중기계획에 들어간 F-15K 개량 관련한 보잉사의 개량 방향
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중기계획에 들어간 F-15K 개량 관련한 보잉사의 개량 방향
  • 안승범 기자
  • 승인 2019.08.22 01:32
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한국공군의 F-15K는 어드벤스드 이글로 개량이 될 것이라고 밝힌 보잉

 2조원의 한국 공군 F-15K 전투기 업그레이드

 한국 공군의 F-15K는 AESA가 통합된 중국형 플랭커 전투기와 항공자위대의 F-15J 개량형등이 등장하면서 점차 우위를 유지하기 어려워지고 있다. 중국 공군은 이미 위상배열레이더인 Zhuk-MF 계열 레이더(수동위상배열레이더)를 탑재한 Su-30MKK 다수를 운용하고 있으며, 2020년대에는 AESA 레이더를 탑재한 J-16 다목적 전투기등이 F-15K를 위협하게 될 것이다.

우리 공군 역시 핵심적인 주력 전투기인 F-15K의 업그레이드를 통해 주변국 공군의 4세대 전투기 세력의 현대화에 대응할 필요가 있다. AESA가 통합된 미 공군의 개량형 F-15E는 물론 이스라엘 공군의 F-15I 역시 AESA를 통합하는 업그레이드를 할 예정이기 때문에 현재의 임무장비구성(AN/APG-63(V)1 레이더, AN/ALQ-135M, AN/ALR-56C(V)1 등)은 장기적으로 운용유지에 어려움을 겪을 것이다. 즉, 장기적으로 F-15K를 안정적으로 유지하기 위해서라도 미 공군 등이 F-15의 장기 운용을 염두에 두고 채택한 장비들을 선택, 통합해야 하는 것이다. 한국이 F-15K를 도입할 당시에는 Suite 4E가 가장 최신의 OFP(Operational Flight Program)이었지만, 현재 F-15E의 OFP는 suite 8까지 개발되었기 때문에 더이상 F-15K의 OFP가 최신이 아니다.

 한국 공군이 장차 F-15K 업그레이드 프로그램을 진행하게 되면 어떠한 골자의 프로그램이 될 것인지, 현 시점까지 확인된 바에 따르면, 한국 공군과 방위사업청에서 보잉에 F-15K 업그레이드와 관련한 정보 공개를 요청한 적은 없다고 한다. 현재 한국 공군은 6가지나 되는 사업(F-35A 도입, 공중급유기 도입, RQ-4 글로벌 호크 도입, L-SAM 개발, KFX 개발, KF-16 업그레이드)을 동시에 추진하고 있기 때문에 F-15K 업그레이드 사업을 추가로 더 추진할 여력은 없다는 것이다.

이와 관련된 실무자들은 한국 공군이 F-15K 업그레이드 프로그램을 진행한다면 중국의 S-400과 J-20이 본격 위협으로 다가오는 2022년 정도쯤이 시작 연도가 될 것이라 전망하고 있다.

이 시기는 한국 공군의 3차 F-X 사업으로 획득한 F-35A 2개 대대가 제 17 전투비행단에서 막 전력화를 완료하는 시점이며, KF-16 업그레이드 사업 역시 거의 완료되는 시점이다. 따라서 2022년 ~ 2023년부터는 3차 F-X 사업 잔여 소요인 20대를 채우기 위한 후속 사업과 KFX 양산을 준비하면서 F-15K 업그레이드 사업을 추진할 수 있는 여력이 생길 것이라고 전망되고 있다.


 F-15K 업그레이드는 어드밴스드 이글(Advanced Eagle)이 될 것

 F-15K 업그레이드 프로그램을 이야기하면 대부분의 사람들은 AESA 레이더 통합을 먼저 생각할 것이다.  한국 공군에 제안할 F-15K 업그레이드 프로그램은 AESA 레이더가 비중있다.

