AESA를 탑재한 가데나의 F-15C/D 골든 이글

가데나 미공군기지의 F-15C/D 골든 이글
 

 들어가면서

일본 항공자위대의 독자적인 능력으로는 센카쿠 열도를 방어하는 것이 불가능하기 때문에 센카쿠 방어 작전에 있어서 가데나 미 공군의 비중이 클 수밖에 없다.

※Pinnacle islands는 일본이 실효 지배중인 도서 지역이기 때문에 이 글에서는 일본에서 부르는 명칭인 “센카쿠 열도”로 표기함을 밝혀둡니다.※

국지분쟁에는 무력 개입을 하지 않는 것이 미국의 기본적인 입장인 것은 사실이다. 그러나 센카쿠는 중국의 태평양 진출을 차단하고 중국을 포위하기 위한 열도 방어선 구성에서 필요한 전략 요충지다.

때문에 미국도 중국의 센카쿠에 대한 도발을 좌시하지 않는 입장을 공공연하게 천명하고 있다.

일본 오키나와에 F-15J 추가 배치

 중국과 일본의 해군력 우열 여부와 관계없이 센카쿠 일대 주도권 장악 문제는 거의 전적으로 누가 제공권을 장악하느냐에 달려 있다.

 항공자위대 기지 중에서 센카쿠 방어를 담당하는 오키나와 나하(那覇) 기지는 센카쿠 열도로부터 400여Km 바깥에 위치하고 있다.

중국이 센카쿠 방면으로 투입 가능한 Su-30MKK와 Su-30MKK2는 적어도 표면적인 산출 성능은 APG-63(V)1과 비슷한 Zhuk-MSE 레이더를 탑재하거나 또는 위상배열레이더인 Sokol을 탑재하였다.

 레이더 성능이 부족한 J-11A와 Su-27SK를 상대할 때에는 기존 F-15J로도 큰 어려움은 없었다.

이들 기체의 레이더는 표적을 Lock On할 때 가장 접근율이 높은 표적 1 ~ 2기만 획득이 가능하다는 뜻이다. 게다가 러시아가 N001 레이더와 N019 레이더를 수출할 때 ECM에 의해 교란당하는 상황에서도 안정적으로 표적을 추적하기 위한 모드(다시 말해서 ECCM 전용 모드가 따로 있다)는 제거한 다운 그레이드 모델을 수출하였다.

 이와 달리 Su-30MKK/MKK2의 Sokol 레이더는 다수의 도플러 쉬프트를 이용한 빔 조향 방식의 우수한 에너지 효율을 갖는 시스템이다. 출력은 슬롯 어레이 방식 레이더인 Zhuk-MSE와 비슷하면서 실제 사용 개구면이 증가했기 때문에 송출 에너지의 효율을 나타내는 함수 측면에서 보다 높은 에너지 효율을 갖는 유리한 시스템이다.

이 때문에 APG-63 레이더보다는 탐지거리가 클 것이다. 여기에 더해 전체 스캔 영역을 거의 실시간으로 커버할 수 있기 때문에 다수의 Su-30MKK2가 공간분리를 크게 할 경우, APG-63 레이더를 탑재한 F-15J보다 더욱 넓은 공간을 동시에 커버할 수 있다.

이는 F-15J가 BVR 교전 시에 회피 기동을 시도하거나 또는 중거리 공대공 유도탄을 사용하기 위한 전술 기동을 할 때에 Su-30MKK2의 Sokol 레이더의 탐색 / 추적 공간을 벗어나기 어렵다는 것을 의미한다.

 그러나 더욱 근본적인 격차는 일본이 센카쿠에 투입할 수 있는 가용 자원보다 중국이 센카쿠에 투사할 수 있는 가용 항공자산이 압도적으로 많다는 점이다.

 항공자위대 204전투 비행대대만 있을때 F-15J 20대 중에서 상시 가동 숫자를 16대 ~ 18대 정도로 가정하고 방어 계획을 수립하면 평시 기준으로도 연속적인 방어는 불가능하다.
 나하 기지에서 출격한 F-15J가 600 갤런 보조연료탱크 3기를 모두 탑재하고 400여Km 거리의 센카쿠 열도에서 체공하며 방어제공(DCA) 임무 수행 시간이 길다는 점을 감안해도 그렇다.

