국방과학기술 대제전 최신기술!

솔탑이 공개한 초소형 신호정보 수집위성 시제품입니다. 넓은 주파수 대역의 신호정보를 수집함과 동시에 중량을 줄이고자 몰리브덴 섬유로 제작된 망사형 안테나를 장착하고 있습니다.

국방과학기술 대제전을 통해 방위사업청과 국방기술진흥연구소 등에서 발주한 다양한 최신 기술이 전시됨과 동시에, 화생방 보호의-Ⅱ 사업에 대응한 다양한 화생방 보호기술이 소개되었습니다.

전시된 수많은 기술 중에 혁신성이 높은 한국형 ELINT 정찰위성, 통신용 다중빔 능동위상배열안테나 외에, 화생방 보호의 사업 등의 핵심기술을 선정해 밀리터리 리뷰 이지 2310호를 통해 자세히 분석해 보았습니다.

한국형 신호정보 수집위성

솔탑은 미래도전국방기술 연구개발 사업 예산을 활용해 개발 중인 ‘초소형 위성에 탑재를 위한 신호정보수집체계 기술개발’을 소개하였습니다. 본 사업의 목표는 중량 XXXkg 이하의 초소형 신호정보 수집위성을 사용해 레이더 및 통신정보 신호를 획득하는 사업으로써, 한국의 신호정보 수집부대인 777부대의 발주에 따라 개발사업이 진행 중입니다.

사업의 궁극적 목표는 XXXkm 고도에서 X개씩 군집을 이루어 작동하는 X개의 정찰 위성군을 배치함으로써, 777부대가 원하는 북한 및 주변국에 대한 신호정보 수집능력을 확보하는 것입니다.

위는 지구 정지궤도에서 운용되는 미국의 Mentor-4 신호정보 수집위성이고, 아래는 미국 Hawk 360사가 개발한 Hawk 시리즈 초소형 신호정보 수집위성입니다.

◆ 신호정보 수집위성의 등장

냉전시기, 미국과 구소련은 이미 1960년대부터 우주에 대형 안테나를 장착한 신호정보 수집위성을 올려 상대국의 통신과 레이더 등의 전파정보를 수집하기 시작하였습니다. 이어서 1970년대가 넘어가면 지구에서 35,800km 떨어진 정지궤도에 대형 안테나를 장착한 ELINT(Electronic signals intelligence, 신호정보 수집) 위성을 올려 365일 내내 지속적으로 상대국의 전파정보를 수집할 수 있게 되었습니다.

미국이 운용중인 ELINT 위성 개념도입니다. 대형 안테나를 통해 핸드폰부터 시작해 군사용 레이더까지의 모든 정보를 수집할 수 있습니다.

2000년대 이전까지, ELINT 위성을 운용 중인 국가는 공식적으로 미국과 러시아로 한정되었고, 중국이 외부에 공개하지 않았지만, 2010년대 이후부터 ELINT 위성을 운용 중인 것으로 알려지고 있습니다.

이렇게 신호정보 수집위성은 초강대국의 전유물이었지만, 2000년대에 초소형 위성기술이 등장함에 따라, 중간급 강대국들도 위성을 활용한 신호정보 수집 및 위치 추적이 가능하게 되었습니다. 먼저, 초강대국의 신호정보 수집위성 운용현황에 대해 자세히 분석해 보았습니다.

흥미로운 사실은 대형 신호정보 수집위성을 개발해 35,800km의 지구 정지궤도까지 발사하는 데는 막대한 비용이 필요해 지금까지는 초강대국의 전유물이었지만, 현재는 초소형 위성을 사용해 신호정보를 수집할 수 있는 기술이 등장했다는 점입니다.

SAR(합성개구레이더) 정찰위성과 신호정보수집 위성의 정찰능력을 비교한 것입니다.

초소형 신호정보 수집위성

대표적으로 2018년에 미국의 민간 업체인 Hawk 360사가 발사한 Hawk 시리즈 초소형 신호정보 수집위성은 광대역 안테나를 장착해 VHF밴드 대역에서 S밴드(2~4GHz) 대역까지 탐지할 수 있습니다.

