한국형 경항공모함 소요 기술이란

한국형 경항공모함 사업 개요

경항공모함 사업은 20년 12월에 소요가 확정되어서 중기 계획에 공식적으로 소요가 반영되었다.

당시 현대중공업과 대우조선해양이 해외 업체의 기술 협력과 자문을 제공받아서 각자 항공모함 개념 설계안을 만들고 이 중 하나를 선택하여 2022년부터 경항공모함 기본 설계에 착수할 예정이었다.

 

​ 한국형 경항공모함 개념 설계 담당은 양대 업체 중 하나인 현대 중공업은 2019년 10월부터 한국형 경항공모함 사업인 CVX 사업의 전신이라고 할 수 있는 대형수송함(LPX)-II 개념 설계 작업을 수행한 바 있다.

현대 중공업측은 LPX-II 개념 설계 작업을 수행하면서 경항공모함의 설계와 건조에 필요한 소요 기술 80% 이상을 확보하였다고 했다.

 

​ 계획대로 항공모함 사업을 추진하면 2022년에 기본 설계 들어갈려고 했다.

2022년을 FY(Fiscal Year) 기준으로 잡으면 FY+3년에 CVX 기본 설계가 완료되어야 한다. 그리고 기본 설계에 대한 최종 설계 점검(review)을 완료한 후에 FY+5년부터 경항공모함 상세 설계 및 선도함 건조가 시작되어 FY+11년에 경항공모함 건조가 완료되는 것이었다.

경항공모함 사업 쇼요 기간

이러한 설계, 건조 소요 기간 산출을 위해서 참고를 할 만한 사례들을 살펴보면 2만톤급 강습상륙함, 그러니까 독도급 강습상륙함의 경우에는 기본 설계에 28개월, 상세 설계와 함 건조에 60개월 총 88개월이 소요되었다.

 

퀸 엘리자베스급 항공모함의 경우 선도함인 퀸 엘리자베스함 건조 완료까지 기본 설계 기간 52 개월 포함해서 총 198 개월이 소요되었다. 미국의 아메리카급 강습상륙함의 경우에는 기본 설계 착수한 시점에서 약 121 개월 후에 초도함 건조가 완료되었다(기본 설계 38 개월, 상세 설계 83개월). 그리고 이탈리아 해군의 카보우르 역시 비슷한 시간이 소요되었다.

 

​ 한국의 경우 경항공모함 설계와 건조에 소요되는 기간이 위의 사례들에 견주어 보면 비교적 긴 편이다.

이는 고정익 전투기를 운용하는 항공모함이라는 함종이 한국이 처음 시도하는 분야라는 점과 경항공모함의 전투체계와 자동무장이송체계 등의 국내 개발 소요 기간 등을 고려한 것이다.

 

처음 시도하는 분야이기 때문에 신뢰성과 전력화 스케쥴 준수, 리스크 최소화를 위해서 이미 F-35B를 운용하는 항공모함의 설계와 건조를 성공적으로 완료한 해외 업체들과의 협력이 매우 중요하다고 봤다.

 

경항공모함 개발 소요 핵심 기술 중에는 항공모함의 sortie 생성율 산출 기술과 최적화된 탄약 이송체계 설계 기술, 함재기 이착륙 시뮬레이션, 인공 지능(AI) 기술 등이 있다.

 

​ 인력 확보 문제는 항공모함 찬반 논쟁에서 빠지지 않는 논란거리였다.

인력 문제 출산율이 저조하여 항공모함이 전력화되는 2030년대 이후에 항공모함과 KDDX등 새롭게 해군에 배치되는 함선에 배치될 인력 문제가 대두될 것이라는 인력 확보 문제에 대한 우려가 꾸준히 제기되고 있다. 이 문제를 감안하여 항공모함 설계 소요 기술 목록에 AI, 즉 인공지능 기술과 최적화된 탄약 이송체계 설계 기술 등이 반영된 것이다.

 

한국형 경항공모함 사업과 인공 지능 기술

 

​ 인공 지능 기술의 경우에는 주로 항공모함 운용에 통합되는 다양한 요소들의 결심(decision)에 접목될 예정이다.

