F-22부터 그리펜까지 전투기 최신기술보고서

 

F-22부터 그리펜까지 전투기 최신기술보고서

[도깨비뉴스]2008 .12 .15. 09:38:05

 

▲ 웨폰 베이 때문에 매우 뚱뚱해진 F-22A 전투기. 암람 미사일은 동체 하부 2개의 웨폰베이에 3발씩 6발, AIM-9X 사이드와인더는 기체 좌우측의 무장격납고에 각각 1발씩 2발을 탑재한다.

2008년 4월 23일, 스웨덴의 유일한 항공기 제작사인 사브는 노르웨이와 덴마크의 F-16 후계기로 제안하는 그리펜 NG의 시제기인 <그리펜 데모>의 공개행사를 가졌다. 이 행사와 함께 열린 세미나에 초청되어 란 제목으로 발표를 한 미국의

Defense Technology International의 편집장 Bill Sweetman은 다른 무기체계와 구별되는 전투기만의 특성과 전투기의 생존성에 대한 세 가지 다른 접근 방법에 대해서 설명했다. 지금부터 5월 12일에 소개된 국방과학연구소의 <전파흡수재료> 개발성공의 의미와 함께, <전투기의 최신기술> 및 <미래공중전 기술>에 대해 자세히 분석해보고자 한다.                           

전투기의 특성

한 나라의 공군력을 좌우하는 가장 큰 전력인 전투기는 다양한 특성을 가지고 있으며, 공군이 수행하는 대부분의 작전임무를 수행하고 있다. 현재 전투기는 설계와 운용 개념이 차이가 나며, 각 나라가 직면한 전략환경에 따라 도입한 전투기를 운용하고 있다. 현재 도입중이거나 개발중인 전투기는 기본적으로 스텔스 능력, 네트워크 작전능력, 다양한 임무 수행 등의 특징을 가지고 있다.

※ Bill Sweetman이 말한 전투기만 갖고 있는 특성은 다음과 같다.

1. 반경 1,000km 안의 어디든지 1시간 안에 갈 수 있다.

2. 임무를 수행하며 스스로를 지킬 수 있다.

3. 사람이 직접 표적을 보고 판단할 수 있다.

4. 5~10미터의 정확도로 무장을 투하/발사할 수 있다.

5. 잠수함을 제외한 모든 표적을 위협할 수 있다.

전투기는 이렇게 다목적이고 (잠수함을 제외한 모든 것을 위협할 수 있다는 것) 기동력이 있으며, 1시간 안에 반경 1,000km 안의 어디든지 갈수 있을 정도로 자율적이다. 임무를 수행하며 스스로를 지킬 수 있고, 사람이 직접 표적을 보고 판단할 수 있으며 오래 쓸 수 있다. 어떤 다른 무기체계에도 없는 이러한 특성을 가지고 있는 전투기가 전쟁터에서 살아남기 위한 생존성을 추구하는 방법은 크게 세 가지로 나뉜다.

 

▲ 최근까지 20여 차례의 비행 실험을 성공적으로 수행한 F-35 Lightning II 선행생산형 1번기. 이 전투기는 F-22A 랩터의 기술을 상당부분 적용해 개발하였으며, RCS는 F-22A 랩터가 전체적으로 0.01㎡ 인 것과 달리 기체 정면만 0.01㎡ 이고 다른 부분은 약간 높은 것으로 알려지고 있다.

첫째는 완전한 스텔스는 아니지만 레이더 반사를 최대한 줄이면서 전자전과 저공 침투 등의 전술을 함께 쓰는 것이다. 둘째는 저주파 레이더를 제외한 레이더에 대한 스텔스를 추구하는 것이며, 셋째는 수직꼬리날개가 없는 Flying Wing의 형태를 갖춰 저주파 레이더까지 포함하는 모든 레이더에 대한 스텔스를 극단까지 추구하는 것이다. 두 번째 방법은 지금으로선 미국공군만 F-22A 랩터 스텔스 전투기로 구현했고 세 번째 방법 또한 미공군이 B-2A 스피릿 스텔스 폭격기로 구현했지만, 미국해군을 포함하여 모든 다른 나라들의 공군과 해군은 첫 번째 방법에 의존하고 있다. 이에 첫 번째와 두 번째 방법에 대해서 자세히 알아보자

