근거리 방어용 레이저 무기체계 

 근거리 방어/방호체계는 상당히 넓은 범주의 무기체계이다.

이미 우리 군에서도 운용하고 있는 골키퍼, 팰렁스 등 CIWS와 최근 관심이 고조되고 있는 아이언 돔(Iron Dome) 등이 모두 이에 해당된다.

최근 다양한 항공 플랫폼등에 채용되고 있는 DIRCM과 같이 적대 대공 미사일의 센서를 무력화하여 플랫폼 자체를 방어하는 체계 또한 이에 해당된다.

우리 군의 K-2 전차 업그레이드 패키지에 포함될 KAPS와 이스라엘의 Trophy와 같이 기갑 차량을 근접 방호하기 위한 능동방어체계 또한 이에 해당된다. 

 우리 군은 북한의 비대칭 전력강화로부터 전투기, 전차, 구축함 등의 플랫폼을 방호하기 위해 근거리 방호체계 개발과 통합에 대힌 투자를 확대하고 있는 중이다. 여기서 시장성을 감지한 Elbit systems 등이 지난 ADEX 에서  한국에  C-Music, J-Music과 같은 자사의 DIRCM등을 판촉한 바 있다.

 이와 같은 플랫폼의 자체 방어뿐만 아니라 주요 시설을 소형 무인기와 원격조종폭탄 등으로부터 보호하기 위한 일련의 체계 또한 근거리 방호체계 범주에 포함된다.

특히 이와 같은 주요 시설을 방호하기 위한 근거리 방어체계가 필요한 이유는 무인 정찰기와 새매(RF-16) 등의 정보 자산을 동원하여 북한의 장사정포 위협을 조기에 탐지하여 이들을 격멸하기 위한 공세적이고 적극적인 대화력전을 효과적으로 실시하더라도 북한의 장사정포의 포격을 전면 원천 차단하는 것은 현실적으로 어렵기 때문이다.

따라서 전략적인 시설을 낙탄으로부터 최종적으로 방호하기 위한 C-RAM과 같은 근접방어체계 전력화는 대화력전 능력 구축과 병행하여 진행되어야 하는 것이다. 

 자폭 무인기 등 소형 무인기는 작은 크기로 인하여 RCS가 작고 낮은 고도를 비행하기 때문에 탐지하기 어렵다. 이 때문에 소형 자폭무인기 등이 방공체계에 노출되지 않고 중요 시설 근처까지 접근할 경우를 대비한 근접방호체계의 개발과 도입이 필요한 것이다.

특히 북한의 소형 UAV 침투가 인지된 이후부터 소형 침투 비행표적을 탐지하고 요격하기 위한 일련의 탐지, 요격 체계에 대힌 관심이 매우 높아진 바 있다. 

 지난 ADEX 에 MBDA에서 미디어 초청 컨퍼런스 행사를 하면서 소개한 제품 중에 동 사에서 개발한 고에너지 요격 체계도 포함되어 있었다. 

 당시 MBDA측에서 공개한 시연 영상을 살펴보면, 표적으로 사용되는 소형 UAV의 취약점에 레이저를 집중 조사하여 파괴하는 것이 동 요격체계 운용의 요점임을 알 수 있다.

이와 같은 체계는 MBDA뿐만 아니라 미국과 이스라엘, 독일 등 방산 선진국들의 업체들을 중심으로 활발하게 개발이 진행되고 있다. 이들은 소형 UAV의 취약성을 분석하여 취약점을 도출한 후, 레이저 요격 무기의 핵심 요구 성능 요소 중 하나인 출력을 10kW ~ 50kW로 설정하여 개발을 진행하고 있다. 

 국내에서도 소형 무인기에 대한 취약점을 분석하고 이를 바탕으로 무력화 방법을 강구하여 교전방법과 그에 따른 레이저 요격무기 요구 성능을 도출한 바 있다.

  레이저를 이용한 요격무기의 특성 
 
 고에너지 무기, 즉 레이저 무기의 가장 큰 장점 중 하나는, 유도 무기와 달리 표적까지 비행하는데 소요되는 시간을 필요로 하지 않는다는 점이다.