 

​ 각개 요소마다 최종적인 결심이 도출되기까지 여러 단계의 작업이 필요하다. 각종 데이터를 산출하여 이들을 가공하고 통합하고 체계화하여 결심에 필요한 정보를 도출하는 과정에 필연적으로 인력 소요가 발생한다.

​ 한국형 항공모함 설계에는 이러한 정보 도출과 결심 체계에 인공 지능을 접목함으로써 항공모함 운용에 통합되는 다양한 요소의 소요 인력 절감이 포함된다.

자동화된 무장 이송체계

항공모함 운용 소요 인력 절감과 운용 효율성 극대화를 위해서 도입되는 또 다른 솔루션은 자동화된 무장 이송 체계이다.

이미 F-35B를 운용하는 영국의 퀸 엘리자베스(Queen Elizabeth)급 항공모함에 F-35B와 AW101등 함재 항공기 후속군수지원과 임무 형상(mission configuration) 구축을 위해서 자동화된 무장 이송 체계와 군수지원체계가 도입되어 있다.

 

이 시스템을 설명을 하자면 자동화된 물류 운용 체계라고 할 수 있다.

퀸 엘리자베스급 항공모함에 도입된 자동화된 물류 운용 체계 개발에 관여한 밥콕(Babcock)은 영국의 런던 히스로(LHR : London Heathrow) 공항의 대규모 물류 관리를 자동으로 운용하는 체계를 설계하는 등, 자동화된 대규모 물류 운용 솔루션 구축 경험과 기술을 갖추고 있다.

퀸 엘리자베스급 항공모함의 자동화된 로지스틱 체계는 이와 같은 밥콕의 로지스틱 체계 설계 기술이 항공모함에 접목된 것이다.

​ 함내에서 각개 항공기의 정비 소요 품목, 그리고 임무 컨피규레이션(configuration)을 갖추어야 하는 항공기에 필요한 탄약 종류와 결속 물품 등을 항공기별로 식별하여 자동 이송, 제공하는 것이 자동화된 로지스틱 체계의 핵심이다.

 

​ 한국군의 경항공모함 CVX 설계 소요 기술에도 이와 같은 자동화된 로지스틱 체계가 포함되어 있다.

CVX 국내 산•학•연 연구 개발 인프라 중 연, 즉 연구 기관에 포함되는 기관(한국기계연구원, 국방과학연구소, 선박해양 플랜트 연구소, 한국 전기 연구원 등) 중 한국기계연구원에서 선행 과제로 CVX의 자동무장이송체계 개발에 참여했다.

밥콕 등에서 F-35B의 임무 컨피규레이션 구축과 정비 체계를 항공모함과 연동하기 위한 자동화된 물류 운용 체계를 퀸 엘리자베스급 항공모함에 구현한 바 있기 때문에 한국형 경항공모함의 자동 무장 이송체계 개발에 필요한 기술 협력도 가능하다.

​ 자동화된 물류 운용 체계는 항공모함 운용 소요 인원을 줄임으로써 정조대왕급 구축함과 KDDX 등 각종 대형 전투함이 증강 배치된 후 경항공모함이 전력화되면서 승함 인력 소요가 증가하게 될 것이라는 현실을 감안하면 필수적인 솔루션이다.

​ 그리고 이러한 솔루션은 단순히 승조 인원만 절감하는 것이 아니라 갑판의 효율적인 활용과 함께 갑판 배치 인원들의 안전한 근무를 위해서도 반드시 필요하다.

F-35B의 F135-P&W-600 엔진의 강력한 고온 고압 블라스트 때문에 갑판에 배치된 인원들을 발진하는 항공기의 엔진으로부터 보호하기 위한 보호 장치들이 필요하다.

갑판에 배치되는 작업 인원들이 많을수록 이러한 보호 장치 소요가 증가하면서 항공모함 갑판 면적에서 작업 인원 보호 장치 설치에 할당해야 하는 면적이 증가하게 된다.

