후 미래 핵심기술 개발 계획이 담긴 문서 등. 그는 반대편 건물에서 자신의 모니터에 나타나는 자료들이 유출되고 있다는 사실을 알지 못한다. 이것은 영화에서나 나오는 이야기가 아니다. 이제까지 ‘도청’이라고 하면 주로 음성을 사용한 통신을 도청하는 것으로 생각해 왔다. 하지만, 오늘날은 음성 이상의 것을 도청한다. 컴퓨터·모니터·프린터 등의 정보기기에서 누설되는 에너지를 캡처해 재현하는 방식의 디지털 도청을 고려해야 한다. 이와 같이 우리는 다양한 형태의 도청이 가능한 시대에 살고 있고, 정보기기에서 발생하는 누설 전자파에 의한 정보유출을 막기 위해 일명 ‘템페스트 기술’이 연구되고 있다.‘템페스트(TEMPEST : Transient ElectroMagnetic Pulse Emanation Standard)’란 미국에서 전화선으로 흐르는 전자신호로부터 암호화된 평문 메시지의 복원 가능성을 발견해, 전자파 누설에 의한 정보유출 방지 비밀 프로젝트 코드명이다. 1999년 7월, 미 연방수사국(FBI)이 컴퓨터를 이용한 스파이 모니터링 시스템을 베트남에 납품하기 위해 국외 반출한 혐의로 미국에 체류 중이던 이스라엘인을 체포한 사례가 알려졌다. 이러한 템페스트와 관련해 국가보안 정보가 유출되는 사례가 실제로 발생하고 있지만, 대부분 ‘국가보안’의 이유로 공개되지 않아 일반인들에게 잘 알려지지 않고 있다. 템페스트 기술은 PC·모니터·프린터 등과 같은 정보기기별 정보신호가 누설되는 근원지를 분석해 해당 근원지를 효과적으로 억제하는 분야와 누설되는 정보신호 자체를 최대한 차폐하는 분야로 구분돼 연구될 수 있다. 미국을 포함한 선진국에서는 주요 정보기기를 도입할 때 전자파에 의한 정보신호 누설 허용기준을 정하고, 주요 시설물에 대한 차폐 기준을 설정해 이 기준을 충족시키는지 인증하고 있다. 이러한 템페스트 기술은 고도의 보안이 요구되고 있어 국가별로 독자적으로 기준을 설정·운영하고 있다. 또 누설 허용기준·차폐 기술 등 상세한 핵심기술 내용은 철저히 비밀로 관리하고 있어 외부로는 잘 알려지지 않고 있다. 미래는 네트워크 중심 전쟁 양상의 일환인 ‘정보전’이라는 패러다임으로 전환됨에 따라 각종 모든 무기 및 장비들이 고도의 전자장치로 첨단화될 것이다. 이러한 장비들은 템페스트 기술을 고려해 설계되지 않으면 국방 및 국가 주요 핵심정보가 외부로 쉽게 유출될 가능성이 높다. 2030년 K국은 M국에 대해 무인 전투로봇·스텔스 기능 등이 장착된 첨단무기·첨단 통신장비들을 이용해 육상·해상·공중·우주에서까지 치열한 전쟁을 감행한다. 한편 이면에서는 고도로 발달된 템페스트 기술을 활용해 보이지 않지만 국가 핵심정보인 디지털 자산을 유출하려는 기술과 유출되는 것을 막기 위한 기술 간의 치열한 또 다른 전쟁 장면을 상상해 본다.

위성 요격미사일


브루스 윌리스 주연의 영화 ‘아마게돈’은 지구에 접근하는 운석을 파괴해 지구와의 충돌을 막아낸다는 내용이다. 영화에 나오는 정도의 어마어마한 운석을 미사일로 파괴하거나 궤도를 수정하는 것은 가까운 미래에는 어렵겠지만, 위성 요격미사일과 같은 타격체계의 기술발전이 지속된다면 먼 미래에는 충분히 가능할 것으로 예상된다. 1957년 최초의 인공위성이 발사된 이후 미국과 소련을 비롯한 세계 각국은 수많은 인공위성을 띄워 우주공간을 자국의 영토처럼 활용하기 위해 치열한 우주경쟁을 벌여 왔다. 군사위성 등을 통한 우주공간에서의 군사적 활용이 점차 증대되자 적대국의 군사위성을 공격해 파괴하는 위성 공격무기의 개발이 시작됐다. 지상에서 인공위성을 띄워 적국의 인공위성에 접근시켜 자폭하는 킬러위성, 지상·해상·공중에서 미사일을 발사해 위성을 추적해 파괴하는 위성 요격미사일, 고출력 레이저를 이용한 위성 공격무기 등 군사위성을 무력화시키기 위한 다양한 우주무기가 개발되고 있다. 이와 같은 위성공격 무기 중 위성 요격미사일은 우주개발에 대한 미소 간 경쟁이 치열했던 1950년대 말께부터 연구가 시작돼 현재까지 다양한 플랫폼에서 운용하기 위해 개발되고 있다. 2007년 1월 중국은 위성공격용 탄도미사일로 약 800㎞ 상공에 떠 있는 자국의 기상위성을 격추시키는 데 성공한 것으로 알려졌으며, 미국 또한 2008년 2월 탄도미사일 방어에 사용하는 함정발사형 SM-3 미사일을 이용해 자국의 정찰위성을 격추시킨 바 있다. 이러한 지상·해상 발사형 위성 요격미사일 외에도 1980년대 초반 미국에서 개발된 ASM-135와 같이 전투기 발사형 위성 요격미사일도 현재까지 운용 중인 것으로 알려졌다. 현재 공대공 미사일 AIM-120 AMRAAM을 기반으로 ASM-135와 유사한 운용개념을 가진 위성 요격미사일 NCADE를 개발 중이다. 지구에서 먼 거리에 떨어져 빠른 속도로 지구궤도를 돌고 있는 작은 위성을 직접 파괴하는 위성 요격미사일은 상당한 정밀도와 정확도가 요구된다. 이 때문에 현재 소수의 미사일 선진국들만이 관련 기술을 보유하고 있으나 각국의 전략적 필요에 의해 위성 요격미사일 개발에 필요한 기술을 보유하는 국가는 점차 확대될 것이다. 이러한 위성 요격미사일의 확대는 천문학적 금액을 들여 구축한 인공위성 등과 같은 우주자산에 큰 위협이 된다. 미사일 하나로 국가의 전략적 자산인 인공위성이 파괴된다면 경제·군사적 손실 외에 국민들이 받는 정신적 공허감도 이루 말할 수 없을 것이다. 우주시대가 본격화되는 미래에는 우주개발과 이용을 독점하기 위한 국가 간 경쟁이 더욱 심화될 것으로 예상되며, 이에 따라 타 행성에 구축된 우주기지를 파괴하는 행성간 탄도탄, 우주에 떠다니는 작은 표적을 정밀타격할 수 있는 위성탑재 미사일과 같은 우주무기의 개발이 가속화될 것이다. 또 이러한 무기체계에 적용된 기술들은 지구와 충돌 가능성이 있는 소행성이나 운석을 파괴하는 임무를 가진 타격체의 개발에 활용돼 인류의 역사를 연장시킬 수도 있을 것이다.

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초소형 무인비행체

초소형 무인비행체 형상.
출처 : www.uavcenter.com

○○년 10월 서울 명동 쇼핑센터 한복판에서 아랍계 테러리스트들이 ‘구속된 동료를 석방하라’며 백화점에 난입해 수백 명의 민간인들을 인질로 잡는다.

긴급출동한 경찰특공대의 비밀무기는 파리 크기의 초소형 무인비행체(MAV: Micro Aerial Vehicle)다.

이 곤충 모양 MAV는 건물로 들어가 구석구석을 날아다니면서 초미니 카메라로 테러리스트들의 무장상태ㆍ수ㆍ위치 등을 촬영, 극소형 안테나를 통해 데이터를 실시간으로 외부 모니터에 전송한다.

MAV가 전송한 실시간 정보를 기초로 경찰특공대는 단 1분 만에 테러리스트를 진압하고 인질을 구출한다는 시나리오는 영화에서나 나올 법한 얘기가 아니다.

　현재 미국 국방고등기술연구소(DAPRA)는 l∼2cm 크기의 산업·군사용 MAV를 한창 개발 중에 있다. 이들 MAV는 극소형 감시카메라, GPS 항법수신기, 무선전송장치를 탑재한 첨단 소형비행체다. 500m 상공까지 날아올라 고성능 카메라로 도로 상황을 촬영하며, 레이더에 걸리지 않고 적의 비밀 군사시설을 정찰할 수 있다.

또 원자로나 지하 통신구 등 사람이 접근하기 힘든 곳에 들어가 통신케이블 등의 고장 부위를 세밀하게 관찰할 수 있다.

　초소형 비행체 중 최근 미국에서 개발에 성공한 로봇파리 시제품은 총중량 60mg에 날개 폭이 3cm로 파리를 연상시키고 파리와 거의 유사하게 비행한다.

향후 로봇파리는 크기가 초미니 사이즈로 작아지고, 저소음 및 첨단 스텔스 기술이 적용될 예정이다.

미국을 비롯해 세계 여러 나라가 여러 유형의 초소형 로봇곤충 개발에 나서고 있어 향후 첩보전을 포함한 작전에 다양하게 운용될 것으로 예상된다.

　초소형 무인비행체를 개발하기 위한 핵심기술은 소형비행체 외형을 해석하고 설계하는 기술 이외에 짧은 시간에 고출력을 내는 모터 기술, 한 번 충전으로 오랜시간 사용할 수 있는 극소형 배터리 기술, 실내ㆍ외 바람에서도 비행 자세를 유지하는 비행제어 기술 등이 있다.

　미래의 초소형 무인비행체는 정보수집과 정찰을 위한 정찰용, 미니 폭탄을 지닌 공격용, 생화학 감지기를 장착한 화생방용, 적군의 통신을 마비시키는 전자전용 등으로 다양하게 개발돼 임무를 수행할 것이다.

또 사전에 입력된 임무 이외에도 스스로 판단해 자율비행하고 주변환경에 따라 카멜레온처럼 변화하며, 한 번 충전으로 오랜 시간 운용가능한 초소형 무인비행체로 진화할 전망이다.

반물질 에너지기술

영화 ‘스타트랙’에서 반물질을 동력원으로 사용하는 우주선. <필자 제공>

영화 ‘천사와 악마’는 가톨릭교회의 탄압에 의해 사라진 비밀결사단체 요원이 유럽 입자물리연구소에서 반물질 폭탄을 훔쳐 바티칸 전체를 폭파시키려는 내용을 근간으로 하고 있다.

여기에서 언급되는 반물질은 보통 물질을 구성하는 입자인 양성자·중성자·전자의 반대되는 입자, 즉 반양성자·반중성자·양전자로 구성된 물질을 말하는데 불과 1g의 무게로 제조된 반물질 폭탄의 위력은 제2차 세계대전 때 일본의 나가사키에 떨어진 원자폭탄보다 두 배가 넘는 위력을 갖고 있다.

　최초의 반물질은 입자물리학 분야에서 1928년 폴 디랙에 의해 발표됐으며, 전하와 반대인 양전자의 상호작용에 의해 반물질의 존재가 세상에 드러나게 됐다.

이들을 더욱 잘 보여준 것은 입자가속기 장치지만 반물질은 물질과 만나면 아주 짧은 시간 내에 모든 질량이 에너지로 바뀌는 쌍소멸 과정을 거쳐 사라져 버린다.

연구소에서 만들어 낸 수소 반원자도 생성된 지 불과 40나노초, 즉 1억분의 4초 만에 일반 원자와 만나 소멸돼 아무것도 남지 않으며 빛과 감마선만 나올 뿐이다.

　물질과 에너지의 함수관계 방정식, 즉 아인슈타인의 상대성이론 공식 E=mc²을 활용해 1g의 반물질이 1g의 물질과 만나 쌍소멸을 일으킬 경우 투입된 총질량 2g에 대한 결과는 1g씩의 물질과 반물질이 쌍소멸을 일으켜 발생시키는 에너지는 대략 TNT 4만3000톤의 폭발력에 해당된다.

반물질이 쌍소멸하면 투입된 질량의 430억 배에 달하는 에너지가 나오며, 이는 에너지원으로서 엄청나게 매력적이고 이상적이라 할 수 있다.

　현대 물리학이론에 따르면 우주는 대폭발(빅뱅)에 의해 생성됐는데, 반물질의 경우 우주생성 과정과 밀접히 관련돼 있다.

생성된 초기에는 물질과 반물질의 양이 같았지만 반물질이 급격히 소멸해 현재 우리가 살고 있는 우주는 반물질로만 구성돼 있다.

연구소 실험실 내에서 가속기를 이용해 인공적으로 반물질을 극히 짧은 시간 동안 만들 수 있지만, 현재 기술로는 반물질 폭탄을 만들어 낼 수 없다.

1995년 CERN은 세계 최초로 반물질을 만들어 내긴 했으나, 당시 반물질은 반수소 상태였으며 폭탄을 만들기에는 터무니없이 적은 양이었다.

더욱이 반물질을 이용하기 위해서는 무엇보다도 반물질을 진공상태의 특수관에 보관할 수 있는 저장기술이 필요한데, 이와 같은 기술이 아직 개발돼 있지 않다.

　반물질 연구는 우주 탄생의 비밀을 푸는 데 기여할 것으로 보인다.

현대 물리학에 의하면 우주 나이는 약 139억 년으로 추정되고 있는데, 현재 우주가 탄생한 순간을 재현할 반물질을 얻을 수 있는 ‘빅뱅 실험’을 구현할 가속기 충돌실험을 CERN이 준비 중이라고 한다.

빅뱅 이론에 따르면 우주 초기에는 물질과 반물질의 양이 비슷했는데, 반물질은 사라지고 물질만 남아 있다고 한다. 사라진 반물질을 찾는 일도 가속기에서 풀어야 할 숙제로 보인다.

　반물질의 실용화에 성공한다면, 미래의 전쟁을 위한 무기개발보다는 인류를 위해 평화적으로 활용될 수 있을 것이다.

가령 항성 간 여행이 본격화될 미래시점에서 우주선의 동력원으로 가능하거나 광속에 근접한 우주여행이 가능하며, 이를 통해 새로운 차원의 인류미래를 여는 데 크게 기여할 수도 있을 것이다.

`나노기술'

영화 ‘지구가 멈추는 날’의 구름 떼(나노로봇 곤충).

　영화 ‘지구가 멈추는 날’과 ‘지.아이. 조(G.I. Joe) - 전쟁의 서막’에는 금속성 물질과 에펠 탑을 갉아먹는 나노(nano)무기가 등장한다. 나노마이트(nanomite)는 암 치료용으로 개발된 나노입자 크기의 로봇이지만 전쟁 무기용으로 개조됐다. 특수한 초소형 기계 수천 개로 이뤄져 있으며 일단 가동되면 주변의 모든 물체, 새물이건 금속이건 가리지 않고 분해시켜 버린다.

지금까지는 폭탄의 충격파에 의한 파괴나 열과 진동에 의한 무기가 주류를 이뤘지만 미래에는 나노기술이 접목된 소형 로봇에 의한 나노무기의 등장을 예고하고 있다.　나노(nano)란 그리스어 ‘난장이’란 의미에서 유래한 말로 10억분의 1을 가리키는 미세 단위다. 1나노미터(1nm)는 머리카락 굵기의 10만분의 1에 해당한다.

원자 하나의 크기가 대략 0.2nm 정도이므로 나노크기란 원자 수십∼수백 개 정도의 크기를 말하는 것이다. 생명체로 보면 DNA 정도의 크기다. 나노기술이란 원자 하나하나를 기계적으로 빠르게 제어할 수 있는 기술로서, 궁극적으로 원자 하나를 쌓아 올려 세계를 다시 만들고자 한다.

즉 물질의 설계도인 결합 구조에 맞춰 원자들을 기계적으로 적절히 결합시킴으로써 원자들로부터 그 무엇이든 필요한 물질을 제조하는 것이다.　나노기술이 접목된 국방 분야 사례로는 탄소나노튜브, 광학장비, 전투장비, 방호장비 분야가 있다. 팽창식 나노전투 장비는 무겁고 부피가 큰 전투장비를 개인이 휴대할 수 있을 정도로 축소해 무인 전투로봇, 소형 정찰정, 초고속 정찰기 등에 적용하는 나노기술이다.

이 기술은 2001년 미 고등 국방연구소와 IT 전투병 나노센터가 합작으로 개념을 연구해 2005년 나노입자의 복제기술 개발에 성공했다. 미국은 2007년 말에 나노기술의 군사화와 관련한 군용으로 적합한 나노원료와 초정밀 마이크로 가공기술, 소형 전력 시스템 등 3대 주요 분야에서 괄목할 만한 성과를 거뒀다.

　미국의 랜드(RAND)연구소에서 발간된 ‘나노전쟁 시나리오와 미래전쟁’ 보고서에 의하면 미군은 장차 나노기술을 활용한 전투복의 실용화를 통해 전투원이 네트워크와 연결, 네트워크 중심의 전쟁을 구현토록 할 계획을 갖고 있다. 오는 2015년에는 경계·대공방호·정찰·정보통신 등에 나노기술이 실용화돼 방어형 나노무기가 실전에 투입될 전망이며, 2025년에는 공격형 나노무기 대 방어형 나노무기의 교전이 예상될 것이라고 발표했다.

　나노무기에 의한 미래 전장상황을 상상해 본다. ‘지구가 멈추는 날’의 우주곤충처럼 자기 증식이 가능한 공격용 나노로봇들이 떼 지어 구름처럼 이동하면서 적의 철조망이나 방어망을 자유롭게 넘나들며 적의 장비를 무차별적으로 공격하고, 한편에서는 이들 공격으로부터 보호하기 위한 또 다른 방어용 무기들이 동원돼 상호 간에 보이지 않고 소리도 없는 전쟁이 벌이질 것이다.

바다 밑의 눈과 귀 `소나'

수중음향 탐지도. <출처 : 국방과학기술아카데미>

　프랑스의 공상과학소설가인 줄베른이 1870년 발표한 ‘해저2만리’에서 등장하는 ‘노틸러스’ 잠수함은 물속에서 반경 2㎞를 전깃빛으로 환하게 비추고 다닌다고 묘사돼 있지만, 실제 바닷속은 장거리 시계 확보가 어려운 관계로 현대 잠수함은 음향 탐지 장비인 소나에 의존해 바닷속을 항해하고, 소나로 수집된 음향정보를 바탕으로 적을 공격하므로 잠수함에서 소나는 대단히 중요하다.

　제1차·2차 세계대전에서 잠수함의 활약은 대단했고, 포클랜드 전쟁(1982년)에서도 잠수함의 가치는 다시 한번 입증됐다.

　잠수함의 특성은 우선적으로 은밀성을 들 수 있다. 잠수함은 고유의 은밀성을 이용해 미리 적 함대 근처나 군사항구에 배치돼 적의 근황을 실시간으로 파악함은 물론, 전투명령이 내려졌을 때 곧바로 적에게 통렬한 타격을 입힐 수 있다. 더욱이 전문가들에 의하면 1척의 잠수함을 대응하기 위해서는 통상적으로 5배 이상의 수상함 전력이 필요한 것으로 판단하고 있어, 잠수함은 상당히 효율적인 전투자원이라 할 수 있다. 이런 의미에서 세계 각국은 잠수함 전력 증강을 활발히 추진하고 있다.

　소나(Sonar)는 물속에서 음향을 탐지하는 장비인데, 그 유래는 1912년 타이태닉 호가 대서양 북쪽에서 빙하와 부딪쳐 침몰한 사건을 계기로 이를 방지하기 위해 개발된 빙산탐지기로부터 비롯됐다고 볼 수 있다. 이후 제1차 세계대전(1914~1918) 기간에 독일의 U보트 잠수정에 의해 영국 전함 및 미국 화물선이 많이 격침됨에 따라 잠수함을 탐지하기 위한 소나의 개발이 가속됐다.

　소나는 물속에서 들려오는 음파를 진동판과 전자석이 붙은 장비를 통해 전기 신호로 바꾼 후 신호 특성을 분석해 물체 종류와 거리 및 방향 등을 알아내는 장치로서, 잠수함과 수상함에서 물속을 들여다보는 눈 역할을 한다. 지상에서는 전자파를 이용한 레이더에 의해 물체를 탐지할 수 있지만, 전자파는 물속에서 투과율이 저조하므로 탐지수단으로 사용할 수 없다. 대신 물속에서는 음향신호를 탐지할 수 있는 소나를 사용한다.

　소나는 일반적으로 해수의 온도가 낮은 겨울철에는 탐지 성능이 좋아지고, 여름철이나 한류와 난류가 교차하는 동해 같은 바다는 성능이 가장 떨어진다. 해수 온도가 다르면 소나가 보낸 음파가 온도가 다른 물덩어리에 반사돼 돌아오는 경우가 생겨 가끔씩 잠수함으로 오인하는 경우가 발생한다.

　각 국가의 해군 함정에 장착된 소나의 성능은 함정의 전투능력과 직결되기 때문에 통상 공표하지 않는다. 선진 각국은 물속에서 들리는 소리의 음파 특성을 수집·분류해 데이터베이스로 만들고, 음향탐지를 위해서는 음향신호 분석 전문가를 운영한다. 이때 다양한 음향신호의 특성 분석과 오경보를 방지할 수 있는 소나 분석 전문요원의 경험 및 역량이 중요하다. 미국의 경우 소나만 10년 이상 다룬 전문 분석요원이 잠수함 운용 시 큰 역할을 담당하고 있다.

　향후 미래에는 다양한 잠수함·구축함 및 수중환경에 대한 음향데이터분석과 더불어 각종 오경보를 제거할 수 있도록 기술이 고도화될 것으로 예측되며, 바다 밑 세계를 점유하기 위한 세계 각국의 치열한 기술전쟁이 계속될 것으로 예상된다.

P&P 모듈형 유도무기

70mm 무유도로켓에 시커 등을 장착해 유도형으로 개발 중 LOGIR(개념도)는 모듈형 유도무기의
가능성을 보여주는 사례다.

해군 함정은 공중전을 위한 대공유도무기, 해상전을 위한 대함유도무기, 수중전을 위한 어뢰를 구분해 운용한다. 상황을 예측할 수 없는 해상에서 아군 함정이 적 수상함·잠수함·전투기와 교전 중 수중전 상황에 필요한 어뢰를 모두 소모하고 적 잠수함과 교전하게 된다면 어떻게 해야 할 것인가?

　함정은 활용 공간이 제한적이어서 다양한 무기체계를 설치해 운용하는 데 어려움이 많다. 만약 이런 상황에서 공중이든 수중이든 상관없이 단 1발의 다기능 유도무기로 공중·수상·수중 표적 중 하나를 선택해 공격할 수 있는 전투함이 있다면 좋지 않을까?

　혹시 가능하더라도 이러한 무기체계 개발을 위해서는 첨단 기술력과 많은 비용 그리고 기간이 필요할 것이며, 마치 공상과학만화처럼 비현실적일지도 모른다. 하지만 이러한 해군 함정의 공간 활용의 어려움에 대한 해답을 ‘Plug & Play’(P&P) 개념에서 찾을 수 있다. 사실 P&P 기술은 우리가 매일 사용하는 컴퓨터에 이미 적용되고 있다. 즉, 이 기술로 컴퓨터가 모니터·프린터 등 주변 장치를 인식해 자동으로 설정해 주는 것이 가능하다.

　P&P 기술은 마이크로소프트 사가 1995년에 출시한 윈도95(버전4.0)를 통해 처음으로 채용했으며, 관련 장비 간 연결 방식을 표준화함으로써 임의의 장비가 연결 시에도 자동으로 이를 인식해 운용할 수 있는 기술이다.

　만약, 이 기술을 무기체계에 적용해 공중·수상·수중 유도무기를 위한 기능을 모듈화하고, 장비 간 연동방식을 표준화한다면 목적에 따라 필요한 모듈을 선택해 장착함으로써 유도무기의 기능을 다양화할 수 있다. 또 컴퓨터 주변 장비 개발 업체가 다양화돼 가격이 저렴해지는 것과 같이, 모듈 주변 장비 관련 업체의 협력을 이끌어 낼 수 있어 개발 기간 단축과 비용을 절감할 수 있다.

　실례로 2009년 미국의 록히드마틴 사와 제너럴다이내믹스 사가 공동으로 연안전투함 건조 시 P&P 기술을 채용한 것으로 알려졌다. 잠수함 교전상황, 수상함 교전상황 등 여러 가지 상황과 임무에 맞게 기능별 모듈을 제작해 장착함으로써 상황에 따라 선택적으로 적용할 수 있는 다양한 모듈형 시스템을 개발하고 있다.

　공상과학만화에서나 볼 수 있을 것 같은 다기능 모듈형 유도무기 개발이 P&P 기술에 의해 성공된다면, 무기체계 획득과 운용의 개념이 획기적으로 바뀔 것이다. 함정에서는 상황별 유도무기 모듈을 갖추고 있으면서 임무에 맞게 모듈을 선택해 수상·수중 등 교전 상황에서 발사하게 될 것이다.

　해양의 가치가 더욱 증가하는 미래에는 해양 자원 개발과 이용을 독점하기 위한 국가 간 경쟁이 더욱 심화될 것으로 예상된다. 이에 따라 해군력의 중요성이 더욱 가시화될 것이다. 이러한 해양 경쟁시대에 경쟁력을 확보하기 위해서는 P&P 기술과 같이 저렴한 비용으로 보다 짧은 기간에 성능을 다양화할 수 있는 혁신적인 미래 기술의 적극적인 개발이 필요할 것으로 예상된다.

요격어뢰

요격어뢰 개념도. <출처: Jane‘s Defense Data Service>

우리는 걸프전과 이라크전에서 날아오는 미사일을 패트리엇이라는 요격미사일로 멋지게 격추시키는 장면들을 TV에서 많이 봐 왔다. 그러면 바닷속에서도 이러한 일이 가능할까?

　1866년 로버트 화이트 헤드가 최초의 어뢰를 발명한 이래 어뢰는 함정·잠수함의 주요한 위협이 돼 왔다.

물론 어뢰 성능이 발전됨에 따라 이를 방어하기 위한 기술도 개발됐으나, 오랜 시간 회피기동을 하거나 함정이나 잠수함의 음향과 같은 소리를 발생시키는 어뢰 기만체(디코이)를 발사해 어뢰가 함정을 추적할 수 없도록 기만하는 수동적인 방식(Soft Kill)을 사용해 왔다.

　하지만 지속적인 기술 발전으로 회피나 기만 등의 수동적인 방식이 아닌 직접적으로 함정을 위협하고 어뢰를 파괴하는 능동적인 방식(Hard Kill)의 병기가 탄생하고 있다.

이런 무기를 요격어뢰 혹은 대어뢰어뢰(ATT·Anti-Torpedo Torpedo)라고 한다.

　요격어뢰는 기존 어뢰에 비해 우수한 고속 운동성과 고기동 능력을 가지며, 고기동성을 위해 작은 크기를 갖고 있다.

또 수중에서 빠르게 이동하는 어뢰를 요격하기 위해 정밀제어 능력과 어뢰 위치를 정확히 추적하기 위한 고성능 음향센서 및 고속음향신호처리 기술이 요구된다.

이러한 능력은 전자기기의 소형화와 고속 마이크로프로세서에 의한 신호처리 능력 증대 등의 전자 기술의 빠른 진보에 의해 가능하게 됐다.

　현재 미 해군에서는 잠수함에서 발사된 어뢰를 요격하기 위한 요격어뢰인 ATT를 펜실베이니아 주립대학 응용연구소와 공동으로 개발 중이다.

ATT의 개발 시작은 2004년 시작돼 수중시험용 모델이 2005년에 제작됐으며, 목표 어뢰에 대한 수중에서의 탄두 시험은 2006년까지 수행됐다. 개발이 순조롭게 진행될 경우 초기운용 능력 시험이 2012년에 실시될 예정이다.

　유럽에서는 독일의 아틀라스 사가 요격어뢰인 시스파이더(Seaspider)를 개발하고 있다.

수상함정뿐만 아니라 잠수함에서도 발사가 가능한 시스파이더(Seaspider)는 일반적인 어뢰가 사용하는 스크루에 의한 추진이 아닌 고속 주행을 위해 로켓방식으로 추진할 수 있도록 개발되고 있다.

이밖에 영국의 BAE 시스템사와 이스라엘의 Rafael사에서도 능동식 방식의 요격어뢰를 개발 중인 것으로 알려져 있다.

　향후 가까운 미래에 요격어뢰가 실용화되면, 적의 어뢰공격을 회피하지 않고 단추 하나만 눌러 손쉽게 격파할 수 있을 것으로 보인다.

오랜 기간 계속돼 온 바닷속에서의 창과 방패의 대결에서 요격어뢰의 출현으로 방패가 창에 우위에 설 수 있게 될지, 또한 이 방패를 뚫기 위한 창의 노력은 어떻게 전개될지 삼면이 바다인 우리는 이를 관심 있게 지켜보아야 할 것이다.

집단지성 기술과 자율형 로봇

통신중계를 위한 소형비행체의 집단비행 개념도.

수십만 마리의 개미는 어떻게 자신들의 왕국을 유지할 수 있을까? 물고기 떼들은 어떻게 한 마리가 움직이는 것과 같이 순식간에 방향 전환을 할 수 있을까? 과학자들은 지구환경에 적응하면서 끊임없이 다듬어지며 최적화된 ‘자연’에서 영감을 얻기 위한 자연모사기술 중 곤충들이 집단으로 행동하는 원리에 대한 연구를 활발하게 진행해 왔다.

　개미는 영리하지 않지만, 자신의 왕국(colony)을 갖고 있다. 이 왕국을 유지하기 위해서 개미는 먹이를 구하는 가장 짧은 경로를 찾고, 일 개미에게 여러 임무를 할당하는 어려운 문제들을 해결해야 한다. 한 마리의 개미는 별로 영리하지 않지만 이것들이 조직화해 집단이 되면 주변 환경에 대해서 빠르고 효과적으로 대응할 수 있게 된다. 이것을 집단지성(Swarm Intelligence)이라고 하며, 자연에서 집단지성 형태는 개미의 먹이 찾기, 새떼의 비행과 물고기 떼의 이동이 있다.

　개미는 먹이 찾기를 위해 이동하면서 페로몬을 분비하며, 뒤따라 오는 개미들은 페로몬 냄새를 따라 이동한다. 많은 개미가 다닌 이동로에 페로몬향이 많아지며, 이 이동로가 최적 이동로가 된다. 1991년 컴퓨터 과학자인 브리셀 자유대학의 마르코 도리고가 개미의 먹이 찾기 원리를 이용한 개미집단최적화(ACO·Ant Colony Optimization) 기술을 트럭수송·항공기 스케줄 관리에 활용했다.

　또 다른 형태의 집단지성 기술은 개인집단최적화(PSO·Particle Swarm Optimization) 기술이 있으며, 새떼와 물고기떼의 행동에 영감을 얻은 것으로 지속적으로 개인과 집단 사이에 최적화를 이루는 방식이다. 새가 비행할 때는 이웃한 몇 마리 새들의 거리와 방향을 고려해 최적의 위치로 이동하고 새떼의 비행을 유지한다.

　집단지성 시스템은 개별 시스템을 통제하는 구조가 아니며, 주변과 메시지를 교환하는 단순한 구조다. 이 시스템의 특징은 계층적 지휘통제 구조가 없으므로 전체가 마비되는 지점이나 취약점이 없다. 집단지성기술은 컴퓨터에서 인터넷과 같이 자율형 로봇기술에 큰 파급효과를 줄 것이다.

　집단지성을 이용한 자율형 로봇은 유럽에서 활발하게 연구하고 있다. 유럽 집행위원회는 여러 기종의 로봇이 자율적으로 협력할 수 있는 ‘스워머노이드(Swarmanoid)’ 프로젝트를 진행하고 있다. 스워머노이드는 60개 정도의 소형 로봇이 3개 형태로 구성되며, 비행을 하면서 다른 유닛에 정보를 제공하는 ‘아이봇(eye-bot)’, 물건을 수송하는 ‘풋봇(foot-bot)’, 벽을 올라가고 물체를 조작할 수 있는 ‘핸봇(hand-bot)’이 있다.

유럽연합(EU)에서는 에너지와 계산 자원을 공유하는 재난구조용 로봇을 개발하는 ‘심바리온(Symbarion)’ 프로젝트를 진행하고 있다. 심바리온 프로젝트에서 자율형 로봇은 상황에 따라 생존자 탐색, 통로개척, 통신유지, 의료지원을 감독자의 지시 없이 할 수 있도록 그 형태를 적합하게 구성할 수 있다.

　스위스에서는 재난 상황에서 지상에 있는 사람들을 위한 비상통신망을 집단지성을 이용해 자율적으로 구성하는 공중용 비행체들을 개발하고 있다. 이 비행체들은 GPS나 카메라의 위치정보 없이 주변 비행체와 자체 통신을 이용해 군집 비행이 가능하다. 미래에는 집단지성기술을 이용한 자율형 로봇들이 지상과 공중에서 부대와 편대를 편성해 전투임무도 수행하게 될 것이다.

뇌파 신호 응용 기술

디지털화한 뇌 구조의 상상도. <출처=www.wired.com>

　‘최후이자 최초의 인간’이라는 공상과학 소설에서 사람들은 말을 하지 않고 뇌에서 뇌로 텔레파시 통신을 한다.

텔레파시는 ‘먼 거리’와 ‘느낌’이란 두 단어를 합쳐 만든 용어로서 ‘떨어진 곳에서 느끼기’라는 의미다. 두 사람 사이에 오감을 사용하지 않고 생각이나 감정을 주고받는 심령능력을 말한다.

　그러면 가까운 미래에 인간이 뇌파를 통해 신호제어 및 통신을 할 수 있는 시대가 올 것인가? 이것에 대해 “가능할 것 같다”라고 대답할 수 있다. 인류는 필요에 따라 과거에는 생각하지도 못한 것들을 발명해 살아가고 있기 때문이다.

　지금의 통신 및 신호제어 기술은 전자파의 파동을 이용하는 기술로 금속·물·땅을 통과하지 못하고 빠르기는 빛의 속도와 같기 때문에 광년으로 표기되는 우주행성과 통신이 어렵다. 그래서 지금의 통신기술로는 지구에서 비교적 가까운 화성과 통신을 하면 “여보세요” 하고 물으면 20여 분 뒤에야 “예” 하고 대답하는 소리를 듣게 된다.

다가오는 미래는 우주시대가 될 것이고 이 시대에는 지금 사용하는 전파통신 방식을 사용할 수가 없을 것이다. 따라서 미래는 지금과 전혀 다른 새로운 통신방법을 사용할 것이다. 미래에는 아마도 뇌파를 이용한 대화가 가능하지 않을까?

뇌파신호는 속도가 빠르고 전파 감쇠가 안 생기고 어떤 물질이라도 통과하기 때문에 미래 우주시대에 걸맞은 미래기술이라 할 수 있다.

　이러한 뇌파와 관련한 인간 의식에 관한 연구는 1927년 미국 듀크 대학 린네(Rhine) 교수 부부에 의해 최초로 시작돼 뇌파에 대해 무려 50년 동안 연구했다. 그들은 카드 맞추기·주사위 숫자 맞추기 실험 등을 통해 수학적 통계와는 다른 결과를 보여줌으로써 인간의 뇌파 영향을 밝혀 왔다.

이러한 연구는 과학적 연구가 아닌 인간의 초능력과 관련됐으나, 현재에는 이를 과학적으로 실현하기 위해 많은 연구가 진행되고 있다.

　최근에 미 국방고등연구소(DARPA) 연구팀은 일종의 뇌파 통신인 “Silent Talk(무언의 대화)”로 불리는 연구 프로그램을 준비 중이다. 이 연구의 목적은 발성에 의한 대화를 하지 않고, 뇌 신경신호를 분석해 전장에서 사람과 사람 간의 대화를 가능하게 하는 것이다.

이 외에도 미 국방성은 2008년에 컴퓨터를 매개로 한 뇌파의 신호제어 및 통신 가능성을 연구하기 위해 캘리포니아 대학에 400만 달러를 투자한 바 있다. 인간의 말은 음성이 되기 전에 각각의 단어에 고유의 신경신호로 존재한다. DARPA가 개발하고자 하는 것은 ‘말이 되기 전 상태’의 신호를 검출해 분석한 후 자신이 의도하는 상대에게 그 내용을 전달하는 기술이다.

　우리나라에서도 최근에 사람의 뇌파로 무선 자동차를 움직일 수 있는 뇌파 송신기를 개발했다. 뇌파 송신기는 뇌파 중 베타파의 강도와 눈동자의 움직임에 따라 무선 자동차의 속도와 방향을 조정할 수 있다. 이와 같이 우리가 잘 모르는 사이에 뇌파와 관련한 첨단 융합기술은 이미 시작된 것이다. 병사의 눈을 통해 들어온 정보가 뇌파를 통해 지휘부로 보고하는 시스템이나, 사이보그를 마음대로 조정할 수 있는 공상과학 영화에서 벌어지는 일들이 조금씩 현실로 다가오고 있는 것 같다.

극초음속 유도탄

극초음속 유도탄 개념도.

