무기의 탄생;한국형 포수조준경

전방 관측·탐지·추적하는 ‘전자 눈’ 모든 전자장비 국산화 시발점

<36>？ 한국형 포수조준경 (상)

2015. 11. 03   17:07 입력 | 2015. 11. 03   18:24 수정

ADD， 1996년 포수조준경 국내 독자개발

K1A1전차 장착…막대한 국고 절약 효과

 

 

기사사진과 설명

국방과학연구소가 국내 독자개발한 한국형 포수조준경(원 안)을 장착한 K1A1 전차가 기동하고 있다. 국방일보 DB

 

 

기사사진과 설명

한국형포수조준경. ADD 제공

 

 

　조준경은 전차나 장갑차 등 전투차량에 탑재돼 전방을 관측하고 목표물을 탐지·추적해 궁극적으로 운용자가 사격할 수 있도록 하는 전자광학장치다.

　표적에 대한 각종 정보와 안정된 조준선(LOS: line-of-sight)을 제공하는 등 전차나 장갑차의 눈 역할을 한다.

　조준경은 전차장이 사용하는 전차장조준경(CPS: Commander’s Panoramic Sight)과 포수가 사용하는 포수조준경(GPS: Gunner’s Primary Sight)이 있다.

　두 조준경의 기능은 유사하지만, 운용자의 용도에 따라 특정 기능을 강화해 개발된다. 조준경의 구성품은 안정된 조준선을 제공하는 안정화장치, 주·야간 전방을 관측하는 주간광학장치와 열상장치, 표적까지의 거리를 측정하는 레이저거리측정기로 구성된다.

　M47이나 M48 전차와 같은 1~2세대 전차에서는 단순한 망원경이나 광학식 거리측정기 정도만 갖춘 형태였지만 1970년대에 들어서 M1 전차나 K1 전차와 같은 3세대 전차가 개발되면서 이같이 다양한 센서로 구성된 복합 다기능 조준경으로 발전했다.

　

　●개발 배경

　국내에서 복합 다기능 조준경을 처음 접한 것은 1980년대 K1 전차가 개발되면서다.

　K1 전차 포수조준경은 미국 휴즈(현 레이시언)의 모델을 채택했고 전차장조준경은 프랑스 SFIM(현 SAGEM)의 제품을 채택했다.

　1980년대 중반 미국에서 K1 전차 시험을 끝내고 한국에서 전차생산이 시작될 당시, 초도생산 단계에서는 현대정공(현 현대로템)이 해외의 전문업체로부터 조준경을 비롯한 부시스템들을 직접 납품받아 전차를 조립 생산했다.

　이어 1단계 국산화 생산이 시작될 때부터는 국내 방산업체들이 해외 전문업체로부터 기술을 전수받아 생산을 시작했다.

　1단계 양산을 시작하면서 포수조준경을 제외한 다른 모든 구성품은 처음 채택된 해외 전문업체의 부시스템을 그대로 기술도입해 생산했다.

　포수조준경이 제외된 것은 국내 생산을 위한 가격 협상에서 최초 채택된 휴즈가 가격을 2배 이상 올렸기 때문이다.

　결국 TI(현 레이시언)의 포수조준경 GPTTS(Gunner’s Primary Tank Thermal Sight)로 바꿔 기술도입생산을 하게 됐다. 하지만 1987년 1단계 국산화 제품의 납품 시점에 TI의 조준경에 심각한 문제가 발생했다.

　레이저거리측정이 되지 않는 등 도저히 전차에 장착할 수 없을 정도의 문제가 발생한 것이었다.

　그 때문에 GPTTS의 납품이 중단되고 문제점 해결 작업이 진행됐지만 성공하지 못했다.

　결국 국방부는 국방과학연구소(ADD)가 문제점을 해결하도록 했고 1년여의 노력 끝에 1991년 문제점을 모두 해결하고 양산을 시작했다.

　이 과정에서 ADD는 미국의 포수조준경 기술을 파악할 수 있었고 독자개발이 가능한 것으로 판단했다.

　1992년 K1 전차의 부시스템 중 최초로 포수조준경에 대한 국내 독자개발이 시작됐고 1996년에 개발을 완료했다., 이렇게 개발된 포수조준경은 K1A1 전차에 장착해 사용하고 있다.

