北 미사일 탐지·추적·요격의 '눈', 레이더 기술 어디까지 왔나[김관용의 軍界一學]

[이데일리 김관용 기자] 우리 군은 북한의 핵·미사일 위협에 대응하기 위한 전력으로 ‘한국형 3축 체계’(3K)를 구축하고 있습니다. △도발 징후를 사전에 포착해 발사 전에 제거하는 선제타격체계, 즉 ‘킬체인’(Kill chain)과 △북한 미사일과 장사정포를 탐지해 요격하는 한국형 미사일방어체계(KAMD) △특수전 능력과 고위력·초정밀·장거리 미사일을 통해 전쟁 지도부 등에 대한 대량응징보복(KMPR) 체계입니다.

이중 KAMD 개념은 여러 고도에서 다양한 미사일로 요격 성공률을 높이는 수직·수평적 다층 미사일 방어체계입니다. 수직적 체계는 고고도·중고도·저고도에서 요격 한다는 것이고, 수평적 체계는 비슷한 고도의 여러 요격체계를 운용한다는 것입니다.

현재 우리 군은 미군의 사드(THAAD)를 통해 고고도 미사일 방어체계를 구축했고, 국산 장거리지대공유도무기(L-SAM)를 전력화 해 사드 보다 낮은 고도를 방어한다는 구상입니다. L-SAM은 2024년까지 개발을 완료할 예정으로 2025년 양산을 시작해 우리 군에 배치됩니다.

중고도에서는 국산 중거리 지대공 유도무기(M-SAM·천궁)-Ⅱ와 미 패트리엇 체계를 운용합니다. 이에 더해 개량형 패트리엇 체계도 도입했는데, 이는 M-SAM-Ⅱ와 L-SAM 요격 고도 중간을 방어하는 무기체계 입니다.

KAMD 촘촘히…요격 성공률 높인다

우리 군은 수직·수평적 방어체계를 조금 더 촘촘히 하기 위해 M-SAM-Ⅲ와 L-SAM-II 사업도 시작했습니다. 우선 M-SAM-Ⅲ는 요격 가능한 탄도탄 속도가 마하 5 수준인 기존 M-SAM-Ⅱ 보다 더 우수하고, 탐지거리 300㎞ 이상·탐지고도 30㎞ 이상 성능을 목표로 하는 것으로 알려져있습니다. 동시 교전 능력 역시 기존 M-SAM-Ⅱ 보다 개선될 예정입니다. 올후부터 2034년까지 총 2조8300억원이 투입되는 사업입니다.

중거리 지대공 유도무기(M-SAM·천궁)-Ⅱ 다기능레이더 (출처=한화시스템)

이와 함께 L-SAM-II는 요격고도와 사거리가 사드 수준까지 향상된 성능을 목표로 하고 있습니다. 사드의 요격 가능 고도는 40~150㎞, 사거리는 200㎞로 알려져 있습니다. L-SAM-II 개발에 성공해 전력화 될 경우 기존 L-SAM 대비 약 3배 크기의 방어 범위를 제공할 것으로 보입니다.

L-SAM-II는 이같은 고고도 요격 유도탄 뿐만 아니라, ‘공력비행’ 미사일을 장거리에서 요격하는 활공 단계 요격 유도탄을 함께 운용합니다. 북한은 현재 대기권에 재진입한 뒤 마지막 단계에서 표적까지 저고도로 미끄러지듯 비행하는 활공 미사일을 개발하고 있습니다.

기존 탄도미사일의 포물선 하강 궤적과 달리 마하 5가 넘는 속도로 활공할 경우 기존 요격체계로는 대응이 어려울 수 있습니다. L-SAM-II는 이에 대비한 활공 단계 요격 유도탄으로, 개발에 성공할 경우 세계 최초입니다. 이같은 L-SAM-II 사업에는 2024~2035년까지 총 2조71000억원이 투입됩니다.

