한국 레이더 기술

국방과 군사 무기에 대해서 재미있는 주제는 참으로 많다. 그렇기에 그러한 정보를 찾기에 여념이 없는 덕후, 오다쿠들이 생겨났을 것이고, 밀덕 사이트에서 지금도 이것이 옳네, 저것이 옳네, 세종대왕함에도 이것을 달았어야 하는데 마네.. 말들이 많은 이유일 것이다. 어쨌던, 내일 양자 레이더에 대해서 얘기하면서 이쯤에서 정리를 마칠 예정이다.

1990년대 들어서 한국의 군사 기술력이 일취 월장한다. 여기에는 우리나라의 민간 기업들과 그 노동자들이 피땀흘리며 노력하면서 한국을 세계 7~8위의 무역강국이자 세계 10위권의 GDP 강국이 된 것에 힘을 입었고, 여기에 더해서 LIG와 한화의 불꽃 튀는 기술 경쟁, 그리고 독재 사회주의 국가이지만 우리나라에는 고마운 일을 많이 해 준 러시아의 도움이 되었다.

그러나, 조금 더 깊이 들어가 보면 국내 개발했다는 많은 기술들의 원천 기술들은 여전히 선진국과의 큰 갭을 보인다. 너무 우리를 과소 평가할 필요도, 그렇다고 현실도 모르고 방방 뜰 필요도 없다. KF-21이 이륙에 성공했지만, 엔진, AESA 레이더, 공대공 미사일 모두 외국에 크게 의존하고 있다는 사실에 변함은 없다. 이제, 겨우 첫걸음을 조심스럽게 떼고 있을 뿐이다.

다시 양자 역학이다. 원래 시작도 군용 레이저 무기의 동작 원리, 빛과 물질과의 상호 작용에 관한 양자 역학을 설명하는 글이었고, 마지막 글도 빛과 물질의 상호 작용에 관한 양자 레이더에 관한 글로 마치게 된다. 양자 역학은, 단순히 물리학의 한 분야가 아니라, "나는 무엇인가" 라는 질문에 대해, 존재의 본질에 대해서 많은 얘기를 해 줄 수 있는 학문이다.

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3년에 한번씩 국방기술품질원에서 선진국들과 한국 국방 기술력과의 격차를 바라표하고 있다. 2021년 기준, 한국은 전체 9위의 기술력을 가지고 있는데, 레이더를 포함하는 감시/정찰 분야는 11위로 미국 대비 80%미만의 기술력을 가진다. 갈 길이 아주 멀다는 얘기이며, 그렇게 많은 돈과 시간을 썼음에도 2015년부터 순위의 큰 변동이 없다는 얘기는 한번 뒤쳐진 기술을 따라잡는 것이 쉽지 않다는 얘기이다. 한국은 1970년부터 레이더 개발을 시작했지만, 다른 선진국들은 1920~30년대부터 레이더 기술을 개발하기 시작했다. 한국이 최근 열심히 쫓아가고 있지만, 그들도 그냥 제자리에서 기다리고 있지는 않다.

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한국은 1981년 금성정밀이 어선용 항해 레이더(GS-753) 개발, 1984년 미국 ITT의 GPS-100레이더 납품 계약을 통해서 기술력을 확보한 후, 군수용 해안감시 레이더(GPS-100)를 공급하면서 시작한다. 이후 7년의 노력 끝에1991년 수입에만 의존하던 저고도 탐지 레이더(TPS-830K)를 독자 개발한다. 금성 정밀은 그 후 1995년 LG 정밀, 2000년에는 LG이노텍으로 사명을 바꾼 후 2004년 방산 부문을 LIG에 매각한다.

초기에는 실제로 안테나가 회전하는 기계식 레이더 (항해용 레이더, 저고도 레이더, 발칸 레이더, 비호 레이더)개발을 시작으로, 2003년 참수리정 레이더, 2005년 윤영하함 레이더를 개발하고, 2006년2006년 능동위상 배열 레이더(AESA)개발에 착수하면서 본격적으로 선진국형 레이더 개발을 시작한다. 이 후, 최신 선박을 위한 다기능 레이더(MFR< multi-function radar)에 이를 적용한다.

