무기의 탄생;함대함유도탄 해성

동급 세계 최강…토종 순항 유도탄 1호

<13> 함대함유도탄 해성(상)

2015. 04. 21   16:50 입력 | 2015. 04. 22   11:09 수정

소형 고속정부터 구축함까지 탑재 가능 ‘작고 은밀하게 공격’

초저고도 해면밀착비행, 적함 대공레이더로 조기 탐지 어려워

 

기사사진과 설명

강원도 동해상에서 진행된 실사격훈련에서 해군 유도탄고속함 박동 진함이 국산 함대함유도탄 해성을 발사하고 있다. 국방일보 DB

 

　”성능 및 특징

　함대함유도탄 해성은 원거리에서 적의 수상함을 공격할 수 있는 최첨단 순항 함대함 유도 무기체계다.

　적의 소형 유도탄정부터 대형 항공모함까지 공격할 수 있으며 소형 고속정부터 구축함까지 탑재가 가능해 동급 세계 최고 수준을 자랑한다.

　현재 대조영함을 비롯한 한국형구축함, 유도탄고속함 등에서 운용하고 있다.

　표적 적함에 호밍(Homing)할 때 상대편의 대공화기를 피하기 위해 과격한 회피기동을 하며 공격할 수 있는 특징이 있다.

　특히 해면밀착기동이나 팝업공격, 재공격 등 현대전에서 대함유도탄이 갖춰야 할 능력을 모두 갖추고 있다.

　또 대전자전 능력을 보유한 마이크로파 탐색기, 스트랩다운(strapdown) 관성항법장치(INS), 위성항법 장치(GPS), 전파고도계 등 첨단 기술을 활용해 초저고도 해면밀착비행, 다양한 공격 방법, 높은 생존성, 높은 명중률과 같은 탁월한 특징을 보유하고 있다.

　해성은 발사 후 함정에서 별도의 조종이나 통제 없이 사전에 입력된 자료에 따라 비행하며 목표물을 찾아가는 발사 후 망각(fire & forget) 방식을 취하고 있다.

　스치듯이 해면에 밀착해 비행하는 순항 유도탄으로 로켓부스터로 발사된 후 소형 터보제트엔진으로 비행한다.

　터보제트엔진은 유도탄이 혹한·혹서의 사용 대기 조건에서도 충분한 기동을 할 수 있는 추력을 갖고 있다.

　해성은 유도탄이 적함에 명중 후 갑판을 뚫고 내부로 침투해 폭발할 수 있도록 관통형 탄두를 사용한다. 충돌 후 지연 기폭 기능을 갖도록 신관을 설계했다. 또 소형 표적에 대해서는 충돌 즉시 폭발할 수 있도록 신관에 순발 기능도 보유하고 있다.

　특히 탄두는 둔감화의 특성을 지니고 있다. 자함이 피격당했을 때 유도탄이 폭발해 배가 손상되는 것을 방지하기 위한 것이다. 로켓부스터와 탄두에 이와 같은 고성능 둔감화 탄약 기술을 적용했다.

　해성은 최신의 컴퓨터 부품과 디지털 신호처리 기술을 활용하고 있다. 이는 유도탄 내 장비의 상태를 일목요연하게 모니터링할 수 있게 해줌으로써 유도탄을 발사할 때나 정비할 때 유용하게 사용된다.

　발사통제장비도 최신 컴퓨터 기술을 활용해 운용성과 정비성을 높였다.

　스트랩다운 관성항법장치를 이용해 유도탄의 속도·위치·자세 정보를 알아내 이를 바탕으로 중기 유도 과정을 거쳐 최종 표적을 탐색할 수 있는 위치까지 비행한 다음 유도장치가 탐색기를 작동시켜 적함을 탐지하고 명중할 때까지 호밍 유도를 수행한다. 이때 사용되는 마이크로파 탐색기는 적의 전자전에 대응할 수 있는 능력을 갖고 있다. 마지막 호밍 유도 과정에서 유도탄은 해면 위를 스치듯이 낮은 고도로 비행한다. 해성은 레이더 반사 단면적 값이 작고 저고도로 비행하기 때문에 적함이 대공레이더로 해성유도탄을 조기 탐지하기가 어렵다.

　

　”개발 배경

　1970년대 우리나라는 북한의 도발에 대응하고자 프랑스제 엑조세(Exocet) 유도탄을 도입했고 뒤이어 미국의 하푼(Harpoon) 유도탄을 도입해 운용했다. 당시 우리나라 해역에는 북한의 소형 간첩선이 자주 출몰했고 해군은 이를 효과적으로 타격할 수 있는 소형 대함 유도탄이 필요한 상황이었다.