첫 번째 방법 - Managed signatures + EW (Gripen &c)

 

Managed signatures는 완전한 스텔스는 아니지만 레이더 반사를 최대한 줄이는 것을 말한다. 미국해군의 F/A-18E/F 수퍼 호넷, 영국, 독일, 이탈리아, 스페인의 유로파이터, 프랑스의 라팔, 스웨덴의 그리펜까지 모두 여기에 해당된다. 이 전투기들은 레이더 반사 단면적 RCS를 줄이기는 했지만 F-22A와 같은 수준까지 줄이지는 못했고, 따라서 적의 레이더에게 방해 전파를 쏘거나 가짜 표적을 만들어내는 전자전(EW)과 적의 레이더 전파가 닿지 않게 지형을 이용하는 저공 침투 등의 전술의 도움을 받아야만 한다. 전자전과 저공 침투로도 도저히 방어를 뚫을 수 없는 경우에는 멀리서 안전하게 공대지 순항 미사일을 쏜다.

◆ 레이더 블로커

구체적으로 레이더 반사를 줄인 방법을 알아보면 먼저 F/A-18E/F 수퍼 호넷은 전파를 아주 잘 반사하는 엔진의 터빈 블레이드 앞에 바람개비처럼 생긴 <레이더 블로커>라는 것을 붙여 공기 흡입구 안으로 들어온 전파가 터빈 블레이드에 반사되어 다시 밖으로 나가지 못하도록 막는다. 레이더 블로커는 앞에서 공기 흡입구 안을 들여다 봤을 때 엔진의 터빈 블레이드가 보이는 전투기들에게는 꼭 필요한 RCS 감소방법이다.

 

▲ 엔진의 터빈 블레이드가 잘 보이는 F-16의 공기 흡입구. 레이더 블로커는 공기 흡입구 안으로 들어온 전파가 터빈 블레이드에 반사되어 다시 밖으로 나가지 못하도록 막지만 기체가 스텔스기가 아니만 거의 가치가 없다.

록히드 마틴 F-35의 기술실증기였던 X-35와의 경쟁에서 진 보잉 X-32는 기수 앞에 있는 공기 흡입구를 들여다 보면 엔진의 터빈 블레이드가 잘 보였고, 때문에 반사된 전파가 밖으로 나가지 않도록 레이더 블로커를 붙였다. 록히드 마틴의 X-35/F-35와 F-22는 공기 흡입구에서 엔진까지 가는 통로를 S자 모양으로 크게 휘게 하여 공기 흡입구를 들여다 보면 엔진의 터빈 블레이드가 보이지 않는다.

 

◆ 전파흡수 재료

지난 5월 12일, 연합뉴스는 국방과학연구소가 주관하여 1999년부터 전파흡수 재료를 연구했고, 2007년 말에 이 재료를 F-4 팬텀 전투기와 전투기 축소모형에 적용하여 지상시험을 했으며, 이를 통해 양호하다는 결론을 내렸다고 보도했다. 국방과학연구소는 이 전파흡수 재료가 페인트인지 특수합금인지 밝히지 않고 있는데, 곧 F-4 전투기에 부착하고 실제 비행시험을 할 예정이다. 전파흡수 재료는 다른 말로는 Radar Absorbing Material, RAM이다.

글자 그대로 레이더 전파를 흡수하는 재료인데, 레이더 블로커와 함께 외형 설계에 스텔스가 적용되지 않은 전투기들의 RCS를 줄이는 방법 중의 하나이다. RAM은 F-15, F-16, F/A-18, 유로파이터 등 거의 모든 전투기에 부분적으로 적용이 되어있지만 아무리 많이 붙인다고 해서 F-22 수준으로 RCS가 낮아지는 것은 당연히 불가능하다.

