영국, 2차 세계대전에서 독일 공격 미사일로 막아내
잠자리 '겹눈' 구조 적용…기계식→전자식으로 발전
서로 다른 주파수 발사가 최대 장점…탐지 속도·정확성↑
[편집자주] 기업들의 신기술 개발은 지속가능한 경영의 핵심입니다. 이 순간에도 수많은 기업들은 신기술 개발에 여념이 없습니다. 기술 진화는 결국 인간 삶을 바꿀 혁신적인 제품 탄생을 의미합니다. 기술을 알면 우리 일상의 미래를 점쳐볼 수 있습니다. 각종 미디어에 등장하지만 독자들에게 아직은 낯선 기술 용어들. 그래서 뉴스핌에서는 'Tech 스토리'라는 고정 꼭지를 만들었습니다. 산업부 기자들이 매주 일요일마다 기업들의 '힙(hip)' 한 기술 이야기를 술술~ 풀어 독자들에게 전달합니다.
[서울=뉴스핌] 강명연 기자 = 한국형 전투기(KF-X)의 핵심 기술인 능동전자식위상배열(AESA) 레이더가 국내 개발 완료 단계에 접어들었습니다. AESA 레이더는 미국 록히드마틴의 F-35 전투기를 수입하면서 미국으로부터 이전받기로 했던 핵심 기술 중 하나로, 기술 이전이 좌초되면서 우여곡절을 겪었지만 4년의 개발 끝에 결실을 맺게 된 겁니다.
현재 한화시스템이 개발 중인 AESA 레이더는 단군 이래 최대 방산 프로젝트인 KF-X에 탑재될 예정입니다. 미국의 기술 이전 거부를 딛고 국내 개발이 추진된 AESA 레이더가 개발되기까지 과정과 전투기에서 어떤 역할을 하는지 살펴보겠습니다.
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| 방위사업청은 지난 8월 한화시스템 용인종합연구소에서 한국형전투기(KF-X)에 탑재할 핵심장비인 'AESA 레이다 시제품 출고식 행사'를 개최했다. [사진=방위사업청] |
◆ 전투기의 '눈' 레이더…영국 첫 개발 후 2차대전 거치며 성능 고도화
레이더는 전파를 이용해 거리를 측정하는 데 사용됩니다. 시력이 약한 박쥐가 초음파를 발사하는 원리와 같습니다. 어둠 속에서 반사된 파동을 계산해 물체의 방향과 속도를 파악하는 것입니다. 전투기와 함정 등 전투전력 역시 적을 탐지하기 위해서는 레이저가 필수적인 셈이죠. 레이더가 전투기의 '눈'이라고 불리는 이유입니다.
세계 최초의 레이더를 설치한 국가는 영국입니다. 독일의 물리학자 하인리히 헤르츠가 전파의 존재를 발견한 1887년 이후 주요국들은 라디오 전파와 특성을 활용해 항공기와 선박을 탐지하는 시도를 시작했습니다. 이후 영국이 북해 연안에 5개의 레이더 기지 설치에 성공한 것은 1935년입니다. 전파를 발견한지 50년 만에 거둔 결실이었습니다.
레이더는 선박이나 해안에 설치해 바다 위 선박을 찾는 데 활용됐습니다. 미국, 프랑스, 독일, 일본 등 당시 강대국은 앞다퉈 레이더 개발에 나섰고, 미국 해군연구소는 1939년에 선박에 레이더를 장착해 운용실험에 들어갔습니다. 이후 레이더는 선박, 항공기, 대공포, 잠수함에 장착되며 본격적으로 활용되기 시작했습니다.
레이더가 전쟁의 핵심 장비로 떠오른 것은 2차 세계대전부터입니다. 2차 세계대전 당시 나치 독일은 프랑스를 점령한 이후 영국을 표적으로 삼았습니다. 1940년 5월 말 영국군이 서부전선에 포위된 연합군을 구출한 덩케르크 철수작전 이후 독일은 영국에 폭격을 시작했습니다. 이때 독일군의 폭격기와 전투기를 막아낸 것이 레이더였습니다.
영국군은 레이더 덕분에 독일 공군기가 어디로 오는지 알 수 있었고, 전투기를 적시에 보내 요격했습니다. 전쟁 기간 동안 레이더의 성능은 급격하게 발전했습니다. 해상도는 1m에서 3cm까지 높아졌고, 2차 세계대전 기간 동안 미국에서만 150여종의 레이더가 개발됐습니다.
