5세대 스텔스 전투기는 과연 무적일까? 레이더에 잘 탐지되지 않고 뛰어난 전자전 및 네트워크전 능력을 갖춘 F-35의 경우 2016년 모의 훈련에서 F-15E에게 8:0이라는 압도적인 전력 차를 보여줬다는 해외 외신도 있을 정도이니 5세대 스텔스 전투기는 확실히 두려움과 선망의 대상이 될만하다는 생각이 듭니다.
하지만 예전부터 제 마음속에 자리잡고 있는 사라지지 않는 의문 하나가 있었습니다. 그것은 바로 그렇게 압도적인 능력을 자랑하는 F-35를 미국은 무려 800대 가까이 해외로 수출하려 하고 있다는 사실입니다. 미국이나 러시아 같은 항공 선진국들이 4세대 전투기를 해외에 판매할 때도 자국에서 사용하는 기종보다 성능이 떨어지도록 다운그레이드 시킨 기종을 판매해 왔다는 것은 주지의 사실입니다.
현대전에서 매우 중요한 제공권 장악을 위해 중요한 공중 우세기는 해외에 판매할 수도 없고 판매하지도 않았었습니다. 그런데 비록 매우 깐깐하고 치사하기까지 한 보안 절차를 정해 놓고 있기는 하지만 미국은 F-35를 꽤 많은 수의 동맹국들에게 아낌없이 판매를 하고 있습니다. 도대체 그 이유는 무엇일까요?
정말 동맹국들을 신뢰하기 때문에 아낌없이 판매하는 것일까요? 아니면 만에 하나 동맹국의 F-35가 미국에 대항하여 쓰인다고 하더라도 이미 그에 대한 대비책이 준비되어 있기 때문에 걱정 없이 판매하는 것일까요?
상식적으로 생각해 봐도 미국이 아무런 대책 없이 어렵게 개발한 F-35를 해외에 판매할 리가 없습니다. 이런 사실은 미국이 F-22는 절대 해외에 판매하지 않는다는 정책에 비추어 보면 더욱 명확해 집니다. 즉, F-22급 스텔스 전투기에 대한 적절한 대응책은 아직 미국도 마련하지 못했기 때문에 F-22를 해외에 판매하지 않지만 F-35급에 대한 대응책은 준비가 되었다는 뜻일 가능성이 높다는 이야기입니다. 만약 F-22를 압도할 수 있는 차기 공중 우세기가 미국에서 개발된다면 그 때 비로소 F-22의 해외 판매 이야기가 나올 수 있을 것입니다. 미국은 결코 제공권을 포기하지 않을 테니까요.
그래서 항간에는 5세대 스텔스 전투기 F-35를 4세대 혹은 4.5세대 전투기로 잡을 수 있느냐 없느냐에 대한 흥미로운 담화들이 존재합니다. 실제로 미국은 반년 마다 실시하는 모의 공중전인 Red Flag 훈련에 항상 스텔스 전투기를 참여시켜 비 스텔스 전투기 조종사들에게 스텔스 전투기를 어떻게 상대할 것인가에 대한 훈련을 시키고 있다고 미국의 국방 전문매체 War-is-boring 지는 알려주고 있습니다.
게다가 유로파이터 타이푼이나 프랑스의 라팔 등이 F-22와 합동 훈련을 하면서 F-22를 여러 번 포착했다는 사실도 알려지고 있는데요. 심지어 미 해군의 전자전기인 Growler와 독일 공군의 유로파이터 타이푼은 F-22 킬 마크(Kill-mark)까지 기체에 붙여놓고 있기도 합니다. 물론 실제 격추는 아니고 훈련 상황에서의 가상 격추이기는 하지만 말입니다.
이에 관한 이야기를 앞으로 몇 부에 걸쳐서 해볼까 합니다. 제일 먼저 소개해 드릴 기사는 미 국방전문매체 War-is-boring에 소개된 “The Pentagon Has Figured Out How to Hunt Enemy Stealth Fighters (펜타곤은 적의 스텔스 전투기와 어떻게 싸워야 할지를 이미 알고 있다)”라는 제목의 기사입니다.
