무기의 탄생; 단거리 지대공 유도무기 천마

국내 개발한 한국형 ..농익은 실사격 실수는 없다

<19> 단거리 지대공 유도무기 천마(상)

2015. 06. 10   16:48 입력 | 2015. 06. 10   18:07 수정

국내 개발 한국형 단거리 지대공 유도무기

신궁·천궁 등 지대공 유도무기 개발 밑거름

 

　천마(天馬)는 국방과학연구소(ADD)가 개발한 한국형 단거리 지대공 유도무기(KSAM)다. 1999년부터 군에 배치돼 우리의 하늘을 지키는 천마는 공중으로 침투하는 적의 항공기를 파괴, 무력화하거나 공격 효과를 감소시키는 역할을 한다.
　주로 특정한 지역이나 중요 시설을 방호하는 국지 방공 임무와, 탱크부대 등 기동부대를 적의 항공기로부터 방어해주는 임무를 담당한다.
　일반적으로 단거리 지대공 유도무기의 사거리는 8∼10㎞이고, 고도 5㎞ 영역의 대공 방어를 담당한다.

 

기사사진과 설명

국방과학연구소(ADD)가 개발한 한국형 단거리 지대공 유도무기(KSAM) 천마의 실사격 장면. 국방일보DB

 

  - 개발 경과      적 비행체 요격하는 유도탄

   천마는 1989년에 개발에 착수했다. 1987년과 1988년 2년에 걸친 분야별 기초연구를 바탕으로 선행연구를 수행했다.

　선행연구 결과 수립된 체계개발계획에 따라 1989년부터 1994년까지 5년간 선행개발을 수행했다.

　국방부가 구성한 천마사업단과 ADD의 40여 개 연구실을 비롯해 13개의 주요 방산업체, 11개의 연구기관 및 대학 등이 참여해 범국가적 군·산·학·연 개발체제를 구축했다.

　1991년부터 체계 구성품들을 조립하고 기능과 성능을 확인하는 체계통합 과정을 거친 후 1993년 하반기에 처음으로 종합유도비행시험을 성공적으로 수행했다.

　1993년 12월에는 선행개발을 성공적으로 완료했다. 몇 가지 보완사항이 도출됐지만 유도탄의 명중률 등 대부분은 군 요구성능을 만족시켰다.

　선행개발을 통해 기술적 위험요소들을 모두 해소한 ADD는 1994년 10월부터 1997년 12월까지 체계개발의 두 번째 단계인 실용개발에 착수, 체계 2조에 대한 체계통합을 완료했다.

　실용개발 단계에서 실시한 15회의 유도탄 사격시험에서 모두 표적을 명중시켰다.

　실용개발을 진행 중이던 1995년 10월에는 조기 전력화를 위해 추가 실용시제를 수도권에 배치하는 방안이 승인돼 1999년 12월 말 양산품이 아닌 추가제작된 실용시제를 야전에 배치했다.

　1999년 11월부터 양산을 시작, 2002년 5월 양산 1호기가 출고·배치됐다.

　이렇게 전력화한 천마는 개발 중에는 물론 전력화 이후에도 실사격에서 단 한 번도 표적을 놓친 적이 없다.

 

 

   - 특징과 장점      높은 기동성 명중률 자랑

 

    천마는 표적을 탐지·추적하는 탐지레이더와 교전표적을 추적하는 추적레이더, 사격통제장치, 발사대, 유도탄 등이 궤도차량에 탑재된 집중형 대공 유도무기 체계다.

　소형 전투기 등 표적을 20㎞ 밖에서부터 탐지·추적할 수 있고 유도탄의 유효사거리가 10㎞에 달한다.

　주로 고도 5㎞ 이하의 저고도 방공 임무를 담당하므로 탐지추적장치는 저고도에서도 양호한 탐지·추적 성능을 발휘하도록 개발됐다. 전자전 대응능력도 갖췄다.

　탐지레이더가 표적을 탐지·추적해 교전할 표적이 지정되면 추적레이더가 표적을 추적한다. 사격통제장치에서 유도탄을 발사하면 유도탄이 추적레이더가 표적을 바라보는 시선 내에 위치하도록 시선지령 유도방식으로 유도된다.