또한 먼저 나오는 이야기는 IFF 다. 이들은 한국 공군의 F-15K에 통합된 IFF(AN/APX-113)에 대한 모드 5 업데이트이다. 한국 공군 F-15K는 레드 플래그(Red Flag) 훈련에 자주 참여하고 있는데, 이를 감안하더라도 IFF가 Mode 5 파형을 사용할 수 있도록 하는 것은 당면한 문제다. 이를 위해 모드 5 모듈과 소프트웨어(모드 5 파형 생성과 비화, 암호 해석과 답변 생성 등에 필요한)를 현재 F-15K의 IFF에 통합하는 작업이 우선이다.

 사우디 아라비아 공군의 F-15SA 대량 도입을 필두로 카타르 공군에서도 어드밴스드 이글(Advanced Eagle)에 통합되는 AN/ALQ-239 DEWS(Digital Electronic Warefare System), AN/AAR-57 CMWS(Common Missile Warning Sysatem), ADCP II 임무 컴퓨터 등이 통합된 F-15QA를 대량 발주(36대 발주 + 36대 옵션)하였다.

이 때문에 F-15E의 스탠다드는 어드밴스드 이글이 될 것이다.

한국 공군의 F-15K 역시 추후 어드밴스드 이글을 기준으로 하는 업그레이드 프로그램을 제안받게 될 것이다. 어드밴스드 이글 이전에 한국 공군에 제안되었던 사일런트 이글은 F-15E 업그레이드 프로그램에는 맞지 않으며, 어드밴스드 이글이 F-15E 업그레이드 소요에 부합할 수 있으면서 미래 항공위협에 대응할 수 있기 때문에 어드밴스드 이글이 F-15E 업그레이드 프로글햄의 표준이 되는 것이다.

사일런트 이글 사양은 신조기를 도입할 나라라면 모를까 이미 제작된 F-15E 업그레이드에 적용하기엔 경제성이 없다. 사일런트 이글은 스텔스 성능을 위한 CWB(Conformal Weapon Bay) 통합과 흡입구 내부의 레이더 블로커 결합 등 많은 부분을 손을 대야 하는데 이는 업그레이드 프로그램 비용을 증가시키고 아직 검증되지 않은 부분을 조합함으로써 발생하는 리스크를 감수해야 한다.

무엇보다 F-15 업그레이드 프로그램을 제안받는 한국과 이스라엘, 일본은 이미 F-35를 도입하고 있기 때문에 굳이 F-15에 스텔스 성능을 부여하기 위한 비용 등을 감수해야할 필요는 없다.

F-15SA는 F-15E 계열기 중 최초로 어드밴스드 이글의 표준을 거의 그대로 수용한 기종으로서 비행제어체계 역시 기존의 F-15E에 통합된 체계(유압연결에 의해 각 조종면을 제어하는 기계적인 구동체계에 pitch/roll/yaw 3축이 임계영역을 넘지 않도록하면서 기계식 비행제어체계를 제어하는 디지털 비행제어컴퓨터가 통합된 체계. Control Augmentation System이라고 한다)가 아니라 4축 디지털 플라이바이와이어(FBW)가 통합되었다.

카타르 공군이 도입하는 F-15QA에도 4축 디지털 FBW가 통합될 것이며, 따라서 한국 공군의 F-15K의 비행제어체계도 디지털 FBW로 일신될 가능성도 전혀 배제할 수는 없다. 실제로 디지털 FBW 역시 어드밴스드 F-15의 핵심구성요소 중 하나로 소개하고 있다. 다만 2020년대에 한국 공군이 F-15K 업그레이드 프로그램을 시작하면서 투자할 수 있는 예산 규모에 따라 가변적이라고 할 수 있다.

예산 문제로 인해 어드밴스드 F-15의 핵심구성요소 모두를 F-15K 프로그램에 반영할 수 없다면 FBW로 비행제어체계를 교체하는 것이 가장 먼저 배제될 것이다.

