P-3C 대체하는 P-1

2013년 3월에 XP-1의 체계 개발이 완료되었다.

방위성에서는 해당 항공기를 P-1으로 명명하였으며, 2018년 현재까지 P-1 도입 숫자는 총 20대(1대는 UP-1) 인데, 최초 2대는 지난 2012년에 아츠기에 배치되었다.

 방위성은 총 70대의 P-1 초계기를 배치할 계획이지만 예산문제로 축소될 가능성이 있다.

현재 해상자위대가 보유한 54대의 P-3는 OP-3와 EP-3등을 제외한 숫자이다. 물론 P-1으로 P-3C를 일대일로 대체하지는 못할 것이며, 장차 해상자위대의 대잠 초계기 보유 숫자는 지금보다 약간 더 줄어들게 될 것이다.

 그러나 P-1은 같은 작전을 P-3C보다 더욱 적은 수로 할 수 있기 때문에 항공기 숫자의 감소는 오히려 큰 문제가 되지 않는다.

P-1과 P-3C의 성능 수준 격차를 감안할 때 10대 정도 줄어들어도 오히려 전체적인 작전 능력은 크게 향상되어 방위력 정비가 아닌 증강이라고 봐야 할 것이다.

가령 아츠기 기지에서 이륙하여 동해에서 해상작전에 투입될 경우, P-1은 P-3C보다 동일 거리까지 진출하여 체공 시간이 더 길기 때문에 1개 비행대에 같은 숫자가 있으면 다른 비행대에 임무 인계를 하기 전까지 더욱 오랜 시간 작전이 가능하다.

또한 P-1 항공기는 P-3C보다 더욱 신속하게 작전 공역에 진입할 수 있다. 따라서 아츠기 기지나 하치노헤, 나하 기지로부터 멀리 떨어져 있는 도서 지역 등에서 문제가 발생할 경우 P-3C보다 더욱 신속하게 대응할 수 있다.

 무엇보다 P-1 대잠 초계기 1대가 센서로 커버할 수 있는 영역이 P-3C보다 크기 때문에 동일 작전 구역에서 소요되는 숫자가 더욱 적다.

P-1에 탑재되는 대해상 레이더는 도시바에서 개발한 HSP-106 AESA가 탑재된다. HPS-106 레이더는 속도 변화에 민감한 특성의 신호를 사용하기 때문에 기본적으로 이동표적지시 기능이 우수할 것으로 보인다.

이런 특성의 레이더는 대개 작은 크기의 표적을 탐지하는 것이 쉽지 않은데, HPS-106 레이더는 긴 파장을 사용하면서도 빔을 날카롭게 만들어 크기가 작은 소형 표적을 구별할 수 있을 것으로 짐작된다.

특히 반사되는 신호의 에너지 밀도를 높이는 다양한 기법들이 AESA에 구현된다는 점까지 감안하면 HPS-106도 수상 표적뿐만 아니라 크기가 작은 잠망경이나 스노켈까지 탐지하는 것이 가능할 것으로 보인다.

다시 말해 P-1은 넓은 영역을 감시하면서 이동 표적으로 인한 반사 신호 도플러 변이를 인지하면 AESA와 FLIR의 NFOV 모드와 연계하여 인지한 저속 / 소형 표적(잠망경이나 스노켈)을 추적할 수 있도록 개발되었을 가능성이 높다.

 중국 해군의 잠수함 중 Kilo 급 잠수함이나 송(宋)급 잠수함은 그런 것이 어렵겠지만, 유안(元)급 잠수함과 같은 경우는 도련선 방어를 위해 원거리까지 스노켈을 이용하여 고속으로 전개되는 경우가 있을 것이다.

이 경우 많은 디젤 연료를 소모하게 되는데, 작전 구역에서는 스터링 AIP를 사용함으로써 스노켈을 거의 사용하지 않음으로써 디젤 연료 소모를 관리할 수 있기 때문이다.