 

​ 반면 비행갑판 하부의 항공기 격납 공간에서 시행되는 항공기 임무 컨피규레이션 구축 작업뿐만 아니라 비행갑판 위에서의 동종 작업까지 자동화된 로지스틱 체계에 연동됨으로써 갑판에 배치되는 작업 인원의 숫자가 감소하게 되면 안전성이 향상되고, 비행갑판에서 작업 인원 보호 설비에 할당해야 하는 면적이 감소하면서 갑판 위에서 항공기 배치와 이동에 더욱 많은 공간을 활용할 수 있게 된다.

한국형 경항공모함의 보안

​ F-35를 운용하는 부대와 설비에는 고유의 보안 표준이 적용되는 것은 알려진 사실이다. 이와 같은 보안 체계 구축을 위해서는 항공모함에서 F-35B를 운용하기 위한 각종 보안 설비 구축뿐만 아니라 사이버 공격으로부터 F-35B 항공기 함내 운용 체계와 F-35B를 보호하는 것이 필수적이다.

국내 방위산업체가 사이버 공격을 당한 사례에서 알 수 있듯이, 한국형 항공모함과 같은 한국군의 미래 첨단무기체계에 대한 적성 세력의 사이버 공격 위협은 이제 현실의 위협이다.

​ 한국형 경항공모함의 전투체계와 통신체계, 그리고 추진체계와 함께 항공기 운용체계 설계에도 강력한 사이버 보안 솔루션이 요구된다.

​ 항공모함이라는 무기체계는 F-35B를 운용하는 공군과 상륙기동헬기 등을 운용하는 해병대, MH-60R 해상작전헬기를 운용하는 해군 항공부대, 해군 항해병과 등이 함께 근무하면서 운용하는 무기체계이다.

항공모함은 그 자체로 육해공군과 해병대의 합동성이 구현되는 부대이다.

그러므로 이와 같은 합동성을 고려하여 데이터 공유 공통 시스템을 구축하면서 사이버 보안 설계가 반영되어야 한다.

각 군에서 파견되어 항공모함에서 근무하는 부대들이 데이터를 공유하면서 동시에 각 부대의 특성에 맞게 특화된 데이터를 선별하여 사용할 수 있도록 설계하는 방향으로 개념이 정립되고 있다.

​ 함정의 전투정보체계와 항공기 운용체계 등은 단순하고 직관적이고 명확한 인터페이스를 갖도록 설계하는 것을 원칙으로 하고 있다.

각개의 작전 구역과 기능 구역 중심으로 각종 운용 체계들이 설계되고 이들을 통합적으로 관리, 운용할 수 있도록 체계를 구축하면서 특정 체계에서만 사용되는 특화된 인터페이스를 구축하는 것이 아니라 공통의 인터페이스를 사용함으로써 단순화를 추구하되, 영역별로 데이터 보안 구조를 분리하고 특성화함으로써 보안성을 확보하며 이러한 설계에서 자칫 발생할 수 있는 복잡성을 계층화로 해소하는 방안이 강구된다.

데이터 공유 최소화 역시 항공모함의 사이버 보안성 확보를 위한 솔루션으로 연구 중이다. 사이버 보안 태세를 강화해야 할 필요성이 있을 때 명시적인 승인에 따라서 데이터 공유 경로를 제한하는 것이다.

​ 시스템 구조에서 보안 통제 지점이 최소한으로 형성되도록 설계하는 것도 항공모함의 사이버 보안 설계에서 빼놓을 수 없는 중요한 설계 개념이다.

보안 통제 지점이 지나치게 많으면 오히려 복잡성으로 인해서 시간과 인력, 비용 소요가 많이 발생하며 보안이 필연적으로 취약해진다.

이 때문에 시스템 구조 전체에서 최소한의 보안 통제 지점으로 보안을 관리, 유지할 수 있도록 체계를 설계함으로써 장차 한국형 경항공모함의 사이버 보안 관리를 위한 소요 시간과 인력, 비용을 최소화하고 굳건한 보안성을 확보하는 것이다.

비행갑판 설계

​ 비행 갑판 설계는 현재 한국형 경항공모함 설계에서 가장 주목을 받고 있는 핵심 이다.