1944년 9월 8일, 최초의 유도탄인 독일의 V2가 사용된 이후로 유도무기는 사거리·속도·정밀도 등에서 많은 발전을 이뤄왔다. 그러면 앞으로 미래 유도무기의 성능은 과연 어느 정도까지 발전하게 될까?

　기존의 유도무기인 탄도탄은 로켓엔진을 통해 성층권 이상의 고도까지 상승한 후 중력가속도로 탄도를 그리며 비행하기 때문에 음속 이상으로 속도를 갖지만 정확도가 떨어져 전략 핵탄두를 탑재하는 것이 일반적이었으나 냉전 이후에 이러한 전략 핵무기의 필요성은 많이 감소됐다고 할 수 있다. 최근의 국지전이나 테러 세력과의 전투에 유용한 순항유도탄은 정밀타격은 가능하나 음속(아음속) 이하의 상대적으로 느린 속도 때문에 이동표적이나 즉각적인 공격이 요구되는 목표물이 아닌 고정된 표적에 제한해 공격이 가능했다.

　이러한 한계를 극복하기 위해 현재 미국 펜타곤에서는 X-51이라는 극초음속 정밀유도무기를 개발 중이며 이 유도무기의 속도는 무려 음속의 6배(마하 6.0)다. 이러한 속도는 우리가 걸프전과 이라크전에서 많이 보아온 토마호크 유도탄(마하 0.85)의 약 7배의 속도로 전 세계 어느 곳이나 3시간 내에 도달할 수 있는 엄청난 속도다. 이 유도무기는 게다가 목표물을 정확히 탐지·추적할 수 있는 정밀한 탐색기도 내장하고 있다. 이 때문에 음속 이하의 속도를 갖는 토마호크 유도탄이 고정된 목표물만을 타격할 수 있는 데 비해 이 유도무기는 신속한 공격이 요구되는 표적과 이동하는 표적에 대해서도 정밀한 타격이 가능하다.

　아음속 유도탄과는 달리 유도탄의 속도가 음속 이상이 되면 더 이상 아음속 제트엔진에서 사용하는 압축기를 통해 공기를 압축하기가 어렵다. 초음속(마하 2.0~4.0)이나 극초음속(마하 5.0이상) 비행 시에는 흡입구를 통해 유입된 공기가 빠른 속도로 인해 자동적으로 압축되는데 이를 ‘램 효과’라고 한다. 이 압축된 공기가 연소실에서 음속 이하의 속도로 연소하는 엔진을 ‘램제트 엔진’, 초음속의 속도로 연소되는 엔진은 ‘스크램제트 엔진’이라고 하며, 이를 구현하기 위해서는 고난도의 기술이 필요하다. 또 전파를 송출해 표적을 감지하는 레이더 탐색기나 표적에서 발산하는 적외선 신호를 이용하는 적외선 영상탐색기의 성능이 전자기술의 발전으로 비약적으로 증대돼 목표물을 수 미터 이내로 정확하게 타격할 수 있다.

　2009년 8월 미 공군은 캘리포니아 주 에드워드 공군기지에서 극초음속 유도탄 X-51A의 통합시험과 발사시험을 실시했으며, 유럽에서는 프랑스가 마하 4에서 마하 8까지의 극초음속 유도탄인 LEA(Lyotnii Experimentalnii Apparat) 프로젝트를 2003년부터 진행하고 있다.

　향후 미래 전장은 국가 간의 전면전이 아닌 국지전이나 테러 세력과의 전투가 더욱 주된 양상이 될 것으로 예측됨에 따라 이에 대처하기 위해서는 신속하고 즉각적인 정밀 타격 능력이 매우 요구된다. 따라서 기존의 전략 탄도탄이나 아음속 순항 유도탄에 비해 신속한 대응과 정밀한 타격이 가능한 극초음속 유도무기는 미래 전장에서 주요한 무기체계로 부각될 것으로 예상된다.

무선전력 공급기술

나사(NASA)의 SPS 프로젝트 개념도. <출처: NASA>

최근 미래의 신기술로서 무선전력 공급기술이 큰 주목을 받고 있으며 이 기술이 상용화될 경우, 국방 분야를 비롯한 산업계 전반에 걸쳐 큰 변화를 일으킬 것으로 예상된다. 특히 국방 분야에 있어서는 미래전투체계에서 중요도 및 활용도가 큰 센서 네트워크나 로봇·무인기 등의 무인화 무기체계에 적용될 경우, 그 전술적 운용 범위를 극대화시킬 수 있을 것으로 기대된다.

　무선으로 에너지를 전송하는 기술은 전송거리·사용 주파수·전송방식에 따라 여러 가지로 구분할 수 있다. 전송거리는 수 ㎜의 단거리에서 수 ㎞·수십 ㎞까지의 원거리 전송이 가능하며, 사용 주파수 및 출력에 따라 원거리 전송용 수 GHz 주파수를 사용한 고출력 전송과 단거리 전송용 수십 MHz에서 수백 MHz 주파수를 사용한 저출력 전송으로 구분할 수 있다. 또 전송방식에 따라 크게 세 가지로 구분할 수 있는데 전자기파 방사를 이용하는 방식과 전자기 유도현상을 이용하는 방식, 그리고 공진현상을 이용하는 비방사 방식이 있다.

　전자기파 방사형 원거리 전력공급기술은 수 GHz 대역의 마이크로파를 사용해 수백 ㎞ 떨어진 수신기에 고출력의 에너지를 공급할 수 있으며 마이크로파 안테나 어레이로부터 전송된 에너지를 직류로 변환시키는 장치인 Rectenna(Rectifying Antenna)를 이용해 지상에서 무인항공기 등에 에너지 공급이 가능하다. 자기유도현상을 이용한 전력공급 기술은 근접거리(1㎝ 이하) 장치에 전력을 공급하는 기술로 자기유도의 특성으로 인해 거리 및 위치에 따라 전송 효율이 급격히 감소되는 단점은 있으나 실용성 등의 장점으로 상용화가 가장 많이 진행된 방식이다.

　최근에 주목받는 비방사형 전력공급 기술은 근접장 효과를 이용하고 송수신부의 공진 주파수를 일치시켜 전력을 공급하는 기술로 자기유도방식에 비해 원거리 전송이 가능하며 전자기파 방사방식에 비해서는 높은 에너지 전달 효율을 가진다. 이는 두 매체가 같은 주파수로 공진할 경우, 전자파가 근거리 전자장을 통해 한 매체에서 다른 매체로 이동하는 감쇄파 결합에 기반하는 것으로 충전 스테이션과 수신기 사이에 일종의 에너지 터널을 생성해 수십 m 거리까지 전력을 공급할 수 있다. 인텔은 2008년 WREL(Wireless Resonant Energy Link) 이름으로 그 실현 가능성을 시연했다.

　이미 미국 나사(NASA)에서는 1960년대 말부터 SPS(Sun Power Satellite) 프로젝트를 통해 우주에서 태양광으로 생산한 전력을 지상의 무기체계에 공급할 계획을 수행했으며, 1980년대 캐나다에서는 SHARP(Stationary High Altitude Relay Platform) 프로젝트를 통해 전자기파 방사방식을 이용한 무인항공기의 원거리 전력 공급의 가능성을 확인했다. 현재 미국·캐나다를 비롯한 영국·일본 등에서는 수 MHz부터 수 GHz 대역 주파수를 사용해 수 ㎜부터 수십 ㎞ 떨어진 거리까지 무선으로 전력을 공급하는 기술에 대한 연구를 수행 중인 것으로 알려져 있다. 특히 미 국방부에서는 최근 발표된 MIT 연구진의 비방사형 무선 에너지 전송 기술을 군용차량에 전력을 공급하는 수단으로서 활용하려는 계획을 갖고 있다고 한다.

지향성 음파 무기 AHD

함정에 장착해 운용 중인 AHD 형상 (출처: Jane's Navy International)

　소리를 직접 무기로 사용하는 개념은 신화의 영역에서 찾을 수 있을 만큼 인류의 오래된 생각이기도 하다. 구약성서에 따르면 출애굽기에 나오는 여리고성 함락의 무기는 칼이나 포가 아니라 이스라엘군의 함성과 나팔이었다. 그러면 현실적으로 전장에서 음파를 무기로 사용할 수 있을까?

　음파는 일반적으로 사물의 진동이 공기 입자를 흔들어 압력의 변화를 만들고 공기를 매질로 해 퍼져 나가는 현상을 말하며, 그 진동 수가 약 20∼2만㎐의 범위에 있을 때 소리로 인지하게 된다. 소리는 오랫동안 인간이 가진 가장 원초적인 인지와 소통의 수단으로 활용돼 왔고, 현대에 이르러 단순한 수단의 차원을 넘어 모든 생활과 밀접한 관계를 갖게 됐다. 그러나 군사적 관점에서 음파는 수중과 같은 특수한 환경에서 통신 및 감시 기능을 위한 간접적인 수단으로 제한적으로 사용돼 온 것이 현실이다.

　그러나 최근 과학기술의 발전에 따라 음파의 군사적 활용 범위가 조금 색다른 영역으로 확장되고 있다. 바로 소리를 방사해 적 병사를 제압하는 무기로 사용하고자 하는 시도다. 마치 전장에서 폭음에 의해 병사들이 일시적인 기절 상태에 빠지는 것처럼 충분히 높은 출력의 소리를 특정한 목표에만 전달할 수 있다면 대상을 무력화하는 무기로 활용할 수 있을 것이다.

　소리의 크기에 따른 인체 영향을 살펴보면 일상적인 대화를 60㏈의 음압 수준으로 볼 때, 100㏈의 소리가 지속될 경우 청각의 손상이 가능하고 약 135㏈를 경계로 보다 높은 음압의 소리에 대해 인간은 즉각적인 고통과 혼란을 느끼는 것으로 알려져 있다. 그러나 마이크와 스피커 같은 일반적인 음원에서 발생하는 음파는 전파될수록 확산과 간섭이 커져 원하는 곳으로 충분한 큰 음압을 전달하기 어렵다.

　미국에서는 이와 같은 소리의 약점을 극복하고자 다양한 연구를 수행했고, 2000년 소말리아 아덴 항에 정박해 있던 미 해군 콜 구축함에 대한 해적의 자살폭탄 테러사건이 발생한 이후, 특정 범위에 적 병사가 접근하는 것을 막기 위한 수단으로 강력한 지향성 음파를 방사하는 무기 AHD(Acoustic Hailing Device)를 본격적으로 개발해 왔다.

　최근 미국은 음파가 전달될 때 발생하는 대기의 간섭 특성을 고려해 미리 변형시킨 소리를 초음파에 태워 방사함으로써 우수한 지향성과 큰 음압을 얻는 LRAD (Long Range Acoustic Device)라는 초음파 복조 방식의 AHD를 개발하고 이를 실전에 투입하고 있다. LRAD는 약 500m 거리까지 약 ± 15° 범위의 특정한 적 인원에게 명확한 의사전달과 참기 어려운 경고음 방사가 가능한 것으로 알려져 있다. 또한 일부 학술 연구결과에 따르면 지향성 가청 음파뿐만 아니라 강력한 저주파 음을 신체 장기와 공진시켜 내상을 주는 형태의 군사적 활용 방안이 제시된 바 있다.

　이러한 선진국 개발 사례와 향후 기술 발전에 따른 잠재적 가능성을 고려할 때, 미래 전장에서 음파는 우리의 예상보다 더 중요한 무기로 성장할 수도 있다. 따라서 우리 군도 이와 같은 미래 무기에 주목하고 단계적으로 기술 확보를 추진하는 것이 필요하다.

자가 적응형 소프트웨어 (Self-adaptive software)

자가적응형 소프트웨어를 탑재해 스스로 상황을 판단해 변경된 임무를 수행할 수 있는 무인항공기가 개발되고 있다.
사진은 대표적인 무인항공기 프레데터. <필자 제공>

　영화 ‘이글 아이’를 보자. 인간세상에서 평화를 지키기 위해서는 현 정치세력을 제거해야 한다는 판단 아래 네트워크에 연결된 모든 무기 및 컴퓨터 등을 조종해 스스로의 목적을 달성하는 거대한 인공지능을 갖춘 컴퓨터가 등장한다.

　또 유명한 일본 애니메이션 ‘유키카제(雪風)’에 나오는 인공지능 전투기는 보유하고 있는 외부 센서와 지휘통신 간 이뤄지는 전투 상황을 모두 감지할 뿐만 아니라 파일럿의 행동양상을 기록 분석해 예상 행동 방식까지 분석하고, 이 행동이 현 상황에 적합한지까지 스스로 판단해 파일럿의 예상 행동과 자신의 판단을 비교한 후 유리한 결정을 유도, 임무를 수행한다.

　이러한 인공지능 소재의 영화 및 애니메이션에 등장하는 이야기들이 컴퓨터기술의 비약적인 발전을 토대로 현실화되고 있다. 신경망·퍼지·패턴인식·전문가시스템·자연어 인식·이미지 처리·컴퓨터시각·로봇공학 등이 인공지능의 일부분을 이뤄 서로 연관되거나 개별적으로 발전되고 있다.

　현재의 기술에서 인공지능을 구현하기 위해서는 방대한 양의 자료와 컴퓨팅 파워가 필요하다. 그러나 전장에서 운용될 수 있는 무기들의 물리적 한계로 인해 최근 군에서 각광받고 있는 인공지능 기술 중 하나가 아키텍처 모델을 활용해 전장 상황에 대한 판단과 대응을 하는 자가적응형 소프트웨어라는 기술이다.

　미국 DARPA에서는 자가적응형 소프트웨어를 “자신의 행위를 평가하고 있다가 원래 의도했던 목적을 잘 수행하지 못하거나 더 나은 성능을 기대할 수 있다고 판단된 경우에 자신의 행위를 변경하는 소프트웨어”라고 정의하고 있다. 즉 ‘운용환경인식⇒적응 및 판단⇒동적 구조변경’의 피드백을 통해 상황에 적응하는 인공지능 개념이 포함돼 있는 것이다.

　이러한 개념을 토대로 적의 비밀 무기고 폭파 임무수행을 맡은 무인항공기(UAV)가 적지를 은밀히 침투하던 중 적의 레이더에 포착되는 돌발상황이 발생한 경우 스스로 상황을 판단해 회피 또는 교전 등의 변경 임무를 수행하는 자가적응형 소프트웨어를 연간 1500만 달러를 투자해 5년여 동안 개발하고 있다.

　국내 상용로봇시장과 군 무인전투체계 분야에서도 자가적응형 소프트웨어를 탑재해 스스로 진화해 갈 수 있는 인공지능 관련 연구들이 진행 중이다.

　전장 환경은 기상·지형·적의 상태·아군 상태 등 전투요소에 영향을 미치는 다양한 변수가 존재하며, 미래의 3차원 입체전장에서 쏟아지는 많은 정보에 따른 상황변수도 증가하기 마련이다. 이러한 정보를 수집하고 공유하기 위한 센서 및 네트워크 시스템이 발전되고 있으며, 이를 통해 수집된 정보들을 실시간 처리해 활용하는 무인 무기체계와 미래 병사체계에서 정보를 분석하고 처리해 변화하는 전장 상황에 실시간으로 대처가 가능하게 하는 자가적응형 소프트웨어 기술의 발전은 필수적일 수밖에 없다.

　이러한 인공지능 기술들로 인해 가까운 미래에는 전장 상황을 실제로 보고 판단해 최적의 의사결정을 내릴 수 있는 인공지능 지휘통제 체계와 우발적인 상황에서도 지휘통제 체계가 지시한 임무를 효과적으로 수행할 수 있는 무인전투체계들이 개발돼 전장에서 활용될 것으로 예상된다. 그러나 최종적인 의사결정은 이성적 판단을 할 수 있는 사람이 해야만 할 것이다.

정밀유도폭탄 (Precision Guided Bomb)

F-15 이글 전투기에서 투하되고 있는 JDAM 폭탄(사진 위)
두개의 JDAM이 한개의 표적에서 폭파하는 모습(아래)

　자가 추진체를 탑재한 유도탄(Missile)은 목표물에 대한 정보(지형·열감지 등)를 통해 탄 스스로가 찾아가는 반면 비행체·화포의 타력에 의해 운반되는 일반 폭탄(Bomb)의 경우 자유낙하로 목표물에 도달하기 때문에 타격의 정확성이 떨어진다는 단점이 있다.

이러한 부정확성 때문에 목표물을 파괴하는 데 많은 폭탄이 소요되거나, 민간 피해와 같은 원하지 않은 사고가 발생할 수 있다. 자유낙하 폭탄의 정확성을 높이기 위해서는 표적에 접근해야 하지만 적의 대공·대지 화력에 노출될 위험이 있다. 폭탄 대신 정밀한 유도탄을 사용하면 해결되지만 돈이 문제다.

　이러한 이유로 저비용 폭탄의 정확성을 높이고자 고안해 낸 것이 유도기능을 장착한 유도폭탄(Guided Bomb)이다. 단, 화약(장약)을 터뜨려 그 반동을 통해 발사되는 화포의 폭탄은 유도장치의 고장을 유발할 수 있기 때문에 대부분 항공기 투하용 공대지 폭탄에만 활용된다.

　항공기에서 투하된 유도폭탄은 표적근방까지는 자유낙하하지만 표적근방에서는 탄에 장착된 센서 또는 장입 표적정보를 활용해 지상의 지정된 표적을 탐색·추적하고 탄 비행날개 제어장치를 통해 폭탄을 목표물에 정확히 유도한다.

　과거 1991년 걸프 전쟁(사막의 폭풍 작전)에서는 정밀유도폭탄이 전체 투하 폭탄의 10%선을 넘지 않았으나, 2003년 이라크 전쟁에서는 폭탄의 80~90%가 정밀유도폭탄이었다.

　유도폭탄의 종류로는 표적에 대한 유도방식에 따라 TV/IR 유도폭탄, 레이저 유도폭탄과 최근 아프가니스탄 전쟁 및 이라크 전쟁에서 각광받은 GPS 유도폭탄 등이 있다. 비교적 최근까지 대부분의 유도폭탄은 TV/IR 유도방식이나 레이저 유도방식이었으며 두 형식 모두 표적 탐색용으로 광학 센서를 사용하고 있다.

TV/IR 유도폭탄은 탄의 두부에 TV 또는 적외선 카메라가 탑재돼 있다. 조종사가 탄을 투하하기 전에 탄의 비디오 카메라를 통해 표적을 탐지한 다음, 신호를 송출해 탄이 표적에 고정되도록 한다.

레이저 유도폭탄(LGB·Laser-Guided Bomb)은 항공기에서 목표물에 레이저를 발사하면 투하되는 탄이 레이저를 추적해 목표물에 도달하는 방식이다. GPS 유도폭탄은 아프가니스탄 전쟁뿐만 아니라 이라크 전쟁에서도 가장 많이 사용됐으며 최근 우리나라도 수입한 미 보잉사의 JDAM(통합 직격탄·Joint Direct Attack Munition)이 있다. JDAM 유도폭탄 프로그램의 기본개념은 기존 재래식 폭탄의 후미에 정교한 유도장치를 부착하는 것이다.

탄이 비행하는 동안 JDAM의 GPS 수신장치는 지속적으로 자기 위치를 갱신하기 위해 GPS 위성 신호를 처리한다. 이 탄종은 13m 이내의 정확도를 보유하고 있다. 우리 군도 미국의 합동직격탄과 같은 한국형 정밀유도폭탄을 개발 중이다.

　지금까지 탄종별 특성을 개략 살펴본 바와 같이 궁극적으로 모든 폭탄에 유도장치만 부착하면 유도폭탄으로 전환할 수 있고, 값싸고 효과가 크기 때문에 유도폭탄은 앞으로도 전장에서 더욱 많이 사용될 것으로 보인다.

주진천 국방기술품질원 선임연구원

미국 노스룹그루먼 사는 2007년 8월 항공모함 시범용 무인전투기 체계개발에 착수 후 2010년에 초도비행, 2011년 해상 시험비행, 2012년 최초 항공모함 탑재를 시도할 목표로 개발 중이다.

　항공모함 시범용 무인전투기 체계 사업은 공군(제작 업체:보잉사)과 해군(제작 업체:노스룹그루먼 사)에서 시제기를 개발하면서 시작됐다. 무인전투기는 B-2 스텔스 폭격기와 유사한 형상으로 전장이 38ft 크기지만 4만ft 상공에서 연료 재공급 없이 9시간 체공할 수 있다. 기체에 탑재된 전자파탐지센서와 고성능 카메라 렌즈, 광학·열상 장비를 이용해 모함에서 이륙 후 적의 진지 또는 함정의 정확한 동태에 대한 정보 제공도 가능하다. 또 소형 폭탄(GBU-31)을 탑재, 정밀 타격할 수 있는 능력을 보유함에 따라 항공모함 자체 방어와 비용대 효과 측면에서 전투력 향상에 큰 진전이 있을 것으로 예상된다.　 김범석 해군중령·국방기술품질원　미 해군은 지난해 12월 최신 연안전투함인 인디펜던스함(LCS-2)을 인수받았다. 이 함은 제너럴 다이너믹스 사에서 설계하고 오스탈 USA 조선소에서 건조됐다. 최초의 연안전투함인 프리덤함(LCS-1)에 이어 2008년 10월 진수식 이후 지난해 11월 최종 시험운항을 마치고 2번 연안전투함으로 정식 인도됐다.

　인디펜던스함은 주선체와 좌우에 보조선체가 하나씩 결합된 삼동 선형(Trimaran)의 형상을 채택함으로써 첫 번째 연안전투함인 USS 프리덤함과는 차별화된다. 단일 선체의 반활주 선형(Semi-Planing Monohull)의 형상을 채택한 1번 연안전투함 프리덤함 역시 세계적인 회사 록히드 마틴사가 설계하고, 매리어트 머린 조선소에서 2008년 건조가 완료됐다.

　이처럼 세계적으로 우수한 기술과 경험을 가진 두 회사가 채택한 서로 다른 선형에 따른 작전 및 운용성능 비교가 가능하게 됨에 따라 앞으로 미 해군이 어느 쪽을 선택할지 그 결과가 주목된다. 특히 이번에 인도된 USS 인디펜던스함은 40노트 이상의 고속항해가 가능하고, 내항성능 및 공간 활용이 우수하며, 모듈화된 임무장비 운용(대기뢰전 모듈, 대잠전 모듈, 수상전 모듈)으로 다양한 임무수행을 가능케 해 미 해군의 연안작전 능력을 획기적으로 향상시킬 수 있을 것으로 기대된다.

　현재 미 해군은 3·4번 연안전투함도 두 가지 선형으로 건조를 추진 중에 있지만, 비용 증가 등의 이유로 함정 획득이 순탄치 않게 진행돼 왔다. 그러나 미 해군에서는 50척 이상의 연안전투함을 건조할 계획을 갖고 있으며, 서로 다른 선형인 두 함정에 대한 운용성능 평가 종료 후 결과에 따라 한 가지 선형으로 통일할 것으로 예상된다.

우리나라도 함정 설계 시 다양한 선형을 검토하고 있으며, 향후 미 해군이 어떤 선형을 선택할 것인지 주시할 필요가 있다.

유럽, 차세대 수송기 A400M 개발지연 인도 차질

시험비행 중인 A400M 수송기. <연합뉴스>

유럽 에어버스 사에서 개발 중인 차세대 수송기 A400M의 개발 지연으로 2010년 7개 국가(독일·스페인·프랑스·영국·터키·벨기에·룩셈부르크)에 총 180기를 인도하기로 한 계획에 차질이 생기게 됐다.

　A400M은 적재량이 37톤급인 수송기로서 20톤급의 미국 록히드마틴의 C-130J 수퍼허큘리스와 동일한 라이프사이클 비용으로 1.8배 이상의 수송능력을 가질 것으로 알려져 있었으나, 개발 중 수송기 기체 중량의 증가로 수송할 수 있는 적재량이 기대에 못 미치게 된 것이 계획 차질의 주 이유로 알려졌다.

　이에 7개국 총 180기에 대해 200억 유로(290억 달러)의 계약이 개발 지연으로 인해 7개국은 에어버스 사로부터 수십억 유로의 추가비용을 요구받고 있다. 각국의 경제적 상황을 고려해 볼 때 추가비용의 지불이 쉽지 않은 실정이며, 이에 해당사업이 취소되면서 에어버스 사의 심각한 재정위기로 이어질 수도 있을 것이라는 우려가 나오고 있다. 　

미래전쟁연습체계

실제와 가상, 워게임이 결합된 미래 훈련체계.<출처 : 미 국방부 Simulation Operations Professional Course 교육자료.>

M&S(모델링 및 시뮬레이션) 기술은 다양한 현실세계를 수학적·물리적·논리적 기법으로 표현(모델링)하고, 만들어진 모델을 시간 흐름에 따라 작동시킴으로써 현실세계의 복잡한 과정을 예측 가능하게 한다.

　미군이 이라크전에서 승리할 수 있었던 까닭은 M&S 기술을 활용해 가상의 전장 공간에서 사전에 수립된 작전계획에 따라 복잡한 전쟁수행 절차를 수 회에 걸쳐 시뮬레이션하고, 예측 가능한 결과를 유추 및 해석해 예상되는 문제점을 모두 제거한 후에 실제 병력과 장비를 투입했기 때문이다.

　미래 전쟁운영개념은 IT기술에 기반을 둔 정보처리 능력에 힘입어 전투원들 간에 전장정보가 손쉽게 공유되고, 지휘소를 중심으로 각종 작전계획 수립 절차가 자동화되고, 육상·해상·공중 및 우주공간에서 사이버 공간까지 합친 다차원 통합전투의 모습을 보일 것이다. 따라서 미래전쟁 운영 개념에 부합하는 전쟁연습체계는 가상과 실물을 접목시킨 L(Live·실제)-V(VirtuaI·가상)-C(Constructive·워게임) 연동개념하에서 만들어지고 실제 훈련에 적용될 것이다.

　실제체계는 과학화전투훈련장(KCTC)과 같이 실제 병사, 장비 기동훈련체계를 의미하며, 가상체계는 KF-16 훈련시뮬레이터와 같이 전투기 조종훈련체계를 말한다. 워게임체계는 지휘관 및 참모가 전자지도상에서 심볼로 표현된 아군 부대를 소프트웨어(S/W)의 도움을 받아 운용하고, 가상의 대항군과 교전을 실시한 후 결과를 분석하는 체계다.

　미래에는 가상의 통합된 전장 환경에서 L-V-C 체계가 통합돼 전쟁연습에 참가하는 모든 세력이 확대된 임무공간상에서 부여된 임무를 수행하기 위해 복합적인 작전계획을 수립하고, 다양한 무기체계를 통합적으로 운용하게 될 것이다. 즉, 가상의 3차원 공간에서 시간과 장소에 상관없이 합동훈련을 할 수 있다는 것이다.

　예를 들어 합참은 전구급 워게임 모델을 활용해 한반도 전역을 대상으로 가상 적군의 다양한 공격시나리오에 따라 대항군을 편성·운용하고, 적의 행동에 따른 우리 군의 전쟁연습을 지도한다. 각 군사령부는 각군의 특성에 부합하는 임무·교전급 워게임 모델들을 활용해 지상·해상·공중의 권역별 전투상황을 조성하고, 예하 세력이 다양한 작전(지상작전·성분작전·공중전·상륙작전·정보작전 등)을 상세하게 펼칠 수 있는 여건을 조성한다. 그에 따라 예하 부대들은 작전 영역에서 실제로 기동하거나 각종 훈련용 시뮬레이터로 대체해 가상공간상에서 대항군과 교전임무를 수행한다.

　현재 각군이 보유 중인 훈련용 시뮬레이터로는 K 계열 전차모의훈련장비, 비호 교전모의기, 20㎜ 벌컨 교전모의기, 신궁 모의훈련장비, UH-1H 조종훈련기, 호크 비행시뮬레이터, 잠수함 훈련장비 등이 있다.

　미래전쟁연습체계는 예상 가능한 적의 모든 공격 시나리오에 대응해 실제 기동훈련, 모의훈련 장비를 이용한 훈련, 워게임 모델을 활용한 도상훈련 등이 유기적으로 통합돼 실시됨으로써 모든 전투원으로 하여금 완벽한 전투준비태세를 갖추는 데 결정적으로 기여할 것이다. 또 가상의 공간에서 교전을 벌이므로 실제 장비를 운용하는 데 따른 비용부담·환경오염 등의 문제를 해결할 수 있는 녹색핵심기술로 부각할 것이다.

플렉서블 디스플레이 기술

내 손 안에 쏙 들어오는 플렉서블 디스플레이 기판 모습. 필자제공

미국 육군 장병들이 플렉서블 디스플레이 스크린이 부착되어 있는 PDA를 시범 운용하고 있다. 필자제공

지난해 12월께 미 해군은 영국의 소나다인 사로부터 잠수요원 탐지소나(DDS·Diver Detection Sonar)체계를 구입하기로 했다. 2008년 초 소나다인 사는 신형 잠수요원 탐지소나 체계를 성공적으로 개발했으며, 곧바로 미 해군 조함단(NAVSEA)은 통합 수영자 방어체계(Integrated Swimmer Defense System) 구축사업의 일환으로 소나다인 사의 신제품을 채택했다.

　이 사업을 주관한 미 해군 수중전센터(NUWC)는 2008년 9월에 통합 수영자 방어체계를 성공적으로 시연한 바 있으며, 미 해군은 제품을 구입 후 본격적으로 이 체계를 운용할 예정이다.

　2001년 9·11테러 이후 분쟁지역에서의 끊임없는 자살 폭탄 테러공격과 2008년 스리랑카 반군 해상세력(Tamil `Sea' Tigers)에 의한 함정 침몰사건 등에서 볼 수 있듯이, 잠수요원의 은밀한 자살 폭탄 공격에 의한 함정 피격은 심각한 위협으로 대두되고 있다.

　이러한 위협에 대응하기 위해 전 세계적으로 해군뿐만 아니라 민간 항만시설에서도 잠수요원 탐지소나 체계가 설치되는 추세에 있다. 지난해 4월 캐나다의 콩스버그 메소텍 사에서도 미 해경의 지원을 받아 기존 제품보다 성능이 향상된 잠수요원 탐지소나 체계를 개발해 미국의 주요 항만에 설치할 예정이다. 이스라엘의 DSIT사 등에서도 이와 유사한 성능의 제품을 개발해 판매 중이다.

　이러한 잠수요원 탐지소나 체계는 기동성이 뛰어난 잠수요원을 적시에 탐지할 수 있는 우수한 성능의 하드웨어 개발과 더불어 잠수요원의 정확한 식별이 가능하도록 탐지된 이미지를 후처리 및 합성하는 소프트웨어 개발이 핵심적인데, 최근 이러한 기술이 빠르게 발전하고 있음을 알 수 있다.

　 21세기 우리는 수많은 문명의 이기(利器)들에 둘러싸여 살고 있다. 주변을 둘러봐도 최근 출시된 아이폰으로 TV·이메일·영화감상·음악 등은 물론이고 앱스토어를 통해 10만 건이 넘는 응용프로그램(자신의 수면상태를 확인할 수 있는 Sleep Cycle, 운동상태 기록용 Run Keeper, 자기자신의 현재 위치를 찾을 수 있는 Google Map 등)의 활용 등 상상하는 거의 모든 일을 내 손 안에서 처리할 수 있는 세상이 펼쳐져 있다.

군사 분야도 예외는 아니다. 현재 민간 분야에서 쓰이는 많은 기술이 국방 분야로 이전돼 매우 유용하게 활용되고 있다. 최근 영국 경제전문지 이코노미스트에서는 군사장비와 기술을 민간이 이용해 왔던 기존추세가 역전되고 있다는 보도기사를 전했다.

이를 증명하듯 미군은 음악·영화감상·어학학습 등에 많이 활용하고 있는 애플 사의 아이팟에 전용 통역 프로그램을 개발 탑재해 아프가니스탄이나 이라크에서 매우 효율적으로 활용하고 있다. 나아가 아프가니스탄에서 널리 운용되고 있는 무인폭격기 조종도 마이크로소프트 사의 게임기 X-box 360용으로 시판 중인 조이스틱 조종기를 이용하고 있는 실정이다.

　이러한 민간기술의 국방 분야 활용(Spin-On)에 대표적으로 활용될 수 있는 기술 중 하나가 바로 플렉서블 디스플레이(Flexible Display) 기술이다.

플렉서블 디스플레이는 PDP·LCD·LED TV에서 사용하는 평판 디스플레이와는 달리 플라스틱 필름과 같이 유연한 기판을 기반으로 한 디스플레이다. 얇고 작으며 휴대하기 편하고 외부 충격에 강하며 종이처럼 접고 펼 수 있어 일명 두루마리 디스플레이라고 불리기도 한다. 디스플레이의 유연성· 휴대성 등의 장점으로 21세기 유비쿼터스(Ubiquitous) 시대의 총아로 일컬어지고 있다.

　미국은 2008년에 육군 연구소(U.S. Army Research Laboratory) 산하에 플렉서블 디스플레이센터를 설립해 이 기술을 국방 분야에 적용하기 위해 노력하고 있다. 특히 플렉서블 디스플레이의 장점인 경량성과 휴대 용이성 등을 십분 활용해 PDA 등 현재의 무거운 평판 디스플레이들을 대부분 대체할 계획을 추진하고 있다.

　약 10년 전부터 개발되기 시작한 플렉서블 디스플레이 기술은 비약적으로 발전을 거듭하고 있으며, 적용 범위도 무궁무진해 모바일 단말기·전자종이·시계·전자책 등을 포함해 국방 및 상용 분야에 적용 범위가 기하급수적으로 확대될 것으로 예상된다. 따라서 이 플렉서블 디스플레이 기술을 우리나라 국방 분야에 적용하는 날도 머지않을 것으로 예상된다.

이제 곧 우리 군 장병들도 임무수행 시 지금과 같은 두루마리 상황판을 어깨에 메고 다니는 대신 상의 주머니에서 가볍게 꺼내 펼칠 수 있는 플렉서블 디스플레이 작전 지도로 바뀌는 날을 기대해 본다.

美해군, 잠수요원 탐지 소나체계 도입-통합 수영자 방어체계 구축위해

잠수요원 탐지 소나 체계 개념도. 콩스버그메소텍사 제공

입는 개인용 컴퓨터

각개 병사들이 개인용 컴퓨터를 입고 전투 훈련을 하고 있다. 필자 제공

　여러분은 올해 영화계에 3D 영상혁명이라는 패러다임의 변화를 만들어낸 ‘아바타’라는 영화를 기억할 것이다.

M&S(Modeling and Simulation) 기반 기술의 일부인 3D영상기법을 사용한 이 영화는 관객들을 영화에 몰입하게 만들었고 일반 영화를 본 기억과는 달리 편광 안경을 통한 입체감과 대형 화면에 의한 영상이 이 영화에 더욱 빨려드는 요인이 됐던 것 같다.

　특히 화면은 이모션 캡처 방식으로 제작돼 배우들의 특징과 주변 환경의 특징을 추출한 후에 현실과 가상을 접목한 컴퓨터 그래픽(CG) 그림을 완성함으로써 배우들의 표정과 세부 감정은 물론 주변 환경이 리얼하게 표현돼 있었다.

　이러한 M&S 기반 기술을 이용해 각개 병사가 컴퓨터로 모의된 가상의 전장 환경하에서 적과 직접 교전하고 전투를 간접적으로 체험할 수 있도록 하는 개인 병사용 첨단 훈련 체계가 있다.

물론 병사가 실전과 같은 전장 환경하에서 전투를 수행한 결과를 판단하고, 조치능력을 향상시키기 위한 시스템이 현재는 구축되지 않은 실정이다. 하지만 가까운 미래에는 3D 영상기술의 발달로 가상의 공간에 실제와 유사한 전장 환경을 조성해 전투병에게 제공함으로써 마치 전투병이 게임을 하듯 훈련에 몰입할 수 있는 시스템이 구축될 예정이다.

　각개 병사는 초소형의 개인용 컴퓨터를 의복처럼 입고(착용), 헬멧 착용 영상장치를 쓰고 자세인식센서ㆍ화기조립체 센서 등과 같은 각종 센서들로 무장하고, 무선통신모듈을 이용해 동료와 통신한다.

그리고 중앙의 대형 스크린에서는 주변 환경이 모사되며 가상의 적과 교전이 시작된다. 이때 병사가 착용한 내장훈련 장비시스템은 훈련 전투병의 움직임, 화기의 조준 정보 등과 같은 실제 행동을 착용한 센서 장비를 통해 훈련 시스템으로 전달하고, 가상의 환경에 위치한 전투병에게 영상 정보를 제공함으로써 실전과 같은 훈련을 가능하게 해 준다.

　훈련시스템은 소프트웨어와 하드웨어로 구성되며 각개 병사로 하여금 하드웨어로부터 수집된 정보를 통해 훈련을 가능하게 해 주는 소프트웨어가 작동된다.

하드웨어를 동작하기 위한 소프트웨어 기능들로는 센서 장비에 의한 정보 처리, 휴대용 컴퓨터에 의해 무작위로 샘플링된 영상정보 처리, 훈련 시나리오를 편집하고 수정할 수 있는 기능 및 훈련결과를 저장하고 평가하는 기능 등이 있다.