 

▲ F-35 전투기의 스텔스 능력은 전면 RCS가 0.01㎡ 로 현대적인 전투기가 탑재한 레이더를 사용할 경우 10~20km 내외에서 탐지할 수 있다. 이 때문에 F-35는 적 전투기에 발견되지 않고 AN/APG-81 AESA 레이더를 사용해 AIM-120 암람으로 공격이 가능하며, 결국 일방적인 전투가 가능하다.

◆ 전자전 기술

전자전은 항공전의 여러 영역 중에서도 자세한 내용이 공개되지 않는 비밀스러운 영역이다. 흔히 전자전이라고 하면 적의 레이더에 방해 전파를 쏘는 <재밍>을 생각하는데, 지난 2007년 9월 6일 시리아의 원자로를 폭격했을 때는 <해킹>이라는 새로운 방법이 동원되었을 가능성이 있다. 2007년 10월 8일의 미국 Aviation Week & Space Technology 보도에 따르면, 미국의 방위산업계와 예비역 장교들은 이스라엘이 시리아의 원자로 폭격 작전에 미국의 Suter와 비슷한 네트워크 해킹 시스템을 썼을 것이라고 추측했다.

◆ 공대지 순항 미사일

RCS를 가능한 줄이고 모든 전자전 수단을 동원해도 적의 방공망을 뚫을 수 없다면, 남은 선택은 안전하게 멀리서 공대지 순항 미사일을 쏘는 방법뿐이다. 한국공군이 지난 4월에 도입이 발표된 사거리 400km급 공대지 순항미사일의 후보인 AGM-158 JASSM과 타우러스, 스톰 섀도/스칼프가 안전하게 멀리서 쏠 무기들이다.

 

▲ GBU-39 250파운드 SDB를 모두 8발 탑재할 수 있는 F-22A 전투기. 장래 랩터는 SDB와 JDAM 유도폭탄을 탑재하여 F-117이 수행하던 임무를 대체할 예정이다.

 

F-22A가 적의 방공망을 뚫고 들어가서 JDAM을 던지는 경우와 F-15K가 멀리서 JASSM을 쏘는 경우를 비교하면 F-22A의 경우는 비싼 전폭기가 싼 폭탄을 쓰는 셈이고, F-15K의 경우는 비교적 싼 전폭기가 비싼 미사일을 쏘는 셈이다. 폭탄과 미사일은 다시 쓸 수 없는 소모품인데, 일반적으로 소모품은 싼 것을 쓰는 것이 상식적이지만 플랫폼의 비용이 워낙 차이가 난다면 비교적 싼 F-15K가 비싼 JASSM을 쏘는 것이 전체적인 비용이 덜 들 수도 있을 것이다.

두 번째 방법 - Low observables(F-22, JSF)

 

전투기의 생존성을 추구하는 두 번째 방법은 미국의 F-22와 F-35 처럼 처음부터 스텔스를 고려한 외형 설계를 하고, 무장을 안에 집어넣을 수 있는 내부 웨폰 베이를 (internal weapon bay) 두는 것이다. F-22A의 경우, 공대공 무장으로는 6발의 AMRAAM과 2발의 AIM-9M이 웨폰 베이에 들어가고 공대지 무장으로는 2발의 GBU-32 1,000파운드 JDAM이 웨폰 베이에 들어간다.

◆ 웨폰베이 시스템의 한계

그러나 다른 전투기라면 동체나 날개 아래에 달릴 미사일과 폭탄을 안으로 집어넣다 보니 웨폰 베이는 스텔스 전투기를 크고 뚱뚱하게 만드는 단점이 있다. F-22A는 거의 35,000파운드에 (약 16톤) 가까운 엄청난 추력을 내는 커다란 F119 엔진을 2개를 달아 힘으로 밀어붙여 뚱뚱한 몸의 단점을 상쇄시켰다.

F-35A/B/C도 마찬가지로 웨폰 베이 때문에 상당히 뚱뚱하고, 전투기 엔진으로는 가장 추력이 큰 40,000파운드의 (약 18톤) F135 엔진을 하나 달았지만, F-22A와 달리 초음속 순항은 할 수 없다.