　전차 포수조준경이 국내에서 개발됨에 따라 포수조준경과 기술적으로 유사한 전차장조준경과 탄도계산기 등 대부분의 사격통제장치들이 국내에서 개발돼 K1A1 전차에 탑재 운용되고 있다. 또 K1A1 전차 조준경 기술을 바탕으로 이후 개발된 K2 전차와 K21 보병전투장갑차 등의 모든 조준경은 국내 개발됐다.

　

●CO₂vs Raman-Shifted 레이저

　조준경 개발 중 직면한 가장 큰 문제는 레이저거리측정기 방식이었다. 당시 세계적으로 전차에 사용하는 레이저거리측정기는 두 가지 유형이 있었다. Nd-YAG 레이저와 CO₂레이저인데 Nd-YAG 레이저는 당시 미국의 모든 M1계열 전차에 장착돼 있었다.

　이 레이저의 단점은 레이저가 눈에 맞으면 실명되는 등 눈에 해로운 것이었고 이에 대한 대응책으로 개발된 것이 CO₂레이저였다.

　그러나 CO₂레이저는 부품이 많고 무거우며 비용이 비싼 단점이 있었다.

　ADD는 눈에 안전하고 간단하며 가격이 저렴한 Raman-Shifted 레이저를 개발하기로 했다.

　당시 다른 용도로는 사용되고 있었지만, 전차용으로 사용된 경우가 없었기에 군은 CO₂레이저를 선호하고 있었다.

　하지만 ADD 개발자들은 기술적으로 세계적인 흐름은 Raman-Shifted 레이저가 대세를 이룰 것이라는 확신을 가지고 있었기에 성능 좋고 간단하고 가볍고 저렴한 장비 개발을 추진했다.

　개발이 끝나가던 1995년 유럽에서 전차에 Raman-Shifted 레이저를 사용하기로 했다는 소식이 들려왔고 뒤 이어 미국도 같은 정책이 결정됐다.

　이를 근거로 군과 국방부의 정책결정자들을 설득할 수 있었고 군 운용시험을 위한 예산도 획득할 수 있었다.

　개발자의 혜안이 빛을 발하는 순간이었다.



　●개발 효과

　한국형 전차포수조준경 개발의 가장 큰 효과는 도입품이나 기술도입품에 비해 가격을 60% 이하로 절감하게 된 것이다. KIA1 전차에 장착해 막대한 국고 절약 효과를 가져온 것은 물론 국산화를 통해 이후 군의 운용 및 정비 유지에도 큰 도움이 됐다. 특히 K1 전차 CO₂레이저 거리측정기가 부품이 단종돼 정비 유지에 어려움을 겪은 것과 비교하면 국내 개발의 효과는 더욱 극대화된다. 또 국산화 성공은 전차장조준경 및 탄도계산기의 국산화로 이어졌고 이후에 개발된 K2 전차 및 K21 보병전투장갑차의 모든 전자장비를 국산화하는 시발점이 됐다.

　이외에도 이후 국내에서 개발된 수리온 헬기의 임무탑재장비를 국산화하는 등 지상 장비는 물론이고 항공기의 전자장비도 국산화하는 초석이 됐다.

 

 

 국방과학기술지식대백과사전

  관측기술/조준경

　사격통제장치의 세부 구성품으로 주·야간 표적을 관측하고 정지 및 기동 중 표적을 탐지, 조준, 추적, 레이저 거리 측정하는 장치 기술이다.

　기동 무기체계의 사격통제기술은 목표물을 탐지·인지·식별하고, 무장을 구동시켜 조준·추적, 거리측정, 탄도를 계산하는 기술이다.

　사격통제장치는 전차 또는 장갑차 등 무기체계에 탑재된 안정화된 조준경으로부터 탐지·인식·식별 절차를 걸쳐 획득한 표적정보와 자기위치센서, 기상감지기 또는 측풍감지기, 포 고각센서, 차량속도계, 레이저거리측정기 등 다양한 센서로부터 획득한 정보를 이용해 실시간으로 탄도계산을 수행한다.

기동 안정화 등 K1A1 전차에 ‘안성맞춤’

(37) 한국형 포수조준경 (하)

2015. 11. 10   16:54 입력 | 2015. 11. 10   18:36 수정

영상 화면 녹화 기능, 훈련효과 증진

전차장도 야간관측· 거리측정·사격가능

기존 조준경보다 전력 소모 40% 감소

국내 ‘전자광학기술 발전’에 큰 이바지

 

국방과학연구소(ADD)는 1992년 5월부터 1996년 12월까지 한국형 포수조준경(KGPS)을 개발하기 위한 핵심기술개발 사업을 수행했다.