  나하 기지는 민간 공항인 나하 공항과 활주로를 공유하기 때문에 민항기들과의 착륙 관제 순서로 F-15J가 기지 공역에 도착한 후 대기하는 시간이 더욱 길어진다.

 결국 이런 점을 감안하여 2016년 12월 현재 본토의 304대대가 추가 이동 배치되어 40여대로 대폭 전력증강이 이루어졌고 나하 공항의 활주로 공유문제를 근본적으로 해결하기 위해 추가로 제2 활주로가 바다쪽으로 건설중이며 곧 사용할 수 있게 된다.

주일 미공군의 APG-63(V)3 레이더 탑재 F-15C/D 골든 이글 배치 완료

 한편 주일미공군 제18 전투비행단(E-3 AWACS와 KC-135 공중급유기, 2개 대대의 F-15C/D를 보유한 미 태평양 공군 휘하)과의 연합 작전이 센카쿠 방어에 핵심이 되고 있다.

 F-15C/D에 AESA 개량형(이하 F-15C RMP)은 Center Frequency를 사용하는 채널만 동시에 10여개인 APG-63(V)3 AESA를 탑재하며,   다수의 채널에서 Center Frequency의 변조가 동시 다발적으로 일어나기 때문에 중국 전투기가 ECM으로 대응하기 어렵다.

더욱이 주파수 변조가 다수의 채널에서 발생하면서 주파수 변조와 일대일로 대응되는 관계인 위상 변조도 여러 채널에서 동시에 일어나므로 아날로그 신호 처리체계의 대부분 J-11과 Su-30MKK는 F-15C RMP의 신호를 원거리에서 탐지, 식별하기 어렵다.

 물론 중국 전투기에도 FFT 알고리즘과 DRFM을 보유한 ECM이 탑재되고 있다. 이런 시스템은 다수의 신호를 동시에 디지털 병렬 처리할 수 있으며, 대규모의 신호 변화에 기민하게 대응할 수 있다.

그러나 출력이 제한되는 전투기의 ECM 시스템이 다수의 신호에 동시에 대응하려면 출력 분배 문제 때문에 AESA의 SNR(Signal to Noise Ratio)가 신호 인식이 가능할 정도로 충분히 확보되는 거리를 축소시키는 것이 어렵다.

 반면 F-15C RMP의 EPAWSS는 정밀한 각도 분해능을 위해 수신 단계에서 다중 채널을 보유한 위상배열안테나를 사용하기 때문에 Su-30MKK에서 송출하는 신호에 대한 정밀한 방탐이 가능하다.

이러한 방탐 정보와 수신 신호의 위상 차이 등을 이용하여 표적에 대한 위치 추적이 가능하므로(다만 표적과의 교차각 차이가 너무 크면 거의 불가능) 레이더를 OVRD(Override)한 상태에서도 레이더보다 먼저 Su-30MKK 등을 탐지하여 선제적으로 공격 기회를 확보할 수 있다.

 Time loss없이 거의 실시간으로 스캔 영역 전체를 커버할 수 있는 AESA 탑재 F-15C RMP는 편대원들의 공간 분리를 크게 함으로써 동시 탐색 가능한 체적을 극대화할 수 있다.

Su-30MKK2의 Sokol 레이더의 탐지거리가 Zhuk-MSE 보다 약간 더 크다는 점을 감안하면(Zhuk-MSE 레이더의 탐지거리는 APG-63(V)1과 비슷하다) APG-63(V)3 레이더의 탐지거리와 체적이 좀 더 클 것이라는 점을 예상할 수 있는데, 이 점이 편대 전체의 동시적인 스캔 체적이 크다는 점과 연계되면 BVR 교전에서 큰 이점으로 작용하게 된다. 먼저 상대를 탐지하여 전술을 구사할 때 표적의 이탈 기동이 어렵게 되기 때문이다.

실제 공대공 전투에서 ECM이 반드시 이루어지므로 교란이 어려운 AESA를 탑재한 F-15C/D RMP가 슬롯 어레이 레이더인 Zhuk-MSE와  Sokol PESA 레이더를 탑재한 Su-30MKK/MKK2보다 더욱 큰 Burn through 거리를 갖는데 유리하다.

 물론 중국도 J-15와 J-16, J-10B에 중국산 AESA 레이더를 탑재하여 그 격차가 대폭 축소될 것이다.