따라서 동해함대의 중국 잠수함이 아에야마 열도나 그보다 좀 더 서쪽까지 원거리 전개되려면 반드시 통과해야 하는 구역 위주로 집중 감시를 해야할 필요가 있다.

이러한 국지적인 영역에서의 대잠 임무 시에 앞서 언급한 AESA와 FLIR의 고해상도 NFOV 모드와 연계하여 스노켈을 찾아내는 것이 상당한 전술적 효용을 갖는다.

 P-1은 기존의 P-3C보다 추력은 더 크면서 바이패스는 더욱 작은 엔진을 탑재하고 있어서 P-3C보다 운용 고도가 더 높은 편이다.

이는 P-1의 작전 운용개념과도 무관하지 않다. 사전에 확보하고 예측한 작전 구역의 수중 환경 정보를 바탕으로 구역 별로 소노부이의 고정 심도 / 숫자 / 배치 / 종류 등을 결정하고, P-1이 지휘하는 네트워크에 가입한 대잠 항공기들을 이러한 임무 계획에 맞춰 컨트롤하는 것도 가능할 것이기 때문이다.

이를 위해 가입세력이 회전익기인지 고전익기인지 여부와 상호 간의 임무 연관 관계, 보유하고 있는 대잠 소노부이의 종류와 숫자 등을 파악하고 있어야 한다.

이러한 정보들은 Link 16의 PPLI 메시지와도 상통하는 부분이라 할 수 있는데, 실제로 P-1은 Link 16을 보유하고 있다. 지휘 중추이면서 또한 데이터 장거리 연결 노드로 기능을 해야 하기 때문에 P-3C보다 더욱 높은 고도로 작전해야 할 필요가 있는 것이다.

 P-1은 또한 FBL(Fly-By-Light)를 탑재한 것으로 유명하다.

P-3C도 장거리 비행 시에는 엔진 4개 중 1~2개를 가동하지 않는데, P-1 또한 장거리 작전 시에 일부 엔진은 가동하지 않은 상태로 둘 것이다.

P-1과 같이 면적에 비해 폭이 큰 날개를 쓰는 항공기는 이럴 경우 항공기가 롤링(Rolling)등으로 인해 불안정해질 수 있는데, 이런 상황에서 항공기를 안정적으로 제어하고 또한 불필요한 에너지 소모가 발생하지 않도록 해야 한다.

기존의 FBW보다 더욱 신속하면서 또한 조종면을 더욱 정밀하게 제어할 수 있는 FBL는 이와 같이 장거리 비행 시 발생하는 불안정성과 그로 인한 과도한 연료소모율 증가 등을 완화시키는데 기여한다.

일부 밀리매니아 호사가들이 P-1을 “대동아공영권 초계기”라는 별명으로 부를 정도로 P-1의 장거리 작전 능력은 우수한 편이다.

이러한 원거리 작전능력에는 첨단의 FBL도 한 몫을 하는 것이다.

 FBL의 또 다른 장점은 ECM이나 이런저런 전자적인 장애 환경에서도 항공기 제어에 영향을 받지 않는다는 점, 그리고 기계적인 항공기 제어체계나 FBW보다 더욱 중량이 가볍다는 점 등이 있다. P-1의 FBL는 방위성의 기술 실증항공기 ATD-X를  위해 제작되는 FBL의 기반이 되었다.

 

P-1 해상초계기 개발과정

 P-3C 후계 항공기로 출발

 원래 계획은 가와사키 중공업에서 록히드마틴(Lockheed Martin)의 P-7을 면허생산하여 해상자위대에서는 이를 도입하여 P-3C를 대체하는 것이었다. 그러나 P-7 개발 프로그램은 1990년대 말에 완전히 공중 분해되었다.

이에 따라 일본은 대잠초계기를 독자적으로 개발하는 방향으로 선회하였다. 그러나 해상자위대 내부에서는 대잠초계기 도입 / 개발 방안을 두고 다양한 파벌이 대립하였다.