미공군의 F-15E 스트라익 이글 전투기(사진 미공군)
한국 공군의 F-15K 슬램 이글 전투기(사진 공군)


 AN/ALQ-239 DEWS와 AN/AAR-57 CMWS

 F-15SG는 후방의 ICS(Internal Countermeasures System) 안테나 하우징이 DEWS를 통합한 F-15SA의 그것과 흡사하기 때문에 F-15SG의 통합전자전장비가 DEWS 또는 그와 연관이 있는 체계가 아닐까 하는 추측이 심지어 싱가포르 내부에도 있었다. 이 때문에 추후 한국 공군의 F-15K 업그레이드에 포함될 가능성이 높은 DEWS와 F-15SG의 연관성 여부를 중점적으로 취재한 바 있다.

 "DEWS와는 관계없고 우리들도 F-15SG에 어떤 전자전 장비가 어떻게 통합되었는지 모르겠다"라고 답변하였다.

F-15에 독자적으로 전자전 장비를 통합한 이스라엘 IAI와 Elbit systems가 싱가포르의 F-15SG 전자전 장비 통합에 관여했을 가능성이 높다.  F-15SG의 일부 임무장비 통합은 보잉과 다른 채널을 통해 이루어진 것 같다. 다만 F-15SG는 엘리스라(Elisra) SPS-2110 통합전자전시스템에 SPS-3000 ECM이 통합된 F-15I와 ICS 하우징 형상이 다르며, 심지어는 F-15I에는 없는 하우징도 후방에 추가로 존재한다.

이로 미루어볼 때 F-15I에는 ALQ-135의 안테나 중 소형 안테나인 3 밴드 안테나만 통합되어 있고 다른 대역은 SPS-3000가 담당하는 것과 달리 F-15SG에는 ALQ-135 계열 ICS(아마도 ALQ-135M)의 1 밴드 또는 1.5 밴드 안테나가 후방에 통합되고 여기에 추가로 메인 ECM 시스템으로 이스라엘제가 통합되었을 가능성도 있다.

 장차 F-15K의 ITEWS를 대체할 것으로 전망되는 AN/ALQ-239 DEWS는 F-35의 AN/ASQ-239 바라쿠다 통합전자전체계를 바탕으로 개발된 시스템으로서, ASQ-239의 발전형이라고 할 수 있다.

다만 DEWS가 바라쿠다 시스템의 발전형이라는 말은 F-35의 바라쿠다 시스템보다 더욱 성능이 우수한 시스템이라는 이야기가 아니다. 성능이 아닌 운용개념측면에서 더욱 향상되었다는 이야기이다. 예를 들어 F-35에는 360도 전방위 적외선 영상정보 제공과 함께 MAWS(Missile Approaching Warning System) 기능을 함께 하는 AN/AAQ-37 EODAS가 AN/ASQ-239 시스템과 별도로 F-35에 통합되어 있다.

반면, DEWS는 전자전 시스템과 MAWS인 AN/AAR-57 CMWS를 하나의 코어에 통합하여 운용함으로써 단순한 통합전자전체계가 아니라 포괄적인 통합자체방어체계로 운용된다(F-15SA의 DEWS에 MAWS가 통합되기 전까지는 F-15E 계열기에 전혀 MAWS가 통합되지 않았다).

F-15E의 전자전 장비의 발전사를 짚어보면, F-15E의 TEWS는 RWR과 별개로 ICS(ECM)의 RF 수신기도 필요로 하는 체계였으며, 그 발전형인 F-15K의 ITEWS는 아날로그 RWR이 RWR로서의 기능뿐만 아니라 ITEWS의 코어가 이를 기반으로 ICS까지 함께 운용할 수 있는 통합전자전체계로 설계되었다.
DEWS에서는 이와 같이 RWR로서의 기능과 ICS를 지원하는 기능까지 함께 담당하는 체계가 기존의 시스템과 다른 디지털 RWR이며, 이를 새롭게 통합된 MAWS와 함께 코어가 운용할 수 있도록 설계되었다.

 ALQ-239 DEWS를 통합함으로써 F-15K 개량형은 5세대 전투기의 통합전자전체계를 위해 개발된 기능을 이어받음으로써 더욱 향상된 상황인식과 전자전대응능력을 갖게될 것이다. DEWS는 기존의 F-15E의 전자전 체계보다 더욱 폭넓은 대역을 커버할 수 있으며, 특히 최대 주파수 영역이 더욱 확장되었다. F-35의 ASQ-239와 마찬가지로 DEWS 역시 탐지한 신호방출원의 식별과 위협서열분류, 방위측정뿐만 아니라 거리 측정까지 가능한 시스템이다.

