[스크랩] 북 미사일 위협 솔루션은 이스라엘 요격미사일?

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탄도 미사일 위협에 대한 솔루션, Arrow-2/3 요격미사일

탄도 미사일 위협에 대한 솔루션, Arrow-2/3 요격미사일

Arrow3와 같은 외기권(Exo-atmosphere) 요격 체계가 우리에게 필요한 이유

필자는 2012년 11월호에 탄도 미사일과 관련된 글에서 차기 탄도 미사일을 대주변국 견제에 이용하기 위해서는 원거리 표적 획득과 미션 플래닝 수립을 위한 정보 자산의 확보와 함께 공군의 원거리 항공 공격력 강화와 주변국의 장거리 타격 수단에 대한 요격 능력도 반드시 강구되어야 한다는 요지의 이야기를 하였다. 육군이 도입하고 있는 크루즈 미사일은 주로 주변국의 장거리 조기경보체계나 요격관제체계 등을 공격함으로써, 그리고 차기 탄도 미사일은 주변국의 비행장을 타격함으로써 요격기 투입을 차단하고, 또한 이미 투입된 요격기들의 작전 능력을 크게 위축시킴으로써 공군이 들어갈 길을 열어주는 것이 탄도 미사일을 대주변국 대항 수단으로 활용할 수 있는 가장 유력한 방법이다. 이를 바탕으로 공군은 최종적으로 탄도 미사일에 의해 공격을 받은 주변국 비행장을 최종적으로 공격함으로써 제공권을 확보할 수 있는 것이다.

문제는 이미 중국이 그러한 능력을 보유하고 있다는 점이다. 그들이 서해를 사이에 두고 한국을 바라보고 있는 중국 동부 지역의 공군 기지와 해군 항공대 기징 집중적으로 배치하고 있는 JH-7 계열 전투공격기는 긴 공대지 작전 행동반경을 갖는 항공기이며 대레이더 미사일과 스탠드 오프 공대지 미사일을 탑재하여 한국 공군의 방공체계에 대한 직접적인 공격이 가능한 무기체계이다. 또한 러시아의 Kh-55와 유사한 성능을 갖는 DH-10 크루즈 미사일과 한국이 근미래에 배치하게 될 사거리 800Km급 차기 현무 미사일과 유사한 성격을 갖는 동풍-15 탄도 미사일은 한국의 주요 공군기지를 직접적으로 공격하여 한국의 방공 능력에 타격을 입힐 수 있는 무기체계이다.

따라서 우리가 공군력과 탄도 미사일, 그리고 크루즈 미사일과 전략 정보자산을 이용하여 유사시 제공권을 확보할 능력을 구축하고자 한다면, 우리 또한 그런 능력을 이미 확보하고 있는 중국의 동풍-15/21 등의 정밀한 탄도 미사일에 의해 우리의 비행장 또한 그와 같은 공격을 받을 수 있다는 점을 감안하고 이에 대한 대응 능력을 강구해야 할 것이다. 사거리만 길고 정확도가 부족하여 한국의 주요 군사력 운용 기반에 대한 직접적인 공격은 불가능한 북한의 탄도 미사일과는 차원이 다른 위협이라 할 수 있는 것이다.

이 때문에 최근 주요 언론 매체에 한국의 탄도 미사일 요격 능력이 부족하다는 사실을 알리면서 ERINT 미사일을 사용하는 PAC-3 도입을 촉구하는 기사가 개제되기도 하였다. 그러나 PAC-3는 대기권 안에서 재돌입체를 요격하기 위한 시스템이다. 탄도 미사일에 대해서 외기권 요격 체계와 대기권 종말 요격체계를 조합한 단계적인 요격 체계를 구축하지 않은 상태에서 PAC-3와 같은 종말단계 요격체계만으로 탄도 미사일에 대응하려 할 경우 다수의 재돌입 탄두를 집중적으로 운용할 수 있는 중국의 신형 탄도 미사일에 대응하기 어려워진다.

