유로파이터의 통합 스텔스스텔스의 정의
저피탐지 기술(Low observable technology)로 불리기도 하는 스텔스 기술이란, 군항공기, 군함, 미사일 등이 적군의 탐지 장비에 가능한 한 적게 감지되도록 하는 기술을 말한다. 적군이 레이더파를 발사하는 경우, 반사되는 레이더파의 양을 줄이거나 반사 각도를 조절하여 다른 방향으로 유도하기도 하고, 혹은 레이더파 자체를 흡수하는 특수물질인 램(RAM, Radar Absorbent Material)을 사용하여 레이더 반사 면적(RCS, Radar Cross Section)을 줄임으로써 스텔스 성능을 확보한다. 반사되는 레이더파의 양을 줄이거나 각도를 조절하기 위해서 스텔스 기술을 적용한 대표적인 항공기들인 F-117, F-22 등에서 보듯이, 기체 설계를 특수하게 해야 하며 아울러 무장과 보조 연료통을 외부에 장착할 수 없게 된다.
따라서 전투기는 작전 반경과 무장 능력에 상당한 제한을 받게 되며 자연히 무장 능력을 유지하기 위해 기체 전체가 비대해진다. 또한 강한 추력이 필요해 엔진 역시 상당히 큰 엔진을 장착해야 한다. 레이더파 이외에도 아군의 교신 시 발산되는 송수신 전자파, 그리고 엔진과 기체 표면의 마찰열 등에서 방출되는 열도 중요한 추적 대상이다. 따라서 스텔스 성능을 확보하기 위해서는 이와 같은 전자파와 열이 노출되는 것을 피해야 한다.
레이더와 무선 송수신 전자파 등에 대한 통제는 대전자전 시스템인 ECM(Electronic Counter Measures)이라고 통칭하며 여기에는 적외선 탐색 및 추적 시스템인 IRST(Infra-Red Search and Track)도 포함된다. 수퍼크루즈 성능 또한 비행기의 기동성만이 아니라 스텔스 성능 확보에도 중요한 역할을 한다. 비행기가 초음속으로 비행하기 위해 엔진을 재연소시키면 거대한 열기둥이 형성되어 레이더파와 열이 발산되는데, 이 레이더파와 열은 적의 탐지망에 쉽게 걸린다.
따라서 재연소 없이 초음속 순항을 하거나 순간 가속을 할 수 있는 수퍼크루즈 성능을 갖춘다는 것은 스텔스 성능을 확보하는 데 중요한 요소다. 스텔스 기술 개발은 1950년대 말 미국 정찰기 U-2기가 소련에 의해 적발되는 사건으로 탄력을 받게 된다. 최초의 완벽한 스텔스 항공기는 F-117이며 현재는 F-22 등이 스텔스 성능을 갖고 있는 것으로 알려져 있다.
스텔스 기능의 한계
오늘날 최신 전투기들은 적극적이든 소극적이든 모두 스텔스 성능을 고려하여 설계되며 일부 전투기들은 스텔스 기능을 최우선 요소로 간주하여 설계되기도 한다. 심지어 전투기의 다른 중요한 기능들을 희생해가며 스텔스 기능만을 강조하기도 하는데, 이런 경우 기체 조작과 무장 장착능력은 물론이고 이보다 더 중요한 요소들인 편대 운용의 효율성과 군수 유지와 같은 요소들은 희생되기 마련이다.
스텔스 기능을 최우선 요소로 간주하여 전투기를 설계한다는 것은 전투기의 항공역학과 조종 성능을 희생하며 타협점을 찾는 것을 의미한다. 뿐만 아니라 전투기가 탑재할 수 있는 무장 탑재량과 종류를 제한하는 것을 의미하기도 한다. 날개 하부에 무장을 탑재하는 기존 전투기의 무장 탑재 시스템은 스텔스 설계와는 배치되는 것이다. B-2 같은 기종의 설계는 진정한 스텔스 설계라고 할 수 있지만, 전폭기 영역에서 볼 수 있는 몇몇 기종들은 기체 전방에 국한된 “제한된 스텔스” 성능만을 갖고 있다. 이 전폭기들은 부분적으로나마 스텔스 기능을 갖추기 위해 비행과 관련된 요소들과 편대 운용의 측면에서 발생하는 성능 제한을 감수해야 하기 때문에 실제 전장 환경에서는 상당한 취약성을 드러내곤 한다.