 기존의 F-15E에 통합되어 있는 전자전 장비, 가령 예를 들어서 한국 공군의 F-15K에 탑재되어 있는 레이더경보수신기(RWR)인 AN/ALR-56C(V)1은 아날로그 시스템으로서 수신되는 신호를 신호강도를 기반으로 방위를 측정한다.

반면에 DEWS 시스템은 수신된 신호를 디지털 신호처리를 하기 때문에 각도 분해능이 기존의 ALR-56C(V)1보다 더욱 향상되었다. 그리고 ALR-56C(V)1은 노치 필터링을 하기 때문에 특정 주파수에 대해서만 필터링을 하지만, DEWS의 RWR은 AESA 레이더와 RWR을 하나의 플랫폼에 통합하여 운용할 때 필요한 광대역 필터링을 한다.

 F-15K에 AN/APG-82(V)1과 같은 AESA 레이더를 통합하려면 반드시 현재의 통합전자전장비도 DEWS로 교체해야 하는 것이다. DEWS를 통해 F-15E 개량형에 통합 가능한 AN/AAR-57 CMWS(Common Missile Warning System)은 DEWS와 마찬가지로 BAE에서 개발, 제작한 자체방어체계이다. 동 시스템은 이미 한국 육군의 AH-64E에도 장비되어 운용되고 있다.

이 시스템은 DEWS와 별개의 플랫폼에 통합될 때에는 자체적인 코어를 보유하고 있으며, 이 코어에 5개의 적외선 MAWS 센서가 통합되어 있다. 처음 플랫폼에 통합되어 전력화된 것은 2005년이며 현재는 미 육군의 표준 MAWS로 운용되고 있다. 2005년부터 현재까지 10여년간 3백만 시간 이상  실전에서 운용되면서 검증된 장비이며, 개방형 구조로 설계되어 일년 단위로 새로운 위협 정보를 업데이트하여 CMWS의 소프트웨어를 업그레이드하고 있기 때문에 첫 전력화 시점으로부터 10여년이 지난 현재에도 변함없이 가장 최신의 위협에 대응할 수 있으며, 추후 지속적인 소프트웨어 업그레이드를 통해 미래의 위협에도 대응할 수 있다.

 

 AESA 레이더

 AESA 레이더는 F-15E 계열기에 기존에 통합되었던 기계주사식레이더들과 비교하면 합성개구레이더(SAR) 기반 모드들의 분해능이 더욱 우수하다. 그리고 SAR 기반 공대지 표적획득모드에서 동일한 크기와 해상도의 패치 맵을 획득할 수 있는 표적획득거리가 더욱 길다.

단순히 빔 조향 방식만 달라진 것이 아니라 신호처리를 위한 디지털 신호처리기법 역시 기존의 F-15E 계열기의 기계주사식레이더(APG-70, APG-63(V)1)의 그것보다 더욱 진일보하였다. 이 때문에 소형 공대지 표적과 저속 이동표적 식별, 획득 성능이 더욱 향상되었다.

 같은 AESA 레이더인 AN/APG-63(V)3와의 비교에도 어느 정도 적용된다고 한다. AN/APG-82(V)1 레이더는 AN/APG-63(V)3 레이더보다 더욱 나중에 개발된 시스템으로서 더욱 선진화된 시스템이며 따라서 신호 처리 성능이 더욱 우수하여 공대지 모드의 핵심인 SAR에서 더욱 우수한 퍼포먼스를 보유한다.

 두 시스템은 같은 능동주사배열어레이를 공유하고 있지만, 소프트웨어와 프로세서 성능 면에서 차이가 크다. APG-82(V)1 레이더의 OFP는 F/A-18E/F에 통합된 AN/APG-79 레이더의 그것을 기반으로 설계, 작성되었다.