　이에 국방과학연구소(ADD)는 지대지유도탄 백곰 개발 성공을 발판으로 단거리 함대함유도탄 해룡을 개발했다. 1981년 9월에 선행 및 실용개발에 착수, 마침내 1986년 말 해룡 개발을 완료했다.

　그러나 해룡은 반능동(Semi-Active) 레이저유도방식을 채택해 작전운용성이 떨어지는 단점이 있었다. 또 탐색기와 관련해 미국 업체의 횡포마저 겹쳐 끝내 양산으로 이어지지 못했다. 개발에 성공하고도 실전배치를 하지 못한 것이다.

　이후 해군의 대함유도탄 수입과 운용에 막대한 예산이 소요된다는 지적에 따라 국방부는 1993년 함대함 유도탄의 국내 개발 필요성을 제기하며 ADD에 함대함 유도무기의 국내 개발 가능성을 타진했다.

　하지만 당시 ADD는 함대함 유도무기를 개발하기에 기술성숙도가 낮았고 충분한 기술을 확보하지 못한 상황이었다.

　이에 국방부는 먼저 탐색개발을 승인하고 탐색개발의 결과를 보고나서 체계개발 승인 여부를 판단하기로 했다.

　　　

　”개발 경과

　그렇게 해서 해성은 1996년 5월 탐색개발에 착수했다.

　1998년 9월 탐색개발을 끝내면서 해성의 터보제트 엔진을 개발했다. ADD는 이 사업과 별도로 마이크로파 탐색기 응용연구를 진행해서 성공했다.

　 ADD는 탐색개발 결과와 탐색기 응용연구 성과를 근거로 체계개발 계획서를 작성, 이 계획서를 가지고 1998년 9월 소요군인 해군을 설득했다.

　해군 지휘부는 개발의 성공 가능성을 반신반의했지만 젊은 장교들이 ADD 연구원들의 열의에 감동해 체계개발에 적극 동의했다. 국방부는 1998년 11월 체계개발을 승인했고 ADD는 당초에 약속한 대로 2003년 9월에 성공적으로 개발 사업을 마무리하려고 노력했다.

　결국 해성은 2003년 8월 21일 실시된 해군의 최종 운용평가시험을 통과해 합참으로부터 ‘전투사용가’ 판정과 함께 개발에 성공한 첫 국산 순항 유도탄이 됐다. 

 

국방과학기술 지식대백과사전

함대함 유도탄

함정에서 발사돼 적 함정을 공격하는 무기체계로서 최근에는 주로 엔진 형태의 추진기관을 사용하는 순항 유도탄의 형태로 개발되고 있다.

　순항 유도탄은 로켓의 초기추력만으로 탄도 비행하는 탄도형 유도탄과는 달리 전 비행 경로에 걸쳐 지속적으로 발생되는 추력으로 날아가 목표물을 타격하는 유도무기이기 때문에 사거리 내의 임의거리에 있는 표적을 용이하게 공격 가능하고, 다양한 종말공격 비행경로를 가진다.

　공격 형태에 따라 여러 종류의 탄두를 활용할 수 있으며 동시공격, 장애물 우회 공격 등 다양한 공격전술로 운용이 가능하다.

　순항 유도탄 중 아음속 유도탄은 일반적으로 지면에서 일정 높이를 유지하는 형태로 비행 경로를 택하는 반면 초음속 순항 유도탄은 항력이 지면 근처보다 낮아 사거리 연장이 가능한 고고도로 비행한 뒤 적 감시장비에 탐지될 수 있는 거리 이내부터는 저고도로 비행해 은밀하게 종말공격하는 형태를 취한다.

　함대함유도탄은 근접방어무기체계(CIWS: Close-in Weapon System), 대함유도탄 방어유도탄 등 점점 강화되는 함정의 유도탄 방어 능력을 극복하기 위해 고정밀·고기동·초음속 유도탄이 개발되는 추세다.

　또 장거리 표적 제압 능력을 보유한 유도탄(Stand-off Missile)과 연안전(Shallow Water Warfare) 환경에도 활용될 수 있는 이중목적(함정 및 지상목표)형 유도탄이 개발되고 있다.

　함정에서 발사해 연안이나 지상의 표적을 타격하는 함대지 유도무기의 경우에도 함대함 유도무기를 바탕으로 탐색기, 탄두 및 비행경로 등을 지상공격 목적에 맞도록 변형하는 형태로 개발하고 있다.

　적 함정의 레이더 탐지를 피하기 위해 아음속 대함유도탄의 경우 순항고도를 10~20m 수준에서 최근에는 10m 이하로 낮추고 있으며, 종말고도는 3~5m 수준의 해면밀착비행형으로 개발하는 추세다.