또한, 스텔스 기능의 치명적인 취약점들 중 하나는 개발 생산과 유지보수 단계에서 상상을 초월하는 기술적 어려움과 막대한 비용이 요구된다는 점이다. 예를 들면, B-2 Spirit 폭격기는 대당 20억 달러가 훌쩍 넘는 항공기로서 제한적인 스텔스 기능을 갖춘 B-1B와 비교해 12배 이상 비싼 비행기이다. 추적, 사격 통제 레이더와 같은 높은 주파수(5GHz 이상) 대역에서는 레이더파 흡수재의 두께가 몇 밀리미터 이내여도 충분하기 때문에 전파흡수도료인 램(RAM)을 도포하는 정도로도 스텔스 성능을 구현할 수 있다. 하지만, 더 낮은 주파수 대역에서는 램이 항공기의 무게와 부피를 감당할 수 없을 정도로 두꺼워지고 만다.
이러한 설계상의 어려움 이외에도, 램 도료는 스텔스 기능을 유지하기 위해 정기적인 점검과 보수가 세심하게 이루어져야 하는데 이 작업 역시 많은 시간과 비용이 소요된다. 램 도료는 매우 민감한 물질이며 악천후 등의 상황에서는 제 성능을 발휘하지 못하곤 한다. 스텔스 기능을 유지하기 위해 감수해야 하는 느린 속도, 고고도 비행 불가, 제한된 무장 탑재량 등의 약점을 제외하더라도, 스텔스에 과도한 비중을 둔 전투기들은 항공역학을 희생한 대가로 무시할 만한 수준을 넘어선 엄청난 연료를 소비해야 한다.
현재로서는 F-22를 제외한 어떠한 전투기도 100% 스텔스 전투기로 부를 수 없는 이유가 여기에 있다. 무장과 연료탱크를 외부에 달면 그때부터 제한적인 스텔스 성능마저 사라지고 말며, 제한적인 것일망정 스텔스 성능을 유지하기 위해서는 작전반경과 무장을 희생해야만 한다. 이는 전투기 운용에 치명적인 제한을 가하는 피해야 할 요소들이다. 또한, 수퍼크루즈 성능이 없는 전투기들의 경우 재연소 시 방출되는 레이더파와 적외선을 피하기 어렵다.
대 스텔스 탐지 기술의 발달
인간 사회에는 어느 분야나 잘못된 믿음, 즉 편견이 존재하게 마련이다. 전투기 분야도 예외가 아닌데, 스텔스 성능에 대한 과도한 믿음이 전형적인 예이다. 대다수 군사전문가들은 전투기와 함정 등에 적용된 스텔스 성능을 단순한 기술만의 문제가 아니라 무기의 성능 및 임무 효과를 극대화하면서 생존성을 높일 수 있다는 측면에서 접근하여 전술적 개념으로 간주한다. 이 말은 스텔스가 어디에나 적용될 수 있는 만병통치약 같은 것이 아니며 독립된 성능이 아니라는 것을 의미한다. 또한 스텔스가 새로운 테크놀로지의 성과임에는 틀림없으나 약점과 제한 사항들을 갖고 있는 상대적 성능임을 일러준다.
실제로 각국은 스텔스 성능과 함께 대 스텔스 기술을 동시에 개발하고 있으며, 대표적인 예가 저주파(장파장) 레이더 기술, 바이스태틱(Bistatic)/멀티스태틱(Multistatic) 레이더 기술, 수동형 센서(Passive Sensors) 기술 그리고 마지막으로 공중 조기경보기(AEW&C)의 메사(MESA, Multi-role AESA) 등을 들 수 있다. 일부에서는 휴대전화인 셀폰과 일반 TV, 그리고 FM 송수신파로도 스텔스 성능의 물체를 탐지할 수 있다고 하며 실제로 개발 중인 곳도 있다. 하지만 무엇보다 스텔스 성능에 위협적인 것은 향후 도래한 유•무인기 혼용의 미래전이 네트워크 중심으로 전개되는 전혀 새로운 전쟁이 될 것이라는 점이다.