　현재 선진국 기술 수준은 병사착용 소형 컴퓨터의 경우, 크기는 12 ×15 cm, 무게는 1.7㎏수준이고, 사용 CPU는 펜티엄 4급 이상이며, 화기 조립체는 무선 반동효과와 무선 인터페이스 기능을 갖추고 있고, 무선(Wireless) LAN과 무선 통신모듈이 연동된 다양한 프로그램을 활용한 훈련 프로그램을 현재 운용 중이다. 그리고 소화기 및 공용화기훈련을 위해 상용기술 활용과 화기체계, 3D영상 및 가상훈련체계를 접목해 다양한 분야에서 적용 가능한 가상훈련 시스템을 개발 중에 있다.

　이와 같은 추세로 보아 우리도 머지않아 훈련 통제관이 “김 이병 컴퓨터 흘러내리지 않게 잘 입게, 그리고 개인화기도 잘 착용하고 이번 전투에 임무도 완벽히 완수하고 꼭 살아 돌아오길 바라네! 행운을 비네”라고 하는 모의 전투훈련 시대가 금방 오지 않을까 생각한다.

　

전술수직이착륙 무인기 MQ-8B-美 육군 `전투실험'에 참가

전술수직이착륙 무인기 MQ-8B

　이번 달 미 육군이 미국 조지아 주?포트베닝에서 개최하는 육군전투실험(AEWE : Army?Expeditionary Warrior Experiment)에 전술수직이착륙 무인기인 MQ-8B 파이어 스카우트(Fire Scout)가 참가해 보병여단 전투팀을 지원하는 임무를 수행할 예정이다.

　노스룹 그루먼 사가 개발한 MQ-8B는 과거 DASH 무인 헬기시스템에서 문제로 제기된 자동이착륙 시스템을 보완해 안정적으로 수직 이착륙할 수 있는 능력을 제공하는 무인헬기로서 2003년 8월 미 육군 FCS 프로그램의 한 부분인 class IV UAV로 채택된 바 있다.

이어 미 해군 역시 2005ㆍ2007년 MQ-8B 도입계약을 체결하고 미 육군과 공동으로 획득 전략을 수립하고 추진해 왔다. 그 결과로 미 해군용 MQ-8B의 경우 2006년 12월 메릴랜드 지역의 강에서 초도비행을 성공적으로 수행한 후 지난해 11월께 최초운용능력 시험을 마쳤다. 미 육군용 버전은 2011년 2월에 초도비행 그리고 2015년에 최초 운용능력 시험이 예정돼 있다.

　지난해 수행된 미 해군용 MQ-8B의 최초 운용능력 시험에서는 OSRVT(One System Remote?Video Terminal) 시스템이 성공적으로 시연됐다. OSRVT는 MB-8B의 주요시스템으로 일정 지역 내에서 목표물의 풀모션 영상과 메타데이터를 직접 수집할 수 있게 해 주는 무인항공 시스템이다.

<이형진 국방기술품질원 선임연구원>

첨단 정밀타격 무기체계 성능 완벽-미해군, 통합시험서 유도 로켓 4발 명중

BAE 시스템 사는 미 해군 및 해병대와 제휴 아래 지난해 11월 23일 첨단 정밀타격무기체계(APKWS : Advanced Precision Kill Weapon System) 통합시험에서 그 성능을 성공적으로 입증했다.

미 해병대 소속헬기 코브라(Cobra)에서 발사된 유도 로켓 4발이 레이저로 지시된 이동표적 및 고정표적을 명중시켰다고 밝혔다.

　APKWS는 70mm 공중발사 로켓에 정밀조준 레이저 유도 기능을 추가한 기술이다.

표준 발사장치를 사용하기 때문에 플랫폼 통합이나 항공기 개조를 할 필요가 없고, 유도장치 중간 부분은 기존의 탄두ㆍ기폭장치ㆍ로켓모터의 사용이 가능하다.

또 APKWS는 70mm 로켓 발사가 가능한 모든 헬기에 장착 가능하며 대표적으로 AH-1 코브라, UH-1 휴이(Huey), OH-58, AH-64 아파치 등이 있다.

　현재까지 APKWS의 체계 완성도와 신뢰도는 높은 것으로 알려져 있으며, 조만간 미 해군은 최종시험 단계에 돌입할 예정이다.

저격수 탐지시스템

저격수 탐지 전투헬멧

REDOWL

Goodrich사의 AOWS

　2005년 미국 CNN방송에 이라크 저항세력의 저격수가 미군과 동맹군 28명을 사살하는 모습을 담은 비디오가 공개되자 전 세계에 큰 논란이 일어났다. 보이지 않는 저격수의 총알이 날아와 젊은 병사가 한 명씩 쓰러지는 처참한 모습은 세계 최강 미국의 자존심을 붕괴시키는 일대사건이었다.

　2005년부터는 흔히 주바(JUBA)로 불리는 정체불명의 이라크 스나이퍼가 미군 143명을 사살했다고 주장했다. 이처럼 전투 중 적으로부터 내가 표적 대상이 되고 있다면 얼마나 섬뜩해질까? 그러나 PDA를 통해 3차원으로 저격수의 위치를 인식하고, 적군이 발사하는 총기의 종류 및 구경을 정확하게 식별할 수 있는 시스템이 구축돼 있다면 조금은 안심이 되지 않을까?

　저격수를 탐지하는 기술은 음향·광학·적외선·레이저 광선 등을 이용해 적 화기의 위치를 측정해 내는 기술이다. 미국·이스라엘 등에서는 다음과 같은 저격수 탐지 시스템을 상품으로 출시해 전장배치를 확대해 가고 있는 추세다.

　① 미국 밴더빌트 대학(Vanderbilt University)의 소프트웨어 집적시스템 연구소(ISIS)는 미 DARPA의 지원을 받아 무선 센서네트워크 구성용 스마트 노드(Smart Node)를 부착한 전투헬멧을 개발했다. 헬멧에 부착된 다수의 노드로 음향신호에 대한 도달시간, 각도, 위치 및 방향 등을 탐지해 PDA에 전달되면, 삼각측량기법을 통해 연산 후 PDA에 탑재된 지도에 저격수의 위치를 표시한다.

　② Goodrich사의 AOWS(Acoustic Optical Warning System)는 전차·장갑차 등의 기갑차량에 설치·운용되는 장비로 적의 레이저 표적지시기, 레이저 거리측정기, 레이저 유도식 대전차 미사일과 소화기의 위치를 탐지해 차량의 디스플레이와 음성을 통해 승무원에게 현재 적에게 조준되고 있음을 경고하는 기능을 갖고 있다.

　③ 아이로봇사의 레드아울(REDOWL·Robot Enhanced Detection Outpost with Lasers)은 총성을 탐지하고 열 영상장치와 레이저 거리 측정기를 통해 저격병의 위치를 색출하는 시스템이다. 레드아울은 M-16·AK-47·권총소리 등 다양한 소리를 구별할 수 있으며, 탐지한 데이터를 무인 초소형 비행체(MAV·Micro Air Vehicle)로 전송할 수 있다. 아울러 야간에 아군이 야시장비로 적의 위치를 파악할 수 있도록 적외선 조사등을 비추는 기능도 있다. Xbox 게임기의 조이스틱으로 조작되는 소형 탱크로봇인 팩봇에 부착돼 전초로 활용될 수도 있다.

　이처럼 전투원이 레이저나 음파뿐만 아니라 다양한 탐지 기술을 센서네트워크와 결합해 저격수의 위치를 식별해 내고 해당 정보를 분석할 수 있는 소형 시스템을 보유하고 있다면, 전장 상황 또는 대테러로부터 우리 군의 신변을 보호할 수 있을 것이다.

　<서민우 국방기술품질원 선임연구원>

미 육군, 휴대용 투과형 탐지기 이글-5 개발

휴대용 고성능 탐지기 이글-5 출처:티아링스 사 홈페이지

　올해 안으로 미 육군은 벽과 같은 장애물을 투과해 적의 동태를 감시하고, 땅 속 폭발물 탐지나 지하갱도 또는 은폐물 뒤에 숨어 있는 적을 식별할 수 있는 휴대용 투과형 탐지기 이글(eagle)-5를 아프가니스탄에 배치된 군부대에 보급할 전망이다.

　미 육군은 2009년 말, 초광대역 무선통신을 사용해 나무나 벽돌 또는 콘크리트 뒤에 숨어 있는 물건의 영상을 선명하게 재생할 수 있는 1단계 기술개발을 완료했으며, 최근에는 시제품 개발을 위한 2단계 개발사업 계약을 체결했다. 개발이 완료되면 지뢰 위협이 심각한 분쟁지역을 중심으로 병사들의 생존성 향상에 많은 도움이 될 것으로 기대한다.

　이 사업의 주 개발업체인 티아링스(TiaLinx) 사는 숨은 피사체로부터 반사되는 신호를 분석해 형상을 식별하는 휴대용 탐지기 기술에 대해 2009년 12월 미 정부로부터 특허를 획득했다. 이 기술은 8인치 두께의 콘크리트 벽 뒤나 10피트 깊이의 땅 속에 묻힌 목표물에 대한 탐지가 가능하고 악천후에도 제한받지 않는 장점을 갖고 있다고 알려져 있다.

　이 탐지장치는 전파를 목표물로 보내는 안테나와 목표물에서 반사되는 펄스를 탐지하는 수신기로 이뤄져 있다. 목표물에서 반사된 신호가 복잡한 알고리즘을 거쳐 무선으로 연결된 컴퓨터 모니터상에 탐지된 형상으로 전시되는 것이다. 따라서 이러한 탐지장치를 무인로봇이나 무인정찰기에 탑재해 위험하거나 병사의 접근이 불가능한 지역의 정찰에 사용한다면 효과적일 것으로 전망된다.

　기존 군에서 사용하던 지하 투과용 레이더는 좁은 대역의 파장을 사용하기 때문에 형상식별이 제한적이었지만, 이 기술은 다양한 파장을 이용한 초광대역 신호를 사용하기 때문에 환경적 요인에 덜 영향을 받을 뿐만 아니라 보다 정확하고 구체적인 형상을 재현할 수 있다. 또 휴대전화보다 적은 전력이 소모되므로 휴대를 위한 경량화가 용이하고 한 번의 충전으로 4시간 이상 사용이 가능하다고 한다.

　현재는 보다 진보된 버전의 기술개발을 위해 미 해군연구소, 공군연구소 및 국방고등기술연구소(DARPA)로부터 개발비 지원을 받고 있으며, 땅 속에 묻힌 파이프라인의 결함이나 붕괴된 건물의 희생자 구조, 그리고 미국 국경을 관통하는 밀수꾼들의 비밀 터널까지 감시하는 임무 등 그 적용 영역이 크게 확대될 전망이다.

알루미늄 로켓 시험 발사 성공

NASA(나사), 미 공군, 퍼듀대·펜실베니아 주립대의 과학자로 구성된 공동연구팀은 지난해 8월 알루미늄 분말과 얼음의 화학적 반응을 이용한 추진제인 앨리스(ALICE·Aluminum과 Ice 합성어)를 사용한 로켓을 시험발사하는 데 성공했다. 이 추진제는 기존 추진제보다 안전해 급작스러운 폭발 위험성이 없으며, 기존 엔진이 연소 부산물로 인체에 유해한 염산을 방출하는 데 비해 인체에 무해한 수소를 방출한다. 또 추진제 원료가 물과 알루미늄 분말로 이뤄져 장차 달이나 화성 등 장거리 우주탐사에서 지구로의 귀환 없이 현지에서도 연료 확보가 가능할 것이라고 전망된다.

　알루미늄과 물 혼합물의 연소기술은 이미 1960년대부터 연구되기 시작했으나 당시 기술로는 알루미늄 분말의 입자가 너무 커 추진제 점화를 위해 2000도 이상으로 가열해야 했다. 그러나 현재는 나노기술을 이용해 자 크기를 머리카락 굵기의 500분의 1인 80nm로 줄여 절반의 온도로도 점화가 가능하다.

　물과 혼합된 나노 알루미늄은 상호 반응을 막기 위해 영하29도로 냉각되며 알루미늄이 연소점에 이를 때까지 뜨거운 가스가 공급된다. 이때 알루미늄의 연소에 필요한 산소는 냉각된 물로부터 얻는다.

　장거리 우주여행 시 기존 연료인 액체 질소의 경우 태양열로 인해 액체 상태를 유지하기 어려운 점도 앨리스 추진제가 차세대 연료로서 매력적인 점이다. 현재는 추진제 효율 향상 및 연소시간 연장을 위해 알루미늄과 얼음의 조성비를 변경하거나 젤 상태의 추진제를 제조하기 위한 연구가 활발히 진행 중이며 올해 안으로 그 연구결과가 결실을 맺을 것으로 예상된다.

수중 무인탐색·정찰기

독일이 개발한 수중글라이더.필자 제공

미 해군의 수중글라이더.

슬로쿰(Slocum) 수중글라이더.

　영화 트랜스포머를 보면 사막을 누비며 정찰하는 무인정찰기 프레데터의 활약상을 볼 수 있다. 그러면 드넓은 대양의 물속 미지의 정보를 탐색하고, 정찰할 수 있는 무인기는 없을까? 바로 수중글라이더(Underwater Glider)가 있다.

　수중글라이더의 개념은 1989년 미 국방부 DARPA에서 슬로쿰(Slocum)이라는 수중글라이더의 개발을 제안하면서부터 시작됐다. 후에 범선형태로 지구를 순환하는 조슈아 슬로쿰(Joshua Slocum)이 소개됐고, 최근에는 수심의 깊이에 따른 바닷물의 온도차를 이용해 동력을 얻는 글라이더로 발전하고 있다.

이는 바다 표면의 따뜻한 물에 의해 수중글라이더의 튜브 안에 있는 왁스가 팽창하면 펌프가 작동해 수중글라이더를 작동 전진시키고, 그와 동시에 옆 날개를 이용해 수심이 깊은 곳으로 내려간다. 그러면 깊은 곳의 차가운 물로 인해 왁스가 수축하며 펌프가 작동하고 옆 날개의 각도를 조정해 상승하며 전진한다. 이때 탑재된 각종 센서들을 활용해 3차원 정보를 수집한다.

　수중글라이더는 GPS·압력센서·기울기 센서·마그네틱 콤파스 등을 탑재하고 특정위치 및 수심으로 항해하며, 수온·전도율(염도)·해류·엽록소 농도·혼탁도·수심·음파산란도 등의 다양한 정보를 수집한다. 입력된 시간 간격으로 수면으로 부상해 내장된 위성전화를 통해 정보를 송신하고 새로운 코스를 업로드받는다.

　수심의 깊이에 따른 온도차에 의해 구동되는 수중글라이더는 별도의 동력 없이 장기간 운행할 수 있어 장기간의 해양정보를 관측하는 데 활용된다. 그러나 이는 동력의 크기에 한계가 있기 때문에 최근에는 고효율로 오랜 기간 운항할 수 있는 전기추진의 글라이더에 대한 연구도 병행해 진행되고 있다.

　2009년에는 미국 러트거스 대학이 만든 RU-27이라는 온도차 구동방식의 수중글라이더가 뉴저지에서 스페인의 해안까지 221일 동안 대서양을 횡단하며 해수온도·염분·해류 등의 수중데이터를 수집하는 데 성공했다.

　독일의 라이프니츠 해양연구소(IFM-GEOMAR)는 자전거 라이트 수준의 에너지로 수심 1000m까지 탐사가 가능한 작은 어뢰와 같은 형상을 가진 수중글라이더들을 확보해 다양한 해양 관측에 투입할 예정이다.

　미 해군은 2004년 잠수함에서 다이버들의 지원을 받아 수중글라이더를 발사해 바다의 3차원 정보를 획득, 소나성능을 향상시켜 전술적 결정에 사용하고 대잠작전에서도 전술적 정보로 사용하기 시작했다. 이후 림팩훈련에서 지속적으로 사용하고 있으며, DARPA를 중심으로 지속적인 연구를 수행하고 있다.

　앞으로 수중글라이더는 플랫폼에서의 배치와 회수가 가능하고, 상대적으로 경제적이고, 다양한 임무를 위해 개조가 간편하다. 또 최소한의 유지보수로 장기간 사용이 가능하고, 배터리를 쉽게 교체한 후 다시 수중으로 배치될 수 있도록 발전할 것이다. 이를 통해 수중글라이더에 다양한 장비를 장착해 수중조사관측, 수중작업, 심해탐사 등의 산업 및 해양과학 분야에서 활용과 기뢰탐색·제거, 전략적인 해양데이터 수집, 무인항만감시, 수중정찰, 원격 은밀 타격과 같은 군 작전지원에 활용될 것으로 기대된다.

<김경용 국방기술품질원 선임연구원>

지도에 영상·음성 서비스 `지오엑스레이' 2단계 눈앞

미 국방고등기술연구소(DARPA)는 지난해 10월 위성과 항공 이미지를 합성해 관심 있는 지역에 대한 수많은 정보를 모니터상에서 제공해주는 기술인 지오엑스레이(GeoXRay)의 2단계 개발계약을 체결했다. 이 기술을 활용하면 테러리스트를 추적하거나 무인항공기 공격목표의 식별을 용이하게 해주는 등 군사 및 정보 분야 기술발전에 많은 도움이 될 것으로 기대된다.

　개발은 기존에 개발 중인 텍스트로 이뤄진 정보 외에 영상과 음성정보까지 서비스 범위가 확장된 사용자 친화적 인터페이스 구현에 초점을 맞춘 통합정보 어플리케이션 개념으로 진행할 계획이다.

　현재 개발 중인 상업용 버전은 전자지도에 나타난 특정 건물을 클릭하면 건물과 관련된 상세정보, 즉 전화번호·재산상황·과세자료 등 개인적인 정보뿐만 아니라 관련 뉴스·블로그 등과 같이 시시각각 변하는 동적인 정보까지도 팝업창에서 확인이 가능하기 때문에 도시계획 수립, 부동산 거래 등 다양한 민간 분야에서의 적용이 추진되고 있다.

　이 같은 기술을 군사적으로 적용하기 위해서는 광범위하고 엄청난 양의 정보를 얼마나 빨리 융합시키느냐가 극복해야 할 기술적 난제다.

이 기술개발이 원활히 추진되면 올해 안에 국가보안, 치안, 교통·수송 및 시 재개발과 관련된 정부 수요자들에게 맞춤형 서비스를 제공할 수 있을 것으로 기대된다.

<오광운>

사업축소에도 예산 늘고 기술장벽 탓 실패가능성 커-美육군 `미래전투체계' 재설계 검토

　2009년 4월 6일 미 국방장관인 게이트는 미 육군 현대화 사업의 일환으로 추진되고 있는 미래전투체계(FCS·Future Combat Systems) 프로그램의 전면 재설계를 고려하고 있다고 발표했다.

　미래전투체계는 1999년 10월 당시 미 육군참모총장이던 에릭 신세키 장군이 제안한 사업으로 미 육군의 주력인 에이브람스 탱크, 브래들리 전투장갑차 등 중장갑 위주의 기존 전력구성을 탈피해 기동성·치명성·생존성을 갖춘 네트워크화한 유·무인 전투체계의 기능통합으로 어떤 전장 환경에서도 신속한 전략적 대응이 가능한 체계를 목표로 추진된 여단급 전투팀(BCT) 개발 프로그램이라 할 수 있다.

　미래전투체계는 8종의 유인 지상차량과 6종의 무인 정찰기·지상차량 등 총 14개 체계와 네트워크 및 병사체계가 하나의 시스템으로 통합돼 총 16개의 체계로 구성된다. 감시정찰 수단과 강력한 화력, 그리고 상황인식 능력 제공을 위해 네트워크화함으로써 전투효율을 극대화시킬 수 있는 진정한 복합시스템으로 미 육군의 현대화 사업을 상징했다.

　이같이 미 육군이 미래전장을 대비해 의욕적으로 추진했던 미래전투체계 사업의 재설계 배경에는 다음과 같이 많은 문제점이 노출됐기 때문이다.

　전략적 측면에서 미래전투체계는 원래 기계화 병력을 대상으로 한 재래식 분쟁에 맞게 설계된 체계로서 비대칭전 수행 시 얻었던 교훈들을 반영하지 못하는 등 개발전략에 의문이 제기됐다. 예산 측면에서는 사업 축소에도 불구하고 개발비가 최초 계획 900억 달러에서 1600억 달러로 증가됐을 뿐만 아니라 앞으로도 추가적인 예산지출 요소가 많아질 것이라는 우려가 제기됐다. 기술적 측면에서는 차량의 크기 및 중량 감소, 새로운 탄약의 개발, 첨단 능동방호 능력의 창출, 네트워크로 정보를 전송할 충분한 대역의 개발 및 네트워크 취약성 등과 같은 기술적인 장벽 때문에 사업 실패의 가능성이 제기됐다. 사업관리 측면에서는 미래전투체계의 효율성은 타군과의 합동작전을 통해 얻어지는 시너지 효과에 크게 의존하나 이들 사업의 상당 부분에 문제점이 도출됐거나 이미 사업이 취소됐다.

　그러나 일부 전문가들은 미 육군의 새로운 현대화 계획에 대해 기존 미래전투체계와의 차별성, 사업 기간 내 적용 가능성 및 공중 수송 가능성 등에 의문을 제기하고 있다. 이 때문에 미 육군의 현대화 사업이 원만하게 추진되기는 어려울 것으로 전망된다.

MEMS 기술

배우 이병헌이 출연한 할리우드 영화 ‘지. 아이. 조(G. I. Joe) - 전쟁의 서막’을 보면 금속성 물질과 에펠탑을 갉아먹는 초소형 로봇이 등장한다. MEMS(Micro-Electro-Mechanical System) 기술이 접목된 특수한 초소형 기계 수천 개로 이뤄진 이 로봇은 일단 가동되면 쇳조각을 비롯해 무엇이든 무서운 속도로 분해해 먹어치운다. 지금까지는 폭탄의 충격파에 의한 파괴나 열과 진동에 의한 무기가 주류를 이뤘지만, 미래에는 MEMS 기술을 접목한 초소형 로봇인 나노무기가 등장할 것이라는 점을 예고하고 있다.

이러한 상상을 가능하게 하는 MEMS 기술이란 무엇일까?

　MEMS 기술이란 머리카락 두께 크기 정도인 수~수백 마이크로미터 크기의 전기적·기계적 소자나 입체적인 미세구조, 센서를 집적화해 초소형으로 제작하는 기술을 말한다. MEMS 기술은 1970년대에 출현한 반도체 제작기술로 주변회로를 포함하는 집적화된 센서를 개발하면서 시작됐다. 이러한 MEMS 기술은 마이크로프로세서, 무선 송수신기와 같은 전자장치뿐만 아니라 가속도계 등 기계적 구조물을 통합할 수 있는 장점이 있으며, 유체역학·광학 분야·전자기 시스템 분야에서도 응용이 가능하다.

　미 육군에서는 MEMS 기술을 이용해 감시경계 및 정착업무에 음향, 자기, 진동, 적외선 등 네트워크화한 다양한 초소형 무인 복합 센서(UGS·Unatended Ground Sensor)를 적용시키는 프로그램을 미래병사체계(FCS·Future Combat System)의 일환으로 추진 중이다.

　요즘 화두가 되고 있는 초소형 무인기 역시 MEMS 기술을 적용한 것으로, 미 국방부 지원을 받은 버클리 공과대학이 2004년도에 이른바 ‘모기 로봇’이라는 초소형 무인기를 발표했다. 아래 그림과 같이 모기 로봇은 정찰과 공격을 병행하는 무인기(UAV·Unmanned Aerial Vehicle)로 실제 모기 침에 해당하는 침을 공격 수단으로 사용할 뿐만 아니라 인체의 열에 반응하는 적외선 감지장치가 탑재돼 있어 보다 확실한 정찰을 가능하게 해 준다.

　이런 기술 발전추세에 따라 민들레 씨앗과 같이 공중을 자유롭게 떠다니면서 다양한 기능을 수행할 수 있는 ‘스마트 더스트’라는 새로운 형태의 초소형 무인기 개발이 가능하다.

　이러한 스마트 더스트는 적진의 상황을 파악하거나 화생방 오염지역 등 위험한 상황판단이나 정보를 얻는 데 활용될 수 있으며, 민간에서도 원자력 발전소 사고와 같이 사람이 들어가기 힘든 구조에서 내부 상황을 살펴야 하는 경우에 활용될 수 있을 것이다.

　MEMS 기술은 대량생산을 통한 저가화, 다기능 및 정밀화, 소형화와 강인성, 저전력 소모 등과 같은 다양한 강점을 토대로 군에 새로운 작전능력을 부여하고 저가의 고성능-일회용 장비를 가능케 하고 기존 무기체계들의 성능, 운용성 그리고 수명을 획기적으로 확장시키며 보다 콤팩트하면서도 효율적이고 지능적인 미래의 군 시스템 요구사항 충족에 중요한 역할을 담당할 것이다.

　또 크기의 소형화는 보다 더 은밀성을 보장해 전장에서의 작전 성공 가능성을 획기적으로 개선시켜 줄 것으로 기대된다.

　<김관희 국방기술품질원 선임연구원>

에너게일-공중 C4ISR 플랫폼으로 운용 계류형 무인비행선 개발

　올해 3월, 우리나라 비행선 개발업체인 에너게일 사는 계류형 저고도 비행선의 양산모델 제작을 완료하고, 시험운행을 추진할 예정이다.

　이 계류형 저고도 비행선은 고도 150m 이상에서 일정하게 부는 상공풍을 이용해 풍력발전을 하기 위한 것으로, 쌍동선 형태인 이 비행선은 소형발전기를 탑재해 수십kW에서 1.5MW까지 전기생산이 가능하다고 한다.

　이 비행선에 전자광학 센서, 레이더, 통신중계기 등을 탑재하여 운용한다면, 전력 공급이 곤란한 근해의 무인도나 국경선 지역에 설치하여 원격통제 가능한 무인공중 C4ISR 플랫폼으로 활용될 수 있는 잠재력을 지니고 있다.

　미국·영국·이스라엘 등의 군사 선진국에서는 오래전부터 고도 수백m에서 수km의 저고도에서 다양한 용도로 계류형 저고도 비행선을 운용하고 있다. 이러한 계류형 비행선은 지상으로부터 비행선에 연결된 케이블을 통해 전력공급과 데이터 송수신이 이뤄지며, 현재 미국은 해안경비용으로, 이스라엘은 국경선 감시용으로 다수의 비행선을 운영하고 있다.

　특히 올해 2월에 미 육군은 아프가니스탄 등지에서 활용하기 위한 첨단 정보수집용 비행선 개발에 착수했는데, 18개월간 성능 시험평가 후에 실전배치할 계획이다. 이처럼 무인항공기에 비해 장기체공이 가능한 비행선은 세계 각국에서 감시정찰용 공중플랫폼으로 선호되고 있다.

복합소재로 제작된 험비차량

전체 복합재료 전술차량 개발 - 美TPI, 내구성·도로 시험 평가 마쳐

올해 1월에 미 육군은 복합 재료만으로 제작된 전술차량(All Composite Military Vehicle; ACMV)의 내구성 및 도로 시험에 대한 시험평가를 성공적으로 마쳤다.

　2007년, 미국의 복합재료 소재 전문 TPI사는 다목적 전술차량인 험비(High Mobility Multi-purpose Wheeled Vehicle; HMMWV) 차체 전체를 복합재료로 제작한 ACMV를 선보였다.

ACMV는 차체에 금속이 전혀 사용되지 않고 복합재료로만 제작되었기 때문에 기존의 험비보다 약 400kg 가볍다.

따라서 탑재중량이 늘어나며, 연비가 높아지고, 속도가 빨라지는 장점이 있으며, 복합재의 특성상 기존의 철재 소재보다 내구성이 더욱 우수하다. 미 육군은 시험평가 다음단계로 안정성 평가를 위한 폭발시험을 올해 전반기에 수행했다.

ACMV 외에도 TPI사는 지뢰폭발에 견딜 수 있는 험비 후드(Hood)를 복합소재로 제작한 바 있으며, 중형 전술차량(Heavy Expanded Mobility Tactical Truck; HEMTT)의 중량 감소와 탑승병력 보호를 위해 캡(Cap)을 복합소재로 제작하는 프로젝트를 수행하였다.

　복합소재(Composite Material)란 두 종류 이상의 물질을 인위적으로 결합해 기존의 물질보다 더 좋은 성질이나 전혀 새로운 특성을 갖도록 만들어진 재료를 말하는데, 군사용으로는 고분자 복합소재, 세라믹 복합소재, 탄소복합소재 등이 개발돼 다양한 분야에 적용되고 있다.

복합재료를 사용하게 되면 각종 전술차량의 경량화와 탑승병력의 방호력 향상, 내구성 증대, 유지비용 절감 등을 기대할 수 있어 전투준비태세 향상에 크게 기여할 수 있다.

미 육군뿐만 아니라, 영국군도 아프가니스탄 파병부대의 방호력 증대를 위해 페놀수지 복합재료로 제작된 Warthog 전술차량을 올해 중반기까지 100대를 획득하는 사업을 추진 중이다.

이처럼 복합소재의 우수성은 선진 각국에서 각광받고 있으며, 비군사용으로도 자동차·항공기·자전거·포장재료 등 다양한 분야에 적용되고 있다. 특히, 복합재료 사용전망을 분석한 시장분석 보고서는 앞으로 파이프 및 탱크 소재·풍력·항공우주분야에서 지속적으로 사용이 확대될 것이라고 전망하고 있다.

저격총

미국의 CheyTac M200 저격총. 유효사거리가 2270m나 된다.

CheyTac사 제공

전차·헬기 등을 상대하는 대물저격총 Barrett M82.

Military Factory 제공

저격총은 스텔스 전투기나 전투형 무인잠수정과 같은 첨단 미래무기에 비하면 초라해 보일지도 모른다. 하지만 미래 전장 환경에서 저격총의 역할은 감소하기는커녕, 점점 더 증가할 것으로 예상된다. 미래 전장 상황의 상당부분을 차지하는 시가전·대테러전에서의 저격총과 저격수는 전투에서의 조연배우가 아닌 전력의 주요 요소라 할 수 있으며, 첨단 과학기술의 저격총·탐지장비로 무장한 저격수들은 ‘보이지 않는 적’으로서 스텔스 전투기 못지않게 적군에게 두려운 존재가 될 것이다.

　저격총은 경제성 측면에서도 경쟁력이 뛰어나다. 적 1명을 사살하는 데 들어간 탄약의 평균이 제1차 세계대전에서 7000발, 제2차 세계대전에서 2만5000발, 베트남전에서 5만 발이 쓰인 것에 비해 베트남전의 저격수들이 적 1명을 저격하는 데 사용한 탄약은 1.7발에 불과했다는 것은 익히 알려져 있는 사실이다. 따라서 경제력이 곧 전력이라 할 수 있는 미래 전장 상황에서 저격총과 저격수는 더욱 부각될 것이다.

　저격총은 제1·2차 세계대전, 최근의 아프가니스탄전 등을 통해 발전을 거듭해 왔다. 예전 저격총의 유효사거리는 1000m 정도였으나 최근에는 유효사거리가 2270m나 되는 저격총(미국의 CheyTac M200)이 등장했고, 현재에도 유효사거리의 증가를 위한 연구는 계속되고 있다. 또 저격총의 화력도 점점 증가해 사람뿐만 아니라 전차·헬기·구조물 등을 상대하는 대물저격총(미국의 바렛 M82)도 등장했다.

아직 대부분의 저격총은 볼트액션식(수동으로 노리쇠를 조작하는 방식, 고장과 반동이 적음)이 주류다. 하지만 독일의 H&K 사의 PSG-1·MSG90를 비롯한 방아쇠만 당기면 매발 발사가 가능한 반자동 방식의 저격총도 등장했고, 지금도 미국과 유럽에서는 반동이 적고 정확도가 높은 반자동 방식 저격총 개발을 위해 노력하고 있다.

　저격총의 발전과 더불어 스코프와 레이저거리측정기(LRF) 등의 탐지장비도 발전을 거듭하고 있다. 과거 저격총에 사용되는 스코프는 주로 4배율이었다. 하지만 현재에는 미국 르폴드 사의 10x42 르폴드 울트라 M3A를 비롯한 10배율 이상의 저격용 스코프도 쉽게 찾아볼 수 있고, 나이트포스 NXS 5.5-22X(CheyTac M200에 장착)는 무려 22배율을 자랑한다. 또 미국 부리스 사, 독일 제시스 사, 일본의 니콘 사 등에서는 유효탐지거리 1800m 이상의 LRF 개발을 위해 경쟁하고 있다. 야간 저격대치상황을 위한 열상장비와 야간투시경의 성능 또한 빠르게 향상되고 있으며, 위장크림과 섬유 등의 저격수를 보호하기 위한 위장기술도 발전하고 있다.

　전장 환경은 지금 이 순간에도 빠르게 변화하고 있고, 상상 속에서 등장하던 미래무기들은 갈수록 현실화할 것이다. 그럼에도 현재 그리고 미래에도 2㎞ 이상의 유효사거리와 전차를 폭파할 정도의 화력·첨단 탐지장비로 무장한 저격총은 적군에게 계속해서 두려운 존재일 것이다. 나아가 일부 학자들의 예측처럼 ‘로봇 저격수’(사람이 아닌 로봇이 저격을 수행)가 등장한다면 미래 전장 환경의 지각변동을 일으킬 수 있지 않을까?

<임성훈 국방기술품질원 연구원>

술 움직임으로 전달 `무음 소리' 기술 첫 선-獨 카를스루에 기술연구소

지난 2일 독일 하노버에서 개최된 정보통신 박람회(CeBIT)에서 입술의 움직임을 감지해 컴퓨터가 발생시킨 음성으로 변환해 휴대전화 수신자에게 전송하는 ‘무음 소리(Silent Sound)’ 기술이 시연됐다.

　독일의 카를스루에 기술연구소(KIT·Karlsruhe Institute of Technology)에 의해 개발된 이 장치는 사람들이 말할 때 발생하는 근육의 움직임을 모니터링해 이를 소리를 내지 않고 말로 바꿀 수 있는 전기적인 펄스로 변환하는 근전도(Electromyography)를 이용한다. 현재는 피부에 붙이는 전극들을 사용하지만 가까운 장래에는 그러한 전극들이 휴대전화와 같은 기기들에 통합될 것이라 한다.

　무음 소리 기술은 질병이나 사고에 의해 목소리를 잃은 사람들이나 다른 사람이 엿듣지 못하게 휴대전화로 보안사항을 전달하는 것까지 다양한 응용이 가능할 것으로 보인다. 이 기술을 번역기에 연동하면 즉시 여러 국가의 언어로 말하거나 들을 수 있게 해 준다. 전기 펄스들은 보편적이기 때문에 이러한 펄스들은 즉시 다른 사용자의 언어로 변경될 수 있기 때문이다. 따라서 원어민들은 소리 없이 자신들의 언어로 문장을 말할 수 있고, 수신자들은 자신들의 언어로 번역된 문장을 들을 수 있다. 마치 원어민이 외국어로 말을 만들어 내는 것과 같다.

　KIT의 한 과학자에 따르면 번역 기술은 영어·프랑스어·독일어와 같은 유사언어군에서는 잘 동작하지만 중국어와 같이 다른 톤이나 다른 의미를 지닐 경우에는 아직 문제가 있다. 지금은 일반 사무환경에서 사용할 수 있도록 기술을 개발 중이라고 말했다. 현재 99%의 효율로 동작하는데, 이는 반대쪽 전화기에서 기계적 음성이 100개 단어 중 1개의 단어가 틀리는 수준이라며 5~10년 후에는 이 기술이 일상적인 기술이 될 것으로 전망한다.

　<신경우 중령·국방기술품질원>

팬텀 아이의 기반인 X-45C(위)와 포드의 액체수소 연료 엔진. 출처: 보잉사

고고도 장기 체공 무인항공기용 체수소 연료 추진시스템 개발-보잉사, 휘발유 엔진보다 효율 2배

지난 1일 보잉 사는 수소 연료를 사용하는 무인항공기용 엔진의 지상시험을 성공적으로 마쳤다고 발표했다.

　보잉 사는 세계 최초로 액체 수소를 연료로 사용하는 고고도 장기 체공(HALE·High Altitude Long Endurance) 정찰용 항공기인 팬텀 아이(Phantom Eye)와 전투용 팬텀 레이(Phantom Ray)를 자체 개발하고 있다. 이번에 팬텀 아이에 탑재하기 위한 추진시스템(Entire propulsion system)을 저압 챔버에서 80시간 동안 성공적으로 시험을 마침으로써 최종적으로 비행체에 조립할 수 있음을 보여준 것이다.

　이번에 개발된 수소연료 추진시스템은 휘발유처럼 수소를 엔진에서 직접 연소시켜 추진력을 얻는데, 기존 휘발유 엔진보다 효율이 두 배가 높다고 한다.

수소기체를 액화시키면 부피가 800분의 1로 줄어드는데, 이를 영하 253도의 극저온 연료탱크에 저장해야 한다. 이러한 액체수소 엔진은 친환경기술로서 차량용 엔진으로 상용화돼 보급 중이나 이번에 세계 최초로 항공기용으로 개발된 것이다.

　5년에 걸쳐 개발된 수소연료 추진시스템은 포드 사의 자동차용 4실린터 휘발유 엔진을 개조한 쌍발 모터로서, 엔진·터보차저·엔진제어시스템 등 팬텀 아이의 전체 추진시스템에 대한 지상시험에서 성공했으며 다음 단계로 2011년 초에 시험비행이 계획돼 있다.