이들 공군 자산 뿐만 아니라 해군도 해상 기반 3축 체계 구축의 일환으로 정조대왕급 이지스구축함에서 탄도미사일 요격이 가능한 SM-6 미사일을 운용합니다. 이에 더해 한국형 차기 구축함(KDDX)에는 국산 L-SAM을 해상 기반으로 개조·개발한 탄도미사일 요격 체계를 구축할 예정입니다. 이같은 구상이 성공하면 우리 군은 여러 번의 요격 시도로 방어 성공율을 높일 수 있습니다.

L-SAM 부터 AESA로 다기능레이더 구축

미사일 방어체계를 위한 포대는 요격 미사일과 발사대, 레이더, 교전통제소로 구성됩니다. 이들 장비는 상급 부대의 중앙방공통제소(MCRC)와 탄도탄 작전통제소(KTMO-Cell)와 연동됩니다. 모든 장비와 체계가 다 중요하지만, 탄도미사일 요격을 위한 ‘눈’ 역할을 하는 레이더는 핵심 입니다. 레이더는 전파를 발사해 물체를 감지하고 물체에서 반사되는 신호를 통해 거리·방향·속도 등의 데이터를 얻는 장비입니다.

중거리 지대공 유도무기(M-SAM·천궁)-Ⅱ 개념도 (출처=LIG넥스원)

과거 기계식 레이더 시절에는 탐지와 추적 기술이 분리돼 중고도 탐지레이더·저고도 탐지레이더·추적레이더·피아식별 레이더 등을 각각 운용했습니다. 하지만 지금은 이들 기능을 하나의 체계로 통합한 다기능레이더(MFR) 시대입니다. 전파의 위상(Phase)을 전자적으로 제어하는 위상배열안테나 기술을 적용해 전자적 빔 조향으로 원하는 위치로 전파를 방사하고, 이를 빠르게 처리하도록 한 것입니다. 이에 따라 다표적 탐지·추적, 피아식별, 영역탐지, 유도탄 유도, 요격 확인 등의 기능과 임무를 동시에 수행할 수 있습니다. 국내 기술로 개발한 M-SAM 역시 다기능레이더를 기반으로 합니다.

특히 L-SAM의 다기능 레이더의 경우 기존 M-SAM 레이더의 탐지·추적 알고리즘을 고도화 했습니다. 탄도탄 탐색 영역과 탐지·추적 숫자도 늘렸습니다. 전자전 대응능력과 피아식별 능력도 향상된 것으로 전해졌습니다. 수동형 전자주사식 위상배열 레이더를 사용하는 M-SAM과는 다르게 능동형 전자주사식 위상배열 레이더(AESA)를 적용했기 때문입니다.

또 우리 군은 장사정포 요격체계 도입도 추진하고 있는데, 국방과학연구소(ADD) 주관으로 개발하고 있는 장사정포 요격체계용 레이더 역시 AESA 기술을 사용해 다수의 표적을 동시에 탐지·추적하는 능력을 보유합니다. 이에 더해 다발로 무리지어 날아오는 장사정포를 실시간으로 탐지·추적·요격해야 하기 때문에 기존 보다 진일보한 레이더 기술이 필요합니다. 장사정포 요격체계 다기능레이다는 서로 떨어져 있는 두 물체를 구별 할 수 있는 능력인 ‘분해능’을 향상시켜 수백발의 장사정포를 구분할 수 있도록 개발이 진행되고 있습니다.

레이더 기술은 가변형 기술(scalable radar)로 진화했습니다. 레이더 안테나의 송수신 블록(TRB)을 묶은 송수신 어셈블리(TRA)의 숫자를 늘리거나 줄여 다양한 플랫폼에 적용할 수 있도록 하는 것입니다. 이에 더해 향후에는 소프트웨를 통해 하나의 레이더로 모든 표적에 대응하는 형태로 발전할 것으로 보입니다. 이른바 ‘소프트웨어 정의 레이더’(SDR) 기술입니다. 하나의 레이더에서 소프트웨어를 통해 로켓·곡사포·박격포(C-RAM)에 대한 위협 뿐만 아니라 무인기를 포함한 항공기나 각종 미사일에 대응할 수 있도록 하는 것입니다.

소프트웨어 정의 레이더(SW Defined Radar) 개념도 (출처=한화시스템)