현대 중공업과 대우조선해양 두 업체의 경항공모함 개념 설계안을 구별하는 가장 큰 차이도 바로 비행갑판 형상 설계 차이였다.

대우조선해양의 개념 설계안은 스키 점프대 없이 F-35B를 이륙시키도록 비행갑판 설계 개념을 정립하여 LHD의 그것을 연상시키는 형상을 갖추고 있다.

​ 현대중공업 설계의 핵심 개념은 비행갑판면적을 크게 확보하여 비행갑판 위에 항공기를 배치하고 이동시키고, 이함시키는 과정에서 트래픽이 발생하지 않도록 하면서 동시에 스키 점프대를 설계에 반영함으로써 F-35B 이함 소요 활주 거리를 최소화하여 큰 비행갑판에서 여유 마진을 크게 확보하는 것이다.

그리고 이렇게 비행 갑판을 크게 확보하고 소요 활주 거리를 최소화함으로써 F-35B가 이함 할 때 같이 발진해야 하는 구조헬기를 동시에 발진시킬 수 있는 공간을 여유있게 확보할 수 있다.

최대이륙중량의 F-35B를 스키 점프대 없이 비행 갑판에서 발진시키려면 최대 250 미터의 활주 거리가 필요하고(F-35B의 내부 무장창에만 무장을 탑재한 경우에는 180 미터) 스키점프대가 설계에 반영된 현대중공업의 설계의 경우 최대이륙중량의 F-35B를 이함시키기 위해서 190 미터의 활주 거리(내부무장창에만 무장을 탑재한 상태에서는 140 미터)가 필요하다.

​ 현대 중공업의 개념 설계안대로 경항공모함을 설계하면 선도 이함 F-35B 후방에 후속 이함 F-35B를 대기시켜서 신속하게 발진시키는 방식으로 sortie 생성율을 끌어올린다.

현대중공업에서 경항공모함 개념 설계는 F-35B가 이함 할 때 F135-P&W-600 엔진 블라스트가 워낙 강력하여 후방에 대기하는 항공기가 고온 고압에 노출되므로 그런 방식으로 운용은 어려울 것이라고 한다.

다만 F-35B의 임무 컨피규레이션이 비교적 중량 증가가 적고 외부에 무장을 탑재할 필요가 없는 컨피규레이션이라면 선도 발진 항공기와 후속 발진 항공기 사이의 이격 거리를 크게 확보하여 이와 같은 운용이 가능할 수도 있다.

이에 필요한 F-35B의 임무 컨피규레이션과 항공기간의 이격 거리 등은 현대 중공업 내부에서 기밀 정보로 취급되었다.

​ 경항공모함 비행 갑판 설계에서 항공기 이함과 직결된 제원들 못지않게 중요한 것은 항공기의 갑판 랜딩과 직결된 제원이다.

수직 랜딩은 랜딩 중량 제한이 있기 때문에 잔여 무장과 연료가 많을 경우 무장 회수율이 높지 않다.

그러므로 수직 랜딩과는 별도로 SRVL(Shipborne Rolling Vertical Landing)이라는 방식도 병행 사용한다(아메리카급 강습상륙함 등 일부 경항공모함에서는 SRVL 사용 불가능). 후자의 경우에는 랜딩 중량이 수직 랜딩의 그것보다 커서 무장 회수율이 높고 엔진 수명 측면에서도 좀 더 좋다.

항공모함 후방으로부터 약 45미터 가량 이격된 상태에서 F-35B가 5도 ~ 6도 각도로 항공모함에 접근하면서 랜딩을 할 때 정지거리는 약 90 미터 ~ 121 미터가 소요된다,

이 제동 거리를 비행 갑판에서의 항공기 운용에 통합할 수 있도록 갑판 배치와 형상, 항공기 동선 등을 설계하는 것이 관건이다.

개념 설계 단계에서는 SRVL과 수직 랜딩을 하루 동안 랜딩 횟수에서 50 : 50 정도 비중을 차지하는 것이다.

[디펜스투데이]