기존 항공기를 개조 개발하자는 주장도 파벌을 이루고 있었는데, 해상자위대에는 보잉(Boeing) 757 항공기를 도입하여 개조 개발하자는 파벌이 있었으며, 방위성(당시에는 방위청) 내부에서는 항공자위대의 AWACS처럼 보잉 767을 기반으로 대잠 초계기를 개발하자는 파벌이 존재하였다.

또한 미국의 MMA 사업(P-8 포세이돈)에 공동 개발국으로 참여하자는 주장도 한 파벌을 이루고 있었다.

 

P-X와 C-X 동시 개발

 마침 항공자위대도 수명이 다해가는 C-1 수송기의 대체기를 필요로 하고 있었다. 일본 정부는 P-X 사업과 C-X 사업을 공동으로 진행하면서 양자 간의 어느 정도 하드웨어적인 공통성을 유지함으로써 비용을 절감하려 하였다.

이와 같이 동시에 두 가지 대형 항공기를 개발하게 되면 각종 공구도 대부분 공통으로 사용하게 된다는 점도 비용 절감에 유리한 요소라 할 수 있다.

또한 두 개의 업체 마다 제각각 주계약자와 부계약자들을 선정하게 되면 과도하게 많은 업체들이 사업에 참여하게 되어 두 가지 사업 모두 안정적인 사업 관리가 어렵고 불필요한 비용 지출이 증가할 수밖에 없다.

이 점 또한 두 가지 항공기를 동시에 개발하게 된 중요한 이유였다.

 P-X와 C-X는 2001년부터 본격적으로 개발 예산이 집행되기 시작하였다. 기술연구본부(TRDI)에서는 해상자위대의 요구 성능에 부합하기 위한 컨셉을 개발하고 여기에 맞춰서 소요 기술을 연구하기 시작하였다.

P-3C를 면허생산하고, 이미 60년대부터 독자적인 대잠 초계기 개발을 추진해 온 가와사키 중공업이 2001년 11월에 P-X와 C-X를 제작하는 주계약자로 선정되었다.

가와사키 중공업은 P-X 사업에 참여한 업체들이 제각각 제작한 구성품들을 최종 조립하게 되는데, P-X의 구성품 제작에는 가와사키 중공업과 후지 중공업, 미쓰비시 등의 업체들이 참가하며, 이 외에도 쇼와 비행기, 일본 비행기 등도 P-X와 C-X의 구성품 제작에 참여하게 된다.

주계약자인 가와사키 중공업은 P-X/C-X의 주 날개와 수평 미익의 제작을 담당하고, 후지 중공업은 동체 페어링과 주 날개, 수직 미익, 수평 미익의 제작을 담당한다. 그리고 중앙 동체와 후방 동체는 미쓰비시 중공업이 담당했다.

 

P-8A 포세이돈 초계기와의 연관성 부여

 2001년에 가와사키 중공업이 주 계약자로 선정되면서 가와사키 중공업 내부에서 P-X/C-X 설계를 담당하는 MCET(MPA and CX Engineeiring Team)가 구성되었다.

총 650명으로 구성된 이 설계팀은 가와사키 중공업 내부의 엔지니어들이 대부분이었지만 미쓰비시 중공업과 후지 중공업에서 파견한 엔지니어들도 포함되어 있었다.

여기서 만들어진 3차원 설계도와 제원에 대한 타당성 평가는 TRDI가 담당하였는데, 2003년에 설계 타당성에서 합격을 하게 된다.

MCET에서는 설계 타당성 판정을 받은 기본 설계를 바탕으로 P-X와 C-X 세부 설계에 착수하였다.

 개발 과정에서 미국과 협력도 꾸준히 추진되었다.

P-X의 세부 설계가 진행되는 기간 동안 일본은 미,일 양국의 차기 대잠초계기 상호 운용성 확보를 위해 임무 장비의 공동 연구 등을 제안하였다.