한국의 경우에도 탄도 미사일의 재돌입 탄두에 내열성이 향상된 RF 흡수소재를 코팅할 수 있는 기술을 확보하고 있지만, 중국도 이미 재돌입 탄두의 RCS를 감소시키기 위한 흡수 소재 코팅 기술을 확보하고 있다. 대형의 운반체가 재돌입하는 노동 미사일 같은 기술적으로 낙후한 시스템이 아니라 그보다 더욱 크기가 작은 재돌입 탄두이기 때문에 RCS가 보다 작은데다가 표면이 흡수소재로 코팅되기 때문에(열에너지 누적에 따른 변형과 기능 손실이 큰 구형 RAM이 아니라 보다 내열성이 강화된 소재) PAC-3의 위상배열레이더로 적시에 추적하여 요격하는 것이 쉽지 않을 것이다.

또한 최근 탄도 미사일의 비행궤도 왜곡과 관련된 제어체계가 개발되고 있으며, 적어도 탄도 미사일과 관련된 기술 수준은 세계 상위권인 중국 역시 이러한 기술적인 트렌드를 그들의 탄도 미사일에 도입하고 있을 가능성이 높다. 예를 들어서 측추력제어와 추력편향제어를 이용하여 재돌입한 탄두의 비행궤도를 왜곡시킬 경우 더욱 PAC-3만으로 요격하는 것이 쉽지 않을 것이다.

대기권으로 재돌입하여 속력이 크게 높아진 탄두의 비행궤도를 왜곡시키려 할 경우 항력이 크게 증가하여 사거리를 감소시키게 되지만, 대신 종말 요격체계를 회피할 수 있게 된다. PAC-3의 위상배열레이더를 이용하여 컨트롤 체계에서 재돌입체의 궤도를 추적할 수 있지만, 재돌입체는 전술한것과 같이 측추력제어체계와 추력편향노즐을 이용하여 궤도 추적을 위한 예측 데이터를 크게 벗어난 궤도로 이탈하거나 또는 PAC-3의 ERINT 미사일의 최대 요격기동 가능 고도보다 더욱 높은 고도로 비행궤도를 틀어서 비행함으로써 PAC-3와 같은 대기권 종말요격체계를 회피하다가 예측하지 못한 시점에 급격하게 낙하 기동을 할 수 있다.

현대적인 탄도 미사일에 도입되고 있는 편심궤도비행 성능이 부여되고 있는 것으로 보이는 중국의 탄도 미사일이 대기권에 재돌입하게 될 경우 이를 요격하는 것은 상당히 어려울 것이다.  대기권 재돌입체 요격이 가능한 시스템도 확보하면서 동시에 탄도 미사일이 대기권으로 재돌입하기 전에 이를 외기권에서 요격할 수 있는 THAAD나 Arrow 3와 같은 시스템도 반드시 필요로 하는 것이다.

이는 꼭 중국의 탄도 미사일에 대응해야 하는 경우에만 국한되는 것은 아니다. 북한의 탄도 미사일은 대기권 재돌입시의 요격 난이도가 아무래도 중국의 탄도 미사일보다는 낮겠지만, 그래도 노동과 같은 구형의 탄도 미사일이라도 다수를 집중적으로 운용할 경우 이를 PAC-3만으로 요격하는 것은 쉽지 않다. 과거 걸프 전쟁 당시에 아랍 연합군의 사령관을 지낸 사우디 아라비아의 술탄 왕자의 회고에 따르면, 이라크의 스커드 미사일인 알 아바스(Al Abbas)나 알 후세인(Al Hussein)의 경우 스커드를 기반으로 사거리를 더욱 연장하는데 주력한 미사일이기 때문에 종말 비행 단계에서 궤도 안정성이 떨어져서 오히려 상대적으로 궤도 안정성이 높았던 소련제 오리지널 스커드 미사일보다 요격하기 어려웠다고 한다.