이지스함, 지상의 대공 레이더망, 공중 조기경보기, 고고도 무인 정찰기 그리고 센서 융합, 데이터 링크, AESA 레이더와 적외선 탐색 및 추적장치를 등을 갖춘 전투기 자체의 전자전 성능 등이 하나의 촘촘한 그물망, 즉 네트워크를 형성하는 상황에서 과연 스텔스 성능이 “눈에 보이지 않는 유령 전투기”라는 공상과학 소설의 미신을 유지할 수 있을지 의문이 아닐 수 없는 것이다.
한국에 도입되기 시작했고 이미 호주와 터키에서도 운용 중인 보잉사의 ‘피스아이(Peace-Eye)’에는 언제나 ‘공중조기경보통제기(AEW&C)’라는 긴 이름이 붙어 다닌다. 대당 4억 달러가 넘는 이 전자전기에 통제기라는 수식어가 붙는 이유는 유사시에 중앙방공통제소(MCRC) 기능을 함께 수행할 수 있기 때문이다.
다시 말해, 한번 이륙하면 8시간 동안 작전이 가능하고 공중급유 시 20시간 상공에 체류할 수 있는 피스아이는 전후좌우 360도는 물론이고 상하로 레이더를 주사함으로써 F-22를 포함한 스텔스기를 포함한 모든 정지 혹은 이동 물체를 탐지, 추적하고 그 정보를 개별 전투기들에게 분배함으로써 작전을 통제할 수 있는 것이다. 전투기들은 이 데이터를 수치, 텍스트, 이미지 등의 각종 형태로 수신하여 선제 대응 작전에 돌입할 수 있다.
F-22를 제외한 현존하는 모든 전투기들은 전방에서 발사된 X-band에만 제한적인 스텔스 성능을 갖춘 전투기들이다. 스텔스 기술이 유인기와 플랫폼 위주의 전투에서 유•무인기 혼용과 네트워크전으로 넘어가는 시기에 개발된 과도기적 기술이라는 것을 고려할 때, 이 전투기들은 스텔스 기술에 발목이 잡힌 잘못된 설계개념의 희생물이라고 할 수 있다.
유로파이터 타이푼의 저 피탐지성과 고기동성
유로파이터 타이푼은 스텔스 성능을 확보하기 위해 탄력적인 무장 탑재 능력, 조종 기능, 기체 성능 등을 결코 희생하지 않은 ‘균형 잡힌 설계’ 에 입각해 개발된 전투기로서 유럽인들의 실용주의적인 합리성이 그대로 녹아 들어간 전투기이다.
유로파이터 타이푼의 주요 피탐지성 저감 성능A. 육안 식별 어려움
우선 최신의 경량 설계로 이루어진 작은 기체와 무연 엔진의 조합을 통해 유로파이터 타이푼은 육안으로 쉽게 식별할 수 없는 특징을 갖고 있다.
B. 레이더 반사 최소화
유로파이터 타이푼의 기체는 흔히 스텔스 디자인으로 간주되는 지그재그식 예각 형상을 갖추고 있지 않다. 대신 공기 흡입구(air intake), 조종석(canopy) 과 전면 유리 부분(windshield) 에 스텔스 기술을 적용하여 모든 방향에서 레이더 반사 에너지를 최소화하도록 설계되었다. 그러면서도 낮은 항력(抗力)과 높은 양력과 같은 항공역학적 밸런스를 충족시키도록 설계되었다. 이렇게 적은 양의 레이더 신호만을 반사하는 기체와 첨단 성능의 전자전 시스템이 조화를 이룬 유로파이터 타이푼은 탁월한 생존성을 지닌 전투기로 태어나게 되었다.