2015년 미국은 F-35도입에 따른 상호 절충 교약으로 록히드마틴이 약속한 KF-X 핵심 기술 4가지 기술 이전을 불허한다. 그 중 가장 핵심인, AESA 레이더 개발이 시급해진 한국은 당시 KF-16, FA-50에서 사용하는 기계식 레이더 EL/M-2032를 개발한 이스라엘 ELTA사와 급하게 기계식 레이더의 AESA 버전인 EL/M-2052 기술을 도입한다.

그런데, 2006년부터 선행 개발을 진행한 LIG를 배제하고 당시 제대로 된 AESA 레이더 개발 경험이 없었던 한화 탈레스가 공급자로 선정되는 이변이 발생한다. 당시 LIG는 이스라엘 ELTA사의 기술을 도입해 EL/M-2032 국산화를 진행중이었고 울산급 함정 등에 이미 AESA 레이더를 적용한 경험이 있었으나 한화 탈레스는 철매/천궁 지대공 미사일에 탑재된 PESA 방식 레이더를 진공관 방식으로 개발한 경험만 있었을 뿐이다.

사실, LIG가 가지고 있었던 기술도 자체 원천 기술이 아니었던 지라 사실 누가 개발하느냐가 큰 문제는 아니었을 수도 있다. 그리고, 미국에서 레이시온과 노스롭 그루먼이 AESA 개발 경쟁을 하면서 기술력이 일취월장한 것처럼, 방사청/ADD가 그들을 경쟁시키고 있는지 모른다. 어쨌던 ADD는 한화 탈레스에게 그 때까지 개발된 레이더 개발 정보들을 모두 넘겨줘서 한국 기술력으로T/R 모듈을 비롯한HW를 제작하고, ELTA사에서 개발한 신호처리, 시스템 통합 SW를 기술 이전 받아서 KF-X에 맞게 튜닝했을 것 같다.

AESA 레이더 신호처리를 위하여 인텔의 서버용 CPU인 Xeon-D를 사용하고 AMD 라데온 E8950 GPU로 고 그래픽 처리를 한다. RCS 1m^2에 대해서 130km 에서 탐지가 가능하고 공대지 SAR 모드, 공대공 추적모드, RWR을 피하기 위한 LPI 탐색 모드도 갖추고 있다. 당연히 한국형 F-35A와 미국 운용 F-35는 SW가 다르고 성능이 다르다. 어찌 어찌 시제품 개발을 완료한 현재 시점에서 HW 성능은 현재 F-35A의 APG-81비슷할 것으로 추정된다.

KF-X 와는 별도로 FA-50용 AESA와 한국형 근접 방어 체계인 CIWS-II 용 사격 통제 AESA 레이더는 LIG가 개발을 진행한다. 1024개 T/R이라 KF-21의 1088과 큰 차이가 없다. 그리고 한화탈레스가 엘타와 기술협력을 통해서 개발 중인데 반해서, LIG는 순수 국내 기술로 개발 중이다. 한화디펜스와 삼성탈레스가 합병된 한화 탈레스의 개발 방식은, 항상 최신 기술을 도입하여 빠르게 사업화를 진행하는 삼성의 DNA를 물려 받았을 것 같다. LIG는 엔지니어들의 곤조, 그로 인해서 기술력은 있지만 정작 상품화에는 경쟁사보다 뒤쳐지는 LG의 DNA를 물려받았을 것 같다. 같은 엔지니어로써, LIG가 KF-21용 AESA 개발 경쟁에서 탈락한 것이 두고두고 아쉽다.