　초음속 대함유도탄의 경우 기존에는 빠른 속도로 인해 10m 이상의 해면 비행 고도를 유지했지만 최근 유도조종기술의 발전으로 10m 수준의 저고도 초음속 대함유도탄이 개발되는 추세다.

성공과 실패 롤러코스터 넘어 핵심 기술 ‘우리 힘으로’

<14> 함대함유도탄 해성(하)

2015. 04. 28   17:00 입력 | 2015. 04. 28   18:03 수정

 

순항유도탄 개발의 필수기술 터보제트 엔진

수많은 시행착오 거쳐 완성…개발 열쇠 확보

이스라엘, 한국 독자개발 의지 막으려 로비

국내 개발팀 해외 기술협력 통해 문제 해결

 

 

국방과학연구소(ADD)·국방일보 공동기획

 

기사사진과 설명

한국형구축함(DDH-Ⅱ)에서 발사되는 국산함대함 유도탄 해성. 그림=안종찬 한국영상대 학교 만화콘텐츠과 교수

 

 

　국방과학연구소(ADD)는 함대함 순항유도탄 해성을 자체 개발하는 비행시험에서 성공과 실패의 롤러코스터를 타야 했다. ADD는 2001년 6월부터 시작된 여러 차례의 시험 발사를 통해 함대함 순항유도탄 해성의 개발에 성공했다. 2003년 말 사업 종료 시까지 여러 무기체계에도 활용할 수 있는 다양한 핵심 기술들을 확보할 수 있었다. ADD가 해성 개발 과정에서 확보하게 된 핵심 기술 몇 가지를 소개한다.



　● 터보제트엔진

　소형 제트엔진 개발은 순항유도탄을 개발하는 데 필수적인 기술이다. 외국에서 제트엔진을 도입하려면 우리가 개발하고자 하는 유도탄의 성능을 제작회사에 몽땅 공개해야 한다. 또 양산 과정에서 제작회사가 가격을 올리면 ‘울며 겨자 먹기’로 따르는 수밖에 없다. 이런 제트엔진을 ADD 연구원과 업체의 기술자들이 힘을 모아 개발해 냈다. 이것은 향후 순항유도탄을 우리 마음대로 개발할 수 있는 열쇠를 우리 손에 거머쥔 것과 다름이 없다. 　

　ADD에서는 1990년대 중반까지 소형 터보제트엔진에 대한 기초연구가 진행되고 있었다. 이후 수많은 시행착오를 거쳐 해성의 제트엔진을 만들어냈다. 처음에는 기술 부족으로 엔진을 가동하는 과정에서 RPM을 상승시킬 때 더러는 엔진의 고속 회전을 감당하지 못해 소재가 깨지기도 하고, 외부 물질이 들어가 압축기 블레이드가 망가지는 경우(FOD)도 있었다. 강우 시험에서는 실수로 많은 물을 제트엔진에 넣어 엔진 프레임이 수축하는 바람에 파손되기도 했다. ADD는 1996년부터 해성 탐색개발이 진행되면서 이러한 문제들을 적극적으로 해결했다. 1998년부터 2003년까지 체계개발 기간에도 제트엔진에 대한 지속적인 성능 개선이 이뤄졌다.

　

　●마이크로파 탐색기

　무기체계를 개발하면서 국내 기술이 부족할 때 ‘외국에서 구매하면 된다’고 여기는 사람들이 있었다. 그러나 소위 핵심기술(Core Technology)이라고 하는 것은 대부분 구매 불가능한 부류다. 해당국에서 수출허가 품목으로 묶어서 관련 기술이 외국으로 나가는 길을 막아버리기 일쑤이기 때문이다.

　그런데 때맞춰 이스라엘이 함대함 유도무기를 개발하는 데 필요한 기술을 제공하겠다고 나섰다. 하지만 동시에 로비활동을 펼쳐서 우리의 독자개발 의지를 막았다. 일부 인사는 “이스라엘이 탐색기 기술을 모두 다 준다는데 경험도 없는 ADD가 왜 개발하려 하느냐”며 “함께 협력하면 실패의 위험도 줄일 수 있고 기술도 배우는 계기가 돼서 좋다. 만약 독자 개발하다가 안 되면 누가 책임을 지겠느냐”고 말하기도 했다. 나중에 확인한 사실이지만 이스라엘로부터 탐색기 몇 개를 개발해 제공받는 데 엄청난 비용을 지불해야 되고 또 ‘이것에 관련된 자세한 기술은 알려고도 하지 말라’는 단서가 있었다.