　팬텀 아이는 날개 길이 46m로 약 20㎞ 상공의 성층권에서 비행하면서 약 200㎏의 각종 감시정찰장비를 탑재해 4일 동안 특정지역을 감시할 수 있다. 역시 액체수소연료 추진시스템을 탑재하는 무인전투기 시제기인 팬텀 레이는 10일 이상 장기체공이 가능하며, 900㎏ 이상을 탑재할 수 있다. 올해 말에 첫 비행이 시작돼 약 6개월간 10번의 비행이 계획돼 있다.

　액체수소 추진시스템은 비교적 연료를 구하기 쉽고 친환경적이어서 세계 각국에서 관심을 갖고 개발 중이며, 국내에서도 연구기관을 중심으로 개발을 추진 중이다. 팬텀 아이와 팬텀 레이 개발을 지켜보면 고성능 무인항공기 시대가 바짝 다가왔음을 알 수 있다. 이러한 혁신적 추진기술의 발전은 항공기 개발의 기술적 위험성을 낮추고 군사적뿐만 아니라 상업적으로도 새로운 기회를 제공해 줄 수 있다고 한다.

3D 밀리터리 게임

미국 보헤미아 인터렉티브 사가 개발한 3D 밀리터리 게임 ‘VBS2’의 한 장면. 출처:www.bistudio.com

`레인보우식스, 카운터스트라이크, 스페셜포스, 서든어택.'

　이런 게임이름을 한 번쯤은 들어보았거나 직접 게임을 해본 경험을 갖고 있을 것이다. 이런 게임은 FPS(First-Person Shooter), 즉 1인칭 슈팅게임으로 분류되는데 가상으로 실감나게 전투상황을 묘사하고 있어 지금까지도 일반인들에게 큰 인기를 누리고 있다. 일반인들은 이런 게임을 재미로 즐기고 있지만, 머지않아 병사들은 이와 유사한 3D 밀리터리 게임을 활용해 재미가 아닌 실전처럼 개인 및 전술훈련에 활용하는 날이 올 것으로 예상된다.

　이런 움직임은 선진국에서는 이미 시작됐다. 미국은 2000년 초 이라크전쟁을 비롯한 많은 국제적인 대테러 전쟁에 참전할 미군을 원활하게 수급할 필요가 있었다. 그래서 미 육군은 입대 연령의 젊은이들의 관심을 끌기 위해 PC게임인 ‘America’s Army’를 홍보용으로 일반에 배포했다. 이 게임은 사격장에서의 사격연습, 수류탄 투척, 전술훈련 등 젊은이들이 쉽게 체험하지 못하는 것을 매우 사실적으로 묘사하고 있어 신병모집에 어느 정도 효과를 보았다는 것을 부인할 수는 없다.

　또 미군은 지금까지 넓은 공간에 실제처럼 만들어진 훈련소에서 사격과 분대전투 등 실전에 활용될 훈련을 해 왔다. 하지만 이런 실제훈련을 하기에는 공간적인 제약도 많고 비용도 많이 들기 때문에 새로운 방법을 모색하기 시작했고 그 결과 3D 기술을 적용한 밀리터리 게임을 다양한 실전훈련에 활용하기 시작했다. 그중 현재 가장 완성도가 높은 것으로 평가받는 3D 밀리터리 게임은 미국 보헤미아 인터렉티브 사가 개발한 VBS2(Virtual Battle Space 2)다. 이 게임은 현재 미국·호주·뉴질랜드·영국 등에서 실제 훈련용으로 사용하고 있다.

　VBS2는 다양한 전투상황을 실감나게 재현한다. 병사들은 이 게임을 통해 다양한 환경(작전지역의 기후상태, 우발적 상황 등)에서 군사작전 계획을 미리 체험하고 훈련할 수 있다. 특히 이제 막 군에 입대해 경험이 부족한 신병들은 종합 합동모의훈련, 화력지원요청훈련, 전투지역 문화 및 관습 훈련, 각종 무기에 대한 적응훈련 등을 사전에 경험함으로써 더 빨리 실전에 적응할 수 있다.

　우리나라도 여러 가지 현실여건(비용·소음 등)상 실전훈련을 수행할 수 있는 환경이 갈수록 열악해지고 있다.

물론 우리 군은 현재 지휘관이나 참모 등의 훈련용 모델(창조21·청해·창공 모델)과 전투기·헬기·전차 등의 복잡한 무기체계의 훈련을 위한 다양한 시뮬레이터를 운용하고 있지만, 개인적·전술적 훈련을 실전처럼 할 수 있는 일반 병사용 3D 밀리터리 게임은 아직 보급되지 않고 있다.

그러나 세계 최고 수준의 국내 IT기술을 활용해 국산 3D 밀리터리 게임이 개발되고 병사들의 개인적·전술적 훈련에 적용하는 날도 머지않을 것으로 예상된다.

　또 우리나라 병사들이 아프가니스탄전쟁을 비롯해 유엔 평화유지군 활동 등 해외파병을 가기 전에 파견국에 최적화돼 있는 3D 밀리터리 게임 등을 활용해 사전에 현지 적응훈련을 하고 간다면 더욱 성공적으로 임무를 수행할 수 있을 것이다.

　미래에는 병사들이 육군훈련소에서의 신병훈련, 부대 전술훈련, 예비군훈련 등을 PC앞의 3D 밀리터리 게임을 통해 수행할 날이 오지 않을까 하는 기대를 해 본다.

<박준현 국방기술품질원 선임연구원>

초음속 펄스데토네이션 엔진 실험비행-美 공군연구소

미국 공군연구소(AFRL)는 초음속 펄스데토네이션 엔진(pulse detonation engine) 실험비행을 마친 비행기와 엔진을 지난해 1월부터 오하이오 주 국립공군박물관에 전시하고 있다.

　현재 항공기용 엔진은 제트엔진을 주로 사용하고 있으나, 제트엔진은 열효율을 높이면 터빈블레이드의 내구성능이 떨어지는 제약이 있어 기술적으로 이미 한계에 도달했다.

　 1998년 미 MIT 출신의 버싱 박사는 일반 연소에서는 불꽃이 이동하는 속도가 수십m/s 정도지만, 데토네이션에서는 2000~3000m/s의 빠른 속도로 이동해 공기 중에 파동이 일어나고, 이 파동은 강력한 충격파를 발생시키는 현상을 발견했다.

　이러한 연료 연소 중에 발생하는 충격파 현상을 이용해 보조엔진 없이 마하 4 이상의 초음속으로 비행 가능한 펄스데토네이션 현상을 처음으로 엔진에 적용했고, 이 엔진을 실용화하기 위해 미 공군, DARPA, NASA, Pratt&whitty사 등이 공동연구를 진행하고 있다.

DARPA는 2012년 후반에 계획된 Falcon HTV-3X 비행시연에 펄스데토네이션엔진을 적용할 계획이다.

국내에서는 무인항공기 등에 적용하기 위해 서울대학교와 부산대학교 등 일부 연구기관에서 펄스데토네이션 현상, 초음속 연소현상 등의 기초연구를 하고 있다.

<김용수 국방기술품질원 선임연구원>

AGM-158B 공대지 순항미사일 비행시연 모습. 출처:Lockheedmartine.com

AGM-158B 공대지 미사일 비행시연 성공 신형 터보제트엔진 장착…사정거리 900km--美 록히드마틴 社

지난해 11월, 미국 록히드마틴 사는 뉴멕시코 주 화이트샌드 미사일 시험장에서 JASSM-ER(Joint Air-to-Surface Standoff Missile-Exteded Range)로 불리는 사거리 연장형 합동 공대지 장거리 미사일의 6번째 비행시연을 성공적으로 마쳤다.

　JASSM-ER은 2002년 AGM-158B로 제식번호를 부여받았다. 기존 모델인 AGM-158A와 비교할 때 외형과 생존성 및 살상력은 동일하지만 더 많은 연료주입을 위해 개선된 연료탱크와 신형 터보제트엔진을 장착해 기존 360㎞인 사정거리를 900㎞까지 대폭 증가시킨 성능향성 모델이다.

　JASSM은 기본적으로 미국이 가진 온갖 종류의 최첨단 기술을 한데 모아 완성한 미사일로 미 공군·해군·해병대 모두가 사용 가능한 세계에서 가장 정밀한 유도 미사일 중 하나라고 할 수 있다.

　JASSM 프로젝트는 AGM-137 TSSAM 미사일 프로젝트가 취소된 후 1995년에 시작됐다. JASSM의 목표는 적의 최첨단 방공망을 뚫고 고정 및 이동 목표물에 대한 정교한 타격을 가하는 것으로, 그동안 방공망을 뚫는 방식은 재밍이나 램제트를 이용한 고속기동 미사일처럼 속력에 많이 의존한 것에 비해 JASSM은 저고도 스텔스 순항을 통해 방공망을 유린하게 된다.

　JASSM은 적의 견고한 벙커나 미사일 터렛 등을 공격하기 위해 만들어졌으며, 그 정밀도는 대략 3m 이내의 건물과 창문까지도 정밀타격할 수 있고, B-2·B-52 폭격기와 F-16·F-15E·F/A-18 전투기 등의 다양한 플랫폼에 운용이 가능하다.

　AGM-158A 모델의 경우 이미 지난해 10월 Lot 7 신뢰성 시험을 위해 미사일 4발이 장착된 B-52 폭격기에서 발사시험을 성공적으로 실시하고, 지금까지 16회의 비행시험 중 15회를 성공시켜 미 공군으로부터 이 미사일의 안정적인 생산여건을 갖췄다고 인정받았다.

　또 호주 공군은 F/A-18 전투기에 이 미사일을 장착하기 위해 해외군사장비 판매(FMS)를 진행하고 있다. 그리고 AGM-158B 모델은 2006년 4월, 화이트샌드 미사일 시험장에서 B-1B에 장착해 첫 비행시연이 이뤄진 이래, 록히드마틴 사는 2011년부터 시작될 미 공군의 운용 시험평가를 준비하기 위해 통합 비행시험을 2010년 중반까지 계속 실시할 예정이다.

　미 공군은 2013년 초에 B-1B 폭격기에 사거리 연장형 AGM-158B을 장착해 야전 운용 적합성과 임무 달성 여부, 종합군수지원 충족 여부 등의 최초 운용능력(IOC)을 확인할 계획이다.

전투용 무인잠수정

MANTA 개념도. 출처:NUWC

현재 진행되는 이라크와 아프가니스탄 전쟁에서 무인항공기(프레데터)의 활약이 크다는 데 대해 어느 누구도 반론을 제기하지 못할 것이다. 더 나아가 로버트 게이츠 미 국방장관은 “한 대에 5억 달러 이상이 투입된 F-35가 조종사를 탑승시키는 마지막 전투기가 될 것이다”라고 말했을 만큼 무인기의 위력은 대단했다. 이처럼 하늘에 무인기가 있다면, 바닷속에는 전투용 무인잠수정이 있다.

　잠수함의 위력은 영국이 어뢰 두 방으로 아르헨티나의 1만3000톤급 순양함을 침몰시킴으로써 전쟁의 주도권을 장악한 포클랜드 전쟁에서 잘 보여주었다. 이처럼 바닷속의 스나이퍼라고 불리는 잠수함은 기밀성과 은닉성을 기반으로 해상 세력의 절대강자의 위치를 점하고 있었다.

　그렇지만 잠수함이라고 해서 약점이 없는 것은 아니다. 잠수함의 최대 강점인 은밀성이 노출되는 순간 종이호랑이 신세로 변한다. 더욱이 수중음향탐지기술의 발전으로 적 전투함이나 해안선의 접근이 점점 더 어려워지고 있고, 대잠전의 능력도 날로 발전돼 더 먼 거리에서 안전하게 작전을 수행할 수 있는 수단이 필요하게 됐다.

　이러한 임무를 수행할 수 있는 수단으로 잠수함의 작전반경을 넓히고 위험지역의 작전을 대신 수행할 수 있는 무인잠수정(UUV: Unmanned Underwater Vehicle)이 부각됐다. 미국은 무인잠수정의 중요성을 인식, 1994년 최초로 군사용 무인잠수정 계획을 발표했다. 미래 임무를 위한 핵심기술 로드맵을 수립해 추진해 왔으며, 1차 계획인 ‘2000 UUV master plan’과 2차 계획인 ‘2004 UUV master plan’ 개정판을 발표했다.

　미국은 UUV 발전계획에 따라 근거리 기뢰탐색용 UUV인 NMRS(Near-term Mine Reconnaissance System)를 1998년에 개발했고, 2005년에는 장거리 기뢰탐색용 UUV인 LMRS(Long-term Mine Reconnaissance System)를 개발해 LA급 및 버지니아급 원자력 잠수함에 탑재해 운용 중이다. 또 2013년에는 기뢰탐색 및 감시정찰용인 MRUUV(Mission Re-configurable UUV)를 계획하고 있으며, UUV의 궁극적 목표인 전투용 무인잠수정(UCUV: Unmanned Combat Underwater Vehicle)인 MANTA를 2020·2030·2050년으로 계획하고 있다.

　미 해군은 NUWC(Naval Undersea Warfare Center) 주관으로 MANTA 프로그램을 추진하고 있다. 1단계로 MTV(MANTA Test Vehicle)를 추진해 1999년에 시제품 제작 및 시험을 수행했고, 현재 MTV-2단계를 진행 중인 것으로 알려졌다.

MANTA의 핵심기술은 소나센서, 수중통신, 에너지원 및 자율제어 등으로 알려져 있으며, 가장 큰 특징으로는 잠수함 설계단계부-2잠수함 선체 일부를 절개하고 MANTA를 잠수함에 장착·이탈하는 개념이다.

MANTA의 기능은 모함과 분리 시에는 기뢰탐색·파괴, 감시정찰, 함정 간 통신중계소 및 대잠전 임무를 수행하고, 모함 장착 시에는 모함의 무장 및 센서 기능을 수행하도록 설계돼 있다.

　미래 해전에서 UUV는 핵심 무기체계가 될 것이다. 따라서 삼면이 바다인 우리나라에서 국방 UUV 연구개발에 적극적으로 나서야 함은 당연한 일일 것이다.

<류동기 국방기술품질원 선임연구원>

중국, 지뢰 탐지·제거 로봇 개발

사 진 설 명

중국의 최신 지뢰탐지로봇(위)과 지뢰제거로봇(아래).

중국은 2년간의 연구를 통해 지뢰탐지로봇과 지뢰제거로봇을 개발했다고 지난해 연말 발표했다. 이 로봇체계는 지뢰탐지로봇이 전자식 감지방식으로 지뢰를 탐지하고, 지뢰제거로봇이 탐지된 지뢰를 폭발시켜 제거하는 방식이다.

　2010년 보반, 중국 공병부대에서 실시된 운용시험에서 비교적 우수한 평가를 받았다. 지뢰탐지로봇은 지뢰 매설 예상지역 100ｍ 밖에서 원격으로 조종되며, 원격조종기의 모니터와 로봇 상부의 카메라로 지뢰탐지를 실시간으로 모니터링할 수 있다.

　지뢰탐지로봇은 궤도형 차체로 장애물 극복 능력이 우수하며, 경량으로 설계돼 지뢰 탐지 중 자중에 의한 지뢰폭발 위험을 줄였다고 한다. 지뢰탐지로봇의 전면에 있는 원형 금속탐지기로 지뢰를 탐지한 후 지면에 페인트 분사로 지뢰의 위치를 표시하면, 지뢰제거로봇이 지뢰매설 지점으로 접근해 지뢰제거기로 지뢰를 폭파시켜 제거한다.

　지뢰제거로봇에는 금속제 방호벽이 있어 지뢰 폭발에 의한 피해를 방지할 수 있도록 했다. 중국의 지뢰탐지로봇 및 지뢰제거로봇 개발 성공에 대해 국제지뢰금지운동기구(ICBL: International Campaign to Ban Landmines)에서 환영 의사를 표명한 것으로 알려지고 있다.

<김석 국방기술품질원 책임연구원>

이스라엘, 능동방호체계 트로피 개발-주력 전차 Mk4에 장착…敵 대전차유도탄 무력화

이스라엘 라파엘 사의 능동방호 트로피 체계 개념도. 출처:www.rafael.co.il

2010년 초 이스라엘의 라파엘(Rafael Advanced Defense Systems) 사는 능동방호체계(APS: Active protection Systems)인 ASPRO-A 트로피(Trophy)를 개발해 이스라엘군의 메르카바(Merkava) Mk4 주력전차에 장착했다. 현재까지 이스라엘군은 총 100세트의 트로피체계를 주문한 상태다.

　이 ASPRO-A 트로피 능동방호체계는 1단계 위협감지, 2단계 위협추적 그리고 플랫폼을 타격하기 전에 3단계 위협 무력화의 단계로 작동된다.

이 시스템은 이스라엘의 메르카바 Mk4 주력전차에 처음으로 적용됐다.

ASPRO에는 메르카바 Mk4 주력전차용의 중량형, 중(middleweight)전차용 경량형(Light), 그리고 초경량형(Ultra Light)이 있다.

이것들 중에 경량형과 초경량형은 현재 개발이 진행되고 있다.

　라파엘 사에 따르면 트로피 경량형은 현재의 ASPRO-A체계와 동일한 4개의 안테나를 사용하고 있으나 대응 발사장치는 체계의 성능에는 변화없이 크기와 중량을 줄이도록 재설계됐고, 방위각 360도와 높은 고각 방어능력를 제공한다고 한다.

방호체계의 중량은 453㎏이고, 전투중량 10톤 이상의 플랫폼에 장착 및 운용이 가능하다. 능동방호체계의 발사장치는 플랫폼으로부터 10∼30m 이격거리에서 접근하는 적의 대전차유도탄을 무력화하기 위해 폭발성형관통자(Explosively Formed Penetrator) 탄두를 장착한 대응탄을 발사한다.

　라파엘 사의 트로피 중량형 체계는 전력화해 배치되기 전 원거리 위협에 대응하는 성능에 대한 시험평가를 700회 이상 실시해 성공적인 결과를 얻었다.

향후 트로피 경량형 체계는 저속 HEAT(High Explosive Anti-Tank)형 120㎜ 전차탄뿐만 아니라 대전차 이중고폭탄두가 장착된 러시아의 휴대용 대전차무기 RPG-29도 무력화할 수 있을 것으로 전망된다.

초광대역 레이더

초광대역 지표투과레이더를 채용한 VISOR 2500 MINI-HMDS 지뢰탐사 시스템.

출처:www.defensenews.com

2009년 5월 중국에서 사람의 옷 속을 투시할 수 있는 투시 안경이 발명됐다는 기사가 나오자마자, 중국 내외에서 투시 안경이 불티나게 팔렸다. 이처럼 우리는 벽이나 옷을 꿰뚫고 그 속을 엿보는 투시력을 갖고 싶어 하는 욕망이 있다. 목욕탕 안의 모습을 볼 수 있다면? 수영복 속의 몸을 볼 수 있다면?

　그러나 ‘투시’하고자 하는 이러한 상상은 군인의 경우, 일반인의 단순한 호기심과는 방향이 다르다. 투시 능력이 생존과 직결되기 때문이다. 숲으로 우거진 지형 속에 숨어 있는 적군을 발견할 수는 없을까? 땅 속에 설치된 지뢰를 단번에 파악하는 방법은 없을까?

　초광대역(UWB : Ultra WideBand) 레이더는 이러한 상상을 실현시켜 줄 수 있다. UWB 기술은 기존의 스펙트럼에 비해 매우 넓은 대역에 걸쳐 낮은 전력으로 대용량의 정보를 전송하는 무선통신 기술이다.

1∼10.6㎓대의 주파수 대역을 사용하면서 10m∼1㎞의 전송거리를 보장한다. 미국은 1990년대까지 UWB 기술의 외부 발표를 엄격히 제한하다가, 2002년 민간용 장비 개발에 UWB를 사용하는 것을 허락했다.

　UWB 레이더는 지표면 밑에 있는 어떠한 물체든 고해상도의 이미지를 얻을 수 있다. UWB GPR(Ground Penetration Radar : 지표투과레이더)를 활용하면 전장에서 지뢰, 부비트랩, 땅굴 및 지하벙커 등을 발견할 수 있을 뿐만 아니라 삼풍백화점 같은 붕괴 현장이나 매몰지에서 인명 수색 및 구조작업을 할 수도 있다.

　이스라엘은 이미 2004년 7월에 UWB 레이더로 벽 뒤에 있는 물체의 3차원 영상을 구현했다고 발표했다. 이 시스템은 벽 뒤 20m 거리에 있는 물체까지 투시가 가능했다.

지뢰탐사 전문업체인 니텍(NIITEK) 사는 2009년 9월 UWB GPR을 채용한 소형 UGV인 VISOR MINI-HMDS 지뢰 탐사 시스템을 개발했고, 이 시스템은 미국의 아프가니스탄 작전에 투입됐다.

　UWB 레이더의 장점은 투시력만이 아니다. 측정된 목표물에 대한 정밀도가 향상되고, 비나 눈·안개 등 기상 상태에 따른 영향이 줄어든다.

목표물에 대한 검출 확률과 검출된 목표물에 대한 관찰 능력이 향상될 뿐만 아니라 레이더의 비화(秘話)성이 높아 적이 검출하기도 어렵다. 이처럼 UWB 레이더는 기존 펄스 레이더의 한계를 뛰어넘는 막강한 장점들이 있다.

　UWB 레이더는 민간 영역에서도 다양하게 사용될 것이다. 소방대원이 불이 난 건물 안에 있는 사람의 위치를 확인해 신속하면서도 안전하게 구조작업을 수행할 수 있다. 또 고고학자가 지하 유적을 발견하거나, 건축가가 구조물의 내부 상태를 점검하고, 지질학자가 지질 구조 및 상태를 쉽게 조사할 수도 있다. 가정에서는 집안에 몰래 들어온 침입자를 감지하는 홈 시큐리티(Home security) 기기로 사용하거나, 자기 차량과 보행자 및 외부 차량과의 거리를 판정해 충돌을 방지해 주는 차량용 레이더에 활용할 수 있다.

　차세대 레이더 기술인 UWB 레이더 기술은 미래군에게 투시력을 줄 것이다. 미래군은 UWB 레이더를 통해 은폐 표적과 매복하고 있는 적을 한눈에 꿰뚫어 보고, 지뢰를 신속하게 발견할 것이다. UWB 레이더는 미래군의 전장 운용 환경을 보다 효율적이고 안정적으로 만들어 줄 것이다.

<김용한 국방기술품질원 연구원>

태양열 추진 자율 무인잠수정 실용화-美 팰머스 사이언티픽 社

태양열 추진 자율 무인잠수정 형상. 출처: Jane‘s Underwater Warfare Systems

미국의 팰머스 사이언티픽(Falmouth Scientific) 사는 태양열 추진 자율 무인잠수정(SAUV-Ⅱ) 1척을 2010년 초에 일본 도쿄 대학교에 납품했다.

　이 무인잠수정은 해저의 지각 표층(tectonic plate) 움직임을 측정하는 용도로 사용될 예정인데, 수심 500m까지 운용이 가능하며, 재사용이 가능한 리튬-이온 전지를 탑재해 최소 태양열 조건에서도 최대한의 수중 체재가 가능하며 수중 속력은 최대 2노트다.

또 무인잠수정의 통제 및 실시간 자료 수집은 양방향의 무선통신·위성통신 또는 음향 모뎀을 통해 수행된다.

　태양열 추진 자율 무인잠수정의 프로토타입(SAUV)은 미 해군의 onR(US Office of Naval Research) 및 팰머스 사이언티픽 사 등에서 공동으로 개발했다.

상업용 무인잠수정(SAUV-Ⅱ)은 팰머스 사이언티픽 사에서 제작하고 있는데, 5척이 제작됐으며 이 중 1척이 미 해군의 수중전센터(NUWC)에서 사용한다.

<정희석 국방기술품질원 책임연구원>

대형 임무장비 운용모듈 기술 개발 2014년 버지니아급 잠수함부터 적용-美 일렉트릭 보트 社

대형 임무장비 운용모듈을 탑재한 잠수함 함수 모형.

미국의 제너럴 다이나믹스 일렉트릭 보트(Electric Boat) 사는 최근 개최된 산업전시회에서 미래형 순항미사일 공격잠수함(SSGN)에 탑재할 범용 진수 및 회수 모듈(universal launch and recovery module)과 대형 임무장비 운용모듈(BOI : Bottom Ocean Interface)을 탑재한 버지니아급 잠수함의 신형 함수형상 모형을 전시했다.

　이 회사는 2008년 12월 22일 맺은 잠수함 건조계약에 따라 버지니아급 잠수함 8척을 건조 중이다.

오는 2019년까지 인도 계획인데, 이번에 발표한 대형 임무장비 운용모듈은 2014년 이후에 발주 예정인 버지니아급 잠수함부터 적용될 예정이다.

　진수 및 회수 모듈은 순항미사일 공격잠수함의 대형 발사관에서 무인잠수정 등의 임무장비를 진수하고 회수하는 장치로 미 해군에서 운용 중인 오하이오급보다 더 많은 임무장비를 운용할 수 있는 모듈을 개발하는 것이 개발목표다.

이 모듈의 개발은 수영자이송정(SDV : Swimmer Delivery Vehicle) 모듈의 수직승강부에 대해 개발시험을 완료하고, 수영자이송정을 수평으로 경사시키는 메커니즘을 개발 중이다.

　이 모듈은 발사관의 종류 및 형태에 무관하게 운용되며, 소형·대형의 무인잠수정 및 무인항공기의 진수 및 회수가 가능하다는 것이 특징이다.

이 모듈의 개발은 순항미사일 공격잠수함용으로 시작됐지만, 버지니아급(784호) 잠수함에도 적용 가능하도록 연구되고 있다.

　이 범용 진수 및 회수 모듈의 개발로 버지니아급 공격용잠수함과 순항미사일 공격잠수함 간의 성능 격차가 작아질 것으로 예상된다.

전투헬멧용 복합센서

HMRS가 탑재될 미 육군 헬멧. 나노포토닉스 사 제공

파노라마 광학카메라.나노포토닉스 사 제공

사람은 앞을 바라보는 것이 자연스러우며, 뒤를 돌아다보는 것은 부자연스럽다는 말이 있다.

전투원은 항상 뒤에서 다가오는 위험에 노출돼 있기 마련이다. 뒤를 확인하기 위해 돌아보는 순간 반대로 앞을 놓치기 때문에 전투원은 언제나 시각적으로 취약한 상황에 놓여 있을 수밖에 없다.

이런 취약성은 특히 은폐물이 많은 도시지역 작전에서 심각한 위험요인이 돼 왔다.

　현대 과학기술로 이러한 취약성을 극복할 수 있는 방법은 없을까?

미 육군은 전투원의 헬멧에 탑재해 방위상으로 360도 전방위에서 접근하는 위협표적을 탐지, 위치를 식별하고 지시해 주는 초소형 이동물체 탐지 레이더(MTI : Moving Target Indicator) 개발을 검토하고 있다.

수년 후에 이 야심적인 프로젝트가 실용화된다면 미래의 병사들은 더 이상 뒤를 돌아보지 않아도 될 것 같다.

　초소형 헬멧 탑재 레이더시스템(HMRS : Helmet-mounted Radar System)은 미 육군의 차기 전투용 헬멧에 장착하기 위한 것으로, 헬멧의 상단에 올려 설치하거나 헬멧자체에 내장될 것으로 보인다. 레이더 특성을 갖는 HMRS는 안개·연막 및 먼지를 관통할 뿐만 아니라 야간에도 표적을 탐지할 수 있으므로 후방에서 포복으로 접근하는 적을 효과적으로 탐지할 수 있게 된다.

HMRS를 장착한 전투원은 결국 머리 뒤에 숨은 위험한 표적을 찾아 경고해 주는 또 다른 눈을 갖게 되는 셈이다.

　HMRS의 전체 무게는 1.13㎏ 이내로 개발돼야 하며, 최종적으로는 50m까지 탐지할 수 있어야 한다.

이 시스템의 개발 성공 여부는 탐지 성능, 시스템의 무게, 전력 소모 문제를 어떻게 조화시킬 것인가에 달려 있는 것 같다.

또 다른 기술적인 문제로는 고각상의 탐지 문제와 고개를 상하로 움직일 때 잃어버릴 수 있는 커버리지를 해결해야 하는 문제 등이 남아 있다.

　이렇듯 장비개발을 하기까지는 넘어야 할 기술적 난관이 많이 남아 있음에도 불구하고 이 기술이 줄 수 있는 이점은 명확하다.

사방으로 위험에 노출된 도시지역 작전에서 HMRS는 안개·포연·먼지, 특히 가장 중요한 어둠 등 여러 가지 불투명한 전투 환경을 극복하고, 방향감각을 상실한 상황에서도 전투원에게 360도 관측시계를 제공함으로써 라이프 세이버로서 충분히 기능할 수 있을 것으로 기대된다.

　미래에는 확실히 이러한 전투원의 후방감시 문제가 해결될 것으로 예상할 수 있는데, HMRS와 같은 레이더뿐만 아니라 최근에는 360도 시계를 제공하는 파노라마 광학카메라가 개발됐기 때문이다.

또 극한 어둠 속에서도 관측 가능한 극저조도 카메라의 등장도 예상되므로, 이러한 기술들을 융합한다면 전투원의 관측시계를 360도 전방위로 확대할 수 있을 것으로 보인다.

<신경우 육군중령·국방기술품질원 >

무인헬기 캠콥터 S-100 운용시연 성공 최대 2km까지 음성메시지 전달 가능-오스트리아 쉬벨 社

CAMCOPTER S-100 무인기. 출처:www.defense-aerospace.com

오스트리아 쉬벨 사는 최근 미국 노스캐롤라이나 주에 위치한 브라그기지(Ft. Bragg)에서 미 육군 특수전사령부(USASOC : U.S. Army Special Operations Command)의 심리작전 임무를 위한 캠콥터(Camcopter) S-100 무인헬기와 지상 무인시스템 통합 운용을 시연했다.

　실제 전장과 같은 상황에서 훈련이 진행된 실물도시 훈련시설에서의 심리전 임무는 유력한 테러분자를 체포할 때 민간인들의 동요와 희생자들을 최소화하기 위해 수행된다.

　이번 지상 무인시스템과의 통합 운용시험을 위해 캠콥터 S-100은 IAI POP300 광학(EO/IR) 카메라를 탑재하고 있으며, 최대 2㎞까지 메시지를 전달할 수 있는 능력을 갖춘 아메리칸 테크놀로지스(American Technologies) 사의 확성기와 전단배포 능력 등을 갖추고 있다.

　통합운용시험을 수행한 존디어(John Deer) 사의 R-Gator 지상 무인차량 또한 트라이덴트(Trident) 사의 데이터링크를 갖추고 있는 확성기를 장착하고 있다.

　캠콥터 S-100은 군용 및 민간용으로서의 능력이 입증된 수직 이착륙 무인헬기로서, 지상 및 해상에서 최대 200㎞까지 주야간 전천후로 운용 가능하며 미리 설정된 GPS 경로를 비행하거나 사용자 임의로 임무 계획 및 통제가 가능하다.

또 고해상도 영상을 실시간으로 통제기지로 전송할 수 있으며, 3중 비행제어컴퓨터에 의해 통제되는 전자식 비행조종장치 기술을 사용해 자율비행이 가능하다.

기체는 탄소섬유와 티타늄 소재로 돼 있으며, 최대 1만8000피트에서도 운용 가능하며 6시간 이상 75파운드의 탄두를 탑재할 수 있는 능력을 갖추고 있다.

이와 같은 다양한 작전을 위한 무인플랫폼의 활용은 지속적으로 늘어날 것으로 예상된다.

<최재원 국방기술품질원 선임연구원 >

A160T 허밍버드 무인헬기 화물공수 시범-美 보잉 社

A160T Hummingbird 무인헬기.
출처:www.defense-aerospace.com

미국 보잉 사는 미 해병대와의 계약에 따라 A160T 허밍버드(Hummingbird) 무인헬기의 험지 재보급을 위한 화물공수 시범을 지난 3월 유타 더그웨이 육군시험장에서 성공적으로 수행했다.

　보잉사 군용기 무인항공체계국장인 빅 스위버그는 “A160T 무인헬기의 성능은 항시 신뢰성 있는 재보급 능력을 원하는 고객의 요구에 부응할 것이다. 또 정보·감시·정찰 및 표적획득·통신중계를 포함한 다양한 임무를 수행할 수 있다”고 밝혔다.

　A160T 무인헬기는 시범 동안 1250파운드를 탑재한 상태로 1만2000피트 상공에서 2분간의 제자리비행 및 가상 전방작전기지까지 야간공수 임무를 포함한 7회의 시험비행을 완료했다.

　A160T 무인헬기의 고유한 최적로터 속도(Optimum Speed-Rotor) 기술은 A160T의 특징이며, 이것은 다양한 고도·총중량·순항속력에서 로터속도 조절을 통해 전체 성능을 향상시킬 수 있다.

　이 무인헬기는 길이 35피트, 로터직경 36피트로서, 2만 피트 상공에서 제자리 비행이 가능하며, 140노트 이상 속도로 비행할 수 있다. A160T 무인헬기는 2008년 재급유 없이 18.7시간 비행을 해 무인헬기로서, 세계 최고 체공 기록을 세운 바 있다.

초소형 화생방 센서

탄소 나노튜브 센서 미세구조. 출처:버지니아 공대

최근 불특정 다수를 겨냥한 테러나 비대칭전의 위협이 커지면서 분쟁 시 적의 화생방 공격에 대한 위험성은 점점 증대되고 있다.

화생방 공격의 특성상 유형을 사전에 예측할 수 없기 때문에 하나의 센서로 화생방 물질을 동시에 탐지하는 능력에 대한 필요성이 생긴다.

아쉽게도 이제까지는 화생방 동시 탐지능력을 갖춘 단일 휴대용 센서가 개발되지 않았다.

하지만 머지않아 탄소 나노튜브 기술을 활용해 반도체칩 정도의 초소형으로 쉽게 휴대하면서 화생방 물질의 종류에 상관없이 불특정 공격을 모두 탐지할 수 있는 다용도 나노센서가 개발돼 병사들의 생존성을 크게 향상시킬 것으로 전망된다.

　미 항공우주국(NASA)과 국방위협감소국(DTRA)의 합동연구팀은 화생방 독성 물질을 동시에 실시간 탐지가 가능해 국방 및 대테러 임무수행에 적합한 다용도 휴대용 센서 개발을 세계 최초로 추진 중이다.

이는 공격물질의 유형을 예측할 수 없고 탐지센서의 크기도 생존성 측면에서 아주 중요한 요소이기 때문에 휴대할 수 있는 초경량·초소형 다목적 센서의 개발 필요성이 증대됐기 때문이다.

　일명 화생방 나노센서라 불리는 이 센서는 나노튜브와 탄소분자가 서로 연결돼 가늘고 긴 관 형태를 이루고 있어 단위 부피당 표면적이 매우 넓기 때문에 오염물질과 화학적으로 반응하기 쉽다.

무엇보다 화생방 물질을 동시에 탐지할 수 있는 단일 휴대용 센서에 대한 최적의 대안이 카본 나노튜브이기 때문에 미 국방부와 국토안보국이 다용도 센서 개발에 거는 기대가 크다.

　나노물질은 가스원자 또는 분자에 충돌했을 때 전기저항 등 고유 특성이 변하기 때문에 이것을 측정하고 모니터링하는 것이 탐지의 기본원리다.

합동연구팀이 개발하는 카본 나노튜브 센서는 화생방 세 가지 종류의 물질에 민감한 화학물질로 코팅돼 있어 단일 센서 칩을 사용해서도 여러 용도의 센서를 활용할 수 있는 효과를 갖게 된다. 또 이 센서는 크기가 우표 정도여서 저전력 소모 장점도 갖고 있다.

　합동연구팀은 국토안보부를 위한 센서의 개발도 진행하고 있는데, 특히 가장 중점을 두는 부분은 오경보 최소화를 위한 나노 소재와 소프트웨어의 알고리즘 개발 분야다.

그러나 나노센서 기술이 개발되더라도 카본 나노튜브는 열과 습도같은 극한 조건에서는 취약하며, 센서 소자로서 기능을 발휘하기 위해서는 MEMS 기술을 이용해 센서 칩 내부에 카본 나노튜브를 집적해야 한다.

　즉, 한 알의 모래알을 축구장 특정 위치에 정확히 옮기는 일을 수십억 번 반복하는 작업에 비유될 수 있다. 따라서 탄소 나노튜브의 균일성 증대 등 추가적인 연구가 필요하므로 집적을 위한 융합기술 확보 및 실용화까지는 상당한 시일이 걸릴 것으로 예상된다.

또 초감도의 탐지능력을 갖기 때문에 작은 결함과 오경보에 취약한 단점을 극복하기 위한 각종 처리기술이 확보돼야 하며, 나노센서의 장점을 살릴 수 있는 소프트웨어·하드웨어의 개발이 선결 과제다.

　국내에서도 나노기술을 접목한 다양한 화학 및 바이오 센서 개발이 학계나 산업계를 중심으로 활발히 추진되고 있으며, 특허출원 등 그 연구결과가 급증하고 있다.

아직까지는 기초연구 수준에 머무르고 있지만 선택과 집중에 의한 연구개발로 원천기술 확보에 주력한다면 미래병사체계·초소형 로봇센서 등 미래 전장환경에 적합한 초소형, 초고감도 및 초저전력 센서 개발 분야에서 세계적인 경쟁력 확보가 가능할 것으로 보인다.