LIG는 2012~2017년 항공 관제 레이더 PAR(precision approach radar)를 국산화 완료한다. 공항 관제 레이더는100~150km 먼 거리에서의 관제를 유도하는 항공 관제(ASR)레이더와 공항에서 40km 이내에서 활주로까지의 안전한 착륙을 유도하는 PAR을 쌍으로 운영한다. 이유는 잘 모르겠지만 PAR은 LIG제품을, ASR은 스페인인드라사 제품을 구매하기로 한다.

또한, LIG는2021년부터 장거리 레이더 국내 시제품 개발에 착수한다. 이 레이더는 탐지거리 400 km 3D-AESA 레이더로, 항공방공식별구역(KADIZ)내 항공기/미사일을 식별하는데 2025년 체계 개발을 완료하고 2027년부터 전력화할 계획이다. 현재 장거리 전술 레이더 제작/판매는 록히드 마틴, 이탈리아 셀렉스, 스페인 인드라의 3개사에 불과하다. 2002년 울릉도 공군 기지에 설치된 AN/FPS-117(3D AESA, 탐지거리 470 km, 탐지고도 30km, L밴드 레이더)와 오산 공군 기지의 AN/TPS-59 레이더(3D AESA, 탐지거리 740 km, L밴드 레이더)를 대체할 계획이다.

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대포병 레이더는 박격포탄의 속도, 방향을 감지 역으로 화포 발사 원점을 파악하는 레이더이다. 대포병 레이더는 레이더, 발전기, 차량으로 구성된다. 대포병 레이더 신호를 역추적하여 다시 레이더 자체를 화력으로 쉽게 제압할 수 있기에, 차량에 탑재하여 탐지 후 신속히 이동이 가능하게 차량 위에 레이더 시스템을 얹어 둔 것이 특징이다.

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한국은 90년대부터 미 휴즈사의 AN/TPQ36(탐지거리 24km, 분당 10개 표적 동시 추적), TPQ37(탐지거리 50km, 분당 10개 표적 동시 추적)를 도입하여 연평도에도 배치한다. 그런데, 북한이 연평도를 기습 포격했을 때, 대포병 레이더는 작동하지 않았다. 부팅 속도 20분에, 진공관시절에 개발한 제품이라 많은 열이 발생하여 하루에 6시간, 연간 1200시간 운용만 가능할 뿐만 아니라 잦은 고장으로 평소에 잘 켜두지 않았던 탓이다. 2009년 한국은 스웨덴의 최신 대포병 레이더 Arthur-K를 6대 도입하고, 2대를 연평도에 배치한다. 탐지거리 60km에 100개의 표적을 동시에 추적한다. 그러나 역시 잦은 고장으로 논란을 일으킨다. 미군의 최신형 TPQ-53과 성능이 비슷하다.

LIG는 2011~2018년 사이에 국산 대포병 탐지레이더-II 개발 사업을 끝내고 C밴드 GaN기술의 대포병 레이더 “천경 II” 를 개발한다. 기존의 Arthur-K보다 탐지거리는 1.5배이상인 60km, 최대 8시간 연속 가동으로 2시간 더 가동이 가능하며 긴급한 상황에서 최장 18시간 연속 탐지가 가능하다.

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F22와 B-2의 RCS는 0.001제곱미터로 레이다에는 새보다 작은 물체로 인식된다. 따라서 그들이 유령처럼 발사한 미사일만이 근접 거리에서 EOT/IRST 를 이용한 MWR(missile warning receiver)혹은 MAW(missile approach warning system)에 의해서 감지될 뿐이고, 이 때부터는 열심히 채프, 플레어, 미사일 요격 미사일을 발사하면서 기도를 할 수 있을 뿐이다.