　추적레이더는 표적과 함께 유도탄을 추적하며 사격통제장치에서 계산한 유도명령을 유도탄으로 송신한다. 유도탄은 지령수신기를 통해 유도명령을 수신해 표적을 격파한다.

　적의 비행체를 요격하는 유도탄은 높은 기동성과 명중률을 자랑한다. 천마 유도탄은 유도조종장치, 신관, 탄두, 구동장치, 지령수신기, 추진기관, 기체 등으로 구성된다. 표적을 향해 날아가는 유도탄의 운동방향은 조종날개에 의해 조종되며, 조종날개는 고압의 공기로 작동되는 공압식 구동장치에 의해 구동된다.

　유도탄이 표적에 도달하면 신관에 의해 탄두가 기폭돼 적의 비행체를 파괴하게 된다. 표적을 감지하는 신관으로는 광학식 근접신관과 충격신관을 모두 갖추고 있으며 파편 집중형 탄두가 적용됐다.

　시선지령 유도방식 특성상 발사된 유도탄은 추적레이더와 표적 사이의 가시선에 위치하게 된다.

　이때 유도탄의 화염에 의해 추적레이더가 표적을 놓치지 않도록 하기 위해 연기가 희박하게 발생하도록 개발된 희연 추진제를 사용했다.

　천마가 기동부대를 방어하려면 피지원부대와 동등한 기동력으로 이동할 필요가 있다. 이에 따라 천마는 산악 지형에서 야전군 기동부대와 동시적인 기동성을 보장하며 시속 60㎞로 이동할 수 있도록 궤도차량을 개발해 적용했다.

　천마 개발을 통해 확보된 대표적인 핵심기술들은 시선지령 유도조종 기술, 공압식 구동장치 기술, 광학식 신관 기술, 파편 집중형 탄두 기술, 실시간 임베디드 컴퓨터 기술 등으로 대부분이 국내 최초로 개발된 기술들이다.

　천마 개발을 통해 확보된 기술과 개발경험은 이후에 개발된 신궁, 천궁 등 지대공 유도무기의 개발에 밑거름이 됐다. 

 

   - 동급 무기 현황      지대공 유도무기 개발 밑거름 

   천마와 같은 단거리 지대공 유도무기를 개발한 나라는 프랑스, 영국, 독일, 미국, 스위스, 러시아 등이다.

　이들 나라는 1970년대 말부터 1980년대에 단거리 지대공 유도무기와 휴대용 대공 유도무기를 개발했다.

　이 시기에 개발된 단거리 지대공 유도무기는 1971년부터 운용되기 시작한 프랑스의 크로탈(Crotale), 1973년부터 운영되기 시작한 영국의 레이피어(Rapier), 1977년에 운용되기 시작한 독일과 프랑스의 롤랜드(Roland) 등이 있다.

   러시아는 유도탄을 수직으로 발사하는 TOR(SA-15) 시스템을 개발해 1984년부터 운용했다.

　스위스는 단거리 지대공 유도무기와 대전차 유도무기 겸용으로 사용하는 ADATS를 1988년에 개발 완료했다. 

기술 해외의존 탈피저고도 방공 ‘철통’

<20> 단거리 지대공 유도무기 천마 (하)

2015. 06. 16   17:50 입력 | 2015. 06. 16   18:24 수정

 

 

 

기사사진과 설명

국군의 날 퍼레이드에 등장한 천마. 천마는 우리 군의 저고도 대공방어능력 향상을 위해 국방과학연구소 주도로 개발된 최초의 한국형 단거리 지대공 유도무기다. 국방일보DB

 

 

  - 개발 배경     

    방공체계 강화의 필요성 제기

 

   우리나라는 삼면이 바다로 둘러싸여 있고 산악지형이 많아 적의 저고도 기습공격을 방어하기가 쉽지 않다.

　더구나 휴전선에서 40㎞ 이내에 있는 수도권과 해안에서 멀지 않은 곳에 있는 비행장 등 국가 주요 시설들을 저고도로 공격해 오는 적기로부터 방어하는 방공체계의 중요성은 매우 크다.

　이 같은 위협에 대비해 우리 군은 1954년 고사포대대 창설을 시작으로 방공체계를 구축해 왔다.

