한국형 잠수함의 무장발사 체계는 누가

한국형 잠수함의 무장발사 체계는 누가

한국형 잠수함, 무장체계 기반

 

 밥콕은 최근 진행 중인 장보고-3 잠수함 프로그램에 참여하고 있는 업체로 MARS도 포함되어 있다. (밥콕(Babcock)은 35,000명의 직원으로 세계 20위 이내의 대기업, 영국에서 세번째로 큰 방산업체이다.)

MARS 프로그램에서 대우조선해양이 BMT와 함께 설계한 영국 해군의 타이드(Tide)급 연료보급함의 핵심 장비인 급유 장비를 제작하여 납품하고 있다.

 잠수함, 항공모함과 관련된 프로그램을 개발, 운용

 밥콕은 CAD를 활용한 잠수함 설계와 잠수함의 각종 발사장비(어뢰발사체계, VLS, 디코이 사출체계, UHF 대역 통신부이 사출 등), 저소음 펌프, 통신체계 등 잠수함의 각종 핵심 부품들을 설계, 제작, 납품하며, 완성된 잠수함의 3차원 가상현실 시뮬레이션을 제작하여 잠수함 승조원들의 다양한 과제별 임무 교육 훈련 등 잠수함 개발에서 운용과 군수지원 등의 프로그램과 제품을 개발해왔다.

 세계 최정상급의 잠수함 세력을 보유하는 영국 해군의 주요 원자력 잠수함 프로그램에 밥콕이 참가하면서 기술,신뢰성이 검증되었다.

영국은 북해를 통해 러시아의 바렌츠해, 북극해와 직접 연결되어 있다. 이 때문에 스코틀랜드의 파슬레인(Faslane)에 위치한 영국 해군 전략원잠 기지인 HMNB(Her Majesty's Naval Base) 클라이드(Clyde)는 근처에 영국 전략원잠을 노리는 러시아 공격원잠들의 위협에 노출되어 있는  곳이다.

 

영국 해군 전략원잠 설계에 러시아 공격원잠의 추적을 피하기 위한 높은 수준의 정숙성과 깊은 잠항심도, 러시아 공격원잠을 먼저 탐지할 수 있는 우수한 탐지능력이 요구되는 이유이다.

북해를 통해 북극해로 침투하여 러시아 원잠을 추적하는 영국 공격원잠들에게도 요구되는 것들이다.

 이러한 요구 성능은 탑재 센서의 성능에 크게 좌우되지만 동시에 함체의 세부 형상과 각종 구성품의 구동 소음 등에도 많은 영향을 받는다.

 

밥콕은 CFD와 Rhino, AutoCAD를 포함한 다양한 첨단의 3D 설계 도구를 사용하여 이러한 요구를 충족할 수 있는 잠수함 함체를 설계하였으며, 높은 정숙성과 내구성 요구를 충족하기 위해 복잡하고 높은 수준의 성능을 필요로 하는 각종 구성품들의 개발을 담당하였다.

 

오늘날 미 해군의 원자력 잠수함과 어깨를 나란히 하는 영국 해군 뱅가드(Vanguard)급 전략원잠과 아스튜트(Astute)급 공격원잠의 성능은 밥콕의 기술이다.

 

그동안 영국 해군의 아스튜트급 공격원잠 설계와 장비통합에도 참여하였으며, 아스튜트급 공격원잠의 에어터빈펌프(ATP)를 포함하는  무인자동화수평발사관 시스템(WHLS)과 PFV(Programmable Firing Valve)의 설계와 제조를 담당하고, 모듈형 저소음 공격대응방어체계인 Kestros 시스템, 주로 UHF 대역 잠수함 통신에 사용되는 RTCB(Recoverable Tethered Communications Buoy), 잠수함의 저소음 펌프 등도 설계, 제작하고 있다

 이 중 WHLS 시스템은 아스튜트급 공격원잠뿐만 아니라 스페인의 차기 중형 잠수함인 S-80, 그리고 한국의 장보고-3 잠수함에도 채용되었다.

 밥콕은 민수분야에서 물류관리체계 설계와 제작도 담당하고 있다.  자동화 물류체계 설계 기술은 군수지원서비스에 활용되고 있으며, 잠수함과 항공모함에도 도입되고 있다.

영국 해군이 간만에 도입하는 정규 항공모함인 퀸 엘리자베스(Queen Elizabeth)급 항공모함은  F-35B를 포함하여 최대 50대의 항공기를 탑재하여 운용하기 때문에 동시 다발적으로 다종의 항공작전 운용 시에 방대한 정비, 연료, 무장 보급 소요가 발생하게 된다.

 다종의 방대한 물류 소요를 소요 항공기에 맞춤형으로 신속하게 제공하기 위해 퀸 엘리자베스급 항공모함에 물류자동화체계가 도입되었다.

이같은 자동화 설계의 도입 덕분에 퀸 엘리자베스급 항공모함은 소요 승조인원이 크게 감소하여 퀸 엘리자베스급 항공모함의 만재배수량의 25% 정도에 불과한 배수량의 HMS 오션(L12) 헬기강습상륙모함과 비슷한 규모의 승조인원으로 운용이 가능하다.

