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장거리레이더.jpg

[레이더 복합 운용개념도]

 

 

 

♣ 요약

 

미래전은 정보를 바탕으로 센서 체계와 지휘통제 및 정밀타격 체계로 구성되는 네트워크 중심전이 될 것으로 예상됨에 따라 각국에서는 지상•해상•공중•우주 자산을 활용하여 신속하고 정확하게 정보를 확보할 수 있는 노력을 하고 있다.

 

주요국을 비롯하여 우리 군은 24시간 공중 탐지를 위하여 복합 레이더 체계를 운용하고 있으며 장거리레이더는 한국방공식별구역 감시를 위해 핵심적인 역할을 수행하고 있는 레이더 체계 중 하나이다.

 

현재 국내 운용 중인 장거리레이더의 운용수명이 도래하고 있어 공군에서는 미래전 대응능력을 구축하고 한국방공식별구역의 원활한 감시능력 확보를 위해 노후화된 장비를 교체하는 사업을 추진 중에 있다.

 

이에 본고에서는 장거리레이더의 기술 동향과 신규 장비로의 교체 필요성을 분석하고 국내 개발을 통한 장거리레이더 획득을 위한 시사점을 도출하였다.

 

♣ 본문

 

현대와 미래의 전자전은 첨단정밀무기의 등장으로 인한 정보를 바탕으로 센서 체계와 지휘통제 및 정밀타격 체계로 구성되는 네트워크•공중•우주 자산을 활용하여 전장 정보를 공유함으로써 보다 넓은 전장에서 전투 임무를 수행하게되어 레이더의 역할과 의존도가 날이 갈수록 증가하게 될 것이다.

주요국을 비롯하여, 현재 우리 군은 24시간 공중감시능력 구축을 위해 조기경보기, 장거리레이더, 저고도레이더, 이동형 장거리레이더 등의 복합 레이더 체계를 운용하고 있는데 이 중 장거리레이더는 한국방공식별구역(KADIZ: Korea Air Defence Identification Zone) 내 

공중항적 감시를 위한 주요 자산이다.

 

우리 군의 장거리레이더는 1980~1990년대 초에 전력화되어 운용수명이 도래하고 있어 ​운용유지비용이 지속적으로 증가하고 있는 추세이다. 이에 따라 기존 장비 교체를 위해 현재 정부투자연구개발에 의한 업체 주관의 장거리레이더 사업을 진행 중이다.

 

​본고에서는 먼저 장거리레이더에 관한 국내외 기술발전 추세 및 현황과 운용개념을 살펴보고 기존장비 교체의 필요성을 검토해 보기로 한다.

 

그리고 국내연구개발(이하 “국내개발”이라 한다)을 통한 획득을 위해서는 한국방공식별구역 확장에 따른 ​탐지성능 충족 그리고 국외구매 대비 국내개발 방안의 경제성 확보를 주요 고려사항으로 도출하였다.

 

◆ 장거리레이더 발전 추세 및 현황

 

장거리레이더의 필요성을 설명하기에 앞서 일반레이더 체계에 대한 전반적인 이해도를 높이고자 레이더 작동개념1) 및 운용개념에 대해 먼저 짚어 볼 필요가 있다.

 

레이더 체계는 스스로 에너지를 발산하여 전자파를 방사한 후 표적에 반사되어 되돌아온 신호를 이용하여 위협의 가능성을 가진 표적을 탐색 및 추적하고, 위협표적의 방위, 거리, 고도, 속도 등의 정보를 획득하는 센서 체계이다.

 

​적외선장비나 광학장비와는 달리 대기 중에서 전파손실이 적고 안개, 비, 눈 등의 기상 악조건에서도 상대적으로 정확하게 원거리를 볼 수 있는 특징이 있기 때문에 광범위한 영역을 감시할 수 있다.

 

​2차 세계대전 이후 위협표적의 성능이 우수해지면서, 레이더는 종전의 레이더가 수행하던 항공기탐지뿐 아니라 항공기 이외의 다양한 표적을 장거리에서 탐지하고 추적하는 동시에, 높은 신뢰성으로 레이더 반사단면적(RCS: Radar Cross Section)이 매우 작고 고기동이 가능한 표적 등도 감시할 수 있는 능력을 요구받고 있다.