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| KF-X가 장거리 공대지미사일을 발사하는 장면 개념도 [사진=한국항공우주산업] |
◆ 기계식 레이더가 전자식으로 발전…다른 주파수 활용 'AESA 레이더', 정확도 향상
AESA 레이더는 다양한 주파수의 전파를 동시에 송수신할 수 있다는 것이 가장 큰 특징입니다. 초기 레이더는 오목거울형 반사판에 전파를 모은 뒤 레이더를 회전시키며 전파를 발사하는 기계식이었습니다. 사람의 눈동자가 왼쪽과 오른쪽으로 움직이거나 한밤 중에 등대가 바다를 비추는 것과 같은 원리입니다. 이후 여러대의 발신기를 활용해 구동축 없이 전파 발사가 가능한 레이더가 개발되면서 수동전자식위상배열(PESA) 레이더가 주로 사용됐습니다. 여기서 한 단계 더 발전한 것이 AESA 레이더입니다.
PESA 레이더와 AESA 레이더는 모두 위상배열 레이더의 일종입니다. 기계식 레이더와 비교해 위상배열 레이더는 잠자리의 '겹눈'에 해당됩니다. 잠자리는 2만여개의 홑눈이 모인 '겹눈'을 갖고 있는데, 이 구조를 과학기술에 적용해 발전시킨 기술이라고 할 수 있습니다.
AESA 레이더와 PESA 레이더의 가장 큰 차이는 주파수가 다른 전파를 보낼 수 있는지 여부입니다. PESA 레이더는 전파 발신기에 송수신 기능이 없어 여러개의 전파를 발사하면서도 다른 주파수 대역을 동시에 보낼 수는 없습니다. 반면 AESA 레이더는 발신기마다 송수신 제어가 가능하기 때문에 동시에 다른 주파수 대역의 전파를 보낼 수 있습니다.
AESA 레이더는 서로 다른 주파수를 가진 여러개의 전파를 발사하기 때문에 하나의 주파수로 발사하는 데 비해 다수의 탐지물을 보다 정확하게 파악할 수 있다는 것이 최대 장점입니다. 기존의 PESA 레이더는 전투기 2대가 붙어있는 경우 전투기 1대로 인식하는 등 정확도가 떨어진다는 단점이 있었습니다. 한 번에 하나의 주파수를 보내기 때문에 탐지 속도에도 한계가 있었습니다.
반면 AESA 레이더는 1000개 이상의 송수신모듈(TRM)로 구성돼 각각의 모듈이 잠자리의 홑눈처럼 목표물을 추적합니다. 개별적으로 전자파를 송수신하면서 여러 방향에 위치한 다수의 표적을 동시에 탐지·추적할 수 있는 것입니다.
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| 한국형 전투기(KF-X) 최종조립 모습 [사진=방위사업청] |
◆ KF-X 탑재 AESA 레이더, F-35 대비 사거리 절반 수준…시제품 출고 후 SW 개발 중
KF-X는 우리 군이 도입 중인 미 전투기 F-35보다 0.5단계 낮은 4.5세대 전투기입니다. 전투기 성능이 높을수록 항속거리와 사거리가 멀기 때문에 KF-X에 장착될 AESA 레이더의 사거리는 F-35의 절반 수준으로 알려져 있습니다. 성능이 다른 전투기끼리 교전을 벌일 경우 한쪽은 눈을 감은 채 싸우는 것과 마찬가지인 셈입니다. AESA 레이더가 전투기의 핵심 기술이라고 불리는 이유입니다.
국내에 전력화돼 있는 전투기 가운데 현재 도입 중인 F-35와 성능이 개량된 F-15, F-16 일부가 AESA 레이더를 장착하고 있습니다. 4세대 전투기인 F-16과 비교하면 KF-X에 장착될 AESA 레이더의 사거리는 더 길 것으로 예상할 수 있습니다.
현재까지 한국의 방산업계가 개발을 완료한 AESA 레이더는 중거리 지대공유도무기 '천궁'이 유일합니다. 차기 호위함(FFX-Ⅲ)에 탑재될 AESA 레이더는 아직 전력화가 되지 않았고, 전투기용 AESA 레이더 개발은 이번이 처음입니다. 미국으로부터 기술 이전을 추진하다 좌초된 뒤 국산화로 방향을 선회한 만큼 개발을 성공하기 어려울 거란 우려도 많았습니다.
우여곡절 끝에 지난 8월 방위사업청과 개발사인 한화시스템은 국내 기술로 개발된 AESA 레이더 시제품 출고식을 개최했습니다. 최신형 전투기의 핵심 기술로 꼽히는 AESA 레이더를 국내 기술로 개발할 수 있을지 의문이 제기돼 온 가운데 완성품을 선보일 수 있게 된 만큼 주목을 받았습니다. 다만 현재는 하드웨어 개발이 완료된 상태로 소프트웨어는 아직 개발이 진행 중입니다.
출고된 AESA 레이더는 내년 상반기 한국항공우주산업(KAI)가 개발 중인 KF-X 시제기에 탑재돼 지상 및 비행 시험을 거칠 예정입니다. 전투기의 핵심 기술인 AESA 레이더가 성공적으로 국내 개발을 마무리할 수 있을지 주목됩니다.
unsaid@newspim.com