　1964년에는 미국에서 지대공 유도무기 호크와 나이키를 도입해 주한 미군의 방공전력과 함께 운영하기 시작했고 1970년대에는 발칸과 엘리콘 등 대공포를 도입하는 등 방공체계를 꾸준히 강화해 왔다.

　북한은 1970~1980년대를 통해 AN-2기 등을 이용한 저고도 침투 능력과 전자전 능력을 향상시켜 왔다.

　특히 한층 강화된 무장 헬리콥터의 원거리 공격 능력은 아군의 야전기동부대에 큰 위협 요소로 부각됐다.

　따라서 아군의 방공체계 강화는 시급한 과제가 됐다.

　이에 육군은 그동안 취약했던 고도 5㎞, 사거리 10㎞의 공역 방공을 위해 발칸, 자주대공포, 휴대용 대공 유도무기, 단거리 지대공 유도무기 등을 혼합 편성하는 방공 개념을 정립하고 1982년 4월 단거리 지대공 유도무기 소요를 제기했다.

　1980년대 초 국방과학연구소(ADD)는 지대지 유도탄 현무와 함대함 유도탄 해룡을 개발하는 데 총력을 기울였다.

　1982년 정부의 갑작스러운 정책 변경으로 현무와 해룡 등 모든 유도무기 개발 사업이 중단되는 우여곡절을 겪었지만 아웅산 테러사건을 계기로 다시 개발을 본격화한 현무와 해룡 개발 경험을 바탕으로 지대공 유도탄 개발에도 관심을 두기 시작했다.

　향후 호크와 나이키 등 외국에서 도입된 무기체계에 대해 예상되는 성능개량과 기술적 해외 의존도 탈피를 위해 국내 방공무기체계 개발이 필요하다는 점이 지대공 유도탄 개발에 힘을 더해 줬다.

　

  - 개발 당시 기술 수준     

    지대공 유도무기 개발 경험 전무

   천마 체계 개발 착수 당시 ADD는 지대지 유도무기 백곰과 현무의 개발 경험과 반능동 레이저 유도방식을 채택하는 함대함 유도무기 해룡 개발 경험밖에 없었다.

　지대지 유도무기 개발에 치중하다 보니 지대공 유도무기 개발에 필수인 레이더 기술이 취약했고, 기동성을 요구하는 지대공 유도무기에 대한 개발 경험은 전무했다.

　하지만 지대지 유도무기 개발을 통해 초음속 풍동실험실, 추진제공장, 구조실험실 등 고가 인프라를 확보하고 있었다.

　유도탄 설계에 필수인 유도탄 형상설계 기술, 공력설계 기술과 구조해석 기술 등을 비롯해 유도조종장치의 반도체화, 사격통제장치의 국산화, 탄두·추진기관 설계 등의 유도무기 설계 및 시험평가기술을 축적하고 있었다.

　특히 해룡 사업과 30㎜ 대공포 비호 사업 경험은 단거리 지대공 유도무기의 분야별 설계·제작기술을 확보하는 데 도움이 될 것으로 판단했다.

　ADD는 1983년에 열린 한미안보협의회의(SCM)에서 단거리 지대공 유도무기의 국내 개발을 정식으로 제안, 긍정적으로 논의했다.

　이어 1984년부터는 태스크포스(TF)를 구성해 개발 가능성을 타진하고 개발 방안을 준비했다.

　당시 국내 레이더 기술이 취약했기에 탐지레이더와 추적레이더 등 탐지추적장치는 해외기술 도입 형태로 개발하기로 하고, 해외업체를 선정했다. 해외업체로는 프랑스의 톰슨CSF(현재의 탈레스)가 선정됐다.

　톰슨CSF는 1964년부터 1973년까지 크로탈(Crotale) 단거리 지대공 유도무기를 개발했고, 해외업체로 선정할 당시에는 VT-1 유도탄을 사용하는 크로탈-NG의 체계 개발을 마무리하는 단계였다.

　기술적으로 국내 개발이 어려워 해외기술협력으로 개발한 탐지추적장치를 제외하고 유도탄, 사격통제장치, 터렛, 발사관과 발사대 등은 모두 국내 기술로 개발됐다.

　탐지추적장치 중에서 탐지레이더는 양산 초기 단계에서 국산화됐고 추적레이더 등 다른 구성품도 후속 양산 단계에서 점차 국산화됐다.