일종의 자동화 물류창고라고 할 수 있는 어뢰자동장전시스템을 포함하여 자동화 설계 노하우가 아스튜트급 잠수함에도 도입되면서 아스튜트급 잠수함 역시 체적과 배수량에 비해 적은 인원으로 운용 가능한 잠수함이 되었다.

 특히 잠수함의 경우에는 폐쇄되고 제한된 공간에서 승조인원들이 생활하면서 임무를 수행하기 때문에 이와 같은 자동화 설계 도입을 통한 소요인원 감소가 매우 중요하다.

  장보고 3의 무장체계 기반

 장보고-3 잠수함에는 밥콕의 WHLS(Weapon Handling and Launching System) 시스템이 도입되었다.

동 시스템에는 에어터빈펌프 발사체계가 통합되어 있다. 에어터빈펌프 어뢰발사관은 영국 해군의 아스튜트급 공격원잠과 미 해군의 버지니아(Virginia)급 공격원잠 등 세계 첨단의 잠수함에 도입된 선진적인 시스템으로서 한국해군에서는 장보고-3에 처음 도입된다.

 현재 한국 해군이 보유,인수한 18척의 잠수함(손원일급 잠수함 9척, 장보고급 잠수함 9척) 모두 스윔아웃(Swim-out) 발사관과 압축공기 발사관을 보유하고 있다.

한국형 214급 잠수함인 손원일급 잠수함의 경우에는 어뢰는 주로 4기의 스윔아웃 발사관으로 발사하며, 주로 서브 하푼 잠대함 미사일(하푼 Block 2의 서브 하푼 버전)과 해성-2라고 알려져 있는 잠대지 현무-3인 SSMS-970K 등의 크루즈 미사일을 발사할 때 압축공기발사관을 사용한다.

 압축공기 발사관은 잠수함의 부상과 잠항, 트림(trim) 제어 등에 필수적인 압축공기 소모가 크고, 특히 심심도에서 사용할 때에는 대량의 압축공기를 사용하여 압축공기 소모가 크고 소음도 크게 빌생한다는 단점이 있다.

이 때문에 손원일급 잠수함도 발사심도까지 올라가서 발사하는 크루즈 미사일(하푼 Block 2, SSMS-970K)을 발사할 때에 압축공기 발사관을 사용하고 어뢰는 주로 스윔아웃 튜브로 발사한다.

압축공기 발사관의 이와 같은 단점 때문에 수압발사식 발사관이 개발되어 일부 잠수함에 채용되었지만 복잡하기 때문에 정비소요가 많고 많은 공간을 차지하며 잠수함의 획득비용을 높이고 고장의 여지가 많은 등 적지 않은 단점을 가지고 있다.

 이 문제들을 극복한 새로운 발사방식이 에어터빈펌프 방식이다.

흡입한 공기가 터빈의 회전에 의해 유동하면서 압축된 공기로 해수를 압축하여 어뢰를 발사하는 방식으로서 램 압축공기 발사방식과 달리 압축된 공기를 다시 회수할 수 있으며 소음이 적다.

그리고 해수를 압축시키기 위한 공정 자체가 수압발사식보다 단순하기 때문에 기계적인 구조가 수압발사식보다 더욱 단순하다.

 ATP는 PFV와 함께 사용되면서 발사되는 무기의 특성에 맞게 효율적으로 작동한다. 아스튜트급 공격원잠의 경우에는 533mm 어뢰 발사관에서 영국제 스피어피쉬(Spearfish) 어뢰와 토마호크 크루즈 미사일을 탑재한다.

PFV는 이들 무기들의 무게와 유체역학적인 특성 데이터를 잠수함의 무장 발사 시의 심도, 속력 등의 데이터와 함께 처리하여 에어터빈펌프에 들어가는 공기를 정밀하게 제어함으로써 무장 발사 시의 소음을 최소화하고, 발사된 무기가 발사 직후에 최적의 동작을 할 수 있도록 한다.

어뢰 또는 크루즈 미사일을 밀어내는 수압으로 인한 기계적인 스트레스를 최소화하는 것도 PFV의 장점 중 하나라고 할 수 있다.

 장보고-3의 WHLS 역시 장보고-3의 어뢰 발사관에서 발사되는 탄(범상어 어뢰, 자항식 디코이, 잠대함 하푼 미사일, SSMS-970K 등)의 특성에 맞추어 WHLS의 에어터빈펌프가 발사되는 무기와 발사조건(잠수함의 속력, 외부 수압 등)에 맞춤형으로 동작할 수 있도록 한다.

밥콕에서 장보고-3에 탑재되는 WHLS를 만들 때 장보고-3의 어뢰 발사관 주변의 형상에 기인하는 유체 역학 특성과 범상어 어뢰 등의 유체역학특성 등을 CFD(Computational Fluid Dynamics)로 해석하여 모델링을 하여 이를 PFV를 제어하는 소프트웨어의 설계에 반영하였다.