이 때문에 획득된 표적을 조준한 후 수 초 이내에 표적 파괴와 재 발사가 가능하다. 이와 같이  표적 획득에서 표적 파괴에 이르는 주기가 매우 짧기 때문에 짧은 시간동안 대응 가능한 표적이 많아서 동시 다목표 교전 능력이 우수하다는 것 또한 레이저 무기의 장점이라고 할 수 있다.

 정밀한 요격이 가능하다는 점 역시 레이저 무기가 갖는 독보적인 강점이다.

레이더 등에서 사용하는 RF의 주파수는 GHz (기가 헤르츠) 단위로 표기되는데, 레이저의 경우에는 주파수가 THz(테라 헤르츠) 단위로 표시되어야 할 정도로 주파수가 매우 크다.

주파수가 매우 높기 때문에  심지어 작은 크기의 안테나로도 매우 좁고 지향성이 강한 신호를 형성, 송출할 수 있다.

빔폭이 매우 좁기 때문에 수 Km 바깥에서 10cm 이내의 초소형 표적을 정밀 조준, 타격할 수 있다. 이러한 특성을 이용하여 후술하게 되는 표적의 취약점 에너지 집중이 가능한 것이다.

또한 정밀한 각도 분해능으로 표적의 움직임을 추적, 주사할 수 있기 때문에 고기동 표적 요격에 유리하다. 

 레이저 무기의 우수한 동시 다목표 교전 능력은 레이저 무기 특유의 짧은 교전 주기에 기인한다는 점은 이미 언급하였다.

여기에 더해서 레이저는 이론적으로 교전 가능한 표적의 숫자가 거의 무한하다는 점 또한 레이저가 탄(유도탄 포함)을 소모해야 하는 기존의 무기체계의 그것을 크게 상회하는 동시 다목표 교전 능력을 보유할 수 있는 근거가 된다.

보유하고 있는 탄의 숫자 이상의 표적과 교전할 수 없는 무기 체계와 달리 레이저 조사 무기는 가용 소모 무기의 제한이 없기 때문이다. 

 특히 이 점에서 레이저 무기는 매우 경제적인 무기라고도 할 수 있을 것이다.

유도탄의 경우, 표적의 회피 기동과 자체방어체계 등으로 인하여  표적 파괴에 실패할 경우를 대비하여, 또는 전술적인 이유(예 : 공대공 유도탄을 이용한 그라인더 전술) 때문에 표적 1기에 2기 이상의 유도탄이 사용되는 경우가 많다. 획득 비용과 운용유지비용이 높은 고가의 소모품인 유도탄을 대량으로 소모하게 되는 것이다.  

 반면 레이저 무기의 경우, 값비싼 소모 무기를 전혀 필요로 하지 않기 때문에 교전 비용이 매우 저렴하다. 이와 같은 차이는 교전해야 하는 표적 숫자가 많아질수록 커지게 된다. 고가의 탄을 대량으로 확보, 관리해야 할 필요가 없기 때문에 획득, 관리 비용 측면에서도 유리하다. 

 유도 무기는 발사된 후 이를 표적의 기동에 맞추어 유도하기 위한 알고리즘을 필요로 하지만, 레이저는 표적을 획득, 추적, 조준하기 위한 알고리즘 정도만을 필요로 한다는 점 또한 레이저 무기가 보다 경제적인 무기로 주목을 받고 있는 이유다. 

 다만, 레이저의 특성 상, 장거리 교전에 활용하기 어렵다는 것이 레이저가 유도탄 등을 대체하기 어렵게 만드는 단점이라고 할 수 있다. 파장이 매우 짧기 때문에 사거리가 짧으며, IR과 마찬가지로 대기 중에서 물 분자 등에 의한 감쇄율이 높은 주파수가 존재한다. 이 때문에 레이저를 미사일과 같이 장거리 표적 요격, 무력화 용도로 사용하려면 비현실적으로 큰 안테나와 대출력, 높은 전력 소요가 요구된다.