　상황이 불리한 가운데 ADD 연구원들은 자체 개발을 추진하기로 했다. 해성의 탐색개발과는 별도로 1996년 4월부터 ‘마이크로파 탐색기 개발 응용연구 사업’을 국방부의 승인을 받아 진행했다. 개발팀은 자체기술로 탐색기를 설계했으나 이렇게 만들면 제대로 성능이 나올지 자신할 수 없었다. 그래서 개발팀은 해외 기술협력 연구를 추진해 1차로 설계에 대한 검증을 받고 기초를 다졌다. 1998년 말에 이르러서야 각고의 노력 끝에 완성도가 다소 떨어지는 국산 마이크로파 탐색기의 윤곽이 드러났다. 이 결과를 근거로 해군과 국방부를 설득해 해성유도탄 개발의 승인을 받았다. 이 응용연구를 통해 사전에 기술적 위험 요소가 제거됐기 때문에 함대함유도탄 개발이 가능했다.

　

　●스트랩다운 관성항법장치

　1990년대 중반 ADD 개발팀은 기초연구를 충실히 해 외국산 자이로를 수입, 스트랩다운 관성항법장치를 만들고 있었다. 항법컴퓨터로는 마이크로컴퓨터를 개발하고 S/W 알고리즘 개발에 공을 들였다. 해성 관성항법장치에는 당시 ADD에서 개발하고 있던 기계식 자이로의 성능을 기대하기 어려워 외국산 자이로를 수입해 사용하기로 했다. 막상 구매하려고 하니 당사국에서 수출 허가가 나오지 않았다. 마냥 기다릴 수도 없어 국산 기계식 자이로를 사용하기로 했다. 시간이 지나면서 자이로 만드는 기술이 개선돼 성능이 만족할 만큼 됐다. 가속도계도 처음에는 진자(Pendrum)가 수시로 깨지는 등 불량이 잦아서 함정에 유도탄을 적재한 후 고장 발생으로 곧바로 하역하는 일도 발생했다. 개발사업이 끝나갈 무렵에는 안심할 수 있는 좋은 품질이 됐다.

　이렇게 최초로 국산 관성센서를 사용한 스트랩다운 관성항법장치가 개발됐다. 외국의 수출 규제가 오히려 우리의 국산화를 촉진하는 계기가 된 것이다. 이 기술은 이후 더 성능이 우수한 관성항법장치를 개발하는 밑거름이 됐다.



[국방과학기술 지식대백과사전- 순항미사일(Cruise Missile)]

　적의 레이다를 피해 초저공 비행이나 우회 항행을 할 수 있는 미사일로서 제트엔진을 가지고 사전에 입력된 자료를 바탕으로 컴퓨터에 의해 비행한다. 공중 발사 순항미사일, 지상 발사 순항미사일, 잠수함 발사 순항미사일로 나눈다.

　순항미사일은 비행 중 속도와 고도를 거의 바꾸지 않고 날아간다. 미사일이 비행하는 내내 속도와 고도를 바꾸지 않으려면 추진력을 내는 엔진이 비행하는 동안 꾸준히 같은 힘을 낼 수 있어야 하기에 대부분의 순항미사일은 로켓이 아니라 제트엔진을 사용한다.

　군함이나 지상에서 발사하는 경우에는 초반에 제트엔진의 힘만으로 속도를 올리는 데 어려움이 있기 때문에 로켓 부스터를 사용하기도 한다.

　또 순항미사일은 꾸준한 속도로 고도를 유지한 채 날기 위해 비행기와 비슷한 날개를 달기도 한다.

　순항미사일은 제트엔진을 쓰므로 속도가 느려서 보통은 마하 0.8~0.9 정도로 날아간다.

　최근에는 마하 2~3 정도로 비행하는 초음속 순항미사일도 등장하고 있지만 보통 이러한 순항미사일은 크기도 엄청나게 크고 비행 가능 거리도 300㎞ 정도가 한계다.

　따라서 순항미사일을 막는 측에서는 미리 발견할 수만 있다면 전투기나 대공포, 지대공 미사일 등으로 요격할 수 있다.

　이를 막기 위해 순항미사일은 적의 레이다에 걸리지 않도록 최대한 낮게 비행하며 특히 바다 위에서는 고도를 5m도 안 되게 유지하는 밀착 비행을 하기도 한다.

　미사일이 이렇게 낮게 날면 적의 레이다는 수평선·지평선에 가려서 미사일을 미리 탐지할 수 없게 된다.

　또 순항미사일은 속도가 느린 대신 방향을 자유롭게 바꿀 수 있다.

　순항미사일을 발사하는 측은 미사일이 사전에 적의 대공포나 레이다 기지를 우회해서 날아가도록 비행 경로를 프로그래밍해서 미사일에 입력한다.