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2014년 2월 11일, 미 해군의 F/A-18F 슈퍼호넷 전투기가 기체 하부 연료탱크에 새로운 적외선 센서를 장착하고 첫 비행을 시작했다. 그리고 War is Boring지에 다양한 기사를 기고하고 있는 저널리스트 데이비드 센시오티(David Cenciotti) 또한 1년 전 봄 무렵 네바다의 한 모의 훈련에 참가한 미 공군 F-16의 공기 흡입구에 장착되어 있는 동일한 적외선 센서를 발견했다. 비슷한 시기에, 공군 주(州) 방위군(Air National Guard)은 F-15C에 장착된 스나이퍼 적외선 타겟팅 포드의 공대공 전투 시험을 마무리했다.
해군과 공군이 운용하는 전투기에 다양한 신형 적외선 탐지장치가 동시에 나타난 것은 결코 우연이 아니다. 이는 명백하게 미국, 러시아, 중국이 만든 레이더에 탐지되지 않는 스텔스 전투기들이 관련될지도 모르는 최초의 스텔스 공중전을 대비한 미 국방부의 준비 과정으로 보인다.
일본, 대한민국 그리고 인도도 스텔스 전투기에 공을 들이고 있다. 특별한 외부 디자인과 특수 코팅 덕분에 레이더 탐지를 피할 수 있는 새로운 전투기의 확산은 미국을 포함한 다른 나라들로 하여금 스텔스 능력을 갖춘 적의 전투기를 탐지할 수 있는 새로운 방법을 찾도록 강요하고 있다.
그 결과가 바로 적외선이다. 전투기에 장착되는 열 감지 센서는 사실 새로운 것은 아니다. 러시아인들은 수십 년 동안 열 감지 센서를 사용해 왔다. 그러나 전투기의 열을 감지하는 이 적외선 센서들은 오늘날 스텔스 전투기가 지배하는 공중전 시대에서 그 중요성이 오히려 더 커지고 있다.
레이더 스텔스(Radar stealth)만이 능사가 아니다?
레이더 탐지를 회피하는 레이더 스텔스 테크놀로지의 시작은 1960년대로 거슬러 올라가며 항공 기준으로 볼 때 상당히 오래된 기술이다. 엔지니어들은 레이더와 수직 방향으로 위치한 면이나 아니면 아예 평평하게 만들어진 면에서 레이더가 가장 많이 반사된다는 사실을 알고 있었다. 따라서 레이더 반사를 최소화 시키기 위해 조심스럽게 기체를 제작했다.
(한 여름에 뜨거운 햇빛이 비치고 있는 철판을 상상해 보시면 이해가 쉬우실 겁니다. 평평하거나 각진 부분이 많은 철판일수록 태양빛을 반사해서 눈이 부신 부분이 많아질 수 밖에 없지만 둥글둥글하거나 완만한 각도로 만들어진 철판일수록 눈이 부신 부분들이 작아지지요. 레이더도 같은 원리로 반사됩니다. 역주)
동시에 일부 물질들은 레이더 에너지를 반사하는 대신 흡수할 수도 있다. 이러한 물질들을 전투기의 외부 표면에 도포하면 반사되는 레이더 신호의 강도를 현저하게 감소시킬 수 있게 된다.
그러나 레이더 신호의 반사를 회피하는 스텔스 기술에 비해 전투기에서 방출되는 열 신호를 감추는 것은 실제로 구현하기가 훨씬 더 어려운 기술이다. 제트 연료를 연소시켜 추진력을 얻고 공중을 빠르게 기동하는 과정에서 전투기는 어쩔 수 없이 엄청난 양의 열을 발생시켜야만 한다. 한가지 극단적인 예를 들어보자면 마하 3으로 비행했던 SR-71 정찰기의 전면부에서는 고속 비행 중에 섭씨 467도라는 높은 온도가 발생한 기록이 있을 정도였다.
몇몇 전투기들은 열을 제거하기보다는 열을 분리하려고 시도하는 설계 사상을 지니고 있다. 예를 들어, A-10 탱크 킬러는 비행기 동체 위 꼬리 날개 사이에 엔진을 위치시켜 지상에 있는 적군 대공 미사일의 시야를 차단한다. 비록 그 효과는 크지 않더라고 하더라도 말이다.