 레이저를 활용하는 무기가 근접 방어 용도로 활용되는 것은 이러한 이유 때문이다. 교전 가능한 거리는 짧지만, 짧은 교전 거리 이내에서는 전술한 것과 같은 레이저 무기의 장점이 그대로 적용되기 때문이다. 
 
 레이저 무기 개발 동향 

해외에서는 주로 미 해군 강습 상륙함(USS Ponce)에 탑재되어 페르시아만 등에서 테스트를 거쳐 작전운용가능 인증을 받은 바 있는 Laws(Laser Weapon System)을 비롯하여 HEL-MD(High Energy Laser-Mobile Domonstrator), ADM(Area Defense Anti-Munition) 등, 주로 미국이 레이저 근접요격무기 개발을 주도하고 있다.

  이 외에도 이스라엘과 독일 등도 레이저 무기 개발을 지속적으로 추진하고 있다. 특히 이스라엘은 미국과 공동으로 THEL(Terminal High Energy Laser) 개발에 참여한 바 있다.    

이스라엘의 라파엘(Rafael)사는 민간인 거주지역을 위협하는 박격포탄과 단거리 소형 로켓탄 등을 근접 요격하기 위한 아이언 빔(Iron Beam)을 개발하였으며, 이 시스템은 2016년에 전력화됐다. 

  국내에서도 국방과학연구소(ADD) 주도로 소형 무인기 레이저 요격체계 개발 가능성이 연구되고 있다.

소형무인기 레이저 요격체계의 핵심기술인 초정밀 추적조준기술은 국방과학연구소 주관으로 개발이 진행되고 있으며, 고에너지 고체레이저 발진기는 산학 주관 연구과제로 개발되고 있다. 

 소형 무인기 요격용 레이저 무기의 요구 성능을 도출하기 위해 앞서 언급한 것과 같이 표적의 취약성 분석 작업이 선행되어야 한다. 현재 취약성 분석 작업은 국내에서 추락한 북한 무인기를 조사, 분석하여 이루어진 것으로 짐작된다.

 레이저를 조준할 취약점을 찾기 위해 북한 무인기 2기의 외부 재질과 형상, 탑재 카메라 등에 대한 조사가 이루어진 결과, 백령도에 추락한 무인기는  유리 섬유를 적층한 재질로 제작되었으며, 엔진 고장으로 파주에 추락한 무인기는 탄소합성소재로 제작되었음이 밝혀졌다.

표적의 형상 분석과 소재 분석이 레이저 무기 요구 성능에 중요한 이유는 레이저가 집중되는 부분의 단면 구조와 재질 등이 표적 파괴에 필요한 수준의 레이저 제원을 결정하는데 필수적이기 때문이다.

 취약점 분석 

 북한 UAV의 취약점 분석 과정은 다음과 같다. 먼저 확보한 2기의 표적 샘플의 날개와 엔진, 동체, 비행제어컴퓨터, 카메라 등을 면밀히 조사하여 취약 부위를 도출하고 레이저를 집중할 조준점을 선정한다. 이렇게 도출한 조준점의 단면 구조와 재질을 파악한 후, 조준점에서 채취한 시편에 대한 레이저 조사 실험을 실시하여 얻은 결과를 해석한다.

이를 바탕으로 취약성 데이터를 확보하는 과정을 통해 취약점과 격추/무력화 메커니즘을 도출하고 이를 실제 레이저 요격시험에 적용, 검증하는 것이다. 

 현재 이러한 과정을 통해 확보한 레이저의 제원(빔 강도, 출력, 에너지 밀도 등)을 구현하여 요격시험을 한 결과, 북한이 사용할 것으로 짐작되는 무인기들의 무력화가 가능한 출력과 교전 메커니즘(조사 시간, 조사 각도 등)의 실마리를 찾은 것으로 보인다.

이러한 결과를 바탕으로 계산한 표적 파괴확률과 추적 조준 성능 등을 바탕으로 산출한 명중 확률을 바탕으로 요격 확률을 산정하여, 구체적인 레이저 무기체계 요구 성능을 설정하고 이에 맞추어 필요한 근거리 요격 체계를 설계하는 과정이 단계적으로 시행될 것이다. 

  

[디펜스투데이]