APG-82(V)1 레이더는 APG-63(V)3 레이더의 그것보다 더욱 향상된 신호처리기법이 도입되었으며, 이를 더욱 향상된 레이더 프로세서의 물리적인 성능이 뒷받침을 해주고 있다. 모든 레이더가 다 신호처리능력이 중요하지만 AESA 레이더는 특히 높은 수준의 정교하고 방대한 신호처리성능을 필요로 한다

 APG-82(V)1 레이더는 고성능 AESA 레이더인 APG-79 레이더의 소프트웨어를 기반으로 더욱 개선한 소프트웨어가 통합된 레이더로서 신호 조향 성능과 처리 능력이 APG-63(V)3 보다 더욱 향상되었기 때문에 공대지 표적획득능력이 더욱 우수하고, APG-63(V)3에 없던 새로운 공대지 모드가 통합되었다는 것이다.

 사일런트 이글과 어드밴스드 이글 모두 한국의 3차 F-X 사업에 제안되었을 때에는 AN/APG-82(V)1 레이더가 AESA 레이더였다. 이 시스템은 오늘날의 전투기용 AESA 레이더 중 가장 고성능의 시스템으로 정평이 나있다. 그러나 최근 사우디 아라비아의 F-15SA등을 보면 해외 공군의 F-15에 대해서 제공하는 레이더는 APG-63(V)3로 정리가 된 것 같다는 추측도 있다.

특히 일본 항공자위대에서 F-15J 업그레이드 프로그램에 포함되는 AESA 레이더로도 AN/APG-63(V)3이 올라와 있다는 것이 이러한 추측을 더욱 강화시키기도 하였다. 그러나 관계자들은 AN/APG-82(V)1 레이더는 이미 3차 F-X 사업 당시에 한국에 판매 허가가 난 시스템이기 때문에 한국 공군의 F-15K 업그레이드 프로그램에 AN/APG-82(V)1 레이더를 제공하지 못할 어떠한 이유도, 장애 요소도 없다는 것이다.

보잉사가 공개한 F-15 어드밴스드 이글(사진 보잉)
보잉사가 공개한 F-15 어드밴스드 이글(사진 보잉)

싱가포르 공군의 F-15SG는 물론이거니와 사우디 아라비아의 F-15SA가 발주될 무렵에는 아직 APG-82(V)1 레이더가 개발되지 않은 상태였기 때문에 APG-82(V)1이 포함되지 않았다고 한다. 싱가포르의 경우에는 당시로서는 최첨단 레이더였던 APG-63(V)3를 선택하였으며, 사우디 아라비아 공군의 경우에는 당시 개발 중이던 APG-82(V)1 레이더보다 신뢰성이 검증된 현존 시스템이었던 APG-63(V)3를 선택하였다는 것이다.

그러나 이제 미 공군의 F-15E에 AN/APG-82(V)1 레이더가 통합되어 부대 배치되어 운용되면서 신뢰성을 검증을 받았기 때문에 AN/APG-63(V)3보다 AN/APG-82(V)1이 더욱 앞서게 되었다고 한다. 미 공군에서 AN/APG-63(V)3와 AN/APG-82(V)1을 함께 운용한 결과, 후자가 더욱 신뢰성이 우수한 시스템이라는 것이 입증되었다고 한다.

 무엇보다 AN/APG-63(V)3는 미 공군에서는 F-15C/D에 통합되어 운용되고 있는데, AN/APG-82(V)1은 F-15C/D보다 더욱 오래 운용하게 되는(2040년대 혹은 그 이후까지) F-15E에 통합되어 운용되고 있기 때문에 장기적인 운용유지비용과 후속군수지원측면에서 AN/APG-82(V)1을 선택하는 것이 AN/APG-63(V)3를 선택하는 것보다 더욱 합리적이다.

이스라엘 공군이 F-15I 업그레이드를 위해 채택한 레이더가 AN/APG-82(V)1이라는 것이 동 레이더가 주요 우방국들에게 판매 가능한 레이더라는 점이 입증하고 있다.