 가상현실기술을 활용한 잠수함 승조원 교육 훈련

 장보고-3 프로그램과 관련된  WHLS등을 제작, 납품 이외에 장보고-3 승조원 교육훈련을 위한 VR(Virtual Reality. 가상 현실) 3차원 시뮬레이션과 잠수함의 정비 서비스 제공까지 확대하려 하고 있다.

현재 영국 해군 원자력 잠수함의 정비를 담당하고 있으며, 영국 해군의 대부분의 수상함정 정비를 밥콕이 담당했으며 영국 해군 원자력 잠수함의 내부를 3차원 가상현실로 승조원 교육훈련 시뮬레이터를 제작, 영국 해군에 납품했다.

잠수함 승조원 교육을 받는 인원은 잠수함에 배치되기 전에 3차원 가상현실 시뮬레이터 안에서 잠수함을 모의 체험하고, 잠수함에서 발생하는 다양한 상황과 임무를 가상현실 시뮬레이터 안에서 모의 수행함으로써 실제 잠수함에 배치되기 전에 이미 해당 잠수함에 적응하여 업무를 수행할 수 있는 능력을 갖추게 된다.

이를 위해 제작한 가상현실 시뮬레이터에서는 아스튜트급 공격원잠 내부의 주요 기기들을 모의 작동할 수 있도록 되어 있으며, 각 상황과 임무별로 시나리오를 만들어서 모의 구현할 수 있도록 설계되었다.

교육생은 구현되는 시나리오 내에서 주어진 과제를 수행함으로써 승조원으로서의 자질을 평가받고 잠수함에서 수행해야 하는 임무에 적응할 수 있게 된다.

 해당 시뮬레이터에서는 Ghost Mode라는 기능이 포함되어 있다.

이 기능은 가상현실로 구현되는 영국 해군 아스튜트급 원자력 잠수함 내부의 배선까지 투시하여 교육생이 살펴볼 수 있도록 함으로써 잠수함의 구조를 교육생이 이해하고, 발생할 수 있는 고장과 사고의 원인들을 미리 경험하고 숙지함으로써 실제 상황발생 시에 신속하게 대응할 수 있는 능력을 배양하도록 하기 위한 기능이다.
 
 한국 해군의 골키퍼 군수지원 문제

 한국 해군은 3종류의 한국형 구축함과 독도함의 근접방어화기로 30mm CIWS인 골키퍼 시스템을 채택, 통합하여 운용하고 있다.

이 시스템은 인천급 호위함과 대구급 호위함의 20mm CIWS인 패일렁스와 달리 채택국이 많지 않고, 최근에는 추가적인 채택국이 없기 때문에 군수지원소요가 높지 않다.

이 때문에 업그레이드 소요가 거의 없어서 현대적인 공중 위협에 맞는 업그레이드가 거의 이루어지지 않고 있으며 일부 부품이 단종되는 등의 문제가 발생하고 있다.

 동일한 문제를 영국 해군 역시 이미 겪은 바 있다. 영국 해군도 골키퍼 CIWS를 도입하여 지금은 퇴역한 인빈시블(Invincible)급 항공모함과 알비온(Albion)급 상륙함에 통합했기 때문이다.

 이 문제를 밥콕이 해결했었다.

밥콕은 골키퍼 시스템의 부품이 단종되기 전에 미리 알고 이 시스템의 부품 공급을 위한 다른 업체를 찾아내어 원 제작업체로부터 생산에 필요한 기술을 이전받을 수 있도록 하고, 동시에 해당 부품의 생산 채산성이 없는 문제를 해결을 기울여 단종된 부품의 생산, 납품을 이어받은 새로운 업체가 지속, 안정적으로 영국 해군에 해당 부품을 납품할 수 있도록 했다.

 
 이같이 이미 골키퍼 시스템의 후속군수지원 문제를 영국에서 해결하면서 생성된 가이드 라인과 매뉴얼, 경험을 한국 해군의 골키퍼 시스템 후속군수지원 문제에 접목함으로써 한국 해군 역시 골키퍼 시스템의 국제 후속 군수지원 소요 시장에 흔들리지 않고 안정적으로 해당 체계를 운용할 수 있도록 했다.

 패일렁스 20mm CIWS의 후속군수지원도 밥콕이 참여했다.

영국 해군은 패일렁스 CIWS를 도입하여 45형 방공 구축함에서 운용하고 있다. 이 장비는 미국 레이시온(Raytheon)의 제품이기 때문에 레이시온이 창급 정비를 담당해야 하지만 영국 해군은 밥콕에 45형 구축함의 패일렁스 시스템에 대한 유지 보수 관리와 창급 정비를 발주하였다.

밥콕이 패일렁스 CIWS의 정비를 포함한 통합군수지원을 담당하면서 레이시온이 ILS를 할 때보다 더욱 가동률이 높아졌다고 한다.

이러한 성과는 레이시온으로부터 인정을 받아서 밥콕이 패일렁스 시스템의 통합군수지원을 담당하면서 축적하고 개발한 노하우와 기술 등을 레이시온에서 배워갔다고 한다.