  - 사격시험은 어려워     

    격추된 표적기 가격에 희비 교차

   지금도 그렇지만 천마 개발 당시도 사격시험은 연구진들을 긴장하게 만들었다.

　천마 선행개발이 진행되던 1990년 11월 21일 실시된 유도탄 사격시험에서 연구진들은 첫 번째 어려움을 겪었다. 발사된 유도탄이 제대로 비행하지 못하고 조종이 불가능한 상태에서 제멋대로 날아간 것이다. 모두가 자신이 담당하는 구성품이 잘못된 것은 아닐까 하고 난감해 했다. 그중에서도 유도탄의 추력을 발생시키는 추진기관 연구자들 얼굴이 굳어졌다. 발사 장소 인근을 샅샅이 뒤져 손톱 크기보다 작은 검은 조각을 발견했기 때문이다. 노즐 부분에 쓰이는 소재인 흑연 조각이었고 이는 추진기관에 이상이 있음을 말해주는 증거였다. 흑연은 엄청난 고온을 견디지만 충격에 약하다는 것이 치명적 단점이었다. 노즐 목에 생긴 아주 미세한 흠집이 고열에 그만 깨져 나간 것이다. 이때 얻어진 시험 결과를 통해 노즐의 재료는 복합내열재로 변경됐다.

　유도탄 사격시험을 하다 보면 희비가 같이 오는 사례도 있다. 지대공 유도탄을 시험할 때는 항공기를 모사하기 위해 표적기에 견인표적을 매달아 900ｍ 정도 떨어져 비행하게 하면서 견인표적에 유도탄 사격을 한다. 한번은 견인줄이 잘 풀리지 않아 표적기와 견인표적 간 거리가 너무 짧아져 발사한 유도탄이 3억 원짜리 표적기를 격추시키고 말았다. 유도탄 사격시험은 대성공이었지만 연구진들은 격추된 표적기 가격 때문에 마음이 무거울 수밖에 없었다.

 

   국방과학기술지식대백과사전- 천마 [天馬 / Pegasus]

 

   천마는 우리 군의 저고도 대공방어능력 향상을 위해 국방과학연구소가 주도한 가운데 국내 산·학·연의 유기적인 협조로 개발한 최초의 한국형 단거리 지대공 유도무기다.

　천마는 단일 궤도차량에 자체 탐지·추적레이더와 자동화 사격통제장비를 장착하고 있어 표적 탐지에서 사격에 이르기까지 모든 과정을 자동으로 수행할 수 있다.

　최신 레이더와 감시카메라 등 최첨단 전자장비에 의해 주야간 전천후 작전수행능력을 보유하고 있다. 천마 유도탄은 추적레이더를 이용해 정밀유도가 가능하고 근접신관과 집중 파편식 탄두로 설계돼 높은 파괴력을 자랑한다.

　천마 차체는 소구경 포탄이나 파편으로부터 탑승자를 안전하게 보호할 수 있는 장갑구조로 제작돼 있으며, 디젤엔진과 자동변속장치로 최고 시속 60㎞와 10초 안에 30㎞까지 가속할 수 있는 기동력을 보유하고 있다.

천마는 세계 유사 단거리 유도무기인 ADATS, 크로탈(CROTALE), 롤랜드(ROLAND) 등과 비교해 전혀 손색이 없는 우수한 대공 무기체계다.

 

 

 

   <국방과학기술지식대백과사전>

    - 단거리 지대공 유도무기(SRSAM : Short Range Surface to Air Missile)

 

   단거리 지대공 유도무기는 지상에서 국지적인 범위(사거리 20㎞ 이내, 고도 4㎞ 이내)에 있는 공중의 목표를 공격하는 유도무기다. 지상에서 방공을 목적으로 항공기(고정익기, 헬기), 무인기 및 유도탄 등의 공중 표적을 요격하며, 사거리 20㎞ 이내 지역 및 국지 방공 임무를 담당한다.

　운용 개념은 레이더와 발사통제체계로부터 표적 정보를 획득하고 교전 여부를 판단해 유도탄을 발사하는 단계와, 발사된 유도탄을 표적으로 유도하는 단계(INS, Up-link 등), 유도탄 탐색기에 의한 표적 포착 및 최종 요격 과정과 교전 결과를 발사통제체계에서 확인하는 단계로 운용된다.