 일본의 경우 AN/APG-63(V)3 레이더를 함께 고려하는 것이 주로 비용 문제 때문이다. 항공자위대는 대량의 F-15 전투기를 보유하고 있으며, 따라서 업그레이드를 위해 발주해야 하는 AESA 소요 숫자가 많다. 따라서 단위 획득비용이 좀 더 저렴한 AN/APG-63(V)3를 대량으로 발주함으로써 사업 비용을 절감하려는 것이 일본이 고가의 AN/APG-82(V)1이 아니라 좀 더 저렴한 AN/APG-63(V)3를 F-15J 업그레이드를 위해 선택일수도 있다.

일본 항공자위대는 F-15J 개량형(개수 3형)에 AESA 레이더를 통합하기로 결정하면서 F-15MJ 개수 3형과 AN/APG-81 레이더가 통합된 F-35A를 어떻게 연계 운용할 것인지에 대한 연구를 진행 중이다.

 

 LAD(Large Area Display) 통합

 보잉의 F-15 프로그램 담당자들은 LAD 통합을 위해서는 반드시 새로운 임무컴퓨터(ADCP II)를 통합해야 한다는 답변을 하였다. 그렇지 않으면 LAD를 이용한 인터페이스를 위해 필요로 하는 방대한 고속 데이터 처리가 불가능하기 때문이라는 것이다.

 LAD를 통합하기 위해서는 많은 부분을 함께 교체해야 한다. 처음부터 LAD가 통합된 신조기를 도입하는 것과 달리 LAD를 운용하지 않는 항공기에 LAD를 통합하려면 새로운 인터페이스를 위해 많은 부분을 새롭게 바꾸고 인증을 해야 한다.  업그레이드 비용 자체를 높게 만드는 요인이 된다. 따라서 LAD가 F-15E 계열 항공기 업그레이드 프로그램의 요소로 자리를 잡으려면 이를 먼저 선택하여 통합과 인증에 필요한 비용을 부담할 런칭 커스터머(Launching customer)가 필요하다고 한다.

그와 같은 런칭 커스터머가 나온다면 보잉은 LAD와 같은 첨단의 인터페이스 통합을 위한 최고의 솔루션을 제공할 준비가 되어 있다고 한다. 보잉의 강점 중 하나가 바로 이와 같이 새로운 솔루션의 통합을 위한 소프트웨어 업그레이드라는 점도 첨언하였다. 2015 서울 에어쇼 당시 이스라엘 업체인 엘빗 시스템즈(Elbit systems) 부스에서 전시되었던 LAD은 어드밴스드 이글을 위해 개발된 시스템으로서, 보잉이 부스에 전시했던 LAD보다 좀 더 진보한 인터페이스를 갖고 있는 시스템이다.

예를 들어서 사일런트 이글의 LAD로 공개되었던 시스템은 Link 16의 PPLI(Precise Participants Location & Identification) 정보를 좁은 윈도우에 2차원적으로 시현하는 반면, 엘빗 시스템즈의 LAD는 PPLI 정보를 LAD의 메인 윈도우에 3 차원적으로 구현함과 동시에 DEWS가 탐지한 레이더의 위치, 그리고 해당 레이더에 어드밴스드 이글이 탐지될 수 있는 공간을 입체적이고 직관적으로 시현하였다.

이와 같이 엘빗 시스템즈의 LAD는 단순히 데이터 링크를 통해 공유하는 PPLI 정보와 센서로 획득한 정보를 도시하는 것에 그치지 않고 이들을 통합, 가공하여 새로운 정보를 생성하고 제공하는데 적합하도록 설계된 시스템이다. 무엇보다 ALQ-239를 효과적으로 운용하기에 보다 적합한 인터페이스 솔루션이라고 할 수 있다. 동 시스템은 한 때 ASH(Advanced Super Hornet)의 LAD라고 공개되었던 것과도 흡사하다.

보잉 관계자들에 따르면, 엘빗 시스템즈의 LAD는 2013년에 보잉에서 F-15SE를 위하여 선택되었다고 한다. 다만 이 시스템은 제안은 되어 있는데 아직까지 구체적인 개발은 진행되지 않고 있다.

[디펜스투데이]


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