<오광운 국방기술품질원 선임연구원>

주한 미군-생물학 작용제 탐지장비 운용·시험

미군이 배치·개발 중인 생물학 탐지 장비. 필자 제공

지난해 말 기고된 ‘극동지역의 생물학 방어 증진(Enhancing BIO Preparedness in Far East)’ 내용에는 한국과 관련된 미군의 생물학 방어 훈련에 대해 소개하고 있다.

미군은 생물학전 대응 장비로 생물독소감시기, 생물독소식별분석기, 원거리생물학 탐지기, 생물학 전술탐지기를 배치 및 개발 중에 있는데, 이 장비의 임무와 함께 유지보수, 신뢰도 증진, 탐지 능력 개선, 다양한 위험에 대한 대응 등을 위해 실제 오산과 군산 공군기지에서 생물독소감시기를 365일 운용해 11년 넘게 생물공격 분석 임무를 수행하고 있다.

또 서울의 미군 121 전투지원병원에 생물학 유전자식별기를 설치 운용하고 있으며 키 리졸브 훈련과 을지훈련 시 시나리오에 국내 여러 지역에 생물학적 및 화학작용제의 살포를 포함한 훈련을 실시해 생물무기 위협에 직면했을 때 신속한 대응 및 강화된 보호를 위해 우리나라에서 모든 생물학적 분석 능력을 확립하기 위해 주한 미군이 노력하고 있다고 한다.

<허영택 국방기술품질원 책임기술원>

美 화생방사업청 2015년 양산 목표-지표면 비접촉식 라만 분광기술 활용 화생방정찰차용 화학탐지기 개발 중

미국 화생방사업청에서 개발 중인 지표면 화학탐지기. 필자 제공

올해 초 미국의 화생방사업청에서 발표한 화생방 탐지 분야 개발 자료에 의하면 라만 분광기술을 활용해 지표면에 오염된 액체·고체 화학작용제를 직접 접촉하지 않고 탐지할 수 있는 지표면 화학탐지기(JCSD:Joint Chemical Surface Detector) 시스템을 개발하고 있으며 향후 미군 현용 화생방정찰차에 사용 중인 연속시료공급장치(DWSS:Double Wheel Sampler System)를 대체할 예정으로 추진하고 있다.

　미국이 보유하고 있는 현용 화생방정찰차인 M93 폭스(FOX) 나 스트라이커(Stryker) 화생방정찰차에는 연속시료공급장치를 장착해 지표면에서 시료를 채취하기 위해 지름 76.2㎜(3inch)의 실리콘 바퀴를 사용하고 있는데 아스팔트나 콘크리트에서는 문제 없이 기능을 발휘하지만 비포장 도로에서는 바퀴가 불규칙적으로 지표면에 접촉됨으로써 정확한 오염지역 탐지나 지형에 따른 탐지가 제한된다.

　또 지표면 접촉 소요시간을 고려해 시속 40㎞를 초과할 수 없으므로 광범위 지역에 대한 오염지역 설정 시 정찰시간이 과다하게 소요되며, 채취된 시료를 화학탐지기인 MM1이나 CBMS 시료 흡입장치에 넣어야 하므로 인원이 추가로 소요되는 등 운용상 제한 사항이 많았다.

　이와 같은 현용 장비의 제한사항들을 극복하기 위해 미국에서는 다음과 같은 장점을 가진 비접촉식 라만 분광기술을 이용한 지표면 화학탐지기를 개발하고 있는데 정찰차량의 바닥면에 장착돼 지표면의 정보를 거의 실시간으로 제공함으로써 차량의 작전 속도를 증가시킬 뿐만 아니라 지면의 상태 및 탐지물질의 성상에 상관 없이 탐지 정보를 제공함으로써 정찰 차량의 작전 지역 확장과 탐지시간 절감을 목적으로 한다.

　현재 개발진도는 시험단계로 ITT사가 뉴멕시코 주 포트섬너(Fort Sumner)에서 차량형 화생방정찰차에 지표면 화학염탐지기를 장착하고 시험을 성공적으로 마쳤으며 이번 시험에서는 시속 72㎞의 속도로 주행하면서 도로 표면에 있는 저농도의 화학 작용제 탐지 능력을 평가했다고 한다.

향후 추진 진도는 2014년에 초도 생산해 2015년부터 양산을 목표로 개발하고 있다고 발표했다.

바이오 MEMS<미세 가공> 기술

바이오 MEMS를 이식한 장수풍뎅이 원격조정 개념도. 필자 제공

적과 긴박하게 대치하고 있는 전장의 상황실, 무심코 지나친 풍뎅이가 왠지 당신을 노려보고 있다는 생각이 든다면, 그건 적이 조종하는 감시 카메라를 장착한 곤충이 아닌지 의심해 봐야 한다.

　인간은 오랜 세월 동물을 여러 수단으로 활용해 왔다. 이동수단으로 말을 이용했고, 빠른 서신을 주고받기 위해 비둘기를 이용했으며, 마약이나 폭탄을 감지하기 위해 개를 활용하기도 했다.

그러나 이처럼 동물을 길들여 이용하는 것은 극히 제한적일 수밖에 없다. 대안으로 초소형 로봇을 활용하는 방법들도 많이 연구하고 있으나 소형화하기 위해 해결해야 할 문제들이 너무나 많다.

　그렇다면 살아 있는 동물을 활용하는 방법은 없을까? 미국의 국방고등연구원(DARPA)이 몇몇 대학들과 함께 새로 시도한 바에 의하면, 살아 있는 곤충의 체내에 전자장치를 이식해 곤충을 제어할 수 있는 것으로 확인됐다.

이 기술의 최대 장점이라고 한다면, 일단 기술만 확보하면 생체로봇을 저렴한 가격에 거의 무한대로 생산 가능하다는 점이다.

　곤충은 알-애벌레-번데기-성충으로 변태시기를 거친다. 변태과정의 초기 단계인 애벌레 또는 번데기 단계에서 곤충의 체내에 매우 작은 장치를 이식하면 곤충의 조직 발달 대부분이 변태의 후반부에 발생하기 때문에, 재생된 조직이 이식된 장치 주위로 발달해 상처를 치유하고 신뢰성 있고 안정적인 생체-기계 인터페이스가 형성된다.

이 기술의 궁극적인 목표는 위치인식기(GPS), 거리측정기 등의 센서를 추가로 장착하고 이 정보들을 받아 곤충의 이동을 제어하는 것이다.

이동제어의 방법으로는 근육에 직접적으로 전기자극을 가하는 것과 뉴론이라고 하는 신경세포에 전기적인 자극을 주는 방법, 빛을 따라 가는 곤충의 본능을 이용해 LED로 광학적 신호를 주는 방법 등 여러 가지 방법이 있다.

　DARPA는 수년간의 준비 기간을 거쳐 2007년 미시간대, MIT, 보이스톰슨 연구소와 함께 관련기술 개발을 시작했으며, 2008년 신경자극기와 방향유도 LED를 장착한 딱정벌레를 조정하는 시범을 보였다. LED는 빛을 따라가는 딱정벌레의 주광성 본능을 이용한 것이다.

　또한 2008년 UC 버클리대학의 연구원들은 이를 더욱 개량해 장수풍뎅이의 무선 곤충제어를 시연했다.

장수풍뎅이가 번데기 상태에 있을 때 신경을 자극하기 위한 여섯 개의 전극을 장수풍뎅이에 심어 성장한 후에도 몸속에 장착해 생존하도록 했으며, 그 전극에 배터리와 무선신호 수신장치를 달아 장수풍뎅이가 이·착륙 또는 앞뒤좌우로 조종될 수 있도록 했다.

전체 전기장치의 무게는 1.3g에 불과해 3g까지 들어 올릴 수 있는 장수풍뎅이에게는 마이크나 센서 등의 추가 장치를 장착할 수 있어 곤충을 정찰용으로 활용하는 것은 그리 어렵지 않은 것으로 보인다.

　또한 이러한 기술발전 추세로 진행된다면, 앞으로는 곤충을 이동수단으로만 활용할 것이 아니라 곤충의 눈 같은 자체 감각기관까지도 활용해 더욱 작고 들키지 않는 스텔스 곤충센서를 감시 정찰 수단으로 활용하는 시대가 올 것이다.

<박경진 국방기술품질원 선임연구원>

첨단 신개념 전기추진시험정에 림제트 추진기 탑재 시험 항해-美 해군

미국 신개념 전기추진시험정 시-제트(왼쪽) 및 림제트 추진기(오른쪽)의 형상.자료출처:http://maritimereporter.marinelink.com

차세대 구축함 DD(X) 사업을 추진 중인 미 해군은 최근 2009년까지 미국 북부 아이다호에 있는 Pend Oreille 호수에서 추진기술을 포함한 첨단 신개념들의 입증을 위해 시-제트(Sea Jet)로 알려진 전장 133피트의 신개념 전기추진시험정(AESD : Advanced Electric Ship Demonstrator)에 림제트(Rimjet)라는 새로운 방식의 추진기를 탑재해 시험 항해를 완료했다.

　림제트 추진기는 시-제트에 탑재돼 2008년부터 시험 항해가 시작됐으며, 이 시험은 미국 onR(Office of Naval Research) 등의 재정지원 속에 NSWC(Naval Surface Warfare Center)의 주도로 실시됐다.

　미국 다코타 크릭 인더스트리(Dakota Creek Industries) 사가 설계하고 개발한 시-제트에는 초기 신개념 워터제트 추진기가 탑재돼 시험된 바 있으며, 이후 제너럴다이나믹스 일렉트릭 보트(Electric Boat) 사가 개발한 2100마력급의 림제트 추진기를 시험하기 위해 개조됐다.

　림제트는 기존 허브-구동형 전동기시스템과 달리, 추진기 중앙의 프로펠러를 둘러싼 외부 덮개에 영구자석전동기의 고정자 등을 통합시킨 외부전기식 구동시스템(external electric drive system)으로 추진, 효율성·성능·기동성 등이 향상되도록 설계됐다. 또한, 기존 함 내부에 소요되는 추진기 구동장비의 공간을 줄이고, 하드웨어 및 설비를 단순화하고, 비용을 최소화할 수 있도록 개발을 추진하고 있다.

　최근에 수행된 시험 결과에 따르면 림제트는 기존 상선 등에 탑재된 포드(pod)형 추진기 대비, 중량은 20% 경량화되고, 전체 길이는 3분의 1 수준으로 감소됐으며, 추진 효율은 5% 향상될 것으로 기대된다. 림제트 추진기를 탑재한 시-제트 시험정은 수상함용 플랫폼이지만 일렉트릭 보트 사는 이러한 신개념 추진기 기술을 향후 잠수함에 적용하는 데에도 관심을 보이고 있다.

<김경환 국방기술품질원 선임연구원>

UAV 탑재 고윈드급 초계함 개발 중-프랑스 DCNS 社

프랑스 DCNS사 고윈드급 초계함의 형상 및 개념도. 자료출처 : www.dcnsgroup.com

프랑스 DCNS 사는 2010년 1월 헤르메스(Hermes)라는 프로젝트명으로 고윈드(Gowind)급 초계함 건조에 대한 투자 계획을 발표했다.

이 계획은 정부의 주문이나 계약이 없는 상황에서 공사비와 자재비를 업체에서 자체 투자해 이 정도 규모의 함정을 건조하는 것은 프랑스에서는 최초로 시도되는 것이다.

　고윈드급 초계함은 특히 회전익 경항공기의 운용에 적합하도록 설계됐는데, 360도 전방위 감시 가능한 혁신적인 함교와 통합 마스트, 맞춤형 통신시스템, 충분한 적재능력 및 함상에서의 회수 및 조종시스템 등을 구비함으로써 무인항공기(UAV) 등의 운용에 적합하도록 설계될 예정이다.

　또한 해적 퇴치로부터 해양통제에 이르기까지 새로운 임무에 적합한 최첨단 기술이 반영돼 전투임무, 대테러작전, 마약밀매 및 밀수 방지, 해상유전 방호, 탐색 및 구조 등 다양한 임무를 수행할 예정이다.

특히 무인항공기를 탑재할 경우 단위 비행시간당 저렴한 비용으로 확장된 구역에 대해 지속적인 감시 정찰이 가능하게 된다.

　고윈드급 초계함 시리즈는 1200톤에서 2500톤까지 총 네 가지 버전이 있으며, 이 중 고윈드 컴뱃(Combat) 버전은 강력한 무장을 탑재하고 있으며, 이보다 작은 규모로는 고윈드 컨트롤(Control), 고윈드 프리젠스(Presence), 고윈드 액션(Action) 등 세 가지 버전이 있다.

초민감 광학코

탐지센서 개념도. 출처:미 국토안보부

광학센서 칩 작용제 반응도(예). 필자 제공

시각·청각·미각·촉각 등 인간의 감각을 흉내 내는 기술은 지속적으로 발전해 왔다. 이 중 후각은 다른 감각 모사기술에 비해 발전이 저조한 수준이었으나, 전자코(Electronic Nose)의 등장은 후각의 신비에 도전할 수 있는 계기를 마련했다.

　전자코는 말 그대로 사람의 코 대신 냄새를 맡을 수 있는 전기적 장치다. 인간의 코 속에는 후각 감수기인 단백질 수용체가 1000만여 개가 있다고 알려져 있으며, 1만 가지의 냄새를 구별할 수 있다고 한다. 이에 비해 전자코는 식별할 수 있는 냄새 수용체 센서는 십여 종에 불과하며, 그 감도는 1ppm(10-6) 수준으로 사람의 후각보다 뒤떨어진다. 그러나 전자코는 냄새 강도를 수치로 일정하게 나타낼 수 있으며, 인간이 맡을 수 없는 물질도 감지할 수 있다는 장점이 있다.

　후각에 대한 계속적인 연구는 전자코에 비해 1000배 정도 향상된 ppb(10-9) 수준의 감도를 가진 광학코를 제안하고 있다. 광학코의 핵심기술은 작은 실리콘나노 형광물질 합성에 있으며, 이 물질을 활용해 특정 화학물질 분자와의 접촉 시 색깔 변화를 광학적으로 탐지하게 되며, 현재 미군의 화학 및 폭발물 탐지장비에 적용되고 있다. 우리나라도 지난해 말에 광학코에 사용되는 나노다공성 형광물질을 개량, 기존보다 약 1000배 더 감도가 향상된 세계 최고 수준의 ppt(10-12) 감지기술을 확보해 실용화를 추진하고 있다.

　한편 미국에서는 수년간 대량살상무기를 탐지할 수 있는 휴대용 기기에 대한 아이디어를 연구해 왔다. 올 4월에 국토안보부에서는 화학작용제 테러에 대비하기 위해 휴대전화망을 이용하기로 하고, 휴대전화로 화학작용제를 탐지하는 Cell-All이라는 프로젝트에 착수했다. Cell-All 프로젝트는 나사의 나노기술센터 연구팀, 휴대전화 칩을 제조하는 퀄컴사, 감지기를 제작하는 리비전사가 공동으로 연구를 진행하며, 휴대전화에 화학물질을 탐지할 수 있는 칩을 내장해 탐지·전송·분석·경고가 약 60초 이내에 자동으로 이뤄지게 하는 것을 목표로 한다. 바로 이 휴대전화에 내장하는 칩이 다공성 나노실리콘 형광물질을 이용하는 광학코다.

　이렇게 되면 휴대전화나 스마트폰을 휴대한 시민들은 일상생활 가운데 독성 화학물질이 탐지되면 즉각 경고를 받고, 동시에 자동으로 중앙통제센터에도 통보가 가능할 것이다. 한 예로 지난 1일 미국 뉴욕타임스 스퀘어에서 미수로 그친 차량폭탄 테러와 같은 경우도 Cell-All의 조기 경보시스템이 구축된다면 시도 초기에 바로 탐지가 가능한 상황이 연출될 수 있다.

　이러한 개념의 광학코가 만약 전장에 적용될 수만 있다면, 그 효과는 어마어마할 것으로 생각한다. 전장의 모든 C4I체계 단말기에 광학코를 내장함으로써 우군 배치 지역에 대한 실시간 광역감시가 가능할 것이다. 동시에 광학코를 내장한 USN이나 화학작용제 탐지정찰포탄 등을 개발, 적 종심지역을 언제라도 손쉽게 정찰할 수 있을 것이다.

최근 이 광학코는 화학물질뿐만 아니라 탄저균까지 탐지할 수 있는 구조로 개선됨으로써 생물학제까지 탐지할 수 있는 가능성을 보이고 있다. 이 기술이 우리 군에도 도입된다면 머지않은 장래에는 무거운 화생방 탐지장비를 운반하는 모습을 더 이상 찾아보기 어려울 것이며, 군의 경량화는 물론 인력절감 등에 기여할 것으로 전망된다.

<신경우 중령·국방기술품질원>

영국 공군 공중급유기 사업 난항

영국 공군 차세대 공중급유기 `FSTA'. 출처:AirTanker 사

영국 공군의 미래 전략급유기(FSTA) 사업이 난항을 겪고 있다. 영국 감사원은 3월 말 공개한 보고서에서 FSTA 사업이 계획보다 5년 이상 지체돼 내년 말 전력화가 어려울 것으로 전망하고, 총 사업비도 약 17% 증가한 123억 파운드가 소요될 것으로 예측했다.

　또 FSTA를 전장에 파견하기 위해서는 수억 파운드를 추가로 투입해 자체보호장비를 장착해야 하고, FSTA 전력화 지연으로 아프가니스탄에 기존 급유기를 투입하기 위해 시현장치 등을 개조하면서 2350만 파운드가 투입된 점도 지적했다.

　영국 감사원은 애초 국방부가 사업추진 방안에 대한 면밀한 검토 없이 재정 부담을 손쉽게 줄이는 방식으로 사업을 추진하면서 어려움에 빠진 것으로 보고 있다. 사업 초기 고위험 환경에서의 임무를 고려한 요구성능 수립이 필요하다는 점도 주목할 만하다.

　영국 공군은 노후한 VC-10 및 Tristar 급유기를 대체하기 위해 약 105억 파운드를 투자, 2035년까지 A330-200 여객기를 개조한 다목적급유기 14대를 유럽 5개 사가 참여하는 AirTanker 컨소시엄을 통해 민자도입 방식(Private Finance Initiative)으로 임차해 운용할 계획이다.

<이병로 국방기술품질원 연구원>

美공군 차기 공중급유기 사업 공개-약 350억달러 투입 총 179대 도입 예정

미국 공군 차세대 공중급유기 후보 기종 `NewGen'. 출처:보잉사

지난 2월 미국 공군의 차기 공중급유기(KC-X) 사업 제안요청서가 공개됐다. 미국 공군은 노후한 KC-135를 대체하기 위해 약 350억 달러의 예산으로 총 179대의 최신 급유기를 도입할 예정이다. 이 사업은 향후 전 세계 급유기 시장의 판도를 결정지을 수 있는 잠재력을 지닌 것으로 평가되고 있어 관련 업계에서 초미의 관심사로 부각되고 있다.

　제안서 접수 마감일이 7월 9일로 연기된 가운데 5월 초 현재 미국 보잉 사와 유럽 EADS 북미지사가 각각 보잉 767 기반의 ‘NextGen’ 모델과 에어버스 330 기반의 KC-45 모델로 입찰에 참여할 것으로 예고하고 있다.

　KC-X 사업은 2003년 보잉 사의 KC-767 급유기 100대 임차계획에서 시작됐으나, 미국 공군의 퇴직 간부 관련 논란으로 공개입찰 방식으로 전환돼 2008년 2월 노드롭그루먼 사와 EADS사 컨소시엄의 KC-45 모델이 선정된 바 있다. 이에 대해 보잉 사가 업체 선정절차를 문제 삼아 이의를 제기하자 미국 회계감사원이 절차를 수정해 재입찰을 이행하도록 권고함에 따라 이번 입찰이 재개된 것이다.

　제안요청서에 따르면, 미국 공군은 372개 필수조건을 모두 충족하면서 최저비용으로 입찰하는 기종을 선정할 예정이다. 제안서 공개 직후 보잉 사는 일찌감치 입찰 참여를 선언한 반면 애초 입찰 참여가 유력한 업체였던 노드롭그루먼 사는 이러한 업체 선정절차가 결과적으로 대형기종인 에어버스 모델에 대해서 필수조건을 초과해 충족하는 점을 고려하지 않는 한 가격 측면에서 소형기종인 보잉 모델에 유리할 수밖에 없는 것으로 판단, 3월 초 입찰에 참여하지 않기로 발표했다.

　이후 미국과 유럽연합 간의 통상 마찰 조짐과 보잉 사 단독 입찰 시 발생 가능한 사업비용 증가 우려가 공론화됐다. 4월 초에는 미국과 프랑스 대통령이 KC-X 사업에 대해 의견을 교환했고, EADS사 참여 시 입찰시기를 연장하는 방안이 제안됐다.

이러한 여건하에 노드롭그루먼 사 이외의 미국 내 협력업체를 물색하며 독자적으로 사업 참여를 저울질하던 EADS사는 4월 말 입찰에 참여할 것을 발표하고 미국 공군은 제안서 접수 마감일을 2개월 연장하게 됐다. 이에 대해 보잉 사는 즉각 불공정하다며 유감을 표명했다.

입자빔'

구소련의 입자빔 상상도. 출처:미국 국방정보부

실험용 입자빔 생성기. 출처:http://www-boone.final.gov

게임에 조금이라도 관심이 있는 사람은 스타크래프트라는 컴퓨터용 게임과 게임에 등장하는 유닛의 이름을 꿰고 있을 것이다. 하지만 스타크래프트에 등장하는 유닛인 프로브가 어떤 무기를 사용하는지 알고 있는 사람은 그리 많지 않을 것이다. 게임 설정상 프로브가 사용하는 무기는 ‘입자빔’이라는 무기다.

　입자빔 무기는 무기 분류상 지향성에너지 무기(direct-energy weapon)로 분류된다. 지향성에너지 무기는 목표물에 지속적인 에너지를 방출해 목표물을 무력화시키는 무기를 뜻한다. 지향성에너지 무기로는 레이저, 화염방사기, 전자기파 무기, 입자빔 등이 그 예가 될 수 있으며 입자빔 무기를 제외한 나머지 무기는 실용화돼 전장에서 활용되고 있다.

　입자빔 무기의 실용성 여부는 아직 미지수다. 하지만 입자빔 무기는 우주 무기로서, 위성과 고고도 비행체에 대한 무력화의 활용 가능성에 대해 지속적으로 논의되고 있다. 이는 입자빔 무기가 레이저 무기가 갖고 있는 모든 장점은 그대로 갖고 있으며, 레이저 무기보다 뛰어난 파괴력을 가질 것으로 기대 되기 때문이다. 또 출력 에너지 조절을 통해 대상 목표물의 전자장비 이상을 초래해 목표물 자체구조를 파괴시키지 않은 상태에서 무력화가 가능한 것도 입자빔 무기의 장점으로 부각된다.

　입자빔 무기를 작동하는 방법으로는 여러 가지 방식이 거론된다. 하지만 모든 방식은 근본적으로는 다음과 같은 원리로 작동한다. +극과 -극의 밀어내는 성질을 이용해 원자 또는 입자를 빛의 속도에 가깝게 가속시킨다. 가속된 입자를 집중시켜 빔 형태로 발사한다. 이렇게 발사된 입자는 목표물을 구성하고 있는 원자, 양성자, 전자와 충돌한다. 그리고 목표물의 입자에 발사된 입자가 지니고 있던 운동에너지를 전달한다. 이는 포켓볼을 칠 때 최초의 브레이크샷을 생각하면 된다. 전달된 운동에너지는 목표물의 온도를 높이거나 전기적 특성의 이상을 보이는 효과를 나타낼 수 있다.

입자빔을 생성하는 원리는 우리가 흔히 보는 번개가 생성되는 원리와 비슷하다. 번개 역시 입자와 구름 사이의 +극과 -극이 서로 전자를 밀어내어 전자가 가속돼 생기는 현상이기 때문이다.

　입자빔 무기는 1958년 미국 고등연구계획국(ARPA)에서 코드명 Seesaw라는 프로젝트를 통해 연구가 시작됐다. Seesaw 프로젝트는 탄도미사일에 대한 방어 무기로서 입자빔의 사용 가능성에 대해 조사하는 프로젝트였다. 이후 미 해군, 육군, 전략방위구상기구 등을 통해 입자빔 무기화에 대한 연구가 진행 중이지만 아직 이렇다 할 성과를 내놓지는 못하고 있다. 이는 현재의 기술 수준으로는 입자를 빛의 속도로 가속시키기 위해 필요한 가속기의 크기를 소형화하는 것이 매우 높은 기술 수준을 요하기 때문이다. 또 입자에 에너지를 전달할 동력부 구현 기술도 현재 기술 수준으로는 구현하기 어려운 부분이다.

　입자빔 무기 개발은 지금 당장으로는 불가능하다. 하지만 기술의 발전 속도는 우리의 상상 이상 빠르며, 예측 불가능한 새로운 기술의 개발은 기존의 불가능을 가능하게 해 왔다. 누가 아는가. 미래의 공사판에서는 공업용 드릴 대신 프로브가 사용하는 것과 같은 입자빔이 사용될지.

<이용민 국방기술품질원 연구원 >

보스톤 다이내믹스社와 보행로봇 개발 계약-미국 고등기술연구소

보스톤 다이내믹스 사가 개발 예정인 LS3 모형도. 출처:www.popsci.com

미국 정부는 이라크와 아프가니스탄 지역에서 도시지역 전투임무를 성공적으로 수행하기 위해 원격으로 조종·통제가 가능한 무인지상 로봇에 대해 지속적인 요구를 받아왔으며, 보스톤 다이내믹스 사는 빅독(Big Dog)과 같은 4족 로봇을 오래전부터 개발해 왔다.

　이와 같은 지속적인 연구의 결과물로서 미국 고등기술연구소(DARPA)는 4족 보행로봇인 빅독을 개발한 보스톤 다이내믹스(Boston Dynamics) 사와 미 해병대로부터 3200만 달러를 지원받아 기존의 장비와 비교해 이동거리, 적재중량 및 민첩성을 향상시킨 LS3(Legged Squad Support System)로 불리는 고성능 버전인 빅독을 개발할 계획이다.

　보스톤 다이내믹스 사가 설계한 최초의 빅독 로봇은 다목적 소형전술차량인 험비와 같은 차량도 주행하기 힘든 산악지역이나 울퉁불퉁한 지형에서 병사들의 무거운 짐과 장비를 운반해 줌으로써 병사들의 부담을 줄여줄 뿐만 아니라 물리적으로 진입이 불가능한 험준한 지형에서도 거뜬히 수송임무 수행이 가능했다. 이번에 계약체결한 LS3는 이와 동일한 기능을 기초로 성능면에서 훨씬 향상된 모델이다.

　최초에 개발된 빅독은 340파운드를 싣고 4kph의 속도로 13마일 정도 이동이 가능하며, 원격조정 및 30도 급경사지에서도 거뜬히 이동이 가능하도록 민첩함을 자랑했다. 이번에 계약체결한 LS3는 기존의 장비와 비교해 볼 때 성능이 향상돼 400파운드를 싣고 20마일 정도 이동이 가능하며, 1회 급유시 24시간 동안 움직일 수 있다. 카메라와 GPS 시스템이 장착돼 자율적으로 이동 중인 군대를 따라 갈 수 있게 설계됐다. 보스톤 다이내믹스 사는 기존의 빅독보다 빠를 뿐만 아니라 장애물도 뛰어넘을 수 있는 보다 더 향상된 LS3가 개발될 것으로 기대된다.

<이천수 국방기술품질원 선임연구원>

佛 MBDA社, 다목적 전투차량 양산 준비

MPCV에서 미사일 발사시험 장면. 출처:International Defence Review

2009년 10월 프랑스 병기본부인 DGA는 MBDA 사의 다목적 전투차량인 MPCV(Multi-Purpose Combat Vehicle)에 탑재된 지대공 미사일 2기를 성공적으로 발사했다고 밝혔다.

MBDA사에 따르면, 미스트랄 지대공 미사일은 대공방어 영역에서 자동시스템에 대한 성능을 입증했다고 밝히면서 한편 다목적 전투차량인 MPCV는 사업착수 확정 단계에 있으며, 현재까지 확정된 수출 물량이 없음에도 불구하고 양산을 준비 중에 있다고 보도했다.

　다목적 전투차량은 1995년 프랑스 MBDA사와 독일의 RDE(Rheinmetall Defence Electronics)사가 공동으로 개발하기 시작했으며, 실물 크기의 모형은 2011년에 완성될 것으로 예상된다. MBDA사는 컨소시엄을 위한 시스템 통합 권한을 갖고 있으며 미사일 통합, 운용자와 기계장비 간의 인터페이스, 화력 통제시스템을 감독하고, RDE사는 포탑과 광학장비 시스템을 담당하는 것으로 알려졌다.

　MBDA사는 차량의 다양한 기능을 만족하기 위한 최종적인 소프트웨어를 개발 중이며, 여기에는 최근 MCP(Mistral Co-ordination Post) 지휘 통제(2C : command-and-control) 시스템을 통해 이미 수많은 국가에서 운용되고 있는 지휘, 통제 네트워크 통합 작업도 포함된 것으로 알려졌다.

　MPCV와 MCP의 통합은 2010년 말까지 이뤄질 것으로 보이며, 미스트랄에 대한 추가 발사시험은 프랑스 병기본부 테스트 시험장에서 2010년 말 예정돼 있다. 최초의 MPCV는 Renault Trucks Defense사의 Sherpa 3A 전륜구동(4x4)인 야지주행용 장갑차였지만, 이후에 차량 시스템은 고객의 요구에 따라 궤도형과 차륜형, 장갑과 비장갑을 포함한 다양한 섀시에 설치할 수 있도록 개발됐다.

　전투차량 상부에 장착되는 원격 조종 무인 포탑은 RDE사의 이중 축을 가진 SEOSS(Stabilized Electro-Optical Sighting System) 시스템인 주간야간 열상 센서를 포함하며, 반경 15㎞ 밖의 표적까지도 차량 이동시 탐지 및 추적할 수 있도록 돼 있다.

　차량에 장착된 무장을 살펴보면 2기의 미스트랄 지대공 미사일 각 2 포드(pod)가 차량 위에 장착되고, SEOSS 후미에는 수동 재장전용 미스트랄 지대공 미사일 4기가 추가로 탑재된다. 자체 방어를 위해 포탑에는 50구경 M3 기관총을 장착하고 있다. 전기광학 센서, 미스트랄 지대공 미사일, 기관총을 포함하는 시스템은 MPCV에 탑재되거나 50m 거리에서 원격 조종으로 운용될 수 있도록 돼 있다. 최초 모델은 대공방어용이었으나, 두 번째 모델은 배치 준비 중인 4기의 대전차 유도무기를 탑재한 대전차용 버전이 될 것으로 보인다.

생체모방 기술

미국의 국방고등연구본부와 해군연구소가 연구를 지원하는 생체모방형 로봇.
출처 : http://www.darpa.mil, http://www.onr.navy.mil

미래 전장에서 수행하게 될 로봇의 중요한 역할에 대해서는 이미 앞선 기사에서 많이 다루었으므로(2009년 4월 29일자, 5월 6일자, 11월 4일자, 12월 2일자 기사 참조), 재론의 여지가 없을 듯하다.

다만 미래 전장에서의 로봇은 향후 얼마나 스스로(자율성·autonomy) 얼마나 오랫동안(임무지속성·endurance) 임무를 수행할 수 있는가에 따라서 그 효용성이 달라질 것이다.

이번 기사에서는 효율적인 임무수행이 가능한 로봇 개발을 위해 생명체의 원리를 활용하는 생체모방(Biomimetics) 기술에 관해 소개하고자 한다.

자연의 시스템(System)을 관찰하면 생물을 이해하고 모방할 수 있는 새로운 공학적 영감을 얻을 수 있고, 실제로 자연에 존재하는 동물·식물·곤충들의 생체구조나 기능을 모방해 공학적으로 활용하는 학문을 생체모방공학(Biomimetic Engineering)이라고 한다.

　생체모방공학은 우리의 실생활에서 이미 응용돼 상어비늘로부터 유체저항을 줄이는 원리를 응용한 수영복, 벌집의 육각형 구조를 모방해 개발한 자동차의 충격흡수장치, 도마뱀의 발바닥 생김새를 모방한 접착제 등의 제품으로 개발돼 왔다.

또 생체모방공학은 자동차·로봇·항공기·의료 등과 같은 다양한 산업에 활용할 수 있어 민간 분야를 중심으로 상용화를 위한 많은 연구가 진행되고 있는데, 이 중 생체모방 기술을 활용한 로봇에 관한 연구는 아직 미국과 일본·유럽 등을 중심으로 기초적인 수준에서 진행되고 있다.

특히 군사용 응용을 위한 연구의 대부분은 미국의 국방고등연구본부(DARPA)와 해군연구소(ONR)에서 지원해 왔다.

　생체모방 로봇은 이동방식에 따라 보행형·도약형·뱀형·물고기형·곤충형 로봇으로 분류되며, 보행형 로봇은 다시 2족·4족·6족·8족·다족 보행형 등으로 나뉘는데, 실제 생체모방 로봇은 그 모방 주체에 따라 지상·해상·공중에서 활용이 가능한 형태로 개발되고 있다.

무엇보다 생체모방 기술의 적용을 통해 효율적 동작(propulsion) 메커니즘을 적용함으로써 장기간 작전수행이 가능한 로봇의 개발이 기대될 수 있다.

이뿐만 아니라 곤충형 로봇은 그 특성상 초소형으로 최상의 은밀성(stealth)을 가지며, 생명체의 고도 감지(sensing) 메커니즘 응용을 통한 감시정찰 능력의 획기적 향상, 소금쟁이 로봇과 같이 특수한 환경에서의 임무 적용이 가능한 로봇 등 매우 다양한 형태로 개발이 진행되고 있다.

이와 같이 생명체의 복잡하고 신비로운 메커니즘을 적용해 새로운 개념의 작전능력을 부여할 수 있다는 면에서 생체모방 기술을 활용한 로봇 및 관련 체계의 개발은 아직도 무궁무진한 영역으로 남아 있음을 알 수 있다.

　융복합 기술에 의한 획기적 신제품 개발, 민·군 겸용기술의 발전에 의한 연구개발 파급효과 증대 등의 관점이 중시되고 있는 최근에, 생체모방 기술의 발전은 전혀 새로운 군사적 운용개념과 민간산업과의 상호 시너지를 가져다줄 수 있는 유망한 분야로 판단된다.

<이종익 국방기술품질원 선임연구원>

英 차기 호위함 Type 26 개발 계약 -영국 BAE시스템 社

영국의 차기 호위함 Type 26 개념도. 출처: www.baesystems.com

영국의 BAE시스템 사는 영국 해군의 Type 22 및 Type 23 호위함을 대체할 다목적 함정 개발을 위해 영국 국방부로부터 1억2700만 파운드(약 2100억 원) 상당의 Type 26 개발 계약을 체결했다.

또 BAE시스템 사는 신형 Type 26 호위함의 세부사양을 작성하기 위해 영국 국방부와 4년간의 평가단계 계약을 했다.

　미래 수상전투함의 개념을 반영한 Type 26의 설계는 2013년 말까지는 국방부 심의절차를 통과, 2021년에 배치되는 선도함 건조에 적용될 예정이다.

　Type 26은 전전기추진시스템(All-Electric Propulsion System) 혹은 하이브리드추진시스템으로 18노트에서 7000해리(약 1만 3000㎞)의 항속거리를 유지하게 될 것이며, 함정 운용 자동화 시스템을 적용할 예정이다. 초기 설계 개념에 따르면 승조원 150명에 36명의 편승병력이 탑승한다.

　영국 국방획득지원본부(DE&S : Defence Equipment & Support)에서 제시한 일정에 따르면 시제함의 건조는 2015년 말이나 2016년 초에 착수해 2016년 말에 기공식을 거행할 예정이다.

2018년 4월에 진수해 2021년 말까지는 배치를 완료할 계획이다.

<김훈 국방기술품질원 선임연구원>

네덜란드 통합군수지원함에 첨단 마스트 탑재-적외선 방출 줄여 스텔스 능력 향상

네덜란드 해군 통합군수지원함(왼쪽)과 통합마스트 I-Mast 400. 출처:www.thalesgroup.com

탈레스는 최근 네덜란드 국방물자청(DMO : Defence?Materiel Organisation)으로부터 신형 통합군수지원함(JSS : Joint Logistic Support Ship)에 탑재할 통합 센서·통신 마스트인 I-Mast 400의 생산 및 공급 계약을 체결했다.

　네덜란드의 신형 통합군수지원함은 전장 204m, 2만7800톤의 대형 군수지원함으로 화물 적재, 장비수송, 의무, 군수지원뿐만 아니라 전략적 해상 수송 및 해상기지 기능 등의 임무를 수행할 예정이다.

　I-Mast 400은 함정의 레이더와 광학센서, 피아식별장치, 전자전, 위성통신을 포함한 통신안테나 등 모든 관련 캐비닛과 주변 장치들을 통합 수용하는 중앙 마스트 구조다. 또 마스트의 형상과 안테나 배열은 장비의 사용자인 해군 및 조선소의 요구조건을 반영할 수 있도록 설계됐다.