미국의 스텔스 전투기인 B-2 폭격기와 F-22 및 F-35 전투기는 외부 표면의 온도를 최대한 낮게 유지하기 위해 내부에 탑재된 연료를 냉각제로 활용하는 것으로 알려져 있다. 이들의 연료 시스템은 여분의 열을 빨아들일 뿐만 아니라 흡수한 열을 사용하여 연료의 효율성을 높인다.
그러나 항공 연료를 냉각제로 사용한다는 아이디어는 설계와 관리상의 어려움과 직결된다. 비행 시간이 길어질수록 많은 연료를 소모하게 되고 연료가 줄어든다는 것은 곧 내부적으로 열을 흡수할 수 있는 냉각제가 줄어든다는 뜻이 되기 때문이다. 따라서 어쩔 수 없이 많은 양의 열 에너지를 배기관을 통해 방출해야 하고 그 순간부터 적외선 센서에 쉽게 감지될 수 있다.
새로운 눈 (New eyes)
다시 말해 심지어 스텔스 전투기라고 해도 방출되는 열까지 숨길 수는 없다는 뜻이다. 특히 레이더 탐지 회피에 최적화된 스텔스 비행기일수록 더욱 그러하다. 스텔스 전투기 분야에서 상대적으로 후발국에 속하는 러시아와 중국은 스텔스 전투기에서 방출되는 적외선 억제 문제에서 미국보다 뒤쳐질 가능성이 높다.
그래서 미 해군과 공군은 많은 전투기에 적외선 탐지 센서를 추가하고 있다. 미 해군은 록히드 마틴의 적외선 탐지 및 추적 시스템(IRST)를 보잉 F/A-18F에 장착하고 시험 비행하기 시작했다. 적외선 센서를 500대쯤 되는 슈퍼 호넷에 모두 추가 장착하는 데는 최대 5억 달러, 한화 6,100억 정도의 비용이 들 수 있다.
록히드 마틴은 이날 발표에서 "적외선 탐지 및 추적장치(IRST)는 장거리에서 사용할 수 있는 수동 센서로써 적외선 탐지 및 추적 기술을 활용해 공중전에서의 위협을 탐지하고 이들 표적을 공격할 수 있는 추적 솔루션을 제공하는 시스템"이라고 설명했다.
적외선 탐색 및 추적 센서(IRST)는 수동적이라는 추가적인 장점이 있다. 말하자면 일체의 에너지를 방출하지 않고 오로지 수신만 한다. 따라서 IRST를 탑재한 전투기는 자신의 위치를 적에게 노출시키지 않으면서 목표물을 포착할 수 있다. 심지어 적외선 탐색 및 추적 장치는 전자전을 통해 적이 레이더를 교란시킬 때에도 작동한다.
그리고 만약 조종사가 레이더를 켜두는 쪽을 선호한다면, IRST를 이용하여 서로 근접해서 날아가고 있는 두 대의 적기를 구분할 수도 있다. 록히드에 따르면 적외선 탐지 및 추적장치(IRST)는 공중 위협을 탐지할 수 있을 뿐만 아니라 먼 거리에서 형성되고 있는 위협 상황에 대한 인식 수준을 높일 수 있어 레이더에 비해 크게 향상된 다중 표적 해상도를 제공해 줄 수 있다.
미 해군에서 F/A-18을 관리하고 있는 프랭크 몰리(Frank Morley) 대령은 "IRST는 슈퍼호넷이 공대공 작전을 수행하는 방식을 변화시킬 것이며 그 어떤 위협이 존재하는 환경에서라도 하늘을 지배할 수 있게 해줄 것"이라고 말했다.