C. 패시브 시스템을 통한 선탐지 선타격
유로파이터 타이푼은 적외선 탐색 및 추적 장치인 IRST(Infra-Red Search and Track), 패시브 레이더 시스템, 차세대 장거리 공대공 미사일인 ALRAAM(Advanced Long Range Air-to-Air Missiles), 첨단 단거리 공대공 미사일인 ASRAAM(Advanced Short Range Air-to-Air Missiles) 및 헬멧 장착 조준 시스템 등을 갖추고 있어서 조종사는 적기가 유로파이터 타이푼의 존재를 인식하려고 시도하는 사이 다양한 전자전 시스템들을 통해 적기를 먼저 탐지, 식별, 타격할 수 있다. 동시에 유로파이터 타이푼에는 적외선 전방 주시 장치인 FLIR(Forward Looking Infra-Red)과 야간 투시 장치가 탑재되어 있어서 조종사는 주야간을 불문하고 어떤 기상 조건하에서도 자신의 존재를 노출시키는 하등의 전파를 발산하지 않으면서 지상의 적을 “먼저 보고, 먼저 쏠 수 있다”.
D. 자체 방어 장비를 통한 탐지
유로파이터 타이푼의 전자전 시스템과 자체 방어 시스템은 다양한 패시브 모드를 갖고 있으며 이를 통해 자신을 적에게 노출시키지 않으면서 적의 전파를 탐지해낼 수 있다.
E. 수퍼크루즈 성능
엔진 재연소 없이도 급가속이 가능하며 초음속 상태를 유지할 수 있는 수퍼크루즈 성능을 통해 유로파이터 타이푼은 어떤 전투상황에서 어떤 목표물을 상대해도 기동성 면에서 우위를 점할 수 있다. 뿐만 아니라, 미티어(Meteor) 미사일 같은 마하 4급 속도, 사정거리 100km 이상의 장거리 BVR 미사일을 장착함으로써 적기에서 멀리 떨어진 작전 반경을 확보함은 물론이고, 적외선 센서들을 활용함으로써 피탐지성을 획기적으로 줄였다.
F. 무선 송수신 회피
모든 무선 신호는 전투기의 존재와 위치를 노출시킨다. 그러나 유로파이터 타이푼은 음성을 통해서 정보를 수신할 수 있으며 동시에 목표물 정보와 같은 데이터를 데이터 링크 형태로 받을 수 있어 무선 송수신을 피할 수 있다. 또한 항공기 간에 이루어지는 송수신 역시 데이터 링크를 통해 획득되기 때문에 자연히 무선 교신의 필요성을 최소화할 수 있다. 기체 내부와 온보드 시스템 설계에 탑재되어 있는 이러한 기능들은 조종석의 서포트를 받음으로써 조종사는 명료한 전술 영상을 얻을 수 있고 지속적이면서도 순간적으로 기체로부터 발생하는 전파를 통제할 수 있다. 유로파이터 타이푼 조종사는 완벽할 정도로 전투기를 “조용하게” 조종할 수 있는 것이며 작전 임무 수행 내내, 함께 작전에 투입된 아군의 타 전투기들과는 물론이고 자체 내의 패시브 센서들 사이에서도 목표물 정보 등을 주고받을 수 있다. 유로파이터 타이푼 기체 자체의 스텔스 성능 역시 적의 탐지로부터 기체를 보호함은 물론이다. 이 모든 스텔스 성능과 전자전 시스템들을 통해 유로파이터 타이푼은 고생존성을 확보하고 있으며 고밀도의 전자전 환경 속에서도 지상과 공중의 통제 기지의 도움 없이도 독자적으로 작전을 수행할 수 있다. 현존하는 어떤 경쟁 기종에 비해 우수한 편대 운용 효율성을 지니고 있는 유로파이터 타이푼은 어떤 기준으로 평가해도 낮은 피탐지성을 갖추고 있는 전투기라고 할 수 있다.
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