　I-Mast 400 센서 아키텍처의 하우징은 개방형 인터페이스 표준과 일반적인 블록 건조방법을 적용해 센서에 대한 정비소요와 훈련소요를 감소시키고, 웹 기반의 내장형 시험장치로 간단하게 모니터링해 I-Mast에 통합된 모든 시스템에 정보를 제공한다. 또 불리한 기상조건에서도 내부에서 정비를 할 수 있으며, 전반적으로 운용비용을 절감시킬 수 있다.

　I-Mast 400은 향상된 작전운용성, 높은 작전가용성, 함정 건조기간 단축, 정비 소요의 감소, 갑판 하부의 활용공간 확보 및 레이더반사면적(RCS : Radar Cross Section)을 줄이는 최적의 형상설계가 가능하고 전자파, 적외선 신호의 방출신호를 줄여 스텔스 능력을 향상시키는 장점을 갖고 있다. 탈레스의 통합 마스트는 함정의 크기에 따라 다양한 모델이 적용 가능하도록 모듈화된 설계 및 고도의 이중화, 반도체 기술을 적용함으로써 함정의 생존성을 향상시켰다.

　탈레스 사는 I-Mast에 들어갈 모든 센서의 통합과 시험을 동시에 진행하며, 함정에 탑재하면 즉시 사용할 수 있도록 조선소로 인도되기 전에 대부분의 작동시험을 실시한다. 이러한 절차는 복잡하고 지루한 설치작업을 줄이며, 센서 및 안테나의 해상시험을 대폭 줄여 시간 및 비용을 절감할 수 있을 것으로 기대된다.

미래 개인화기

마이크로 웨이브 총. 출처:미 공군

차세대 개인화기 OICW. 출처:http://www.whq-forum.de

미래 전장의 무기체계를 이야기 할 때면, 미래의 무기는 사람 중심이 아니라 로봇들 중심의 전장이 될 것이라는 예측을 많이 하게 된다. 실제로 인공지능을 보유하지는 않았지만 사람이 원격으로 다루는 무인체계가 현실화되고 있고, 앞으로도 무인체계는 지속적으로 발전할 것이다.

　그러나 이러한 무인체계 중심의 미래 전장 환경이라 할지라도, 병사가 직접 운용하는 무기를 간과할 수는 없다. 특히 각개 병사가 자신을 보호하고 적을 제압하기 위한 개인화기는 없어서는 안 될 무기이며, 누구나 가끔씩 군 경험담을 말할 때 단골로 등장할 만큼 병사가 가장 가깝게 느끼는 무기체계라 할 수 있다. 어떻게 보면 개인화기는 병사 개개인의 생존성과 직결된 가장 중요한 무기 중 하나라 할 수 있다.

　오랜 과거부터의 무기체계 변천사를 보면 개인화기의 변화와 그 궤를 같이했으나 과학기술 발전에 따라 무기의 대형화, 대용량화, 고화력화가 진행되면서 한때 개인화기는 하위수준의 기술로 치부되기도 했다. 그러나 최근에는 미래 전장 환경에서 미래병사(혹은 개인전투) 체계의 중요한 부분으로 인식해 발전해 가고 있다. 대표적으로 국내에서 2008년 5월, 국방과학연구소와 협력업체들이 ‘세계 최초’라는 수식어를 붙이며 개발한 복합형 개인소총 ‘K-11’이 있다. 또 미국을 비롯한 선진국에서도 차기 개인화기체계에 대한 연구를 수행하고 있고, 그 수준은 K-11과 유사한 성능을 보이는 것으로 알려져 있다. 특히 미국의 경우에는 OICW(Objective Individual Combat Weapon)라고 하는 복합형 개인화기 개발이 거의 완료된 단계에 있다.

　OICW에서는 기존의 운동에너지탄 역할을 하는 5.56㎜탄 이외 20㎜ 공중폭발탄을 사용하며, 20㎜ 공중폭발탄은 발사시 사격통제 장치로부터 정보를 받아 표적 위에서 공중 폭발하게 된다. 건물 뒤에 숨은 적이나 참호에 숨은 적을 타격한다. 또 OICW는 주·야간 조준경·열상장비를 활용함으로써 전천후 사격이 가능하게 할 뿐만 아니라 첨단 경량화 소재를 사용해 중량을 줄이고 첨단 장치·방법 등을 이용, 반동력을 크게 줄이는 효과를 가진다.

　그러면 이처럼 이미 실용화가 눈앞에 있는 복합형 개인화기의 다음 개인화기 버전은 어떤 모습일까? 앞으로도 개인화기는 소형화, 경량화, 고출력화, 복합기능화하면서 그 성능이 지속적으로 발전할 것이며, 가까운 미래에는 인면중시의 영향으로 적에게 치명상을 입히지 않고 단순히 제압하는 마이크로 웨이브 총, 정숙성 및 초 고속성·직진성을 특징으로 하는 고출력 레이저건 등이 출현할 것으로 보인다.

　그리고 먼 미래에는 플레밍의 왼손법칙에 근거, 엄청난 운동에너지를 활용하는 레일건이나 전하를 가속해 강력한 파괴력을 지닌 입자빔 무기 등이 개인화기로 출현할지도 모르는 일이다. 이를 위해서는 고에너지 저장장치 및 전기 전원, 고출력 레이저 발생장치, 물질 임계점을 초과하는 신소재, 고에너지 통제기술 등의 핵심기술을 기초로 확보하고 개인소총에 적합한 소형화 기술 등의 융복합 기술이 발전해 개인소총 무기체계에 전혀 새로운 군사적 응용으로 획기적인 변화를 가져다 줄 것이다.

<한명희 국방기술품질원 책임연구원>

日, F-35 개발사업 참여 검토 중 - 항공자위대 차기주력전투기 조기 도입 목적

이 도입을 검토 중인 F-35 전투기. 출처:search.japantimes.co.jp(2009. 12. 30)

미국과 영국을 중심으로 진행되는 차세대전투기 F-35의 국제공동개발에 일본이 참여하는 방안을 검토하고 있다고 미국과 일본 양국의 정부 소식통들이 지난해 12월 29일 밝힌 바 있다.

　일본은 공동개발 참여가 자국의 무기를 수출하지 않는다는 무기수출 3원칙에 저촉되지 않도록 하겠다는 방침이다. 또 공동개발 참여를 통해 항공자위대의 차기주력전투기(FX) 조기 도입의 길을 열겠다는 목적이다.

　미국은 일본이 참여하는 방향으로 조정 중이며, 일본은 실무 수준의 참여를 검토 중이다. 다만 무기수출 금지 3원칙에 위배될 소지가 있어 논의가 불가피하다. 일본 정부가 어떤 식으로 최종 판단을 내릴지 예측하기 어려운 상황이다.

　F-35는 미국과 영국·이탈리아·네덜란드 등이 공동으로 개발하는 중이며, 일본은 3원칙에 저촉된다며 개발에 참여하지 않았다. 통상적으로는 개발 참여국의 조달이 우선시 되기 때문에 일본이 개발에 참여하지 않으면 조기 조달은 불투명해지며, 일본에만 제공되는 부품 생산 등의 형태로 개발에 참여하는 안이 제기됐다. 참여가 가능하다는 판단이 내려지면 기종 선정 전에 상세한 성능 및 가격정보 제공이 이뤄질 것이다.

　차기주력전투기는 노후한 F-4EJ 전투기의 후속으로 미국의 F-15FX, 유럽 공동 개발의 유로파이터 등 6개 기종이 선정 대상이다.

당초 목표로 한 F-22의 도입은 미국의 수출금지 조치로 포기했으며, F-22와 마찬가지로 스텔스 기능을 갖춘 F-35 도입이 가장 유력시 돼 왔다. 게이츠 미국 국방장관도 도입을 강력하게 장려하고 있다.

　차기주력전투기는 현행 중기방위력정비계획에서 2009년도 내에 조달할 예정이었으나, 선정 작업이 많이 늦어졌다. 일본 정부는 2010년 가을에 기종을 선정하고, 2011년도 예산 편성에 추가시킬 예정이다.

　<임상민 국방기술품질원 연구원>

러, 5세대 전투기 T-50 초도비행 성공

초도비행에 성공한 러시아 5세대 전투기 T-50. 출처:www.sina.com.cn (2010. 1. 31)

지난 1월 29일 새벽 4시 25분(러시아 극동지역 현지시간 11시 25분) 러시아 5세대 전투기 T-50의 초도비행이 이뤄졌다.

이날 약 47분간에 걸쳐 비행한 T-50은 콤소몰스크(KnAAPO) 비행장 활주로에 안착하면서 초도비행을 성공적으로 끝마쳤다. 제작사 측은 T-50의 초도비행이 계획보다 하루 늦게 진행된 것이라고 밝혔다.

　러시아는 5세대 전투기의 초도비행 성공으로 군사기술 분야에 새로운 전기를 마련하게 될 것으로 보인다. 이는 러시아뿐만 아니라 5세대 전투기 프로젝트의 협력 파트너로 참여 중인 인도에도 희소식이었다.

　1월 29일 초도비행 성공 소식이 전해지자 한 인도 공군소령은 “인도 공군은 러시아의 5세대 전투기 프로젝트에 참여함으로써 관련 기술 제공을 보장받았다. 이 새로운 5세대 전투기는 2020년까지 인도에 배치될 것이며, 이로써 인도 공군은 차세대 기술 분야에서 유리한 위치를 차지할 수 있을 것”이라고 밝혔다.

　미국 최신예 전투기 F-22와 F-35에 대응하기 위해 개발된 T-50은 최대 항속거리가 5500㎞에 달하고, 각종 공대공·공대지·공대함 미사일 및 30㎜ 구경 기관포와 스텔스 기능을 갖춘 것으로 알려져 있다.

　인도는 2007년 러시아의 5세대 전투기 개발 프로젝트에 참여할 의사를 처음 밝혔고, 협상은 계속 진행 중이다. 인도의 HAL(Hindustan Aeronautics Ltd) 사는 프로젝트에 25% 이상 참여할 것과 복좌식 항공기 설계를 희망하고 있다.

　인도에 수입된 전체 무기 중에서 러시아제 무기는 약 70%의 비중을 차지하고 있다. 인도의 HAL 사는 수호이 Su-30MKI 전투기를 면허생산하고 있고, 러시아와 공동으로 브라모스 초음속 대함미사일을 개발했으며, 수송기에 대한 연구 계약도 계획하고 있다.

`럴커' 미사일

`럴커' 미사일 시험발사 장면. 필자제공

인기 PC게임 ‘스타크래프트’를 한 번이라도 해본 사람은 저그족의 ‘럴커(Lurker 잠복자)’를 잘 알고 있을 것이다.

럴커는 땅 속에 숨어 있다가 적이 사정거리 내에 들어오면 바늘뼈 뭉치 발사로 적의 몸체를 꿰뚫는 공격유닛으로 그 파괴력은 가공할 만하다.

　이러한 럴커와 비슷한 운용개념을 가진 무기체계가 하늘에 존재한다면 어떠한 형태일까? 한번 발사하면 오랫동안 하늘에서 배회하다 목표물이 나타날 때 공격하는 미사일은 어떨까?

이 미사일이 존재한다면 아군을 지원하기 위해 군대를 따라 다니는 지원군 역할을 할 수 있고, 특정 지역의 공중을 정찰비행 하다가 적이 발견되면 즉시 목표물을 공격하고, 반대로 아군의 퇴각 시에는 공중에서 엄호해 줄 수 있을 것이다.

　또 공중에 다수의 미사일을 배회시키다가 여러 목표물을 동시에 타격하는 데 활용할 수도 있으며, 특히 목표물을 공격하기에 가장 완벽한 순간까지 스토킹해 게릴라전을 필승으로 이끄는 새로운 개념의 무기가 될 수 있을 것이다.

이러한 무기는 현실에서 실제로 개발시도가 이뤄지고 있으며, 그 이름 또한 ‘럴커’ 미사일로 붙여졌다.

　럴커 미사일은 아프가니스탄에서 탈레반이 영국군을 공격한 이후 반격을 피해 도망가는 탈레반 게릴라를 효과적으로 제압하기 위해 영국 방산업체인 MBDA 사, 탈레스(Thales) 사 등이 컨소시엄을 구성해 개발하고 있다.

　미사일 전체 중량은 대략 220㎏이며, 탄두는 22㎏으로 155㎜ 포탄 수준의 작은 위력이다. 따라서 주변의 큰 피해 없이 목표물을 정밀하게 타격할 수 있고 가격도 저렴하다.

대공 레이더나 장갑차·전차 등의 적 목표물을 감지해 반자동으로 표적에 유도되며 목표물이 발견되면 오퍼레이터에게 즉시 보고되고 공격 명령을 내려야만 사격이 가능하다.

이와 같이 반자동으로 해 놓은 것은 무고한 민간시설에 대한 오폭이나 실수를 예방하기 위한 것이다. 유도 로켓 발사시스템(GMLRS)에서 발사되지만 프로펠러 엔진을 작동해 일정 고도로 올라가면 미사일이 작아 지상에서는 요격하기가 어려운 장점도 갖고 있다.

　로켓 발사시스템에서 발사되는 럴커에 첨단 광학 정찰장비를 장착해 작전 지역을 배회하면서 정찰하는 배회포탄(Loitering Munition)으로도 운용 가능하다. 이는 미국과 러시아에서 개발한 정찰포탄 아이디어를 응용한 것이다.

유사하게 운용되는 하피-1 무인 자폭 공격기는 하늘에서 체공하다가 레이더 전파가 탐지되면 그 전파를 역으로 추적해 레이더 탑재 차량을 파괴한다.

이 하피-1 무인 공격기와 비교 시 럴커는 사정거리는 짧지만, 공중 체류시간은 훨씬 길어 효율적인 작전수행이 가능하다.

럴커가 특히 우리의 관심을 끄는 것은 대부분의 북한 장사정 화포 전력이 지하에 숨겨져 있는 것을 감안할 때, 화포가 사격을 위해 밖으로 나오면 이 미사일로 순식간에 타격할 수 있기 때문이다.

자신의 머리 위 상공에 이 배회포탄이 있음을 인식하게 된다면 공포감으로 장사정포 사용을 중단시키는 효과도 거둘 수 있다.

　이 밖에도 세계 각지의 소규모 국지전쟁이나 게릴라성 전쟁에서 공중을 배회하면서 아군을 보호하고, 언제든지 적을 타격하는 신개념 무기로 공격과 방어를 주도하게 될 것으로 예상된다.

<김용수 국방기술품질원 선임연구원>

美 해군 이중 대역 레이더 시험 성공

미 해군은 지난 5월 세계 최초로 다중 대역 레이더를 이용해 표적을 추적하는 데 성공했다.

　이 시험은 버지니아 주 월롭스 섬(Wallops Island, VA)의 미 해군 기술시험(Navy's Engineerig Test)센터에서 실시됐으며, 레이시온 사와 록히드 마틴 사가 개발한 이중 대역 레이더(Dual Band Radar, DBR) 모델로 수행됐다.

　이번에 개발한 이중 대역 레이더는 X밴드 다기능 레이더인 스파이-3(AN/SPY-3)의 우수한 표적 추적능력과 S밴드 입체 탐색레이더인 스파이-4(SPY-4, Volume Search Radar, VSR)의 비와 안개 같은 악천후 조건에서도 좋은 성능을 보장하는 장점을 결합한 것으로 두 주파수 대역을 동시에 이용, 표적 추적이 가능해 다양한 환경에서도 우수한 성능을 제공하는 장점을 갖는다.

　이중 대역 레이더는 미 해군과 레이시온 사·록히드 마틴 사의 10년 이상의 공동연구 성과물로 기존의 레이더 시스템 대체 및 줌왈트급 구축함(Zumwalt, DDG 1000), 포드급 항공모함(Ford, CVN 78)에 탑재돼 최첨단 감시기능과 대함미사일 방어능력을 제공할 예정이다.

<김병주 국방기술품질원 연구원>

美, 잠수함 추적 무인수상정 설명회-재충전 없이 최대 30일간 임무수행 가능

대잠무인추적수상정 개념도. 출처:Jane's Navy International

미 국방 고등연구계획국(DARPA : Defence Advanced Research Projects Agency)에서는 지난 2월 대잠무인추적수상정(ACTUV : Anti Submarine Warfare Continuos Trail Unmanned Vessel)에 대한 설명회를 가졌다.

　ACTUV 개발 사업은 4년간 4단계의 과정을 거쳐 수행되는데, 이 기간 동안 해상시험을 포함해 속력, 작전지속능력, 내파성, 기동성 등의 목표 성능 달성 가능성에 대해 확인할 예정이다.

ACTUV는 전장 19m, 만재배수량 157톤으로 알루미늄 선체의 반잠수정 형태를 갖고 최대속력 27노트로 전기추진체계를 탑재할 것으로 예측하고 있다.

　DARPA는 이 무인수상정이 에너지 재충전 없이 최대 30일간 임무를 수행하고 약 3000㎞ 반경의 임무수행 반경을 가질 것으로 보고 있다.

　미 해군과 DARPA는 최근 대잠전에 대두되는 두 가지 문제점에 주안점을 두고 ACTUV 개발 사업을 착수했다.

첫째, 최근 건조된 현대식 디젤 잠수함은 스텔스 성능의 강화로 작전지역에 도착해 임무를 개시하면 탐지·추적하는 것이 매우 힘들다는 점이다.

둘째, 타 국가의 해군이 운용하는 잠수함의 수와 능력이 지속적으로 증대되고 있어 이들을 감시하기 위해서는 많은 인력과 자원이 투입돼야 한다는 점이다.

　미 해군과 DARPA는 ACTUV 사업에서 무인정의 자율도 향상과 새로운 센서 개발을 통해 이런 문제점을 해결할 것으로 보고 있다.

기존 무인수상정이 모함에서 진수·회수되고, 통신으로 조종·통제돼 모함의 임무를 직접 지원했다면 ACTUV는 높은 자율화 기술을 적용해 육상기지의 운용요원이 개략적인 임무를 초수평선 통신수단을 이용해 지시하면 대양에서도 독자적으로 임무를 수행하는 능력을 가질 것으로 예상하고 있다.

　그리고 현대식 잠수함의 항적도 추적할 수 있도록 ACTUV의 선형에 맞는 혁신적인 센서체계를 개발할 예정이다.

ACTUV는 이런 기술을 기반으로 잠수함이 작전지역에 도착하기 전에 원해에서부터 탐지 및 추적해 위치 등의 정보를 획득할 예정이다.

　ACTUV가 성공적으로 개발된다면 이후 대잠전 임무의 많은 부분을 장시간 동안 작전을 지속할 수 있는 자율화된 무인수상정이 담당할 것으로 보인다

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초 광시야각 광학센서

제노스 페키 눈(왼쪽)과 `버그 아이'(오른쪽). 출처:BAE Systems 사

최근 수영선수들이 많이 입는 전신수영복이 상어의 비늘을 모방했다는 것은 잘 알려진 사실이다. 이처럼 자연계의 모든 생체가 가진 여러 가지 기능들을 모방하는 생체모방기술(biomimetics)에 대한 연구가 여러 분야에서 이뤄지고 있으며, 국방분야에서도 그 활용성이 무궁무진한 만큼 지난 기사들에서 여러 번 언급된 바 있다.

　생체모방기술은 일반적으로 인공효소·인공생체막 등 생체화학분야, 신경회로망 등 생체전자공학분야, 생체의 구조·기능을 모방하는 생체기계공학분야에서 연구가 이뤄지고 있다.

특히 곤충·동물의 외형이나 움직임을 모방하는 시도가 많이 있다. 예로, 곤충의 눈을 모방함으로써 전자광학센서에서 감시 시야각의 한계를 극복하려는 연구가 최근 진행되고 있다. 이번 기사에서는 이러한 초 광시야각 광학센서에 대해 이야기해 보고자 한다.

　감시정찰 체계의 ‘눈’ 역할을 하는 전자광학(EO/IR : Electro-Optical/Infrared)센서는 적외선, 가시광선(0.4∼0.7um), 자외선 등의 전자기파를 이용해 영상정보를 획득하고 신호처리를 수행함으로써 감시·정찰·추적·유도·타격 등에 필요한 정밀 영상을 제공하는 역할을 한다.

이러한 전자광학센서의 현재 기술수준은 일반적으로 감시 시야각이 30도에서 40도 정도이며, 미사일 유도장치에 사용되는 센서의 경우에는 약 20도 정도다. 그러므로 넓은 감시 시야각 확보는 카메라의 기계적 회전을 통해서만 가능하며, 또한 그에 따른 영상처리가 필요하다.

　물론 이러한 문제를 극복하고자 하는 연구는 지속적으로 이뤄져 왔다. 최근 말벌의 무리에서 기생하는 파리인 제노스 페키(Xenos peckii) 눈 메커니즘 연구가 있었다. 제노스 페키의 겹눈에는 수백 개에서 수천 개의 아주 작은 렌즈들이 있고, 그중 고분해능·고감도를 제공할 수 있는 50개의 분리형 렌즈를 지니고 있다.

　그러므로 제노스 페키는 각각의 눈마다 보유하고 있는 50개 분리형 렌즈를 이용해 개별적인 영상을 만들고 이 영상들을 뇌에서 하나의 커다란 파노라마 영상으로 재구성함으로써 넓은 시야를 갖게 된다.

BAE시스템스는 이러한 사실을 응용해 곡면에 배열된 이동전화 카메라렌즈 크기의 9개 렌즈로 구성된 신형 영상장비인 ‘버그 아이(Bug Eye)’를 개발했다. 영국 국방부는 이 버그 아이를 이용한 신형 고글을 군용 헬멧에 장착할 계획이며, 미사일 추적시스템에 버그 아이 기술을 적용함으로써 시스템 시야각을 120도까지 확보하게 할 예정이다.

또 이러한 장비는 여러 개의 렌즈를 이용하기 때문에 영상 전체에 영향을 주지 않고 특정 부분의 영상을 확대할 수 있는 고분해능 성능을 제공할 수 있는 장점을 지니고 있다.

　광학센서의 광시야각의 한계는 여기가 아니다. 벌써 미국의 한 연구에서는 잠자리의 겹눈을 모방해 360도 입체영상을 구현하는 기술에 대한 기초적인 시도가 있으며, 그렇게 머지않은 미래에 가능할 것이라 생각된다. 그리고 이러한 기술이 개발된다면 그 활용도를 고민하는 일이 즐거울 정도로 많은 곳에서 사용할 수 있을 것이다. 혹자는 당장 의학적으로 ‘먹는 내시경’에 유용할 것이라고 한다. 또 전장에서 이러한 360도 입체영상을 볼 수 있는 고글을 병사 개개인이 착용한 것을 상상해 보라. 뒤에서 나타나는 적도 문제없게 될 것이다.

<이형진 국방기술품질원 선임연구원>

美 군사용 소형 무인우주왕복선 발사-기존 우주왕복선 1/4 크기로 재사용 가능

미 공군 군사용 무인 우주왕복선 X-37B. 출처:NASA 홈페이지

미 공군은 지난 4월 22일 미국 플로리다 주 케이프 커내버럴 공군기지에서 군사용 소형 무인우주왕복선 X-37B(시제기)를 아틀라스(Atlas)-V 로켓에 탑재해 지구저궤도(약 410㎞)로 발사했다.

보잉이 지난 10여 년의 연구 끝에 개발한 X-37B는 길이 8.9m, 폭 4.5m로 기존 우주왕복선의 4분의 1 크기이며 재사용이 가능하다. 개발 초기 목적은 나사(NASA)의 차기 우주왕복선 개발을 위한 재돌입 기술 시험용으로 개발됐다.

그러나 나사가 컬럼비아 우주왕복선 공중분해 사고를 계기로 우주왕복선 개념을 포기한 2004년 말, 미 국방고등연구소(DARPA)로 이관돼 이후 공군과 함께 군사용으로서의 가능성을 검토했다.

결국 2006년 주계약업체인 보잉 사와 미 국방고등연구소는 높은 신뢰성의 재사용 가능한 플랫폼 제작을 목표로 재개발에 착수, 오랜 개발 끝에 2009년 4월 마침내 궤도에 진입하게 된 것이다.

　X-37B는 무인기로 개발됐으며, 배터리와 태양전지를 장착하고 있어 작전 임무에 따라 최대 270일가량 지속적으로 우주공간에 체류하면서 임무를 수행할 수 있다.

미 공군에 의해 운용되고 있는 X-37B는 발사까지 엄청난 비용이 투자됐지만 상세 탑재체와 목적지 및 임무 등이 군사비밀이라는 이유로 전혀 공개되지 않았었다.

　그러나 최근 한 아마추어 우주관측팀에 의해 그동안 베일에 싸인 X-37B의 임무가 차세대 첩보위성에 쓰일 첨단 센서 실험을 위한 것일 가능성에 대해서 제기됐다.

이 관측 팀의 한 명인 테드 몰칸은 이 우주왕복선이 4일에 한 번씩 지구상의 같은 지점 상공을 선회하고 있다면서, 이는 “미국 영상첩보위성의 전형적인 특징”이라고 언급했다.

관측팀은 또 여섯 번의 관측을 통해 X-37B가 남북위 40도 선상을 선회하고 있음이 관측됐다면서, 이 위도는 이라크와 이란·아프가니스탄·파키스탄·북한 등 미국의 관심지역을 지나는 선이라고 덧붙였다.

　이에 대해 미 국방부는 X-37B가 여러 가지 부가적인 임무를 통해 지구상의 전쟁을 지원하는 역할을 할 것이라는 점은 인정하면서도, 이 무인왕복선 자체가 우주무기와 관련된 임무를 수행할 것이라는 추측에 대해서는 강하게 부인했다.

미 공군 우주개발 프로그램 부장관 게리 페이튼도 “이 우주왕복선이 공격적인 임무를 수행할 가능성은 전혀 없다”고 밝히면서 “이번 프로그램의 목적은 기술적 위험을 줄이고, 실험이나 작전 개념을 발전시키기 위한 것”이라고만 설명했다.

　X-37B는 임무 완수 후 러시아 우주왕복선 Buran(1988)에 이어 세계에서 두 번째로 자동착륙으로 캘리포니아 에드워드 공군기지로 귀환할 예정이며, 두 번째 발사는 2011년에 계획돼 있다.

　향후 X-37B가 공중발사체를 이용한 우주발사 개념으로 확장된다면 저비용 재사용 가능한 막강한 우주 군사 시스템으로 자리매김할 것으로 예상된다.

<이해연 국방기술품질원 연구원>

심우주탐사용 新엔진 공동개발 합의 전망:미국-러시아

러시아와 미국이 가까운 시일 내에 심우주탐사용 우주추진엔진을 개발하기 위한 공동연구에 합의할 가능성이 있다고 세르게이 이바노프 러시아 연방 부총리가 지난달 워싱턴에서 열린 기자간담회에서 밝혔다.

　그는 이 간담회에서 “국제우주정거장 프로그램이 끝나는 2020년 이후 진행될 국제 공동 프로젝트는 달 탐사나 화성 탐사 또는 심우주탐사와 같은 프로그램이 있을 수 있으며, 현재의 기술수준으로 봤을 때 이를 만족할 새로운 엔진은 핵추진엔진이 가장 유력하다”고 언급했다.

　그는 또 “이러한 프로젝트는 매우 큰 규모의 과제이고 기술적으로나 재정적으로 대단히 큰 도전이 되는 과제이기 때문에, 국제사회의 일원으로서 양국 정부의 기술적·재정적 공조가 있을 때에만 이 목표를 달성할 수 있을 것”이라고 말했다.

　그는 아직 이 문제에 대해 러시아와 미국 양국 간의 합의는 없었지만, 가까운 시일 내에 드미트리 메드베제프 러시아 대통령의 미국 방문 시 좀 더 구체화될 수 있을 것이라고 언급하면서 이미 나사와 러시아연방우주청(Roscosmos)이 두 차례 협의를 진행했다고 밝혔다.

　아직 언급하기에는 조금 이르지만 향후 본 프로젝트가 착수되면 머지않은 미래에 본격적인 핵추진 우주시대가 도래할 것으로 예상된다.

착용형 로봇

영화 `아바타'에서 AMP 슈트를 착용하고 전투하는 장면.

HULC를 착용한 미군 병사.

HAL을 착용한 모습.

가까운 미래, 지구는 에너지 고갈 문제를 해결하기 위해 행성 판도라에서 대체 자원을 채굴하기 시작한다. 지구인의 불법 채굴을 저지하려는 토착민 나비(Navi)족과 숨 막히는 일전이 진행된다.

첨단 무기로 중무장하고, 진두에 선 지휘관 마일즈 쿼리치 대령은 AMP 슈트(Suit)를 이용해 가공할 파워로 나비족을 공격하는데…. 2009년 3D 영상으로 발표돼 한때 우리의 뜨거운 관심이 집중됐던 영화 ‘아바타(Avatar)’의 한 장면이다.

　여기서 마일즈 쿼리치 대령이 탑승해 자유자재로 움직이면서 거대한 중화기를 사용, 나비족을 공격했던 AMP 슈트는 ‘Amplified Mobility Platform’의 약어로 이를 이용해 엄청난 파워는 물론 인간이 상상할 수 없을 정도로 빠르게 움직이게 하는 일종의 입는 로봇, 착용형 로봇(Wearable Robot) 시스템이다.

이 시스템은 외골격 시스템(Exoskeleton), 동력형 외골격 시스템(Powered Exoskeleton)으로 불리기도 한다.

　향후 우리의 미래병사는 생존성 및 살상력 증대와 함께 신속한 통신 능력을 갖추기 위해 다양한 장비를 온몸에 착용하게 돼 병사 개개인의 군장 하중이 증가해 이로 인한 병사의 기동성과 활동의 유연성이 현격히 감소하게 된다.

따라서 이를 해소하기 위한 다양한 근력강화용 시스템이 미국을 중심으로 개발되고 있으며, 착용형 로봇은 이러한 근력강화용 시스템의 일종이라 하겠다.

　최근에 개발된 근력강화용 시스템 중에는 HULC(Human Universal Load Carrier)가 있다. 이는 미국 버클리 바이오닉스(Berkeley Bionics)에서 제작한 3세대 근력강화용 시스템으로 착용자가 부가적인 외력 없이 90㎏의 짐을 나를 수 있다. 일본은 의료용으로 쓰쿠바대학교(University of Tsukuba)에서 팔과 다리에 착용할 수 있는 HAL(Hybrid Assistive Limb) 시스템을 개발했다. 이는 착용한 사람이 동작을 위해 뇌로부터 발생하는 미약한 생체신호를 시스템에 부착된 센서로 탐지해 시스템 동작 신호로 변환하고, 이 신호로 근육의 움직임과 함께 시스템이 동작하게 된다.

즉, 착용자의 동작보다 먼저 의도를 파악해 움직임을 만들어 낼 수 있는데, 이를 ‘Voluntary Control System’이라고 부르기도 한다.

　이런 형태의 착용형 로봇은 인간의 근력 움직임을 모방하며 근력을 보조한다. 인간의 팔과 다리의 근력을 보조하기 위해 인간의 팔다리 움직임에 대한 연구와 인체 모델링 기술, 인체에 착용시키기 위한 플랫폼 기술, 이를 구동하기 위한 소형, 저전력 및 생체 모방 액추에이터 기술 등이 필요하다.

또 팔이 움직이기 위한 상체와 다리를 움직이기 위한 하체의 연동 메커니즘 설계 기술이 중요한 핵심기술이라 하겠다.

　착용형 로봇은 사용자 의지 감지를 위한 센서기술이 무엇보다 중요하며, 관절의 움직임에 영향을 주고 신경과 근육에서 오는 신호를 측정할 수 있어야 한다. 그리고 측정된 신호로부터 뼈대와 근육과 같은 신체 부분의 기능(힘·모멘트·방향)들을 예측하고 모사할 수 있는 시스템이 있어야 하는데, 여기에 ‘마이프로세서(Myoprocessor)’라는 시스템이 사용된다.

　이는 근육의 힘을 예측하고 뼈와 근육을 실시간으로 모사할 수 있는 시스템이다. 이 시스템은 근전도 신호, 관절의 위치 좌표 및 각속도 등을 측정하고, 근육 신경신호 해석에 필요한 관련된 생체 정보를 이용하게 된다. 이 정보가 마이프로세서 과정을 거쳐 각 관절에 발생하게 될 근육의 움직임을 예측하게 된다.

이러한 생체공학적 기술이 더욱 정밀해지고 신호처리가 정교해질수록 현재는 비록 3D 영화 속의 한 장면이기는 하지만 착용형 로봇이 실제 인간의 외형적 움직임을 정확히 표현하고, 가공할 무기와 함께 전투에 활용될 날이 그리 머지않았음을 예측할 수 있다.

레이저를 이용한 함정 근접방어 무기체계

레이저 근접방어 무기체계 탑재 함정 개념도 및 레이저 무기체계 형상.

미국의 유명한 소설가 톰 클랜시(Tom Clancy)의 소설을 영화한 ‘공포의 총합(The sum of the fears)’에서는 미국의 항공모함이 러시아 공군기의 유도탄 공격을 근접방어 무기체계(CIWS:Closed In Weapon System)로 대응하지만 위협 유도탄의 수가 많아 모두 방어하지 못하고 피격, 전투력을 상실하고 침몰 직전의 위기에 처하는 장면을 볼 수 있다.

이와 같이 최첨단 무기체계의 결정판이라 할 수 있는 항공모함도 유도탄 위협에는 자유롭지 못하며 유도탄 방어에 실패하면 전투 기능 상실뿐만 아니라 침몰되는 불행한 사고도 발생할 수 있다.

　함정의 대함유도탄 방어는 함정 자체뿐만 아니라 함정에 탑승하는 승조원의 생명과 직결되는 중요한 문제로 유도탄이 개발된 이후 지속적인 관심의 대상이 되고 있다.

이러한 맥락에서 미국 등 선진국은 보다 효과적인 대함 유도탄 방어를 위해 다층방어(multi-layer defense) 개념에 따라 장거리 대공 유도탄으로 지역방어(area defense)를 수행하고, 단거리 대공유도탄 또는 근접방어 무기체계로 점 방어(point defense)를 수행하는 복합 전술을 사용하고 있다.

　지역방어 영역에서 사용되는 방어 무기체계로는 3차원 위상배열 레이더(3D phased array RADAR)와 스탠더드대공 유도탄(SM-Ⅱ)을 결합한 이지스(Aegis) 체계가 대표적인데, 이지스 체계를 탑재한 함정을 이지스 함정이라 하며 한국 해군의 세종대왕함급(DDG) 구축함에도 이지스 체계가 탑재돼 있다.

　점 방어 영역의 경우 20~30㎜ 구경 함포, 추적 레이더 및 사격통제장치가 결합된 함정용 근접방어 무기체계가 주로 사용되는데, 이 체계는 함정을 향해 돌진하는 유도탄을 요격하는 무기체계로 구축함 등 대부분의 전투함정에 보편적으로 탑재되고 있다.

　최근에는 대함 유도탄의 속력이 음속의 수 배 수준으로 고속화되는 추세이므로 기존의 근접방어 무기체계로 대응하는 경우 유도탄과의 교전 기회가 감소되고 정확도가 낮아지는 어려운 문제가 예상된다.

　이러한 문제를 해결하기 위해 미국에서는 레이저 기술을 무기체계에 적용, 함정용 자유전자 레이저(FEL : Free Electron Laser) 근접방어 무기체계를 기술 시범 사업(ACTD : Advanced Concept and Technology Demonstration)으로 개발하고 있다. 현재까지 하드 킬 무기에 해당하는 MW급 출력을 가진 레이저 무기는 개발되지 않은 상태지만 시험시제를 이용해 무인항공기(Unmanned Aerial Vehicle)를 격추하는 수준이다. 레이저 근접방어 무기체계는 빛의 속도와 같은 레이저 빔을 이용해 접근하는 유도탄을 파괴하므로 초음속 유도탄 등 위협 유도탄을 광속으로 대응할 수 있으므로 교전 기회가 증가하고, 레이저 특성상 정확도가 매우 높으므로 유도탄 방어에 매우 효과적이다.

또 레이저 근접방어 무기체계의 경우에 포탄이 필요 없으므로 탑재무기의 경량화가 가능하고 군수지원이 용이한 이점이 있다.

또 레이저 무기가 실전 배치되면 함정 근접방어뿐만 아니라 유도탄 방어 유도탄(SAAM : Surface Air Anti Missile)을 요격하는 체계 및 기타 능동 대응체계를 무력화시키는 체계로도 사용될 수 있을 것이다.

　함정용 레이저 근접방어 무기체계를 운용하기 위해서는 순간적으로 많은 양의 전기 에너지가 요구되는데, 기존의 기계식 추진체계를 가진 함정과 달리 전기추진 함정의 경우 함정 추진용 전력의 일부를 레이저 근접방어 무기체계로 전환해 사용할 수 있어 대용량 소요전력에 대한 기술적 문제가 해결 가능하므로 가까운 미래에 해상 전투의 새로운 시대가 열릴 것으로 예상된다.

따라서 제2차 세계대전 이전에는 다수의 대구경 함포를 탑재한 전함(BB:Battleship)이 해전을 주도했고, 제2차 세계대전 이후부터 현재까지는 유도탄 탑재 함정이 해전의 주역이라면, 향후에는 레이저 근접방어 무기체계를 탑재하는 전기 함정의 시대로 변화할 것이다.

우주 태양광 발전소'와 `우주 레이저 무기'

일본의 우주 태양광 발전소 상상도.