따라서, F22와의 단독 공대공 전투는 의미가 없고, F22를 감지할 수 있는 강력한 레이더 체계의 도움을 받아야 한다. 일단, 공대공의 상황이 오면, 누구보다도 멀리 볼 수 있는 조기 경보 통제기 (AWACS) E-3C나 E-737이 전개될 것이다. E-3C는 저고도 항공기는 370km, 고고도 항공기는 470km, 즉 미사일 요격 거리 밖에서 탐지할 수 있으며 빔폭을 좁히면 최대 700km까지도 탐지 가능하다. 그러나 한국이 수입하는 E-737은 E-3C 동체 707보다 크기가 작기에 레이더 탐지거리도 370~500km로 짧다. 설상가상으로 고장도 잦고, 미국 무기이기에 수리도 쉽지 않아서 벌써부터 퇴역을 고민하고 있다. 현재 KAI에서 KF21 개발 인력들의 차기 과제로 한국형 AWACS를 제안한 상태이다.

사실 AWACS는 아음속으로 속도가 느리기에 적진에 침투할 수도 없고, RCS가 100을 넘는 육중한 몸매를 자랑하므로 F-22에게는 금방 발각될 것이다. 또한 F-22와 같은 RCS의 경우, 좁은 빔 모드인 BTM 모드로 탐지하더라도 100~200km 이내 에서야 감지가 가능할 것이므로, 조기 경보 통제기의 도움을 받아서 문제를 해결하기도 쉽지가 않다.

따라서, 거의 모든 국가가 현재 스텔스 기를 탐지하는 기술을 개발하기 위하여 혈안이 된 상태이다. 장파장 레이다는 대기중 감쇄가 약하므로 아주 긴 탐지거리를 가지며 따라서 먼 거리에서 스텔스 기를 탐지할 가능성이 높다. 그러나, 장파장 레이더는 반대급부로 해상도가 엄청 낮기에 어디에 있는지를 정확히 알려주지는 못한다. 즉, 대략 어느 방향에 있다라는 정보만 줄 수 있을 뿐이다. 러시아(UNIIRT)와 중국(CETC)에서 탐지거리 300~400km의 스텔스기 탐지 저주파 레이더를 개발했다.

Passive 레이더는, 스텔스 항공기가 발사하는 레이더나 통신신호를 포착하거나(ESM방식), TV, AM/FM 같은 장파신호 반사신호를 포착한다 (PCL방식). F-22도 작전을 수행하기 위하여, 접근하는 미사일이나 항공기를 찾기 위해서는, 그리고 아군과의 통신을 위해서는 어떤 흔적을 남길 것이기에 이를 유심히 살펴보는 방법이다. 세번째는, 그냥 우직하게.. 아주 강력한 신호를 발사하여 미약한 신호라도 찾아서 그 모양을 살펴보는 고성능 탐지 레이더를 사용하는 방법이다. 마지막 방법은, 양자역학의 신비한 현상, 양자 얽힘을 이용한 양자레이더를 사용하는 방법이다. 만약 양자 레이더의 기술이 성숙하면 스텔스 기술이 쓸모 없어지는 게임 체인저의 역할을 수행할 수 있기에 미/소/중 간에 개발 경쟁이 치열하다.

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아래 두 레이다의 경우는 강력한 레이더 신호를 발사하여 RCS 0.001인 B-2를 188, 357km에서 탐지 가능한 고성능 탐지 레이더의 예시들이다. 일부 국뽕들이, 한국의 탄도 미사일 발사 능력을 얘기하면서 일본을 불바다로 만들것이라고 하지만, 일본의 대공 탐지/방어 능력은 미국을 제외하고는 제일 막강하다고도 얘기한다. 아래 J-FPS 레이더 6개로, 일본 전역을 밀착 감시하고 있고, SM-2, SM-6, SM-3 로 잔뜩 채워진 이지스 함급 구축함들이 즐비하기에, 우리가 발사한 미사일들 중 몇 발이나, 일본 본토에 떨어질 수 있을지도 예측하기 어려운 것이 현실이다.

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아래들은 여러 나라 들에서 스텔스 기 탐지를 위해서 열심히 개발 중인 저주파, 패시브, 양자 레이더들의 예들이다.

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