　K1 전차에 탑재된 외국산 조준경인 GPS와 GPTTS보다 성능이 우수하면서도 기능적으로 호환성이 있는 K1 및 K1A1전차용 포수조준경 개발이 목표였다.

　그동안 해외에서 들여온 조준경에 비해 성능이 우수할 뿐만 아니라 운용자가 시스템 운용 상태와 고장 유무를 한눈에 볼 수 있도록 사용자 편리성을 강화하는 게 중점이었다. 특히 당시로는 드물게 포수의 운용 영상을 모니터로 재현하고 녹화할 수 있는 기능을 추가해 훈련이 끝난 후 녹화 영상을 보면서 훈련 결과를 점검할 수 있도록 해야 했다.

　개발은 조준경 체계 전체의 운용개념 및 설계중점을 설정한 후 개략설계를 하는 것으로 시작됐다. 이를 바탕으로 안정화장치, 열상장치, 레이저거리측정기, 주간광학계 장치 등 각 모듈별 상세설계 및 분석을 수행하고, 시제 제작 후 시험평가를 거쳐 조준경 전체를 결합했다. 이렇게 완성된 조준경은 자체 시험평가와 K1 및 K1A1 전차 장착시험을 통해 완성됐다.

 

기사사진과 설명

우리나라 전자광학기술 발전에 크게 이바지했다는 평가를 받고 있는 한국형 포수조준경(KGPS)은 기존의 조준경에 비해 기동중 안정화 정확도, 관측 선명도, 배율 등이 증가돼 사거리가 연장된 K1A1 전차에 적합하게 만들어졌다. 국방일보 DB

　●안정화장치

　안정화장치는 개념설계 이후 세 차례에 걸쳐 설계제작이 이뤄졌다.

　기술과 경험 부족으로 시행착오가 많았다.

　안정화장치는 2축(선회·고저) 구동시스템으로 기계부와 전자부로 구성되며, 기계구동부는 가공정밀도 유지, 질량불균형과 마찰력 최소화가 관건이었다.

　특히 5/1000(㎜) 이하의 가공정밀도가 요구됐지만 당시에는 이런 수준으로 가공할 수 있는 공장이 드물어서 가공 불량으로 인한 안정화 성능 저하가 많이 나타나곤 했다.

　대표적으로 김벌구조물의 가공오차, 진동과 충격으로 인한 정렬오차 및 전자부의 잡음과다 등이었다.

　이를 극복하기 위해 김벌구조물의 재질을 알루미늄에서 스테인리스로, 안정거울을 베릴륨 재질로, 전력증폭기를 펄스 폭 변조(PWM: Pulse Width Modulation) 방식에서 선형(Linear)증폭 방식으로 변경했다.

　이런 과정을 통해 도입품에 비해 2배 이상 높은 0.1mil(rms) 수준의 안정화 정확도를 달성했다.

　

　●주간광학장치

　원거리 표적을 확대해 볼 수 있는 일종의 망원경인 주간조준경은 기존 K1 전차와 함께 K1A1 전차에도 탑재할 수 있도록 설계했다.

　전차 주변의 근거리를 볼 수 있는 1배율 창과 원거리 표적을 볼 수 있는 10배율 망원경으로 구분해 설계된 이 장치 역시 기술과 경험 부족으로 많은 시행착오가 있었다.

　그중 고온·저온 및 충격환경에서 렌즈와 기계구조물의 열팽창 계수 차이에서 오는 렌즈 파손이 대표적인 사례였다. 이외에도 많은 시행착오 끝에 모든 문제를 해결, 광학분해능이 도입품에 비해 2배 이상 개선된 주간광학장치를 완성할 수 있었다.

　

　●열상장치

　KGPS를 개발하면서 국내에서 가장 취약한 부분이 열상장치였다. 당시에는 국내에서 열상장치를 단독으로 개발할 수 있는 능력이 부족했다. 그래서 이스라엘 ELOP사(현 ELBIT사)의 협력을 받아 열상장치를 개발했다.

　표적의 열영상을 전기신호로 바꾸는 신호검출 및 초기 신호처리 부분은 ELOP사가 맡고 그 이후 영상처리, 기계구조물, 케이블 및 영상재현 모니터는 국내에서 개발했다.