　2040년 일본, 적도 상공 3만6000㎞ 지점 지구정지궤도(GEO)에 위치한 2.4㎞ 길이 ‘우주 태양광 발전소(SSPS : Space Solar Power System)’로부터 극초단파 형태로 변환된 태양광 에너지가 거대한 지상 수신 스테이션으로 지속적으로 전송된다. 전송된 에너지는 지상 발전소를 거쳐 가용 전기로 전환돼 근린지역 약 50만 가구에 공급된다.

　이 시각, 지구 동쪽 북반부에 위치한 SS국의 XX시, 일본 정부가 비밀리에 제작해 발사한 우주 레이저 무기 탑재 위성 ○○은 SS국 XX시에 위치한 적군의 레이더기지를 겨냥하기 위해 위성의 이온엔진을 점화해 궤도를 수정한다. 얼마 뒤 XX시에 위치해 SS군의 미사일 탐색 및 추적을 담당하던 레이더기지는 무력화됐다.

　일본의 애니메이션에서나 나올 법한 이야기가 현실로 이뤄질 날이 얼마 남지 않은 것 같다. 일본 우주항공연구개발기구(JAXA)는 향후 2030년까지 우주에서 태양광 에너지를 모아 지구로 쏘아 보내는 ‘우주태양광 발전소(SSPS)’를 건설하겠다고 밝히고 현재 위성발전소 제작을 추진 중이다. 약 2조 엔이 투입될 것으로 예상되는 초대형 프로젝트이지만 성공하기만 하면 지속가능한 재생에너지를 저렴한 비용으로 사용할 수 있을 뿐만 아니라 일부 기술의 응용으로 군사적 목적으로도 적용 가능하게 될 것으로 보여 비상한 관심을 갖게 한다.

　JAXA는 최근 우주태양광 발전소 건설을 본격화하기로 하고 미쓰비시전기·NEC·후지쓰·샤프 등이 참여하는 ‘무인우주실험시스템 연구개발기구(USEF)’ 컨소시엄을 구성했다. 우주발전소 연구는 1998년 시작돼 현재 130명의 과학자가 참여하는 것으로 알려지며, 2020년 발전량 10MW의 태양전지를 시험 발사하고, 이어 250MW급 발전 설비를 우주에 설치할 계획이다. 그래서 2030년까지 중형 원자로 수준인 1GW 용량의 전지를 설치하는 것이 최종 목표다. 연구개발에는 엄청난 돈이 들어가지만 상용화에 성공하면 기존 전력생산의 6분의 1 비용으로 청정에너지를 얻을 수 있다는 것이 JAXA가 밝히는 현재의 입장이지만, 한편으론 이런 청정에너지 이외의 ‘다른 목적’이 있는 것은 아닌가 하는 의구심을 갖게 한다.

　우주태양광 발전의 기본적인 개념은 지구 정지궤도에 광대한 태양전지 패널을 탑재한 태양발전위성(SPS : Space Power Satellite)을 쏘아 올려, 태양광으로부터 발생한 전력을 마이크로파나 레이저 등으로 변환해 지상의 수전 시설에 송전하고자 하는 것이다. 지상에서의 태양광 발전은 경제성 문제 이외에도 야간이나 우천 시에는 발전할 수 없다는 큰 약점이 있으나, 우주에서의 태양광 발전은 기상에 영향을 받지 않고 야간도 존재하지 않으므로 하루 24시간 지속적으로 태양광을 얻을 수 있는 장점이 있다. 이 때문에 우주에서의 태양광 발전량은 지구에서보다 최대 10배에 이를 것으로 예상하고 있다.

　우주 발전소 아이디어는 68년 미국 과학자 피터 글레이저가 처음 제안한 것으로, 76년 미국의 에너지부(DOE)와 미 항공우주국(NASA)에 의해 본격적인 연구가 시작됐다. 당시는 제1차 석유파동 후여서 에너지원 다양화 관점에서 본 연구를 중점적으로 추진하고자 했으며 매년 GEO에 2기씩 합계 60기를 쏘아 올려 미국의 모든 전력을 공급한다는 야심찬 계획이었다. 그렇지만 이 계획은 실현성이 희박하다고 판단됐고 이후 국가재정의 긴축, 에너지 위기의 소멸 등으로 80년에 중단됐다.

이후 90년 다시 환경문제와 에너지 고갈 문제가 대두되면서 나사(NASA)에서 ‘Fresh Look’ 연구 사업으로 개시됐고, 최근 일본의 우주태양광발전소 건설에 대한 실제적인 개발의지가 알려지면서 미국 내에서도 이에 대한 개발 의지가 고조되고 있다. 이외 94년 미 공군은 위성을 이용해 지구궤도에서 태양에너지를 전기로 바꾸는 ‘광기전성 전지 연구’를 진행했다.

　우주 태양광 발전을 위해서는 아직도 해결해야 할 기술적 난제들이 많이 있어 보인다. 우주 태양광 발전의 주요 인자는 태양전지 패널의 단위 질량당 발생전력인데, 이전의 위성 태양전지 패널에서는 단위 질량(㎏)당 수십 와트 수준이었으나, 우주 태양광 발전에서는 단위 질량(㎏)당 킬로와트 정도의 수치가 필요하다. 이를 위해 고효율 태양전지 패널의 개발이 필수적이다. 또 태양광 발전에 의한 에너지를 지구로 전송하기 위해 마이크로파나 레이저로 변환해야 하는데 이를 위해 위성용 발전 장치, 마이크로파 변환 또는 레이저 변환 기술과 이를 송신하기 위한 위상 배열 방식의 송전 안테나, 빔 성형 기술, 빔 지향 제어 등의 기술 개발이 필요하다.

　‘우주태양광발전소’는 ‘우주 레이저 무기’의 다른 일면일 수 있다. 우주 태양광 발전 기술이 완성되면 마찬가지로 우주 레이저 무기가 완성됐다고 봐도 무방할 것이다. 일본과 미국 등 기술 선진국에서 이렇게 우주 분야에 대한 과감한 투자와 신 개념의 체계를 건설할 때 우리도 이에 대해 각별한 관심과 노력을 아끼지 말아야겠다.

무한한 에너지 공급기술 에너지 하베스팅

미래 개인전투체계에 각종 에너지 공급원을 적용하는 사례를 보여주고 있다.

사람들은 다양한 영화나 소설 속에서 미래의 전쟁양상을 가늠할 수 있는 가공의 무기체계들을 접할 수 있다. 이런 상상력의 결과들은 많은 경우에 현재의 과학적·기술적 성과들에 바탕을 두고 만들어지고 있다. 전투용 로봇 시스템과 전투용 가상현실 게임, 착용형 로봇 시스템, 신개념의 무장체계 등 혁신적인 무기체계들이 등장하고 있으며 선진국들은 이와 비슷한 개념의 무기체계들을 개발하기 위해 막대한 예산을 투입하고 있다.

　하지만 이런 무기체계들이 실전에서 사용되기 위해서는 효과적인 에너지 공급방안의 마련이 선행돼야 한다. 이를 위해 다양한 에너지 공급기술이 개발되고 있으며 1·2차 전지 기술, 연료전지 기술 등은 매우 현실성 있는 기술로 현재 적용돼 있다.

　향후에도 효율성을 증가시키면서 계속 발전할 것이다. 하지만 이런 에너지 공급기술은 무기체계 사용시간과 에너지 체계의 자체 무게 등으로 인해 전투용으로 제약조건이 많다. 이를 뛰어넘기 위해 과학자들은 에너지 하베스팅(Energy Harvesting)이란 개념의 에너지 공급체계를 연구개발 중이다. 에너지 하베스팅이란 에너지 수확이라고도 하며 기존에 에너지 공급체계와는 달리 주변 환경에서 사용할 수 있는 미소 에너지원이나 우리가 이미 사용하고 있는 에너지 공급체계의 폐열, 인체의 운동에너지 등을 이용해 에너지를 만들어 내는 기술이다. 즉, 주변 환경에서 에너지를 공급해 효율성을 극대화하는 친환경 녹색 에너지 기술이다.

　현재 선진국들은 다양한 에너지 하베스팅 기술들을 개발하고 있다. 주위에 광범위하게 존재하는 에너지원인 태양·바람·조류 등은 전기에너지를 생산하기 위해 사용될 수 있지만 발전방법이 아직 효율적이지는 않다. 하지만 연구자들은 소량의 전력으로 사용할 수 있는 센서 및 전자기기 시스템을 개발함으로써 이에 대처하는 연구를 동시에 진행 중이다. 군용으로 주목받고 있는 에너지 하베스팅 기술로는 착용하고 있는 장비의 기계적인 에너지(Mechanical Energy), 장비 및 인체의 열에너지(Thermal Energy), 태양 및 장비의 빛 에너지(Light Energy), 인체의 운동에 의해서 만들어지는 운동에너지(Human body) 등을 이용하는 방법들이 있다.

　민간 분야에서는 지그비(Zigbee) 같은 저전력 통신장치 및 센서들 위주로 에너지 하베스팅 기술 적용을 위한 표준화가 진행되고 있다. 또한 국방 분야에서는 다양한 무기체계에 에너지 하베스팅 기술이 적용 가능하며, 그림과 같이 에너지 하베스팅 기술을 개인전투체계에 적용해 전투배낭·전투화·손목시계·무릎 등에서 발생하는 운동에너지와 진동에너지를 이용하는 기술이 개발될 것으로 예상된다.

　병사의 신체에서 효율적인 에너지 발전을 위해 압전(Piezoelectric) 소재를 이용해 마이크로 전원을 만드는 방법을 개발 중이며, 이 기술은 납(Pb)의 유해성 때문에 친환경 비연계 소재 및 복합소재를 찾기 위한 연구를 진행 중이다. 초전기성 소재(Pyroelectricity)를 이용한 전원 생성방법도 개발되고 있다. 특히 저전력 센서의 경우 아주 작은 에너지만으로 구동이 되며 에너지원을 주기적으로 공급하기 어려운 환경에서 에너지 하베스팅 기술의 사용가치가 높다고 할 수 있다.

　향후 각종 무기체계에는 저전력 통신장치 및 센서 등이 도입될 예정이며 에너지 하베스팅 기술을 적용하는 에너지 공급방안이 동시에 마련될 것으로 판단된다. 이를 통해 미래에 개인전투체계와 같은 각종 무기체계는 기존의 에너지 공급원인 2차 전지 및 연료전지 등과는 독립적으로 구동하게 될 것이다. 무기체계들은 운용시간에 구애받지 않아 전투력을 급진적으로 향상시킬 것으로 기대된다.

트랜스포머 차기상륙돌격장갑차

해상에서 기동하고 있는 차기상륙돌격장갑차.

제2차 세계대전 중 프랑스 노르망디 상륙작전을 배경으로 만든 전쟁영화 ‘라이언 일병 구하기’의 도입부분인 오마하 해변 상륙전투 장면을 본 사람들은 그 충격적인 장면을 오랫동안 잊지 못할 것이다. 실제로 노르망디 상륙작전은 연합군 측에서 1만3000여 대의 항공기와 함정 6000여 척 그리고 병력 약 100만 명의 전력이 투입돼 사망자 9000여 명, 부상자 5만2000여 명의 손실을 입었으나 독일군 포로 4만1000여 명 등의 전과와 더불어 유럽대륙에서 연합군이 독일 본토로 진격을 위한 발판을 마련한 전쟁에서 획기적인 전환점의 계기가 됐다.

　이와 같이 상륙작전은 적이 예상치 못한 시간과 장소에 상륙돌격장갑차, 강습헬기, 공기부양정, 상륙함 등 다양한 상륙수단을 통해 결정적인 타격을 가함으로써 전략적인 목표를 달성할 수 있다. 현재 미국을 비롯한 러시아·중국 등 군사강국들은 목적에 따라 다양한 형태의 상륙돌격장갑차를 개발, 운용하고 있다. 그러나 대부분의 상륙돌격장갑차는 수상속도가 시속 10㎞ 내외로서 해안으로부터 불과 수 ㎞ 이내에서만 상륙돌격이 가능한 실정이다.

　상륙작전은 함정들이 상륙해안에 근접해 장갑차·상륙정 등 연근해 상륙돌격 수단에 의존함으로써 해안의 방어세력과 근접해 소모전 형태의 작전수행이 불가피함에 따라 이에 상응하는 피해를 입을 수밖에 없는 작전 형태였다. 더구나 현대에 들어와서는 적의 레이더 탐지거리의 증대와 방어전력 특히 정밀유도미사일, 유도어뢰나 장거리포의 발달로 연근해 해안으로부터의 상륙돌격은 상륙함·상륙돌격장갑차 등 상륙전력뿐만 아니라 원해의 함정까지도 적의 장거리 위협으로부터 자유롭지 못한 실정이다.

　이러한 위협을 극복하기 위해 미 해군성은 미래의 상륙전 양상을 ‘초수평선 너머 바다로부터의 작전적 기동(OMFTS : Operational Maneuver from The Sea)’이라는 새로운 전략과 함정으로부터 최종 목표까지 전술적 기동(STOM : Ship To Objective Maneuver)이라는 새로운 개념으로 구체화했다. 이것은 작전적 목표에 중점을 두고, 바다를 기동공간으로 활용하면서 상륙함들이 최대 40㎞ 밖 초수평선에서 해안지역으로 차기상륙돌격장갑차를 발진시키며, 상륙 후에도 지속적인 기동을 통해 내륙의 최종 목표에 대한 전략적인 임무를 달성할 수 있도록 했다. 이를 통해 상륙돌격장갑차·상륙함은 해안에 진지를 둔 적의 화기로부터 취약성을 감소시키면서 해안으로 병력을 빠르게 전개할 수 있으며 작전적 목표에 대한 지속적인 기동을 통해 상륙작전의 효과를 극대화하고자 했다.

　이러한 획기적인 작전개념을 구현하기 위해 미 해병대는 GDLS 사와 함께 기존 상륙돌격장갑차에 비해 3배의 해상속도, 2배의 방호력과 그리고 브래들리 장갑차와 동등한 30㎜ 포 등 획기적인 전투성능을 갖는 차기상륙돌격장갑차(EFV : Expeditionary Fighting Vehicle) 개발을 1980년대 말부터 착수해 컴퓨터 모델링 & 시뮬레이션, 유체역학 모형차량 개발을 했으며, 최근에는 시제품 개발 및 시험을 진행 중이다.

　차기상륙돌격장갑차는 해상속도 25노트를 달성하기 위해 고속수상 주행시에는 마치 트랜스포머처럼 궤도를 집어넣고 동체 앞과 뒤 그리고 바닥에서 마치 날개를 펴듯이 선체의 변형을 통해 물과의 마찰을 최대한 줄이고, 추진력을 최대한 증대시킨 고속정과 같이 변신한다. 또 고출력을 내기 위해 기존 1500마력급 엔진에 여러 단계의 과급기와 중간냉각기 등을 부착해 최대출력을 80% 이상 증대시켰다. 동체는 특수알루미늄과 세라믹 복합장갑재를 사용해 방탄성능은 2배로 향상시키면서도 경량화했고, 초소형의 고출력 워터젯(Water jet) 추진장치를 장착했다.

　미국의 차기상륙돌격장갑차는 기존의 운용개념을 획기적으로 뛰어넘는 새로운 고난도 기술과 최근에는 아프가니스탄·이라크에서 이슈화되는 급조폭발물 등에 대한 방호기술개발이 요구됨에 따라 군사과학기술 선진국인 미국에서조차도 개발에 착수한 지 20년이 넘도록 아직까지 개발을 완료하지 못하고 있다. 하지만 미 해병대는 미래 상륙전 양상에 대비한 무기체계로서 차기상륙돌격장갑차를 확보하기 위해 지속적인 연구개발과 막대한 예산을 투자하고 있다.

　우리에게는 미국의 차기상륙돌격장갑차 개발사례에서와 같이 미래무기에 대한 끊임없는 개발 노력은 천안함 사태 등 급변하는 한반도 주변 정세, 지정학적 여건 및 북한의 지속적인 위협과 미래전 양상에 대비해야 하는 점에 있어 시사하는 바가 크다고 할 수 있다.

스페인, 공기불요추진 차세대 잠수함 S-80A급

스페인 S-80A급 잠수함 및 에탄올 개질기형 공기불요추진 체계의 개념도. 출처:www.janes.com

최근 스페인은 미래 친환경 녹색 에너지로 주목받고 있는 바이오(Bio) 에탄올을 활용한 차세대 공기불요추진(AIP : Air Independent Propulsion) 잠수함 4척을 개발 중이다. S-80A급 잠수함으로 명명된 이 신형 잠수함은 기존 아고스타(Agosta)급 잠수함을 대체하기 위해 18억 유로(EURO)가 책정돼 추진 중이다. 스페인 나반티아(Navantia) 사와 프랑스 DCNS 사가 공동으로 개발해 세계적으로 상용화한 스코르펜(Scorpene)급 잠수함의 설계를 기반으로 하고 있다.

　S-80A급 잠수함의 만재 배수량은 2426톤, 전장은 71ｍ, 수중 최대 속력은 20노트이고, 공기불요추진 모드에서는 4노트의 속력으로 약 15일, 보다 낮은 속력으로는 최대 20일 정도를 수중에서 연속 항해할 수 있는 것으로 알려져 있다. 주 추진체계로는 축전지, 디젤발전기 3기, 영구자석형 추진전동기 및 1축 추진방식이며, 신형 공기불요추진 체계로는 에탄올 개질기(Reformer) 방식의 300kW급 PEM(Proton Exchange Membrane) 연료전지 체계가 탑재된다.

　현재 연료전지 모듈은 미국 UTC(United Technologies Corporations) 사가 개발하고 있으며, 이 연료전지에 필요한 수소를 제조·공급하는 장치인 개질기는 스페인 Hynergreen 사가 개발에 참여하고 있다.

　에탄올 및 메탄올 등의 연료를 개질해 수소를 제조·공급하는 기술은 독일이 개발한 212급 및 214급 잠수함에 기 적용된 수소저장합금(Metal Hydride) 방식보다 수소 공급량을 대폭 증대시킬 수 있는 기술로 잠수함의 수중 잠함 지속능력을 보다 향상시킬 수 있는 기술이다.

　독일도 현재 메탄올로부터 수소를 생산하는 240kW급 개질 장치에 대한 육상시험을 완료한 후 잠수함에 탑재하기 위해 시험 및 개발 중인데, 스페인이 개발 중인 개질장치는 식물(사탕수수·옥수수 등)의 발효과정에서 만들어지는 친환경 녹색 액화연료인 바이오 에탄올로부터 수소를 생산하는 방식으로 잠수함 연료전지 체계에는 처음으로 적용되는 것이라고 할 수 있다.

　메탄올 및 에탄올 개질기 방식의 연료전지 체계는 보다 향상된 수소 저장률, 수소 재충진 과정의 단축 등 여러 가지 장점으로 인해 향후 군수지원을 보다 용이하게 하고, 이로 인해 공기불요추진 잠수함은 보다 확장된 작전 영역을 기반으로 새로운 임무 시나리오를 만들 수 있는 잠재력을 갖고 있다고 할 수 있다.

　S-80A급 잠수함의 주요 무장으로는 DM2A4 중어뢰, 대함미사일 서브하푼(Sub-Harpoon), 최신형 기뢰인 SAES Mincoa 등이 탑재될 것으로 예상되며, 장거리 대지 표적에 대한 타격이 가능한 잠수함 발사 순항미사일(SLCM : Submarine Launched Cruise Missile)로는 미국 레이시온(Raytheon) 사의 토마호크(Tomahawk) 블록(Block)Ⅳ가 탑재되는 등 성능이 대폭적으로 향상될 것으로 예상된다.

　또 미 해군 버지니아(Virginia)급 및 로스앤젤레스(Los Angeles)급 원자력 잠수함 사업을 통해 검증된 개방형 아키텍처 기반의 상용 소프트웨어 기술이 접목된 최신형 전투체계가 탑재되고, 심해 음향탐지 체계로는 최첨단 능동 및 수동 소나 체계가 탑재되는 등 대잠전, 대함전, 대지공격 지원, 정보수집, 특수부대 전개 등 다양한 임무를 수행할 수 있도록 개발되고 있다.

　스페인은 차세대 잠수함에 대한 성공적인 설계 검토 및 평가결과를 기반으로 S-81 1번 함에 대한 건조를 지속하고 있으며, S-82, S-83, S-84 잠수함에 대한 건조를 순차적으로 진행 중이다. 1번 함인 S-81 잠수함은 2013년에 취역될 것으로 보이며, 나머지 3척은 2016까지 스페인 해군에 인도될 계획이다.

수중 무선통신체계

수중 무선통신 네트워크 개념도. 출처:www.ua-net.eu

전 세계적으로 지구 온난화 및 엘니뇨 현상으로 기상 이변이 속출하고 있으며 쓰나미도 빈번하게 발생하고 있다. 2009년 상영돼 1000만 관객이 본 ‘해운대’ 영화에서도 쓰나미 위력을 실감나게 보여주었다. 수중에서 발생되는 기상 이변을 탐지하고 정확하게 경보해 줄 수 있는 수중시스템이 개발된다면 인명 피해 및 물적 재산 피해를 줄일 수 있을 것이다. 또 천안함 피격사건처럼 북한의 다양한 해상 침투를 방어하기 위한 수단으로 수중 감시시스템 및 수중 통신 네트워크는 효과적으로 활용될 수 있다. 선진국에서는 스텔스화돼 가는 잠수함을 탐지하기 위한 수단으로 수중탐지체계 및 수중무선통신체계 기술이 개발 중이다.

　군 통신체계는 지난 10년 동안 지상 및 공중 플랫폼 간 접속 환경이 최적화돼 인공위성,?컴퓨터?및?무선통신 링크를 통한 정보 교환 기능 덕분에 군은 다양한 정보원을 통해 감시·표적추적·지휘통제를 위해 필요한 추가 자료에 접속이 가능하게 됐다. 이를 통해 지휘관의 상황 인식 능력이 제고됐고, 하위 부대를 더욱 효과적으로 이끌 수 있게 됐다. 그 결과 통신 네트워크가 군 능력의 매우 중요한 요소로 자리 잡았다. 그러나 아직까지 전 세계에서 네트워크 중심으로 정보통신이 어려운 곳이 있는데, 바로 물속에서의 통신이다.?

　수중에서는 전자기파의 장거리 전송이 어렵기 때문에 수중에서의 무선통신 전송은 고난도의 기술이다. 현재 수중에서는 제한적인 데이터통신 및 음성통신이 가능한 수준이며, 전송거리 및 해양환경의 변화에 따라서 신뢰성 있는 수중통신을 보장할 수 없다. 수중에서는 돌고래와 같이 음파에 의한 데이터 통신이 가능해야 하기 때문에 수중에서 자유롭게 통신하기 위해서는 음파를 이용한 수중 통신 단말장치기술 및 수중 무선 네트워크 기술이 필요하다.

　미국은 오래전부터 해군연구소(ONR)의 지원하에 시웹(Seaweb)이라는 수중 센서 네트워크 프로그램을 연구하고 있다. 시웹은 광범위한 연안지역을 실시간으로 감시할 수 있는 수중음향 네트워크 구축을 목표로 하고 있다. 이 연구에는 미 해군 SNWSC(Space and Naval Warfare Systems)가 주축이 되고 델파이(Delphi) 사, 벤토스(Benthos) 사 등과 같은 업체와 WHOI 등과 같은 연구소가 참여하고 있다.

　초기에는 해저면에 고정된 소수의 해양계측 센서에 수중음향 모뎀을 탑재해 네트워크 노드를 구성하고 중간에 전달노드를 둬 수상의 게이트웨이까지 데이터를 전송하는 센서 네트워크 방식이었으나, AUV(Autonomous Underwater Vehicle) 등과 같은 무인잠수정이 이동 노드로 참여하면서 Mobile Ad-hoc 네트워크(MANET)로 발전했다. 시웹 프로젝트는 수중 이동 환경에 적합한 다중접속 및 매체접속제어기술 등을 개발하기 위해 지속적으로 연구하고 있으며 표준화를 모색하고 있다.

　미래 네트워크 중심전에서는 효율적인 합동작전을 위해 우월한 정보·통신 능력을 활용한 전투 참여 플랫폼 사이의 상황인식에 대한 공유가 필수적이다. 미래에 개발될 수중 무선통신기술을 활용한다면 잠수함 및 무인정에서 수집한 영상정보 및 각종 센서의 정보를 실시간으로 전송할 수 있다. 컴퓨터 게임에서와 같이 수중 통신을 통해 무인잠수정을 원격 조종할 수 있으며, 여러 대의 무인잠수정이 서로 통신함으로써 작전반경 또한 확대될 수 있을 것으로 예상된다. 수중 무선 네트워크를 통해 바닷속을 누비고 다니는 무인잠수정은 미래 수중 작전 세력의 중심이 될 수 있으며 무인잠수함 편대는 미래 해군의 모습이다.

　수중 무선통신 시스템은 민간분야에서도 다양하게 활용될 수 있다. 수중 무선통신 시스템을 활용해서 해양공간 이용, 해양탐사, 해양보존, 해양 심해저 자원개발, 심해용 무인잠수정 운용 및 해양 구난 활동에 필요한 수중통신 인프라 구축에 활용될 수 있다.

　미래에는 지상에서의 통신과 같이 언제 어디서나 수중무선통신이 가능한 수준에 이르러 진정한 세계화가 이뤄질 것으로 예상된다.

미래 스텔스 전투기

러시아의 5세대 스텔스 전투기 PAK FA 형상.

1991년 1월 16일 23시, 카미스 무샤이드 기지를 출격한 F-117 스텔스기 편대는 조용히 바그다드 상공으로 향했다. 바그다드 상공에 도착한 F-117은 기수에 장비된 센서로 목표 건물을 조준했다. 조준을 마치자 폭탄을 투하했고, 투하한 레이저 유도폭탄은 빨려 들어가듯 목표를 정확히 파괴했다.

　최초의 목표 시설은 미국이 과거 AT&T 사옥으로 사용했고, 이라크군이 접수한 후로는 통신시설로 사용하고 있는 건물이었다. 이 AT&T 빌딩에 폭탄이 명중되는 영상은 TV를 통해 전 세계에 방송됐고, 이때부터 스텔스와 스마트 무기는 세계인의 머릿속에 각인되기 시작했다.

　은밀한 침투가 가능해 지상 공격에서 높은 가치를 보인 스텔스 기술은 공중전을 위한 전투기에도 적용되기 시작했다. 스텔스 기술을 적용해 본격적인 공중 전용 전투기로 개발된 것이 바로 F-22 랩터다.

　F-22 랩터는 미 공군이 F-15 이글 전투기의 후계기로 사용하기 위해 1980년대부터 개발한 고성능 전투기다. F-15는 ‘공중우세’를 위해 개발됐지만 F-22는 ‘공중지배’를 위해 개발됐다고 할 만큼 미국의 자부심은 대단하다.

　F-22를 대표하는 특징은 스텔스성이다. 라팔이나 유로파이터 등의 유럽 전투기가 ‘제한적인’ 스텔스 성능을 갖고 있는 반면 F-22는 상대적으로 ‘완전한’ 스텔스 성능을 갖고 있는 것이 특징이다.

　이러한 스텔스 성능을 토대로 미국이 F-22를 통해 구현하고 있는 미래 공중전 개념은 ‘먼저 보고, 먼저 쏘고, 먼저 격추’하는 것이다.

이를 위해 F-22는 특유의 스텔스 성능과 고성능 레이더를 통해 먼저 적기를 발견한 후 유리한 위치에서 공대공 미사일을 먼저 발사하고, 먼저 적기를 격추하는 개념으로 운용된다.

　F-22의 레이더 반사 단면적(RCS)은 날아다니는 새보다 훨씬 작은 수준으로 비유되고 있다. 적의 레이더파를 거의 돌려보내지 않는 고도의 스텔스 기술 덕분에 F-22는 적에게 발각되지 않고 상당한 접근이 가능하다.

　F-117이나 F-22가 이미 개발된 스텔스 전투기라면 향후 등장하게 될 미래형 스텔스 전투기는 F-35다.

미국은 미 공군뿐만 아니라 미 해병대·해군의 차세대 주력 전투기로 F-35를 선정했다. F-35 전투기는 향후 20년에 걸쳐 전 세계에 2500대 이상 판매가 예상되고 있어 F-16 이후 최대의 베스트셀러 전투기가 될 전망이다.

　F-117을 시작으로 스텔스 전투기는 미국이 먼저 개발했지만 러시아·중국 등 각국의 스텔스기 개발 경쟁은 이미 시작됐다. 가장 먼저 경쟁 기종을 선보인 것은 러시아다.

러시아는 2010년 1월 29일, PAK FA 스텔스 전투기의 초도 비행을 성공시켜 세계를 놀라게 했다. 러시아에 이어 중국도 J-XX 스텔스 전투기 개발에 박차를 가하고 있다.

　미국을 비롯해 러시아·중국이 유인 스텔스 전투기를 개발하는 반면 유럽 각국은 무인 스텔스 전투기 개발에 주력하고 있다. 이러한 스텔스 전투기는 모두 2020년대까지는 전력화가 완료될 계획이어서 미래에는 유인 및 무인 스텔스 전투기가 항공전의 주역으로 자리 잡게 될 전망이다.

레일건 무장 2030년형 투명 전차

미국(위)과 영국(아래)이 개념 연구 중인 2030년형 차세대 전차.

　지금부터 20년 후인 2030께에는 레일건(전자기 포)으로 무장하고 시속 100㎞ 이상 달리며 눈에도 보이지 않는 투명전차가 등장할 것이다.

　지금으로부터 94년 전인 1916년 영국은 독일군의 철조망과 참호를 돌파하기 위해 세계 최초로 Mark1 전차를 개발했다. 당시 전차는 전투 중량 28톤에 105마력 엔진을 사용해 시속 6㎞로 달렸다. 사람의 걷는 속도가 시속 4㎞인 점을 감안하면 사람보다 조금 빨리 달린 것이다. 화력은 최대 12㎜ 철판을 뚫을 수 있는 57㎜ 포와 7.62㎜ 기관총 4문을 장착했다. 지금의 전차와 비교하면 초라한 성능이지만 이렇게 시작한 전차의 역사가 2016년이면 100년이 된다. 그 사이 전차 성능을 단순 비교해도 화력은 80배 이상, 기동력은 12배 이상 증가했으며, 그 밖에 파괴력·탐지능력·방호능력 등 측면에서는 비교가 불가능할 정도로 발전했다.

　이러한 전차가 또 20년이 지난 2030년이면 지금과는 비교할 수 없을 만큼 발전할 것으로 예상된다. 먼저 전차의 가장 기본이 되는 기동력을 살펴보자.

　기동력의 가장 기본이 되는 디젤엔진은 사라지고 그 자리를 전기모터가 대신할 것이다. 여기에 필요한 전기에너지는 정지궤도 위성인 ‘우주태양광발전소’로부터 전송받게 된다. 미국은 1960년부터, 일본과 캐나다는 1980년부터 이 기술에 대한 연구를 진행하고 있으며 2030년에는 실제 사용할 수 있을 것으로 예상하고 있다. 우주태양광발전소는 태양 에너지를 극초단파로 바꿔 이를 지구에 있는 전차에 전송하면 전차는 이를 수신해 전자기포와 전기모터 작동에 필요한 에너지를 얻게 된다.

　다음은 화력이다. 현재 개발된 가장 강력한 화력은 독일이 2007년에 개발한 140㎜ 전차포다. 그러나 이는 부피가 너무 크고, 무거운 단점이 있다. 그리고 탄약 또한 부피가 커 전차 내부 공간을 많이 차지해 필요한 탄약을 많이 적재할 수 없다. 따라서 독일과 미국은 미래형 전차에 140㎜ 재래식 포 대신 레일건을 전차포로 장착할 것이다.

　레일건은 작은 구경으로도 재래식 포와 동일한 파괴력을 낼 수 있다. 즉, 100㎜ 레일건은 140㎜ 재래식 포와 동일한 파괴력을 낼 수 있다. 재래식 포의 탄속도가 1800m/s인 반면 레일건은 3000m/s 이상이며, 사거리도 길고 파괴력도 크다. 재래식 120㎜ 포의 파괴력이 18MJ인 반면 레일건은 64MJ로 약 4배가 예상된다. 2009년 미 해군연구소는 10MJ의 파괴력을 갖는 레일건 시험에 성공했다.

　다음은 방호력이다. 방호력은 탑승인원의 생명을 보장해야 하므로 전차에서 가장 중요한 요소다. 그러나 이는 전차의 기동력과 상반되는 내용이 된다. 즉, 기동력을 증대시키기 위해서는 가볍게 만들어야 하고 가볍게 만들면 방호력이 문제가 된다. 미국의 M1A2전차 중량은 60톤이고, 티타늄을 사용해 가장 최근에 개발된(2009년) 러시아의 T-95전차도 중량이 53톤이나 된다.

　그래서 미국은 2007년부터 강철보다 강하면서 플라스틱만큼 가벼운 소재를 개발하고 있다. 이 소재가 개발될 경우 미국이 궁극적으로 추구하는 전차의 중량이 30톤 미만이 될 것으로 예상된다. 전차의 중량이 가벼울 경우 에너지 소모가 적다. 작은 전기모터를 사용할 수 있고, 이는 전차 내부 공간이 넓어지며, 공간이 넓어지면 많은 탄약을 적재할 수 있다. 그리고 중량이 가벼우면 고속주행이 가능하므로 전투지역에서 승용차만큼 빨리 달릴 수 있다.

　이와는 별도로 미국 국방부 주도하에 개발 중인 메타 소재가 있다. 우리 눈은 물체로부터 반사되는 가시광선을 통해 대상 물체의 형태와 색깔을 통해 물체를 볼 수 있다. 그러나 메타 소재는 빛이 물체에서 반사되지 않고 반대편으로 나간다. 이것이 해리포터에 나왔던 투명망토인 것이다. 이 메타물질은 2006년 처음 소개됐으며, 영국 임페리얼칼리지의 존 팬드리(Pendly) 교수와 미국 듀크대학의 데이비드 스미스 교수는 투명망토 이론을 실험으로 입증해 투명물질 개발에 한 걸음 나아갔다. 실제 무기에 활용할 수 있도록 개발에 몰두하고 있다.

　2030년 국방과학기술은 우리가 상상하고 있는 것 이상으로 발전할 것이다. 이러한 과학기술에 힘입어 지금과 마찬가지로 앞으로도 전차는 전장에서 가장 강력한 전투수단이 될 것이다.

　미국과 영국이 고려하고 있는 전차는 전투중량이 30톤 미만이고, 눈에 보이지도 않으면서 승용차처럼 빠른 속도로 달리고 레일건을 쏘아대며 전장을 누빌 차세대 전차 개발을 준비하고 있다.　

초고속잠수함

초공동잠수함의 개념도 출처:www.theday.com

전쟁이 시작되고 임무가 떨어지자 특수부대가 적 후방 해안에 시속 180㎞의 초고속 잠수함을 이용해 은밀하게 침투한다. 침투한 특수부대는 적의 배후에서 주요 시설 파괴와 주요 인물 사살로 후방을 교란하고 후방을 불시에 습격당한 적은 혼란을 겪게 된다. 이 틈을 타 아군은 전쟁에 우위를 점한다. 이런 전략 시나리오를 가능하게 하는 상상으로만 존재하던 초고속 잠수함이 과학기술의 발달로 현실화되고 있다.

공기방울 형성 원리로 이동 가능

　초고속 잠수함은 현재 초공동현상(super-cavitation)을 이용해 개발되고 있다. 어떤 물체가 유체 속에서 빠른 속도로 운동하면 공기방울들이 형성된다. 이때 속도가 매우 빨라져 임계 속도를 넘어서면 공기방울들이 하나의 커다란 공기방울을 형성해 물체를 둘러싸게 되고 마찰이 적어져 물체가 더 빠른 속도로 이동할 수 있는데 이 현상을 초공동현상이라 한다. 이런 초공동현상을 발생시키는 방법은 크게 두 가지가 있는데 특수하게 설계된 형상을 앞부분에 달고 매우 빠른 속도로 이동시켜 커다란 공기방울을 형성하는 방법과 공기나 다른 특정한 가스를 앞부분에서 분출해 인위적으로 공기방울을 형성하는 방법이 있다.

　러시아에서는 세계 최초로 전자의 방법을 이용해 어뢰를 만들었으며 이후 여러 국가에서 초공동어뢰를 개발하거나 개발 완료한 상태다. 하지만 전자의 방법은 로켓 추진 장치를 활용하므로 사람이 탑승한 경우 사람에게 매우 큰 충격을 줄 수 있고 속도의 제어가 힘들어 유인 잠수정의 경우는 후자의 방법을 사용해 천천히 가속하고 감속하는 방식으로 연구가 진행되고 있다.

　초공동잠수함을 개발하는 데는 몇 가지 큰 걸림돌이 있다. 첫째는 장애물 탐지의 어려움이다. 수중에서 시속 180㎞로 이동하면서 매우 작은 부분만 노출되므로 현재 존재하는 탐지체계로는 장애물 인식이 매우 어렵다. 둘째는 잠수함의 조정 문제다. 앞서 설명했듯이 잠수함은 커다란 공기방울 안에 있으므로 방향타 등이 공기방울 밖으로 노출됐을 때 공기방울에 여러 가지 문제가 생길 수 있고 너무 빠른 속도로 이동하기 때문에 잠수함의 방향전환에 따라 초공동현상이 갑자기 사라지는 문제가 발생할 수도 있다. 셋째는 추진체계 문제다. 잠수함과 같이 큰 물체가 시속 180㎞의 속도를 내기 위해서는 매우 큰 출력을 발생하는 추진체계가 필요하다. 어뢰의 경우 로켓 추진 장치를 이용했지만 속도 조절·저속 이동 등을 위해서는 로켓 추진 장치가 아닌 다른 추진 장치 개발이 필요하다.