스커드를 기반으로 개발된 노동 미사일 역시 스커드보다 긴 사거리에 주력하여 개발된 미사일이기 때문에 이와 유사한 특징을 갖고 있을 것이라 짐작된다. 종말 비행궤도가 안정적이지 못하다는 것은 미사일의 탄착 정확도를 크게 떨어뜨리는 요인이 된다. 그러나 어차피 북한의 탄도 미사일이라는 것은 KN-02 단거리 탄도 미사일과 같은 예외적인 경우를 제외하면 대부분 탄착 정확도는 크게 중요하지 않기 때문에(화학탄두 등을 탑재하여 인구 밀집지역 등을 공격하기 위해 사용하기 때문에) 이와 같은 특징이 미사일의 정확도를 떨어뜨리는 것보다 종말 요격이 어려울 것이라는 점이 더 크게 작용하게 될 것이다. 이는 북한의 탄도 미사일을 요격해야 할 때에도 종말요격체계만으로 대응하는 것은 상당한 부담이 될 수 있다.

중국의 탄도 미사일에 대응하려면 외기권 요격체계가 반드시 필요한 것과 마찬가지로, 북한의 탄도 미사일에 대한 요격 능력을 구축하려 할 때에도 외기권에서 탄도 미사일을 요격할 체계가 필요하다. 그리고 대기권 종말요격체계 역시 PAC-3보다 좀 더 커버 가능한 고도가 높고, 미사일의 비행궤도왜곡에 기민하게 대응할 수 있는 시스템도 검토 대상에 포함시켜 검토할 필요가 있다.

애로우(Arrow) 3 지대공 미사일 - 한국에게 적합한 외기권 요격체계

현재 이러한 외기권 요격체계로 우리가 검토할 수 있는 무기체계는 THAAD와 Arrow 3가 있다. 한국이 획득해야 하는 외기권 요격체계는 KAMD(Korean Anti Misile Defense)의 중핵이 되어야 한다는 점에 가장 잘 부합할 수 있는 Arrow 3가 아닐까 한다. Arrow 계열 지대공 미사일 체계가 우리가 계획하는 KAMD에 잘 부합할 수 있다고 판단할 수 있는 이유는 우선 Arrow 3는 한국이 탄도 미사일 대응체계를 구축하기 위해 도입한 이스라엘제 Oren Yarok 대탄도탄 레이더(Super Greenpine 레이더. 이하 그린파인 레이더로 표기)와 연계 운용할 수 있기 때문이다. 이스라엘은 이미 Arrow 2 지대공 미사일 체계를 그린파인 위상배열레이더와 연계 운용하는 시스템을 구축하고 있으며, 이에 따라 Arrow 2 Block 2부터 그린파인 레이더와 연계 가능하다. 이미 미국의 화이트샌드(Whitesand) 미사일 시험장에서 F-15 전투기에서 발사된 블랙 스패로우(Black Sparrow) 공중발사 모의 탄도 미사일을 그린파인 레이더가 추적하여 Arrow 2가 요격하는 테스트를 거친 바 있다.

한국이 Arrow 2와 Arrow 3를 도입할 경우 이러한 연계 운용체계는 이미 그린파인 레이더를 도입한 한국에도 적용될 수 있기 때문이다. THAAD를 도입하려면 별도로 THAAD와 연계되는 FBX-T 레이더(X-밴드 대역)등을 도입해야 하는 것과 달리 이미 도입하여 곧 운용이 시작될 시스템과 연계할 수 있는 것이다.

또한 한국의 KAMD는, Arrow 2와 Arrow 3는 여기에 연계되는 시스템으로 운용될 세종대왕급 이지스 구축함과 E-737 공중조기경보통제기등과 Link 16을 기반으로 하는 네트워크를 구성할 수 있으며 Arrow 3보다 낮은 단계의 요격체계인 PAC-3와도 역시 Link 16을 통해 연계할 수 있다는 점도 Arrow 3가 KAMD에 보다 적합한 시스템이라 판단할 수 있는 근거가 될 수 있을 것이다. Arrow 2 Block 3부터 Link 16 데이터 통신 규격의 정보 교환이 가능한 데이터 링크가 통합되었으며, 이 때문에 이미 Link 16을 기반으로 하는 네트워크 구성이 가능한 E-737, 세종대왕급 구축함과 연계 운용이 가능하다.