그러나 다채널 위상배열 방식의 ESM 운용 시에 방탐 / 수동 추적 성능을 좌우하는 정밀 주파수 분리 성능(주파수 분해능)과 병렬 처리 기법, AESA의 신호 수신 단계에서 다수 채널에서 수신된 신호를 처리하는 수준은 유럽조차 아직 미국을 따라잡지 못하고 있다.

20개에 가까운 채널에서 동시 다발적인 Modulation을 조합하여 다양한 기능을 만들어내는 것과 이를 제어하는 것도 아직은 미국이 독보적인 우위를 차지하고 있다.

AESA 레이더 개발에서 미국과 오랜 격차가 있는 러시아와 이제 전투기용 AESA 레이더 개발의 막 걸음마 단계인 중국이 이런 격차를 따라잡는 것은 앞으로도 어려울 것이다.

물론 장기적으로 이에 필요한 R&D 예산에 있어서 중국이 미국을 앞설 가능성은 없지 않으나, 지난 세월동안 R&D, 특히 항전 장비 R&D 누적비용 차이가 워낙 크기 때문에 장기적으로 중국제 AESA가 미국제 AESA를 소프트웨어 차원에서 따라잡는 것은 어려울 것이다.

결국 F-15C/D RMP와 E-3 AWACS를 운용하는 미 공군 제 18 전투비행단이 센카쿠 방어에 가세해야 안정적인 초계 작전 운용이 이루어질 수 있는 요격기 규모가 확보되고 공대공 작전 능력 면에서도 우위를 점할 수 있다.

 AESA 레이더의 도입은 전투기간의 공대공 작전뿐만 아니라 오키나와를 공격하는 크루즈 미사일 요격에도 유용하다.

AESA의 액티브 어레이를 몇 가지 메인 채널에 따라 Irregular하게 분할함으로써 스캔율을 조정하여 표적의 Power Density를 높게 만드는 기법을 이용, RCS가 작은 크루즈 미사일을 원거리에서 탐지할 수 있기 때문이다.

기계주사식 레이더 중에서도 이를 구현할 수 있는 시스템이 있다. 그러나 이 경우에는 1개의 채널에서 스캔율을 떨어뜨려야 한다. 따라서 RCS가 작은 표적의 탐지와 정밀한 속력 벡터 정보를 확보할 때에 유용하지만 다수 표적 추적에는 부적합하다.

 그리고 이러한 기능 구현도 결국 AESA의 소프트웨어 설계와 해석 문제이다.  이와 같이 AESA에서만 구현할 수 있는 이론들을 현실화하는 것은 미국의 AESA 레이더 메이커들(Raytheon, Northrop Grumman)이 가장 선진적일 수밖에 없다.

  BVR에서 우위를 점한 편대가 에너지와 숫자의 우세를 확보한 상태에서 근접전에 돌입하기 때문에 F-15C/D RMP가 Su-30MKK를 상대로 여전히 우위를 점할 것이다.

물론 Su-30MKK는 우수한 기동성을 보유한 전투기이며, HMD 또는 HMS와 단거리 공대공 미사일을 연동하는 HOBS(High Off Boresight) 공대공 전투 시에 중요한 성능은 순간최대선회율에 있어서 F-15C/D보다 다소 우위를 점하고 있다.

 그러나 근접 공대공 전투에서 기동성이 차지하는 비중보다, BVR 교전 우세를 이용한 숫적 우위와 에너지 우위, 공격기회 선점이 큰 비중을 차지하는 점을 감안하면 일반적인 인식과 달리 BVR에서 상대적으로 불리한 Su-30MKK가 근접전에서 상황을 타개하기는 어려울 것이다.

게다가 F-15C/D RMP의 AIM-9X가 JHMCS가 아닌 AESA에 임무 컴퓨터(정확히는 임무 컴퓨터의 PACS)를 통해 Cage되어 있는 상태에서도 HMS를 이용하여 최대한의 오프 보어사이트 각도를 확보한 R-73보다 IR 시커 지향 영역이 더 크다는 점도 F-15C/D RMP가 근접전에서 좀 더 우세하게 싸울 수 있는 이점이다.

BVR 교전에서는 J-20이 실전배치되기 전까지는 가데나에 배치된 F-15C RMP가 중국 전투기들을 상대로 우위를 확보할 수 있을 것이다. 또한 2018년부터 J-20이 실전배치되어도 미국은 F-22/35로 다시 우위를 점하게 될 것이다.

[디펜스투데이]