결국 미일 양국의 P-3C 후계기종(P-8A와 P-X)의 전자장비 공동 연구가 시작되었다.

이 공동 연구는 2006년까지 진행되었으며 양자간의 각종 임무 장비 개발과 관련된 기술 협력이 이루어졌다.

무엇보다 네트워크 중심적인 해상 작전에 있어서 중추로서 방대한 정보를 관리하는 P-8A와 P-X가 서로 네트워크 연계를 하기 위해 필요한 것이 무엇이며, 이를 어떻게 기술적으로 현실화를 할 것인지가 이 연구의 핵심이었다.

가령 P-X를 장거리 데이터 연결을 위한 노드로서 활용하기 위해 P-8A의 경우 다수의 BAMS의 정보를 통합하여 어떠한 전송제어 프로토콜을 사용할 것인지, 공유하는 정보를 어떤 식으로 가공해서 활용할 것인지와 같은 문제들이었다.

 이 연구의 결과는 P-8A와 P-X 양쪽 모두에 반영되었다.

이 때문에 양자의 결과로 만들어진 P-8A와 P-1은 서로 원활한 연계 작전이 가능하게 되었다.

네트워크를 통한 장거리 해상 감시/추적과 대잠수함 작전의 장점은 넓은 영역을 커버할 수 있게 되면서 국지적으로 보다 정밀한 탐지와 추적이 가능해졌다는 것이다.

그리고 각종 감시 / 추적 자산과 공격력을 보다 효율적이고 신속하게 운용할 수 있게 된다는 점도 네트워크 중심적인 해양 작전의 장점이라 할 수 있다.

이러한 목적으로 개발된 미 해군의 차기 대잠 초계기와 일본 해자대의 차기 대잠 초계기가 함께 연계 작전을 할 수 있게 됨에 따라 연합 작전 시 방대한 영역을 방어할 수 있게 되었다.

또한 개발 중인 대잠수함 기술로서 다수의 능동 소노부이와 수동 소노부이들을 네트워크를 통해 관리함으로써 저속 또는 정지 상태의 잠수함을 탐지하는 기술(연구되고 있는 카운터 스텔스 기법과 비슷한 원리)과 같은 것도 미국 초계기와 함께 구사할 수 있는 기반이 마련되었다.

 P-1 엔진은 이시카와 하리지마 중공업(IHI)의 XF7-10 엔진이 선정되었다.

해당 엔진은 2004년부터 일본 국산 C-1 수송기를 개조한 테스트 항공기에 탑재되어 항공 테스트를 거치게 된다.

이 엔진은 C-1에 탑재되기 전 지상에서 테스트를 할 때 베어링이 파손되는 등의 문제가 발생하였으며 결국 일부 부품을 교체해야 했는데, 베이링 리테이너의 경우 아예 형상을 재설계해야 했다.

 원래대로라면 2007년 3월에 P-X와 C-X 시제기가 첫 비행해야 했지만, 이들 항공기에 들어가는 미국제 리벳의 강도 부족 때문에 미국제 부품 전면 재조사가 이루어지게 된다.

이 때문에 P-X의 첫 비행은 연기되었다. 조사가 끝난 후 160개가 넘는 부품이 교체되었다. C-X의 경우에는 상태가 더욱 심각하여 무려 3,660여개의 부품을 교체해야 했다.

이에 앞서 2004년에는 미쓰비시 중공업에서 제작하여 납품한 중앙동체와 수평미익 등이 구조 강도 테스트 중 변형되거나 파손되는 등의 문제가 발생하였다.

이 문제를 해결하기 위해 추가적인 개발 시간을 필요로 하게 된 것도 C-X의 첫 비행을 늦춘 원인이 되었다. 특히 미쓰비시에서 가와사키에 보낸 중앙 동체 등은 구조 강도 문제 등을 해결하기 위해 적지 않은 시간을 필요로 하였다.

 

[디펜스 투데이]