Arrow 2 Block 5부터는 SPY-1 레이더를 탑재한 이지스 구축함과 탄도 미사일 연계 교전이 가능하게 된다. E-737의 경우에도 추후 탄도 미사일의 배기열을 탐지하여 추적하기 위한 대형 IRST를 통합하게 될 경우 Link 16을 통하여 Arrow 지대공 미사일의 교전 통제소에 추적 정보를 제공할 수 있다. 기존의 IRST가 원거리 탐지와 추적이 어렵고 정확한 거리 정보 제공이 불가능하지만, E-3 AWACS나 E-737 등에 탑재 가능한 탄도탄 추적용 IRST는 다수의 IRST가 동일 추적원의 IR 신호를 서로 다른 각도에서 동조 수신하여 거리 정보를 산출할 수 있게 된다.

이 때 다수의 IR 센서의 서로 다른 수신 IR 신호 주파수 차이와 수신 각도 정보등을 이용하는 수학적인 알고리즘을 사용하게 되는데, 이와는 다른 변환 알고리즘을 사용하여 해당 정보를 통합 처리할 경우 IR 신호를 발하는 추적 대상의 영상을 구현하여 식별할 수 있게 된다. NATO 공용 E-3 AWACS 역시 이와같은 체계를 통합하여 탄도 미사일 추적 능력을 부여하는 업그레이드 대상 기종이다. 따라서 이와 같은 체계가 우리 공군이 운용을 시작한 E-737에 통합 가능한 옵션으로 검토될 경우 E-737은 잠재적으로 탄도 미사일에 대한 조기경보체계의 일부로 운용할 수 있으며, 이 시스템과 Link 16으로 연계 가능한 Arrow 3는 한국이 보유한 다양한 탄도탄 원거리 추적체계(탄도탄 추적 IRST 탑재한 개량형 E-737, 세종대왕함의 SPY-1D 레이더, 그린파인 레이더 등)의 백업을 받을 수 있게 된다.

기술 이전과 적정 시기 전력화 가능 여부, 그리고 추후 업그레이드등을 고려할 때에도 Arrow 3는 최적의 선택이 될 수 있다. 현재 기준으로 THAAD는 20*** 이후에야 본격적으로 운용이 가능한 반면, Arrow 3는 이미 개발이 완료되어 이스라엘군에서 운용 중인 Arrow 2의 주요 시스템(발사대 제어 시스템, 교전 통제 시스템, 그린파인 레이더 등)을 공유하기 때문에 외기권 요격체계 운용을 위한 주요 알고리즘 개발과 미사일의 개발에 포커스가 맞춰진 상태이기 때문에 보다 신속한 개발이 가능하여 현재 개발 완료를 눈 앞에 두고 있다. 따라서 THAAD와 달리 Arrow 3는 비교적 빠른 시기에 한국군에 배치 가능한 시스템이라 할 수 있을 것이다. 또한 THAAD는 추후 업그레이드를 할 때 미국의 주요 군사 채널과 협의하는 과정을 필요로 하지만 Arrow 3는 한국 측에서 업그레이드를 결심하면 미국과의 협의라는 행정적인 소요를 줄일 수 있기 때문에 보다 신속한 사업 진행이 가능하다는 장점이 있다.

Arrow-2/3의 성능과 구체적인 연계작전능력

앞서 언급한 바와 같이 Arrow 2 Block 3부터 Link 16이 채용되었으며, Arrow 2 Block 2부터 통합된 IR/RF 듀얼 모드 시커보다 더욱 해상도가 향상된 듀얼 모드 시커가 Arrow 2 Block 4부터 통합되어 표적 식별 성능이 더욱 향상되었다. 또한 동일 블록(Block 4)부터 비행 중인 미사일에 표적을 재지정할 수 있는 중간유도 체계가 도입되었다. 본격적인 외기권 요격 체계인 Arrow 3 이전에 대기권 요격체계인 Arrow 2에 통합된 이러한 체계들은 Arrow 3에도 통합된다.