 

▲ F-22A와 마찬가지로 웨폰 베이 때문에 뚱뚱한 F-35A 전투기. F-35A/C는 2발의 AMRAAM과 2발의 GBU-31 2,000파운드 JDAM이 웨폰 베이에 탑재할 수 있다.

◆ 비싸지는 스텔스기

 이 모든 것은 스텔스 전투기를 매우 비싸게 만들었으며, 실제 싸게 만드는 것이 목표였던 F-35의 초기 생산 기체는 매우 비싼 기체가 될 가능성이 높다. 미국, 영국, 네덜란드, 오스트레일리아, 이탈리아, 캐나다, 터키 등의 참가국들이 비싼 초기 생산 기체를 피해서 나중에 사겠다고 미루면 미룰수록 더욱 비싸지는 악순환에 빠져있다.

◆ F-35의 부족한 공대공 미사일 숫자

 

F-35 전투기는 지금으로선 어느 경우에도 공대공 미사일은 AMRAAM 2발만 웨폰베이 안에 넣을 수 있도록 되어 있다.폭탄을 넣지 않더라도 2발뿐이다. 그래서 Bill Sweetman은 F-35 전투기 4대와 Su-30 전투기 4대가 싸울 경우에 양쪽이 가지고 있는 공대공 미사일의 숫자는 8:40이 될 수도 있고, F-35 4대가 AMRAAM 8발을 퍼부어 Su-30 3대를 잡았더라도 아직 10발의 공대공 미사일을 가진 살아남은 Su-30 전투기 1대 때문에 임무를 포기하고 도망가야만 하는 상황에 빠질 수 있을 것이라고 본다.

 

                                              ▲ Bill Sweetman의 발표 자료

AMRAAM 2발만 가진 F-35를 상대로 할 때 Su-30의 전술은 다음과 같을 것이다.

먼저 Nebo-SVU와 같은 새로운 지상 이동식 저주파 레이더가 F-35의 대략적인 위치를 파악하고 하늘에 있는 Su-30 전투기에게 알리면, Su-30은 되도록 먼 거리에서 맞든 안 맞든 장거리 공대공 미사일을 쏜다.

F -35는 미사일이 날아온다는 것을 알아채면 회피기동을 할 것이고, 이 때 아무래도 앞쪽보다는 RCS가 높을 옆쪽이 적의 레이더에 노출되거나 엄청난 열을 내는 엔진의 배기구가 적의 적외선 센서에 잡힐 수도 있다. 미사일이 날아오더라도 '내 전투기는 스텔스 전투기니까 맞지 않는다' 라고 생각하며 회피기동을 하지 않을 조종사는 아마도 없을 것이다.

날아오는 미사일을 피했더라도 F-35는 가지고 있는 AMRAAM이 2발뿐이어서 1발만 쏘면 살상율이 떨어져 Su-30이 살아남을 가능성이 있다. 살상율을 높이기 위해 2발을 모두 쏘면 또 다른 적이 나타났을 때 쏠 AMRAAM이 없게 되는 딜레마에 빠진다. 물론, F-35의 제작사 록히드 마틴은 F-35가 폭탄을 싣지 않을 경우 웨폰 베이에 AMRAAM을 6발까지 넣을 수 있게 할 수 있다고 말하지만, 미공군이 간절히 원하는 F-22의 추가 생산 노력에 방해가 되지 않기 위해서 별다른 움직임을 보이지 않고 있다.

 

           ▲ 미공군은 F-22A 전투기 도입을 위하여 F-35 라이트닝Ⅱ 성능을 제한하고 있다.

◆ 네트워킹의 어려움

 F-22와 F-35는 잠수함과 공통점이 하나 있는데, 그것은 네트워킹이 어렵다는 것이다. 적에게 탐지되지 않으려면 전파/음파를 아예 내지 않는 것이 가장 좋지만, 이렇게 되면 통신은 포기한 것이나 마찬가지이다. 물론 가만히 듣기만 할 수는 있지만 자신이 보고 들은 것을 알릴 수가 없다. 해군에서 링크-11 데이터링크는 1960년대부터 수상전투함에 적용되었지만 잠수함에는 아직도 없고, 링크-16 데이터링크를 쓰는 잠수함 또한 존재하지 않는다.