이러한 요구 능력을 충족하기 위하여 선진국의 레이더 기술은 꾸준히 발전해 왔다.

 

​장거리레이더를 포함한 일반 레이더 기술은 가장 중요한 부문인 안테나를 기준으로 봤을 때 기계구동식 레이더에서 수동위상배열 레이더 그리고 능동위상배열 레이더 순서로 발전하고 있음을 알 수 있다.

수동위상배열 레이더와 비교하여 능동위상배열레이더는 다음의 주요 장점을 갖는다.

 

​먼저, 송수신 신호의 손실이 상대적으로 적고 클러터가 적게 발생되어 수동위상배열 레이더와 동일한 송신 출력으로 확대된 탐지거리를 얻을 수 있는 장점이 있다. 또한, 수동위상배열 방식에 비해 고장률이 낮을 뿐 아니라 결함 발생 시 수동위상배열 레이더와 달리 전체 체계가 멈추지 않고 점진적 성능 저하로 이어지기 때문에 장비 가용도가 월등히 높다고 볼 수 있다.

 

그 외의 장점으로 저전압 사용으로 안정적인 정비, 정보통신 장비와의 공용성 및 활용성을 들 수 있다.

 

​국내에서는 2000년대에 들어 최신식 레이더의 개발이 활발히 진행되어 그 결과, 국방과학연구소와 업체가 주관한 다수의 레이더 개발이 완료되었다.

 

◆ 주요국 장거리레이더 현황

 

장거리레이더의 주된 표적인 항공기나 헬기 등을 탐지하고 추적하기 위해서는 각종 표적 특성 분석 및 탐지•추적•식별 기술 개발이 필수적이다. 더욱이 각종 표적은 기술 발전으로 레이더의 탐지 및 추적을 회피하기 위하여 스텔스화, 레이더 침묵 등의 기법을 적용하고 있다.

 

 

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[국외 장거리레이더 비교표]

 

 

 

​주요국의 장거리레이더 현황을 살펴보면, 먼저 이탈리아는 다국적 기업인 셀렉스(Selex)사를 중심으로 다양한 탐지•추적 분야 레이더를 개발하고 있다. 2000년대 반도체형 송신기를 장착하고, L대역 주파수를 사용한 장거리레이더를 개발해 20여 개국에서 사용하고 있는 이 장비는 모노펄스를 사용하고 주파수 4채널을 이용하는 것이 특징이다.

 

​프랑스의 경우 장거리레이더 개발 시 탄도유도탄 조기경보 기술을 적용하고 S대역을 사용하여 기존의 L대역 레이더보다 가벼운 레이더를 개발하였다.

 

대탄도탄 능력을 보유한 능동위상배열 레이더 기술을 확보하였고, 국외 수출을 위해 하드웨어와 소프트웨어를 모듈화하여 단기간에 다양한 목적을 가지는 저가의 레이더에 대한 개발에 주력하고 있다.

미국은 레이더의 표적 식별 성능 및 기술에서 우위를 유지하고 있고, 자국의 안전을 위하여 탄도탄 조기경보 및 요격을 위해 저RCS 표적에 대한 탐지능력을 극대화한 장거리레이더를 개발하는 등 고정밀•고정확성을 갖는 레이더에 많은 중점을 두고 있다.

 

​FPS-117 계열 제품은 전 세계적으로 가장 많이 판매된 능동위상배열 안테나에 모노펄스를 사용하여 L대역 주파수를 구현했다.

 

◆ 복합 운용을 통한 감시능력 극대화

 

우리 군을 포함한 주요국들은 장거리레이더뿐 아니라 주변 위협에 대응하기 위해 다수의 레이더 체계를 복합 운용 중이다.

레이더 종류별 장점을 활용하고 단점을 보완하여 감시능력을 극대화하고 있는데, 각각의 임무와 역할을 살펴보기로 한다.

 

공중항적 감시에 운용되는 장비로 고정형 장거리레이더, 저고도레이더, 이동형 장거리레이더, 그리고 조기경보기를 포함한 지상 및 항공용 레이더가 활용되고 있다.

 

먼저, 조기경보기는 기존 레이더의 지형 차폐에 의한 탐지 사각 지역에 대해 부분적으로 보완이 가능하고, KADIZ 외곽 원거리 전력에 대해 공중감시 및 체공 중인 항공기에 대한 지휘통제임무를 수행한다. 그러나 상시 운용이 어렵고 지상 레이더 체계에 비하여 높은 운용유지비용이라는 제약사항이 존재한다. 