록히드 마틴이 만든 신형 적외선 센서는 사실 새로 만들었다기 보다는 1990년대 초 도입되었다가 2006년 퇴역한 해군의 F-14D에 장착되어 있던 훨씬 오래된 AN/AAS-42 센서를 개량한 것이다. F-14는 적외선 센서를 기수 밑에 장착하고 있었다. 미국 및 미국의 동맹국가들에 의해 운용되고 있는 광범위한 전투기들에게 IRST를 추가적으로 장착하는 작업은 결코 쉬운 일이 아니다. 따라서 록히드 마틴은 이 작업을 보다 원활하게 만들기 위해 많은 부가 장치들을 제공하고 있다. 슈퍼 호넷은 변형된 400갤런 드롭 탱크의 앞쪽 끝에 적외선 센서를 연결하고 F-16의 IRST는 공기 흡입구에 맞춰 제작된 파일런에 부착된다.
2013년 3월 네바다 주 넬리스(Nellis) 공군기지에서 반년마다 열리는 Red Flag 모의 훈련에서 적기 역할을 맡고 있는 공군 제64 공격 편대 소속 F-16에 적외선 탐지 및 추적 장치(IRST)가 장착되어 있는 모습이 예리한 관찰력을 지닌 센시오티(Cenciotti) 기자에게 포착되었다.
F-22와 B-2 스텔스 폭격기는 Red Flag 훈련에 거의 빠지지 않고 참여하는 것이 일반적이기 때문에 적기 역할을 하는 제64 공격 편대의 F-16은 F-22와 B-2 스텔스 폭격기들을 찾아낼 수 있어야만 한다. 즉, Red Flag 모의 훈련은 스텔스 전투기 조종사들에게 방어 전술을 훈련시키는 것뿐만 아니라, 앞으로 머지 않은 시간 안에 러시아, 중국, 그리고 다른 나라들이 만든 스텔스 전투기들과 조우하게 될 미국의 전투기 조종사들을 준비시키는 목적도 가지고 있는 것이다.
이런 점에서는 오히려 미국의 공군 주 방위군(Air National Guard)은 미 공군을 앞서 나가고 있다. 공군 주 방위군은 그들이 보유하고 있는 약 130대의 보잉 F-15C 전투기 중 한 대에 록히드 마틴이 만든 스나이퍼 타겟팅 포드를 장착하여 테스트하기 시작했다. 보통 지상 목표물을 포착하기 위해 사용되는 스나이퍼 타겟팅 포드는 적외선 탐지 및 추적장치(IRST)와 동일한 기술을 상당 부분 포함하고 있으며 공대공 추적 능력도 상당히 뛰어나다고 록히드 마틴의 스나이퍼 타겟팅 포드 관리 책임자인 존 서터(Jon Sutter)는 말했다.
공군 주 방위군의 이러한 2년간의 적외선 센서 테스트는 야간 동안 수상쩍은 항공기들의 움직임을 감시할 수 있는 능력을 향상시키기 위한 것이었지만 적외선 탐지 및 추적 장치는 스텔스기에도 그 효과가 있다는 사실이 밝혀졌다. 보도에 따르면 Northrop Grumman의 새로운 ATP-SE 버전의 Litening pod도 역시 비슷한 능력을 가지고 있다고 한다.
적외선을 사용하는 이러한 타겟팅 포드의 스텔스 탐지 기술은 왜 현역 미 공군이 약 100대의 F-15에 계획되어 있었던 록히드 마틴의 IRST 설치를 취소했는지 이해하는데 큰 도움이 될 것이다. 3억 달러 한화 3,500억이 넘는 비용이 들 수도 있는 업그레이드이지만 서로 기능이 겹치는 타겟팅 포드와 IRST를 중복해서 설치할 필요는 없기 때문이다. 비록 미 공군이 스나이퍼 타겟팅 포드를 장착하고 있는 록히드 F-16에 왜 IRST를 추가로 장착했는가에 대한 의문이 제기되기는 하지만 말이다.
아이러니하게도, 타겟팅 포드로 IRST를 대신할 수 있다는 가능성을 보여준 공군 주 방위군은 2015년부터 록히드의 신형 적외선 센서를 그들의 F-15에 장착하려는 노력을 되살리고 있다.