전파를 흡수해버리는 물이라는 매질의 특성은 변하지 않으니 잠수함이 링크-16 데이터링크를 쓰려면 물 위로 안테나를 내놓고 다녀야만 한다. 물속에서 음파로 통신할 수는 있지만 주고받을 수 있는 정보의 양은 문자 메시지 수준이고, 동영상은 꿈도 꿀 수 없다. 지금 실전 배치되어있는 미국공군 F-22A가 다른 F-22A가 아닌 다른 전투기나 조기경보기와 통신할 수 있는 방법은 무전기에 대고 말하는 것뿐이다. 앞으로 F-22와 F-35가 쓸 수 있는 데이터링크 개발에 많은 투자가 있을 것이지만 실현은 결코 쉽지 않을 것이다.

◆ 그리펜의 네트워킹 전투기술

반면, 그리펜처럼 스텔스가 아닌 전투기는 데이터링크를 쓰는데 별 어려움이 없다. 스텔스가 아닌 전투기의 기체에 통신 안테나 다는 것은 RCS에 큰 영향이 없지만, F-22나 F-35에 통신 안테나를 하나 더 달려면, 이 안테나 하나 때문에 RCS가 크게 늘어나지는 않는지 세심한 주의가 필요하다. 그리펜은 영화 쥬라기 공원에 나오는 작은 육식공룡 벨로시랩터처럼 서로 힘을 합쳐 먹이를 사냥하는 전술을 개발했고 2006년 미국 알래스카에서 열린 레드 플래그 훈련에서 그 전술을 선보여 <벨로시랩터 전투기>라는 별명을 얻었다.

 

▲ 시범비행중인 그리펜 NG는 기존 그리펜에 비해 동체 크기는 거의 변화가 없지만 레이더 등 각종 항공전자 장비, 랜딩기어 등을 모두 신형으로 교체하였고, 무장 및 연료 탑재량, 항속거리 등이 늘어났으며, 3500여개의 새 부품이 들어갔다고 사브사측은 밝혔다.

이 훈련에서 4대의 그리펜은 앞서 가는 2대가 서로 40km나 떨어져 있고, 따라오는 2대는 50~60km 뒤에 있는 다른 어느 공군에서도 찾아볼 수 없는 box형 편대를 선보였다. 앞의 2대 중에서 1대만 레이더를 켜고 표적을 찾아 그 정보를 레이더를 켜지 않은 다른 1대에게 보냈고, 이 1대는 레이더를 켜지 않은 채로 AMRAAM을 쏘고는 뒤로 빠졌다. 이어서 뒤에 오는 2대 중의 1대가 표적을 추적하면서 멀리 앞에서 날아가는 AMRAAM에게 중간유도지령을 보냈다.

정리하면, 앞에 가는 그리펜 1호기는 레이더를 켜서 표적 찾아 정보를 2호기에게 넘긴 다음 도망가고, 앞에 가는 그리펜 2호기는 레이더를 끈 채로 1호기로부터 넘겨받은 표적에 AMRAAM을 쏘자마자 도망가고, 뒤에 오는 그리펜 3호기 또는 4호기가 1호기로부터 넘겨 받은 표적을 추적하고 2호기가 쏜 미사일에게 중간유도지령을 보낸 것이다. 이 때 그리펜만의 독특한 전술을 처음 본 미국공군은 이들이 무엇을 하고 있는지 감을 잡지 못했다고 한다.

정리하며...

지금까지 전투기의 생존성을 추구하는 두 가지 방법에 대해서 알아봤다. 스텔스 전투기와 스텔스가 아닌 전투기는 상당한 가격 차이가 나고, 네트워킹이나 다용도성에서 서로 장단점이 있다. 모든 임무에 최적화된 전투기란 존재하지 않는다. 각자 상황에 맞는 전투기를 개발/도입하는 현명함이 필요하다.

기사제공= 월간 밀리터리 리뷰 /  백선호