고정형 장거리레이더는 저고도 일부 지역을 제외한 전역 탐지가 가능하다. 저고도레이더는 [레이더 복합 운용개념도]에서 볼 수 있듯이장거리레이더의 탐지 불능 지역을 탐지할 수 있는 보충(Gap-Filler) 역할을 수행한다.

 

​이동형 장거리레이더는 기존 고정형 장거리레이더의 고장 및 정비로 인한 장기적인 운영 중단이 발생할 경우를 대비하여 대체 장비의 역할을 수행할 수 있다. 전시에는 높은 기동성을 활용하여 전술적인 운용을 가능하게 한다.

 

 

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[레이더 복합 운용개념도]

 

 

 

​​일반적으로 지상레이더는 탐지성능이 우수하고 비용이 저렴하여 경제적이나, 지형 및 지구곡률의 영향으로 탐지 공백 지역이 발생할 수 있다.

 

지형적인 특성으로 인해 주변 산악지형이 많아 2,000∼3,000ft 이하에서 포착 제한 지역이 많이 발생하므로 레이더의 특성을 고려한 복합 운용이 필수적이다. 그렇기에 주변국인 일본과 중국에서도 조기경보기와 지상레이더를 중첩 운용하여 공중항적에 대하여 조기탐지능력을 높이기 위하여 노력하고 있다.

 

​장거리레이더 체계는 후방 지역에서 고고도 공중항적을 감시하고, 전방의 저고도레이더는 장거리레이더의 탐지 불능 지역을 보완하며, 이동형 장거리레이더는 작전적 요구에 따라 감시•정찰 자산을 지원하는 역할을 수행한다.

 

​이렇게 고고도 지역에서 저고도 지역까지 전방위에 걸쳐 레이더 자산의 복합 운용을 통해 공중항적 감시능력을 극대화시키고 있다.

 

◆ 신규 장비 교체 필요성

 

현재 운용되고 있는 장거리레이더는 FPS-117K와 FPS-117E1 두 가지 기종으로, 현재 운용수명에 따른 교체 필요성이 제기된 기종은 FPS-117K이다. FPS-117E1 장거리레이더는 2000년 초반에 전력화되어 아직까지 운용상의 문제가 없다.

 

​FPS-117K 장거리레이더는 1980년 말에서 1990년 초에 전력화된 장비로 현재 시점 기준으로 운용수명이 도래하고 있음을 알 수 있다.

운용수명 도래에 따른 장비 결함의 주요 원인은 안테나 계통에서 주로 발생하는데, 이를 방지하고 상시 운용을 보장하기 위해서는 예방 차원의 계획정비가 필수적이다. 

 

실제로 장거리레이더 기지별 예방정비 시간은 증가 추세에 있으며, 이에 따른 정비 및 부품 구매를 위한 운용유지비용이 지속적으로 늘어나고 있음을 파악할 수 있었다. 

 

비록 우리 군의 각고의 정비 노력으로 현재 장거리레이더를 안정적으로 운용 중이나, 향후 지속적으로 증가할 정비비용과 장비 중단의 위험도 상승 문제를 해결하기 위하여 운용수명이 도래된 장비의 교체는 반드시 필요하다고 판단된다.

 

◆ 한국방공식별구역 확장에 따른 탐지성능

 

방공식별구역(ADIZ)은 영공과는 별개의 개념으로 이해해야 한다.

국가안보 목적상의 이유로 설정한 임의의 선으로, 국가마다 고유의 방공식별구역이 존재하고 이들 간의 중첩이 가능할 수 있다.

 

​2013년 12월 대한민국의 해양과학기지가 설치된 이어도가 주변국인 일본과 중국의 ADIZ에는 포함되었으나 우리나라의 KADIZ에는 포함되어 있지 않아 이어도를 포함하는 새로운 방공식별구역을 선포하여 발효한 바 있다.

 

이어도 부근의 방공식별구역 탐지는 조기경보기와 장거리레이더로 가능하나, 현실적인 24시간 탐지 역할은 장거리레이더가 수행한다고 볼 수 있다.