　열상장치 운용 측면에서 보면 케이블 TV 같이 영상 재현을 모니터로 제공했기 때문에 조준경의 각종 고장과 운용 상태, 전차 사격통제장치의 필요정보까지 포수에게 시각으로 제공하는 것은 물론 영상을 녹화하는 기능까지 갖춰 군으로부터 큰 호평을 받았다.

　

　●체계개발

　ADD가 체계개발 과정에서 역점을 두고 노력한 것은 개발장비의 운용성과 장비의 신뢰성이었다.

　K1 전차의 개발시험과 운용시험을 통해 얻은 경험과 전차 승무원과의 대화를 통해 축적한 자료를 바탕으로 초기 운용성을 결정하고 장비가 개발된 후에도 운용의 편리성을 위해 수차례에 걸쳐 수정 보완을 거쳤다.

　ADD는 중요한 요소인 장비의 신뢰성을 입증하기 위해 개발 단계별로 많은 시험을 거쳤다. 각 구성모듈별로 성능시험과 환경시험을 했고 구성모듈을 조준경 체계로 결합해 다시 성능시험과 환경시험을 하는 등 여러 단계의 시험을 거쳐 성능이 확인된 후에 전차장착시험을 실시했다.

　전차장착시험 단계에서는 전차체계 차원의 납품시험에 준하는 시험을 실시하고 최종적으로 사격까지 완료한 후에 군 운용시험을 실시했다.

　약 1년 동안 군 운용시험을 거친 후에 최종적으로 전투용 적합 판정을 받은 KGPS는 현재 K1A1 전차에 탑재돼 운용 중이며, KGPS 개발은 우리나라의 전자광학기술 발전에 크게 이바지했다는 평가를 받고 있다.

　

　●KGPS의 장점

　KGPS는 미국의 M1A2, 독일의 LEOPARD2, 이스라엘의 MERKAVA 전차의 조준경과 대등한 성능을 가진 것으로 평가된다.

　KGPS는 기존 조준경에 비해 기동중 안정화 정확도, 관측 선명도, 배율 등이 증가돼 사거리가 연장된 K1A1 전차에 적합하게 만들어졌다.

　KGPS는 화면 녹화 기능이 있기 때문에 포수가 사격 및 비사격 훈련 시 표적에 대한 조준점의 위치 확인이 가능하며, 훈련 효과 증진과 사격 결과 검증이 가능해졌다.

　기존의 K1 전차 조준경은 전차장이 야간관측이 어려워 작전능력에 제한이 있었지만 KGPS는 전차장이 포수 열상 모니터를 볼 수 있어 전차장도 야간 관측·거리측정·사격이 가능하며, 기존의 조준경에 비해 레이저와 열상장치가 독립적으로 운용되므로 운용상 편리하고 열상장치 고장 시에도 정상사격이 가능하다.

　또 무색투명 윈도 사용으로 주간 광학계 영상이 자연색으로 표현돼 관측이 편리하며, 기존 조준경에 비해 전력 소모가 약 40% 감소해 전차가 시동을 켜지 않은 상태에서도 조준경을 가동할 수 있는 시간이 연장돼 기도비닉에 유리하다.

 

 

 - 국방과학기술지식대백과사전 - 조준경 panoramic sight

 

조준을 쉽고 정확하게 할 수 있도록 총포의 몸통 위에 붙이는 원통으로 둘러싼 렌즈다.

　일반광학장비는 인간의 눈으로 감지가 가능한 가시광선영역(0.4∼0.7㎛)의 빛만을 감지하므로 야간이나 악천후 시 물체를 식별하는 능력이 현저하게 저하된다. 따라서 야간이나 악천후 환경조건에서 적을 탐지해 전투력을 극대화할 수 있는 특수광학장비 개발을 위한 연구가 활발히 진행되고 있다.

　일반적으로 사용되는 야시 장비로는 미광증폭식 조준경 및 관측장비가 있지만 빛이 없는 암흑 조건이나 악천후 환경에서는 그 성능이 극히 제한된다.

　하지만 절대온도 0도(-273℃) 이상의 모든 물체는 열선(적외선)을 방사하게 되고 이 영역의 파장(3∼5㎛, 8∼12㎛)을 감지해 영상화할 수 있다면 야간 또는 악천후 환경에서도 물체를 탐지할 수 있어 전투력 및 생존성을 극대화시킬 수 있다.