대기권 요격체계인 Arrow 2에도 통합된 추력편향제어체계(TVC. Thrust Vectoring Control)와 데이터 링크, 중간유도체계는 이미 언급한 바 있는 동풍-15/21등과 같은 현대적인 탄도 미사일을 요격할 때 유용한 체계이다. 전술한 것과 같이 현대 탄도 미사일들은 편심궤도비행과 같이 미사일의 비행궤도왜곡을 위한 다양한 알고리즘이 적용되고 있다. 이 때문에 재돌입체가 대기권에 진입한 후 요격을 피하기 위해 항력 증가가 궤도 왜곡을 하게 될 경우 기존의 탄도탄 요격체계로는 대응하기 어렵다. 그러나 Arrow 2는 그린파인 데이터가 무장 제어모드로 전환한 후에 미사일을 추적하여 재돌입체의 급격한 궤도 변화를 추적할 수 있으며 이를 바탕으로 교전 통제소가 데이터 링크를 이용한 중간유도체계로 Arrow 미사일의 비행궤도를 틀어버릴 수 있다.

PAC-3의 ERINT 미사일의 경우, 화력통제용 위상배열레이더와 교전통제소, 그리고 ERINT 미사일의 인터페이스를 이용한 TVM 유도로 미사일의 비행궤도를 보정할 수 있으며, ERINT 자체도 30G 정도에 달하는 고기동이 가능하지만 미사일의 편심궤도비행등에 대응하기에는 부족한 것이 사실이다. Arrow 2는 TVC를 이용하여 미사일의 에너지 손실이 없는 상태에서도 상당히 좁은 선회반경으로 미사일의 궤도를 급격하게 변경할 수 있으며, 대추력의 추진체계를 갖고 있기 때문에 이와 같이 에너지를 유지하면서 궤도를 변경할 수 있는 비행 영역 범위가 크다. 이에 따라 비행궤도왜곡 성능을 갖고 있는 탄도 미사일에 대응하기 위한 고기동성과 함께 종말유도시에 높은 에너지를 보유한 상태에서 표적에 돌입할 수 있게 된다.

또한 같은 대기권 요격체계라 하더라도 Arrow 2는 PAC-3보다 더욱 높은 고도를 커버할 수 있기 때문에 재돌입체의 요격체계 대응범위 이탈 비행에 대한 대응 성능면에서도 좀 더 앞서있는 것이 사실이다.

이러한 성능은 미사일 자체의 성능에 기인한 바가 크지만, 화력통제체계 또한 이러한 운용에 적합한 체계라는 점도 간과할 수 없다. 그린파인 레이더는 PRT가 큰 L-밴드 대역의 레이더이기 때문에 얼핏 생각하면 정밀한 화력제어에는 맞지 않은 시스템이라고 간주될 수도 있다. 그러나 그린파인 레이더는 다수의 L-밴드 대역 RF 신호의 Phase Modulation이 가능하다는 점을 이용하여 높은 데이터 갱신율을 확보할 수 있는 알고리즘을 갖고 있는 시스템이다.

장거리 모드에서 탄도 미사일을 발견한 후, 교전 통제소에서 개별 표적에 미사일을 지정하면 그린파인 레이더를 화력통제모드로 전환하여 미사일을 추적하게 되는데, 이 때 서로 다른 모듈에서 스티어링되어 불연속적인 RF 빔들을 개별 표적에 할당하여, 각 표적에 할당된 RF 신호들이 거의 연속적으로 순차적인 표적 주사가 가능하도록 RF 빔의 동시 다발적인 Shifting을 제어할 수 있는 알고리즘을 이용하여 L-밴드 대역의 신호를 사용함에도 불구하고 미사일의 궤도 변화를 연속적으로 추적하여 대응할 수 있는 수준의 추적 정밀도를 갖는다. 이와 같은 특성으로 인해 그린파인 레이더는 장거리 탐색/탄도탄 조기경보와 미사일 제어 두 가지 용도 모두에 맞는 시스템이 되었다.