 

<그림 2>에서 한국방공식별구역 조정안3)을 보면 ​확장된 방공식별구역은 제주기지 기준에서 점선원으로 표시된 반경 최대 230NM이다.  즉, 신규로 개발되는 장거리레이더의 탐지가능거리는 한국방공식별구역 확장에 따라 230NM 이상이 되어야 할 것이다.

 

​레이더의 특성상 항공기 기체가 클수록 또는 반사단면적(RCS)이 클수록 그리고 고도가 높을수록 최대 탐지거리는 증가한다.

 

이어도 남쪽 400km 부근에서 저고도로 비행하는 무인기 또는 소형 항공기가 비행할 확률은 매우 희박하므로 현실적인 수준에서 신규 장거리레이더 장비는 소형급 이상의 항공기를 탐지할 수 있는 최대 탐지가능거리가 ​요구된다.

 

 

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<그림 2> 한국방공식별구역 조정안

 

 

 

◆ 국내개발 획득방안의 경제성 확보

 

장거리레이더의 운용수명 도래에 따른 교체가 시급하다고 판단되었고, 최단 기간 내 확보를 위해서는 국외구매가 가장 적절하다고 볼 수 있었으나, 국내개발을 통한 신규 장거리레이더 획득으로 결정되었었다.

 

사업추진기본전략4)에서 국내개발로 결정된 배경은 선행연구를 통한 국내 기술수준 평가, 경제성 분석 그리고 국방연구개발정책 등이 종합적으로 분석된 결과이다.

 

특히, 레이더 체계의 개발 및 미래 핵심 기술능력을 확충하고 나아가 국방과학기술 발전을 통한 자주국방을 달성하기 위하여 핵심 기술 관련 연구개발이 매우 중요했다고 판단된다. 

 

전장환경에 관한 정보를 수집 및 분석하여 전투지휘에 필요한 정보를 확보하는 감시•정찰 자산의 중요성이 널리 인식되어 있어, 국외구매 대신 국내개발을 통한 무기체계 획득을 우선 고려하 게 된 것이다. 레이더 체계는 이미 국내에서 유사 사업을 수행하여 관련 기술을 확보하였고 다양한 체계에 적용하여 전력화한 경험이 있다.

 

이를 통해서 사전에 기술적 가능성을 검토하는 탐색개발을 생략하고 바로 연구개발에 착수할 수 있는 수준에 도달해 신규 장거리레이더 사업은 업체 주관으로 2010년경 체계개발이 착수되어 현재까지 진행 중이다.

 

​일반적인 국내개발을 통한 무기체계 획득의 사업단계는 탐색개발, 체계개발 그리고 양산으로 구분된다.

국내 보유 기술수준에 따라 탐색개발이 생략되어 체계개발로 바로 진입할 수 있으며, 체계개발 단계의 시제품이 초도물량으로 바로 이어지는 사업도 있다.

 

​장거리레이더의 경우 사업추진전략 확정 당시 국내 레이더 개발 기술수준이 TRL5) 7 이상으로 탐색개발을 생략하고 바로 체계개발에 진입하며 개발에 성공할 시에 양산하는 것으로 결정되었었다.

 

​즉, 장거리레이더의 체계개발 시제품은 ​전투용 적합 판정을 위한 시험평가를 위해 사용되고 전력화 대상 물량은 별도의 양산 사업을 통해 획득하는 계획이다.

 

앞에서 설명한 바와 같이 현재 체계개발이 진행 중이며 2016년 양산 진입을 위한 준비가 필요한 상황이다.

 

체계개발이 성공적으로 완료되려면 목표한 일정, 성능 그리고 비용을 모두 만족시켜야 하는데, 여기서 체계개발 사업 진행을 위해 소요된 사업비용뿐 아니라 계획된 양산단가의 만족 여부를 판단해야 한다. 

 

양산단가에 따라 국내 양산을 통한 획득의 경제성을 가늠할 수 있다. 비록 체계개발이 완료되어 양산 진입을 앞두고 있다 하더라도 국외구매 대안과의 경제성 비교의 필요성이 있는 것이다.

 

​국외 장거리레이더 구매단가는 <표 2>와 같다.