　현재 이와 같은 문제들을 해결하기 위해 많은 연구가 진행되고 있다. 그중 몇 가지를 소개하면 장애물 회피 등의 기동을 위해 모함에서 장애물을 탐지해 초고속 잠수함의 항로 등을 설정하고 원격으로 조정하는 방법과 추진 장치로 열 엔진을 이용한 워터 제트 추진 기술 등을 예로 들 수 있다.

　현재 여러 국가에서 초공동잠수함에 대한 개발이 이뤄지고 있다고 알려져 있는데 그중 미국은 현재 DARPA(Defence Advanced Research Projects Agency)에서 초고속 잠수함 개발 계획을 실행하고 있다. DARPA는 2006년 11월에 제너럴 다이내믹스 일레트릭 보트 사, 노스롭 그루먼스 일레트릭 시스템 사와 함께 연구 개발 계약을 체결했고 이후 계속해서 사업을 진행하고 있다.

美, 4600만 달러 투입 개발 박차

　이 연구 개발 계획은 2단계로 분리돼 진행되고 있으며 총 개발금액은 4600만 달러 정도로 예상하고 있다. 1단계 사업을 통해 초공동잠수함 개발 가능성을 확인하고 현재 2차 사업을 진행하고 있다. 완료한 1단계 사업에서 초공동현상의 물리적인 연구를 통해 안정한 공동을 생성하고 유지하는 연구를 수행했으며 시험을 위해 2.4m(8피트) 지름 크기를 갖고 초공동현상을 발생시키는 형상을 갖춘 잠수함 모델 설계도 함께 수행한 것으로 알려져 있다. 이와 더불어 장애물 회피와 잠수함의 조정에 대한 기초 연구도 수행했다. 2단계 사업에서는 초공동현상의 물리적인 현상에 대해 연구를 계속하고 공동과 잠수함 간의 상호작용에 대한 연구가 진행되고 잠수함의 조정능력에 대한 연구도 함께 진행하고 있다.

　일레트릭 보트 사에서는 4분의 1 크기의 잠수함 모형을 만들고 올해 로드 아일랜드 연안에서 시험을 수행할 예정이다. 일레트릭 보트 사는 이 시험이 성공하면 다음 단계인 100피트 길이의 초고속 잠수함 제작에 착수한다. DARPA 관계자에 따르면 초고속 잠수함은 6~20m(20~100피트)의 심도로 운행하며 시속 180㎞로 이동하면서도 수면에 아무 흔적도 남기지 않도록 개발하고 있다고 한다.

　이런 초공동현상을 이용한 초고속 잠수함이 실전 배치되면 수중전과 무기체계의 개념에 많은 변화가 예상된다. 현재 초고속 잠수함은 단순한 운송수단으로만 개발되고 있지만 관련 기술이 성숙해져 전투 능력을 갖게 되면 수중전이 공중전처럼 매우 빠른 속도로 전개될 것이다. 그리고 지금까지 대잠전을 위해 개발된 대부분의 무기체계는 초고속잠수함보다 속도가 느리므로 새로운 대잠 무기체계 개발이 필요하게 될 것이다. 그리고 초고속 잠수함 개발을 통해 초공동현상에 대한 연구가 성숙해지면 공수양용 잠수함과 같은 새로운 개념의 무기체계 개발에도 영향을 줄 것으로 예상된다.

원격지원 전자교란기 EC-130H Compass Call

EC-130H Compass Call 원격지원 전자교란기. 출처:미 공군

현대전은 디지털전이다. 정보통신 기술의 비약적인 발전에 힘입어 대규모로 폭탄을 투하하거나 지상군 위주로 고지를 사수하는 전통적인 전쟁 양상은 이젠 역사가 됐다고 할 수 있을 만큼 현대전에서는 첨단 디지털 기술 기반의 무기체계를 활용하지 않고서는 더 이상 전쟁 수행이 불가능하다.

첨단 디지털기술 기반 무기체계 활용

　현대전은 적에 대한 정보를 ‘센싱’하고, 수집된 정보를 ‘퓨전’해 분석한 후 표적을 식별하고 정확하게 ‘유도’, 타격하는 이른바 ‘Kill Chain’이 거미줄처럼 네트워크로 얽힌 지휘통제망을 통해 운용되기 때문에 한군데에서라도 오류가 생기면 성공적인 작전을 수행하기란 불가능해진다.

　방공 시스템이 조밀하게 배치된 지상 표적을 전폭기로 폭격하는 상황을 가정해 보자. 물론 선진국에서는 장거리 정밀폭격이 가능한 순항 미사일이나 적의 레이더 감시망을 따돌리며 적진 깊숙이 침투할 수 있는 스텔스 전폭기를 활용, 아군의 피해를 최소화하면서 효과적인 작전 수행이 가능할 것이다.

　그러나 최첨단 무기체계를 보유하고 있지 않은 우리나라 상황이라면 전폭기 편대만으로 방공망을 뚫고 임무를 성공하기란 매우 위험스러울 뿐만 아니라 생존을 보장하는 것마저도 어려울 수 있다. 이때 방공 시스템의 눈을 멀게 하고 신경을 마비시키면 어떨까? 방공망 밖에서 강력한 전자 펄스를 방사해 적의 대공 레이더를 무력화시키고 지휘통제망을 교란하는 것이다.

　이미 미국과 같은 선진국에서는 이와 같은 개념을 체계적으로 발전시켜 실전에서 활용하고 있다. 전폭기 자체에 전파를 방사하는 물체를 타격할 수 있는 대방사미사일(HARM)을 탑재해 적의 대공 레이더를 파괴하는 직접 타격 방법도 있지만, 전폭기를 개조한 항공기에 재밍 포드를 장착해 방공망 밖의 비교적 근거리에서 재밍을 가함으로써 적의 레이더를 마비시킨다.

　또는 대형 항공기에 다양한 신호분석 장비와 강력한 재머를 탑재해 전장에서 약 100㎞가량 떨어진 원거리에서 재밍을 가함으로써 적의 지휘통제망을 무력화시키는 방법을 함께 사용해 위협에 따라 효과적으로 작전을 수행한다. 걸프전에서 미군의 항공기 손실을 최소화하고 효과적으로 폭격할 수 있었던 것은 스텔스 전폭기의 위력도 무시할 수 없지만 이러한 신개념의 전자공격 시스템의 지원이 없었더라면 어려웠을지도 모른다.

　원거리 표적에 재밍을 가할 수 있는 EC-130H 콤파스콜(Compass Call)은 적의 신경망과도 같은 지휘통제 시스템을 무력화시키는 대표적인 원격지원 전자교란기(Stand-off Jammer)로, EA-6B 프라울러나 EA-18G 그라울러와 같은 호위지원 전자교란기(Escort Jammer)와 함께 작전을 수행함으로써 아군의 전자전투 능력을 배가한다.

　C-130H 허큘리스(Hercules) 수송기를 개조해 각종 센서나 재머 같은 전자장비를 장착한 EC-130H는 주익 양쪽 하부에 장착된 SPEAR(Special Emitter Array) 포드로 동시에 네 종류의 지휘통제용 통신 신호를 선별적으로 교란할 수 있다. 승무원은 조종사와 항법사 등 비행 승무원 4명 이외에 암호 분석과 표적 식별을 위한 언어학자 등으로 구성된 분석관 및 임무 감독관, 전자전 시스템 통제 및 조작을 위한 임무 통제관 및 무장 담당관 등의 전자전 전문가 9명으로 구성되며, 이들은 개조된 화물칸에 마련된 전자전 조작사석에 탑승해 임무를 수행한다.

한국, 전자전 전용 항공기 확보 시급

　전장에서 방사되는 특정 전파 신호가 감지되면 언어학자들이 이를 분석, 적으로부터 방출되는 신호인지를 결정하고 표적에서 방사되는 신호로 식별될 경우 탑재된 재머를 통해 고에너지의 전파 펄스를 방출해 식별된 신호를 교란한다. 표적에 대한 정보는 통상 비행 전에 지정되고 임무 중에도 공중조기경보통제기와 같은 아군 정보자산을 통해 신규 정보로 갱신되기도 한다.

　한편 미 공군에서 EC-130H보다 대형이면서 체공시간도 긴 B-52 전략폭격기를 원격지원 전자교란기로 개조하려던 계획이 예산 문제로 취소됐다가 핵심적인 전자전 장비를 개발하는 사업 형태로 대체돼 일부 진행 중인 것으로 파악되고 있다. 미 해군에서 전력화하고 있는 EA-18G 그라울러 개조개발 사업과 함께 현대 공중전의 한 축을 담당하고 있는 전자전 전용 플랫폼의 기술적인 진보가 기대되는 사업이기도 하다.

　전자전 전력이 부족한 국내 상황에서 우리 공군이 보유하고 있는 최신예 F-15K 전투기의 작전능력을 극대화하고, 나아가 독자적인 항공작전을 수행할 수 있도록 하기 위해서는 현대 공중전의 필수 요소라 할 수 있는 전자전 전용 항공기의 확보가 시급한 것으로 보인다

특수임무용 소형 전투로봇

Sticky bot(도마뱀형).

과학기술의 급속한 발전 및 인명 중시 사상의 확대로 인해 미래 전장 환경에서 무인 로봇의 중요성은 점차 증대될 것이 분명하다. 특히 위험한 작전지역이나 도시 및 험지와 같은 특수한 환경에서 감시·정찰 및 위험물 탐지·제거 등과 같은 임무를 수행하는 데 있어 로봇은 절대적인 역할을 하게 될 것이다. 이번 기사에서는 이러한 환경에서 특수임무를 수행할 것으로 예상되는 소형 지상전투 로봇에 대해 소개하고자 한다.

미래 무인로봇의 중요성 점차 증대

　지상 로봇은 구동 메커니즘에 따라 크게 궤도형(Track), 차륜형(Wheel), 족형(Leg), 구형(Ball), 뱀형(Snake), 호핑형(Hopping) 등으로 분류할 수 있다.

　대표적인 소형 특수전 로봇으로 이미 전력화된 미국 아이로봇(iRobot) 사의 팩봇(PackBot)은 감시정찰, 지뢰 및 화생방 탐지·제거 등의 기능을 보유하고 있다. 본 로봇은 약 2m의 높이에서 떨어져도 기능에 이상이 없도록 제작됐으며, 수심 2m의 수중에서도 주행이 가능하도록 방수설계가 돼 있다. 궤도형(Track Type)으로 돼 있어 평탄하지 않은 지형뿐만 아니라 물·진흙·풀과 같은 다양한 환경에서도 기동이 가능하며 계단을 오르는 것도 가능하다. 몸체 및 매니퓰레이터 끝단에 카메라가 장착돼 있으며, 폭발물이나 화생방을 탐지할 수 있는 센서도 보유하고 있다. 원격에서 화면을 보며 조이스틱으로 로봇을 운행하거나 매니퓰레이터를 조작하며 한 번 충전으로 3시간 정도 임무를 지속할 수 있다.

　차륜형(Wheel Type)은 소형화 및 경량화가 가능하고 기동성이 뛰어난 장점을 갖고 있다. 미 ODF 사에서 개발한 아이드라이브(EyeDrive)는 4개의 바퀴를 갖고 있으며 최고 시속 12㎞의 속도로 운행이 가능하다. 무게가 2.3㎏에 불과해 휴대도 간편한 이 로봇은 현장에 투입돼 원격으로 조정되면서 실시간으로 영상 및 음성 신호를 송신하는 역할을 한다.

　족형(Leg Type) 로봇으로 미국의 보스톤 다이내믹스 사가 개발한 렉스(RHex)는 6족 보행 방식으로 진흙·모래·언덕·계단 등 불규칙한 지면이나 물속에서 운행이 가능하도록 설계됐고, 무선으로 조종할 수 있으며 GPS가 내장돼 목표점까지 스스로 운행이 가능하다.

　 병사가 휴대할 수 있도록 작은 사이즈로 제작돼 투척 및 유탄 발사기로 발사가 가능한 구형(Ball Type) 로봇은 위험지역으로 발사돼 지면에 착지한 후에 이동하면서 무선 통신장비를 이용, 영상 및 오디오 정보를 실시간으로 전송하는 정찰임무를 수행한다.

뱀형(Snake Type) 로봇은 좁은 틈이나 바위 등 기존 차륜형이나 궤도형이 접근하기 어려운 지형에 접근하기 위해 개발되고 있는데 몸 전체의 전 방향이 캐터필러로 돼 있어 어떤 지형에서도 이동이 가능하며 수중에서도 이동이 가능하도록 개발된 경우도 있다. 뱀형 로봇은 감시 정찰의 군사용뿐만 아니라 화재 및 지진 등의 재난시 인명의 위치를 파악하는 데도 사용할 수 있다.

　호핑형(Hopping Type) 로봇은 자신의 몸 크기에 비해 상대적으로 큰 장애물을 효율적으로 극복하는 개구리나 메뚜기 같은 생물의 점프 원리를 이용한 것으로 높은 장애물을 뛰어넘어 감시 및 정찰 임무를 수행할 수 있고 움직이는 지뢰로 활용할 수도 있다.

　도마뱀 형태의 로봇은 주로 마찰이 적은 유리벽면이나 나무와 같은 수직벽을 이동하기 위해 개발되고 있는데 도마뱀 발바닥에 있는 쐐기형태의 미세 문양을 로봇 발바닥의 실리콘 고무 표면에 배열시킴으로써 수직벽을 오를 수 있도록 한다.

로봇간 협업 임무능력 극대화 모색

　이상 살펴본 특수 임무용 소형 로봇은 일부 전력화된 것도 있으나 대부분은 현재 연구개발 단계에 있어 향후 지속적인 발전이 예상된다. 또 다양한 작전 환경에 맞도록 특화된 소형 로봇이 계속 출현할 것이며, MEMS기술 등의 발전은 소형 로봇의 성능을 크게 향상시킬 것으로 보인다. 현재 운용 중인 대부분의 소형 로봇은 원격으로 조종되고 있지만 향후에는 자율성이 점차 증대되는 방향으로 발전할 것으로 예상된다. 자율성 증대를 위해서는 위치인식, 환경지도형성 및 경로생성 등과 같은 자율주행기술이 필요한데, 이를 위해서는 센서기술 및 영상처리기술 등이 뒷받침돼야 한다.

　또 임무지속성 향상을 위해 이차전지 및 하이브리드 전원등과 같은 전원기술 및 자체적으로 에너지를 재생할 수 있는 에너지 하베스팅 기술의 발전이 필수적으로 요구된다. 향후에는 하나의 로봇이 개별적으로 임무를 수행하는 것을 넘어 다수의 로봇이 협업을 통해 임무수행능력을 극대화할 수 있도록 다중 로봇에 대한 군집제어 및 분산제어기술이 활용될 것으로 예상되며 이를 위해서는 로봇 간 통신 네트워크 기술이 뒷받침돼야 할 것이다.

무인헬기 시대가 오고 있다

벨 407 헬기, MQ-8B 파이어 스카우트 헬기, 파이어-X 헬기(왼쪽부터). 출처:벨 및 노드롭 그루만 홈페이지

최근 미 육군에서 발표한 무인기 로드맵에서 향후 25년 내에 미 육군에서 운용 중인 유인기의 대부분이 무인기 및 유·무인 겸용기로 전환될 것으로 전망했고, 이런 무인기들은 새로운 센서와 소형 레이저무기를 장착하고 화물 수송과 같은 새로운 임무를 수행할 것이라고 발표했다.

최근 센서·항공전자·비행제어 기술의 발달에 따라 최근 무인기에 대한 많은 연구가 활발히 진행되고 있어 이러한 미 육군의 무인기 로드맵의 전망은 지금으로부터 아주 먼 미래의 이야기가 아니라 현실로 다가오고 있다.

　미국 노드롭 그루만(Northrop Grumman) 사와 벨 헬리콥터(Bell Helicopter) 사 공동으로 새로운 차원의 무인헬기인 파이어-X(Fire-X)를 개발하고 있다고 공개했다.

벨 헬리콥터 사의 50년 이상의 헬기 생산 및 고객 지원 경험과 노드롭 그루만의 무인기 설계, 개발 및 생산 분야의 60년 이상 경험을 토대로 개발이 진행되고 있고 초도비행은 2011년 말께에 이뤄질 예정이다.

　이 무인헬기는 미 해군에서 운용 중인 MQ-8B 파이어 스카우트(Fire Scout) 무인헬기와 미 FAA가 인증하고 1996년부터 운용을 시작한 벨(Bell) 사의 407 헬기를 통합한 체계다.

이 파이어-X 는 감시정찰 및 표적획득을 위한 센서를 탑재하고, 2600 lb 이상의 외부 화물 수송능력과 3000lb 이상의 유효하중, 그리고 한 번 이륙 후 14시간 이상의 체공능력을 목표로 하고 있다.

　또 파이어-X 는 해상 및 지상임무를 모두 지원 가능한데, 함상 이착륙이 가능하고, 지상에서는 활주공간이 준비되지 않더라도 접근이 가능하며, 미 해군의 전술통제소와 육군의 지상통제소를 포함한 현재 운용 중인 또는 미래에 운용할 군 표준 지휘통제체계와도 연동될 수 있다.

　MQ-8B 파이어 스카우트 또한 쉬바이츠(Schweizer)333 유인헬기를 무인화 개발한 미 육군용 MQ-8A의 파생형으로 해군 함상에서 이착륙이 가능하며 대잠·대수상함·기뢰전 임무를 목적으로 개발된 체계다.

MQ-8B는 주로 미 해군의 대잠 및 대수상함 헬기인 SH-60과 비교되는데 동일한 정찰임무를 수행하는 데 소모되는 연료는 약 4분의 1 이하, 정비는 10분의 1 이하의 투입인시 정도가 소요될 정도로 경제성 측면에서 이점이 있는 것으로 알려져 있다.

　아직까지는 무장 기능 및 데이터 중계 능력은 보유하지 않지만 향후 이에 대한 개발이 예정돼 있다.

벨 407 헬기는 베스트셀러인 Bell 206 모델의 파생형 모델이며, 지난해에 인기리에 종영된 드라마 ‘꽃보다 남자’ 첫 회에서 주인공 ‘구준표’가 학교에 등교할 때 탄 헬기다.

　파이어-X 개발을 통해 앞으로 무인헬기 및 유인헬기의 통합개발이 어떻게 시너지 효과를 발휘하고, 개발위험을 감소시키며, 상업적으로 성공을 위해 저렴하며, 신뢰할 수 있는 다목적 무인헬기의 유용성을 확인 할 수 있게 된다.

이러한 무인기와 유인기의 기술 융합을 통해 가까운 미래에는 현재 유인기 임무 중 일부 무인기가 분담해 온 임무들을 무인기가 거의 대부분 대체한다는 미 육군의 로드맵의 내용들이 현실화돼 공상과학만화에서나 있을 법한 조종사 없는 헬기에 우리의 특공대원들을 태우고, 적의 대공포들을 최신 항공전자 장비들을 이용해 회피하면서 적진에 투입, 적의 지휘부를 혼란에 빠뜨리는 작전을 수행하는 그런 날이 올 수 있지 않을까 예상해 본다.

철의 방패막-포스필드

영국에서 연구 중인 포스필드의 개념도. 출처:Hight3ch.com

‘창과 방패’는 인류가 존재하고 생존하기 위해 활용했던 공격과 방어를 위한 대표적인 무기체계다. SF 영화 ‘스타워즈’ 또는 TV 공상과학시리즈 ‘스타트랙’을 보면 날아오는 폭탄이나 미사일을 막아내는 보호막이 등장한다. 레이저와 핵폭탄을 포함해 아무리 강력한 무기라 할지라도 이 보호막에 부딪히면 그 자리에서 폭발해 보호막 내부 사람이나 건물에는 아무런 충격도 주지 못한다. 역장(力場·Force Field)이라고 불리는 이 보호막은 기체를 섭씨 7000도∼8000도까지 가열한 뒤 전기장·자기장으로 만들어진 창(窓)에 집어넣은 ‘플라즈마 창’이다.

　1995년 미국 브룩 헤이븐 연구소의 물리학자 에디 허쉬코비치가 발명한 플라즈마 창은 진공상태를 만드는 데 이용되고 있다. 이를 훨씬 강력하고 높은 온도의 플라즈마 창으로 발전시킨다면 총탄이 창에 닿는 순간 증발하도록 하는 것도 불가능하지 않다. 현재의 기술로는 15㎜밖에 만들 수 없지만 향후 탄소 나노 튜브기술과 포토 크로마틱스기술(햇빛을 받으면 선글라스로 변하는 안경기술)이 발전한다면 SF소설에 나오는 투명 보호막도 가능하다.

　이론 물리학계의 세계적인 석학 ‘미치오 카쿠’는 적 공격으로부터 보호막 내부의 인명과 재산을 보호하려면 플라즈마 창만으로는 부족하다고 한다. 그 이유는 플라즈마의 에너지가 충분해야 보호막으로서의 역할을 할 수 있는데 그 에너지가 얼마가 돼야 하느냐 하는 것이다. 이를 위해 다양한 기능을 가진 역장을 겹겹이 쌓아야 한다는 것이다. 카쿠의 이론에 의하면 제일 바깥층에 초고온 상태의 플라즈마 창을 배치하고, 그 아래 두 번째 층에는 고에너지 레이저빔으로 만든 커튼을, 그리고 세 번째 층에는 탄소 나노 튜브로 만들어진 격자 층을 설치하면 전투상황에서 보호막으로서 기능할 수 있을 것으로 보고 있다. 물론 현재 기술로는 불가능하지만 100년 내에는 어떻게든 실현될 가능성이 있다고 주장한다.

　아직까지 보호막을 이용한 제품은 현실화되지 않았지만 초보적 수준의 제품은 이미 상용화되고 있으며, 실용화되면 미사일을 막는 방어막은 물론 대형 교량이나 고속도로 등도 단추 하나만 눌러 건설할 수 있고, 이를 발전시키면 사막의 초고층 도시는 물론 수중도시 건설도 가능해진다. 또 영화 스타워즈에서 진군하는 부대의 보호막으로 사용되는 것처럼 실제 전쟁터에서 활용될 가능성도 크다.

　현재 영국의 국방과학 기술연구소에서 슈퍼 변압기를 사용해 탱크를 비롯한 전투 차량을 방어할 변류 방어막을 만들기 위해 연구 중이라고 한다. 이곳의 연구목적은 슈퍼 콘덴서로 충전되는 전자기 필드를 만들어 탱크와 다른 군사용 차량을 보호하는 데 있다. 임의의 물체가 탱크의 포격을 받을 때 포탄이 물체에 피해를 주지 못하게 하려면 플라즈마가 포탄을 순간적으로 녹여버려야 한다. 일반적으로 철의 녹는 점이 1535도임을 고려하면 서서히 녹아서는 보호막으로서의 기능·역할을 할 수 없기 때문에 순간적으로 녹일 수 있는 온도가 필요하고 그 온도는 최소 1만도 이상이 돼야 한다. 연구가 완성되면 이론상으로 이 보호막은 소형 미사일 정도까지는 빗나가게 만들 수 있다고 한다.

　북에서 쏘아올린 포탄이 북방한계선 이남까지 떨어지고 있는 최근의 현실에 비춰 볼 때 남한 전역에 보호막을 설치하는 것도 한번쯤 고려해 볼 일이다.

스텔스 기술-블랙 폭스

전차에 적용하는 블랙 폭스 기술의 개념도. 출처:이스라엘 엘틱 사

공상 과학 영화에 자주 등장하는 보이지 않는 투명 망토나 세계적인 마술사 데이비드 카퍼필드의 사라지는 마술과 같이 갑자기 탱크·헬기·함정을 사라지게 할 수 있는 기술이 실현된다면 적과의 전투에서 항상 승리할 수 있을 것이다. 그렇다면 어떻게 적의 열영상장비에 탐지되지 않는 적외선 스텔스 무기체계 개발이 가능할까?

　영국 국방부는 2007년 광학 스텔스 기술을 적용한 주간용 투명 탱크를 개발했다. 탱크의 장갑에 디스플레이 막을 입혀 탱크에 설치된 광학 카메라가 촬영한 주변 풍경을 막에 표시함으로써 탱크를 보이지 않게 하는 원리다. 이 투명 탱크는 빠르면 2012년 실전에 투입될 예정이다.

　최근 이스라엘의 엘틱(Eltic) 사는 야간에 주위 배경에 대한 열감지영상이나 전투차량이 아닌 민간 차량의 영상을 아군 전투차량에 입혀진 특수코팅막에 전시함으로써 영상 내용과 형태를 조작할 수 있는 야간용 투명탱크를 개발했다.

블랙 폭스(Black Fox)라고 불리는 이 기술은 적이 열영상장비로 관측할 때 주위 환경과 동일해 보이지 않게 하거나 다른 형상의 장비로 인식하게 하는 기술로 전쟁의 판도를 변화시킬 수 있는 획기적인 기술이라 할 수 있다.

　블랙 폭스 기술은 차량의 경우 장착된 전방 적외선 감시 파노라믹 카메라로 360도 회전하면서 주위를 촬영해 획득한 열감지영상을 디지털 신호처리를 통해 차량에 전시할 수 있는 최적화된 영상으로 조작하고, 이 영상을 다중 특수코팅막에 전시함으로써 스텔스 착시를 일으키게 한다.

　승무원은 레이저 빔과 피·아 식별기를 사용, 전투 식별체계로 작동되는 암호화된 숫자나 패턴을 전시할 수 있게 다중 특수코팅막의 패널을 개별적으로 프로그램 할 수 있다. 예를 들면 차량이 움직일 때 위성·무인기 또는 지상에서의 열영상관측으로부터 전면·측면·상부 등 전 방향에서 최적의 은폐를 유지하기 위해 특수코팅막에 상황에 따라 변화하는 영상과 패턴을 전시한다.

　또 주위의 건물·과수원·덤불 등의 영상을 적용해 배경과 혼합할 수 있으므로 다른 형상의 물체로 아군 차량을 위장할 수 있다.

예를 들면 미국의 M-1 전차를 러시아 T-72 전차로 보이게 한다든가, M-113 장갑차의 모방 영상으로 크기를 축소시킬 수도 있다.

블랙 폭스 장치는 자동으로 빠르게 운용될 수 있으며, 스텔스 효과를 증대하기 위해 승무원이 수동으로 각 패널을 조작할 수도 있다. 이러한 기능은 전쟁터에서 다양한 임무를 수행하는 데 장점으로 작용할 것이며 또한 승무원의 훈련 목적으로도 사용될 수 있을 것으로 예상된다.

　블랙 폭스 기술은 전차와 같은 육상장비뿐만 아니라 비행기나 함정에도 적용이 가능하며, 대형 군함은 외부 형상을 보급선 또는 상선 모양으로 바꿀 수 있을 것이다.

전자기 레이더 스텔스 방법을 사용할 시에는 공격 대함미사일이 종말 유도단계를 시작하기 전에 열 센서를 사용해 이 시스템을 가동할 수 있으며, 스텔스 모드로 진입하면 미사일의 사통장치에서 표적이 흔적없이 사라지게 할 수도 있다.

　이스라엘을 비롯한 몇몇 선진국들은 가까운 시일 내에 광학장비나 열상장비에 탐지되지 않는 투명 탱크를 전력화할 것이다. 이는 값비싼 방호장갑 또는 능동방호 기술을 적용하지 않고도 전차·장갑차를 비롯한 함정·항공기 등의 생존성을 크게 강화할 수 있을 것으로 예상된다.

제우스 신의 무기 `번개'를 만든다고?

장갑차를 공격하는 인공번개의 상상도.

　그리스 신화에서 모든 신과 인간의 아버지로 등장하는 제우스는 ‘이지스(aegis)’라는 방패와 함께 번개를 무기로 사용한다. 자연 현상에서 구름 하부의 양전하는 지표면의 음전하인 전자를 끌어당기는데, 이로 인해 구름에 가까운 건물 지붕이나 산 정상으로 이동한 전자가 구름을 향해 튀어 나가면서 발생하는 빛이 번개이며, 이때 발생하는 소리가 천둥이다. 번개는 시각적인 공포를 보여주는 것은 물론, 물리적으로도 시속 30만㎞의 속도와 태양표면 온도의 5배에 이르는 약 3만 도의 엄청난 열을 발생시킨다.

　판타지 영화나 SF게임에서 번개는 가공할 만한 위력을 갖는 마법과 같은 기술 또는 공상과학 무기의 일종으로 등장한다. 이러한 번개가 보여주는 매력으로 인해 일부 국가에서는 아직까지 자연현상의 하나인 번개를 인간이 조종 가능한 초자연적 무기로 개발하려는 데 관심을 기울이고 있다. 그리고 인위적으로 번개를 발생시킬 수 있는 인공번개의 해답을 교류시스템을 개발한 천재 과학자 니콜라 테슬라에 의해 19세기 말에 고안된 테슬라 코일에서 찾고자 했다.

　테슬라 코일은 공진현상을 이용해 저전압을 고전압으로 바꾸는 하나의 장치로, 일반적인 변압기에 철심이 들어간 것과 다르게 비자성체에 코일을 감은 것이 특징이다. 테슬라 코일을 동작시키면, 1차 코일에서는 비정상적인 고압방전이 일어나며 그 모습은 마치 자연에서 발생하는 번개와 유사하다. 하지만 인공번개는 자연현상의 번개와 마찬가지로 표적을 향해 조준해 발사하거나 적을 선별, 공격하는 것이 불가능하다는 치명적인 단점을 가지며 무기로 개발되기 위해서는 이러한 문제를 반드시 극복해야 한다.

　최근에 연구되는 LIPC(Laser Induced Plasma Channel) 기술은 인공번개를 무기로 개발할 수 있는 하나의 힌트를 제공하고 있다. LIPC 장치는 일종의 소형 인공번개를 만들어 내는 전기레이저(Electro-laser) 기술을 이용한다.

즉, 레이저 광선은 우주공간과 같은 진공상태에서 발사될 경우 강력한 무기가 되지만 공기가 많은 지구상에서 쏠 경우에는 그 에너지의 대부분을 열 형태로 손실하게 된다. 하지만 이 순간에 레이저로 인해 뜨거워진 공기는 레이저 궤적을 따라 플라즈마를 발생시키는데 이 플라즈마의 궤적, 즉 플라즈마 채널은 전기를 아주 잘 전달한다는 특징을 갖는다.

　이러한 전기레이저를 맞은 사람은 레이저 광선으로 인한 열 충격과 감전으로 인한 전기 충격에 의해 고통받으며 쓰러진다. LIPC 장치는 철조망이 없는 전기철조망이나 전기장벽이라 할 수 있으며, 자외선 레이저를 사용할 경우에는 눈에 보이지 않는 은밀성까지 제공할 수 있다. 미국은 최근에 LIPC 장치 개발을 완료했으며, 중요 시설물의 출입 보안장치로 활용하고 있다.

　인공번개를 무기화할 수 있다는 주장의 배경은 LIPC 기술을 이용해 공기 중으로 레이저를 발사, 플라즈마 채널을 생성한 후 인공번개를 발생시키면 생성된 궤적을 따라 번개의 진행방향을 유도할 수 있다. 이를 통해 인공번개의 표적에 대한 지향이 가능하다는 원리다. 아직까지 인공번개를 인위적으로 제어해 무기화시키려는 구체적인 계획은 밝혀진 바가 없다.

하지만 급격히 발전하고 있는 레이저 기술을 기반으로 다양한 레이저 무기체계가 개발되는 근래의 추세로 미뤄 볼 때 영화나 게임 속에서만 볼 수 있었던 ‘라이트닝 볼트(Lightning Bolt)’와 같은 인공번개 무기의 개발도 충분히 가능하리라 예측된다.

미래군의 진화된 전장인지기술- 증강인지

인간 뇌파 통해 10km 범위 내 敵·차량 등 감지

김장헌 국방기술품질원 선임연구원

증강인지로 전장 환경을 정찰하는 미래군 상상도. 출처:Ubisoft Ghost Recon Future Soldier

인류는 수십만 년에 걸쳐 현재의 지능을 갖춘 인간 호모 사피엔스로 진화했다. 호모 사피엔스는 ‘지혜 있는 사람’, 즉 ‘지능 소유자’를 뜻하며 인간이 다른 동물과 차별되는 특징으로 지능이 있다는 것을 뜻한다. 그리고 호모 사피엔스는 문명을 일으킨 지 5000여 년 만에 과학기술의 발전을 통해 자신이 가진 생물학적 한계를 극복하는 인공 진화를 꿈꾸고 있다. 1960년대 초, 리클라이더(J.C.R. Licklider)가 저서 ‘인간-컴퓨터 공생(Man-Computer Symbiosis)’에서 인간 두뇌의 전기적 신호를 인지처리에 활용할 수 있는 가능성에 대해 언급한 이후, 인공지능과 인지심리학·뇌과학 연구의 발전을 통해 주의·기억·학습·이해·판단 등 인간의 인지과정에 나타나는 병목·한계·편견 등의 문제점들을 정보기술(IT)이나 신경공학 기술을 통해 조절하고자 하는 시도가 나타나고 있는 것이다.

　인간의 기억과 생각이 뇌의 화학물질에 의한 신경세포 현상이라는 점이 밝혀졌고, 기능성자기공명장치(fMRI), 양전자방출단층촬영(PET), 단일광자단층촬영(SPECT), 뇌파기기(EEG) 같은 장비들을 통해 뇌가 어떻게 감각 정보를 받아들여 의식하는지, 어떻게 학습해 기억하는지, 어떻게 추리해 문제를 해결하는지 모델링할 수 있게 됐다.

　미래학자 커즈와일(R. Kurzweil)이 예측하듯 2020년께에는 컴퓨터 성능이 인간의 두뇌를 따라잡게 될 것이고 앞으로 인간의 지능과 인공 지능의 경계가 모호해지는 세상이 될 것은 필연적일 수밖에 없다. 먼저 보고 먼저 타격할 수 있는 능력이 승패를 좌우하는 전장 환경에서 무기체계를 조작하고 운용하는 인간의 인지과정과 지휘통제시스템과의 매개과정은 불가분의 관계에 있고, 인간의 뇌에서 이뤄지는 정보 의식·몰입·판단 과정에 의존할 수밖에 없다. 따라서 선진국들은 인간의 인지능력을 확장하는 기술에 많은 관심을 쏟고 있으며 각종 센서를 통해 전장 공간에서 신뢰성 있는 정보를 획득하고 대응하도록 하는 정보감시정찰 분야 무기체계에도 변화가 있을 것으로 예상된다.

　미국은 1970∼80년대 미 국방부 산하 고등연구계획국(DARPA : Defense Advanced Research Projects Agency)의 생체 인공두뇌와 학습전략 연구프로젝트를 통해 뇌파를 군 장비 제어에 활용하기 위한 가능성을 파악했다. 이어서 90년대 초에는 인공지능과 인지모델링을 통합, 비행기 조종사 간의 의도를 추론해 상호 작용할 수 있도록 조절하는 ‘PA(Pilot's Associate)’ 프로젝트를 수행했다.

　이러한 연구들은 90년대 후반 마이크로소프트 연구소의 ‘AUI(Attentional User Interface)’ 프로젝트를 통해 응시 방향·시간·입력 통신 매체 상호간의 사건들을 통계적 모델로 분석, 사용자의 주의와 작업 부하를 조절하는 증강인지기술 개발로 이어졌다. 2002년께 미국 옵토바이오닉스(Optobionics) 사와 존스홉킨스 병원(Johns Hopkins Hospital)의 윌머 안과 연구소(Wilmer Eye Institute)는 안경에 장착된 카메라로 입력한 영상을 전기신호로 바꾼 뒤 인간의 망막에 이식된 칩으로 전달해 망막의 신경세포를 자극함으로써 사물의 형체와 움직임을 분간할 수 있는 ‘전자 눈’을 개발했다. 2007초부터 DARPA는 병사에게 120도 이상의 광각의 화각을 제공하기 위해 감각 정보(sensory data)를 수집하고 1∼10㎞ 범위 내의 적군과 차량 등을 동시에 감지, 인간의 뇌파를 통해 적의 위협을 경보해 즉시 대응할 수 있도록 해 주는 CT2WS(Cognitive Technology Threat Warning System) 개발 프로젝트를 진행하고 있다.

　이러한 기술이 더욱 발전해 더 많은 정보를 직접 뇌에 전달할 수 있게 된다면, SF영화인 매트릭스나 토탈리콜에서처럼 다양한 센서로부터 생성한 시각 정보나 컴퓨터가 생산한 지식을 감시정찰체계에 바로 활용할 수 있을 것이다. 지휘통제체계의 인공지능은 전장 환경을 감지하고 아군의 행동양상을 분석해 전장 환경에 유리한 결정을 뇌에 전달, 임무를 수행하게 될 것이다. 미래의 증강인지 기술은 각종 공간 센서와 지능형 체계를 연결해 무기체계 운용자가 최대한 많은 상황정보를 수집하고 보다 신속·정확하게 인지하고 대응할 수 있게 할 것으로 예측된다.

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