이는 하나의 지대공 미사일 체계에 다양한 레이더를 필요로 하는 러시아제 지대공 미사일 체계와 대조되는 부분이라 할 수 있다. L-밴드 대역의 높은 장거리 진행 특성과 높은 출력으로 송출함으로써 낮은 PRF를 충분히 커버할 수 있는 높은 에너지를 갖는 신호 송출이 가능하다는 점, 그리고 이스라엘군에서 그린파인 레이더를 RF 에너지 집중을 이용한 고에너지 요격 체계로 개발하는 방안을 검토 중인 것에서 알 수 있듯이 높은 안테나 Gain을 갖는다는 점이 서로 결부되어 장거리 탐색과 탄도 미사일 조기경보레이더로 활용될 수 있으며(SMART-L이나 FPS-117 레이더에서 볼 수 있는 것처럼 L-밴드 대역 레이더는 주로 장거리 조기경보용으로 운용된다), 동시에 앞서 이야기한 기능으로 인하여 정밀한 추적 능력을 갖는 화력통제레이더로도 활용이 가능하다.

또한 THAAD에서 사용하는 것과 같은 X-밴드 대역의 레이더는 재돌입체의 표면에 코팅되는 RF 신호 흡수재료에 의한 에너지 감쇄율이 높은 반면, 그린파인 시스템의 L-밴드 대역 RF 신호는 흡수재료에 의한 감쇄율이 상대적으로 적은 편이기 때문에 요격 미사일의 화력제어가 가능한 거리를 길게 확보하는데 유리하다. 전술한 바와 같이 Link 16을 이용하여 이지스함이나 탄도탄 추적 IRST 종합 체계를 탑재한 플랫폼과도 데이터 교환이 가능한데, 이 경우 레이더보다 각도 변화를 더욱 정밀하게 추적할 수 있는 IRST 종합 체계의 데이터와 L-밴드 대역 위상배열레이더인 그린파인과 상호 보완적으로 운용될 수 있는 S-밴드 대역 위상배열레이더인 SPY-1D와 연계함으로써 미사일 추적으로 획득하는 데이터의 퀄리티와 신뢰성을 더욱 증가시킬 수 있다.

이와 같은 장점은 외기권 요격체계인 Arrow-3에도 그대로 적용된다. 재돌입체가 대기권에 진입하기 전에 측추력제어체계등을 이용하여 자세 제어와 돌입 궤도 변경을 할 수 있으며, 이 때문에 앞서 Arrow 2에서 언급한 것과 같은 비행궤도급변이 가능한 미사일에 대응할 수 있는 능력이 필요하기 때문이다. 여기에 Arrow 3가 Arrow 2보다 항력이 좀 더 작은 형상이라는 점과 듀얼모드 시커를 Gimbal 위에 결합하여 탄도 미사일의 자세 변경과 돌입 궤도 변화를 미사일의 자체 시커로 추적할 수 있는 가시선(LOS)이 커졌다는 장점이 결부된다. Arrow 3의 교전 통제소는 PPLI 데이터 공유가 가능한 Link 16을 이용하여 발사된 Arrow 3의 각 시리얼 코드를 서로 공유하며, 각 코드별로 할당된 표적과 현재 각 코드별 비행 지속 여부와 항법 데이터 등을 서로 교환할 수 있게 된다.

이를 바탕으로 탄도 미사일의 재돌입 전 비행궤도변경이 이루어질 경우, 해당 표적에 할당된 시리얼 코드에 해당하는 미사일보다 더욱 효과적인 요격이 가능한 위치와 속력을 갖고 있는 미사일의 코드를 파악하여 표적에 할당된 코드를 변경하는 방식으로 효과적인 요격 작전을 수행할 수 있게 된다. 여기에 앞서 Arrow 2에서 언급한 장점 중 하나인 높은 추력의 추진체계와 함께 그린파인 레이더를 이용한 화력통제체계가 전술한 바와 같은 알고리즘을 이용하여 미사일의 비행궤도를 각 표적의 궤도 변화에 대응할 때 에너지 소모를 줄일 수 있도록 돌입궤도보정을 산출할 수 있다는 장점이 결부되어 탄도 미사일의 대기권 진입 이전에 표적을 요격할 수 있는 가능성을 극대화할 수 있다.

 

출처 : 성호 콘덴서

글쓴이 : 베스 원글보기

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