 

 

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<표 2> 국외 장거리레이더 구매단가 (기준: 2016년 추정가, 단위: 원, 환율: 1,070원/1$)

 

 

 

현재 국내에서 운용 중인 장거리레이더는 모두 록히드마틴(Lockheed Martin)사로부터 구매한 FPS-117K와 FPS-117E1 기종이며, 현실적으로 구매 가능한 기종은 FPS-117E1이라고 할 수 있다.

국내개발 중인 장거리레이더의 양산단가는 아직 확정되지 않은 수치이지만, 체계개발 진입 전 선행연구6)에서 추정한 목표단가와 현재 개발업체가 관리하고 있는 목표비용관리(CAIV)7) 자료로 추정이 가능하다.

 

현재까지 추정된 양산단가는 155~165억 원으로 국외 구매단가보다 오히려 저렴한 수준이다. 연구개발비를 양산단가에 반영시키더라도 대당 200~220억 원 수준으로 국외구매 대비 국내개발을 통한 무기체계 획득이 다소 유리한 것을 알 수 있다.

 

​물론 체계개발 완료 후 양산계약 체결을 통한 주장비 획득단가가 최종 확정되어야 정확한 비교가 가능하지만, 현재까지 특별한 위험요인이 발생하지 않는 이상 계획된 획득비용을 초과할 가능성은 낮다고 판단된다. 

 

양산단가를 급격하게 증가시키는 위험요인 중 하나인 국외 부품 구매 시급격한 환율 변화는 본 장거리레이더 사업에 크게 영향을 미치지 못할 것으로 판단된다.

 

그 이유는 국내개발 중인 장거리레이더의 국산화 비율이 95% 이상이므로, 국내 부품 수급에 크게 문제가 발생하지 않는 한 환율 변화에 따른 비용 상승 요인이 매우 낮기 때문이다.

 

따라서 현재의 국내개발은 목표한 성능과 단가를 충족하므로, 개발이 성공완료된다면 경제성 측면에서 국외구매보다 다소 유리하다고 판단된다.

 

♣ 시사점

 

지금까지 국내외 장거리레이더 기술 동향과 운용개념 그리고 기존 장비 교체를 위한 신규 획득 시 고려사항에 대하여 논하였다.

 

장거리레이더는 평시에 한국방공식별구역 내 활동 중인 항공기를 24시간 탐지하고, 전시에 북한의 기습 공격 및 저고도 침투에 대응에 대비하기 위하여 전방 주요 지역에 탐지 식별 기능을 수행한다.

 

​장거리레이더는 우리 군에서 복합 운영되고 있는 레이더 체계 중에서 빠질 수 없는 주요 감시•정찰 자산이나, 현재 운용수명 도래에 따른 운용유지비용 증가로 교체가 필요한 상황이다.

 

특히, 확장된 한국방공식별구역 탐지를 위해서 신형 장비로의 교체가 하루 빨리 이루어져야 할 것으로 판단된다.

감시•정찰 자산의 국내 기술 확보의 중요성과 국내 기술수준을 봤을 때 국내개발을 통한 장거리레이더 획득은 적절하다고 판단된다.

 

​레이더 분야의 유사 사업을 통해 연구개발과 양산 능력을 확보한 점을 고려할 때 경제성 측면에서도 국외구매 대안과 비교해도 다소 유리하다.

 

더욱이 향후 장거리레이더 추가 소요와 이동형 장거리레이더 소요를 감안하면 국내개발을 통한 장거리레이더 사업의 경제성은 더욱 높아질 전망이다.

 

1) 국방기술품질연구원. (2013). 『국방과학기술조사서』.

2) IHS Jane’s. (2014).“Radar Systems.”

3) 국방부. (2013). 「한국방공식별구역 조정안 발표」.

4) 방위사업청. (2010). 「 사업추진기본전략」. 제58회 정책기획분과위.

5) TRL (기술성숙도): Technology Readiness Level.

6) 전건욱 외. (2010). 『고정형 장거리레이더 사업 비용분석』. 국방대학교.

6) CAIV (목표비용관리): Cost as An Independent Variable.

 

 

※ 본지에 실린 내용은 집필자의 개인적 의견이며, 본 연구원의 공식적 견해가 아님을 밝힙니다.

 

 

[출처] 한국국방연구원. 주간국방논단. 제1573호(15-26) 2015년 6월 29일

 

[저자] 이창기. 한국국방연구원 국방획득연구센터

이동수. 한국국방연구원 국방획득연구센터