(서로 상반되는 주장을 하는 여러 기사를 이미 읽어본 제 입장에서 지적하고 싶은 부분은 지상 목표물 획득을 위해 개발된 타겟팅 포드와 공중 목표물 획득을 위해 개발된 IRST가 공통된 적외선 센서 기술을 기반으로 하고 있다고는 하지만 최근에 개발된 IRST들은 타겟팅 포드보다 적외선 센서의 성능이 탁월하게 뛰어나다는 차이점이 있습니다. 유로 파이터 타이푼의 IRST나 미국의 F-15에 새로이 장착되고 있는 록히드 마틴의 Legion Pod는 양자우물형 적외선 검출기 QWIP라고 불리는 초고감도 열상센서를 사용하고 있어 탐지 능력이 기존의 타겟팅 포드와 비교되지 않을 정도로 높아졌습니다. 미국의 공군 주 방위군들도 새로운 적외선 센서의 능력을 알게 되었다면 자신들이 보유한 F-15에 장착하려 애를 쓴 현상이 나타난 것도 아이러니 하다기보다는 자연스러운 현상으로 볼 수 있고 F-16에 IRST가 추가 장착된 이유도 이해할 수 있습니다. 하지만 당시 기자는 이러한 내막을 알지 못했을 가능성이 다분합니다. 역주)
계획상의 난맥들은 있지만 상황을 살펴보면 경향은 분명하다. 더 많은 미국의 제트 전투기들이 적외선 센서를 장착하고 있다는 것이다. 그리고 이것은 가까운 미래에 중국과 러시아에서 만든 스텔스 전투기들과 싸우는데 큰 도움이 되어 줄 것이 분명하다.
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지금까지 미 국방전문매체 War-is-boring에 소개된 “The Pentagon Has Figured Out How to Hunt Enemy Stealth Fighters (펜타곤은 적의 스텔스 전투기와 어떻게 싸워야 할지를 이미 알고 있다)”라는 제목의 기사를 번역해 보았습니다.
이 기사가 쓰여졌을 당시의 적외선 탐지 및 추적장치 IRST와 2020년 현재 유로파이터 타이푼이나 미국의 F-15C에 장착되고 있는 IRST 사이에는 많은 기술적 차이가 존재합니다. 즉, 2016년 이전의 적외선 탐지 및 추적장치들은 같은 적외선 기술을 사용하는 타겟팅 포드와 기술적으로는 큰 차이가 없었다는 뜻입니다. 그래서 이 기사가 나온 후 얼마 되지 않아 미국의 유명 경제전문지 Business Insider에서 이에 대한 반박 기사가 실리게 됩니다. 적외선 센서의 열 이미지로는 F-22와 F-35를 결코 막지 못한다는 내용의 반박 기사였습니다.
자세한 내용은 다음 포스팅을 통해서 알려드리게 되겠지만 이 반박 기사에는 적외선 이미지를 사용하는 IRST가 스텔스 전투기를 탐지하는데 있어 문제가 되는 사항들이 지적되어 있습니다. 그 지적도 분명히 일리가 있는 지적이었습니다. 하지만 문제는 2017년을 넘어서면서 고성능 신형 적외선 센서를 탑재한 IRST들이 등장하게 된다는 사실입니다.
적외선 센서 이외에도 스텔스 전투기를 탐지하기 위한 기술과 전술은 꾸준히 연구되고 있습니다. 예를 들면 보통 스텔스 전투기들이 2~4GHz의 대역을 사용하는 S밴드와 8~12GHz 대역을 사용하는 X밴드 레이더를 회피하도록 개발되어 있는데 기술로 따지자면 구형이라고 할 수 있는 UHF 밴드 대역 레이더에는 오히려 취약하다는 점에 주안점을 두고 개발되는 레이더들도 있습니다.
따라서 이 부분에 대한 해외 외신들과 제가 공부한 자료들을 잘 믹스해서 시청자 여러분들께서 이해하시기 쉽고 재미있게 접근할 수 있는 영상들을 시리즈로 만들어 볼까 생각하고 있습니다. 물론 한 가지 이야기만 하다 보면 지루할 수도 있기 때문에 중간에 다른 이야기들을 다룰 수도 있겠지만요.
The Pentagon Has Figured Out How to Hunt Enemy Stealth Fighters
Infrared sensors popping up on more and more U.S. warplanes
medium.com
이 포스팅을 유튜브 영상으로 보고 싶다면? https://youtu.be/VW6s2TTiSxQ
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