핵심 임무는 50톤 이상의 선박에 의무적으로 장착되는 AIS(Automatic Identification System : 선박자동식별장치)가 방출하는 신호정보, 즉 선박의 종류와 위치, 침로 등의 관련 정보를 수집합니다. 이를 활용해 선박의 위치와 통행량 정보를 조사함과 동시에, 위험 항로의 선박에게 다양한 안전정보를 제공하는 임무 등을 수행하고 있습니다.

Hawk 360사는 우크라이나·러시아 전쟁이 일어나자, 우크라이나 정부에게 Hawk 위성이 탐지해 낸 러시아군의 GPS 재밍장치 위치를 제공한 사례도 알려지고 있습니다.

Hawk 위성의 가치가 확인됨에 따라, 미국, 프랑스, 캐나다, 중국, 노르웨이 등의 국가에서도 AIS 정보를 수집할 수 있는 초소형 신호정보 수집 위성을 운용하고 있습니다.

이렇게 AIS 신호정보 위성이 우수성을 증명하자, 프랑스 정보기관은 저궤도에서 적대국의 신호정보를 수집하는 초소형 위성을 개발해 발사한 것으로 알려지고 있습니다.

프랑스가 2021년에 발사한 CERES는 3대의 초소형 신호정보 수집용 군집위성이 편대를 이루어 운용되면서 0.5GHz(UHF 밴드)에서 40GHz(Ka 밴드) 대역의 신호정보 및 위치 정보를 수집할 수 있습니다.

대표적으로 2021년에 발사된 CERES는 3대의 초소형 신호정보 수집용 군집위성이 편대를 이루어 운용되면서 0.5GHz(UHF 밴드) 대역에서 40GHz(Ka 밴드) 대역의 신호정보를 수집할 수 있습니다. 그리고 3대가 편대를 이루므로, 삼각측정을 통해 전파신호가 방출되는 신호원의 위치를 정밀하게 추적할 수 있는 능력을 갖추고 있습니다.

국내에서도 초소형 SAR(합성개구레이더) 위성에 AIS 정보 수집능력을 추가하는 연구가 진행 중이며, 앞서 언급했듯 777부대를 통해 프랑스의 CERES와 유사한 초소형 신호정보 수집위성 개발사업이 진행되고 있습니다.

777부대가 운용중인 백두 신호정보 수집기입니다. 백두 신호정보 수집기의 한계점을 한국형 신호정보 수집위성이 보충할 계획입니다.

◆ 한국형 신호정보 수집위성

국내에서는 777부대(정식으론 5679부대)가 다양한 고정식 전파정보 수집 장비 이외에, 백두-Ⅰ/Ⅱ 신호정보 수집기를 운용하고 있습니다.

백두 신호정보 수집기의 경우, 10km 이상의 고도에서 작전하면서 북한의 백두산 지역까지도 정찰할 수 있지만, 24시간 상시 신호정보 수집기가 운용되는 것은 아닙니다. 그리고 일부 지형과 작전영역에서 문제가 있기에, 이를 극복하고자 한국형 신호정보 수집위성 개발사업을 발주했습니다. 그리고 점차로 북한 이외에도 주변국에 대한 정보수집의 필요성이 강화되고 있으므로, 정찰기처럼 정치적인 문제를 일으키지 않는 신호정보 수집위성의 중요성이 갈수록 강화되고 있습니다. 즉, 신호정보 수집위성은 주변국에 대한 감시능력 확보를 의미합니다.

국내에서 개발중인 한국형 신호정보 위성의 개발상황과 주요 성능, 그 가치에 대해 자세히 분석해 보았습니다.

방위사업청이 공개한 경어뢰-Ⅱ 개념도이다. 경어뢰-Ⅱ 개발사업은 LIG넥스원 주도하에 개발이 진행되고 있으며, 신형 배터리와 전기모터를 사용해 청상어보다 항속거리가 50% 늘어나고 속도 역시 향상될 예정입니다.

어뢰용 리튬 열전지 개발사업

국방과학연구소는 이번 국방과학기술 대제전을 통해 경어뢰와 중어뢰에 사용될 수 있는 리튬 열전지를 전시하였습니다.

이에 앞서 2022년 3월 29일, 국방과학연구소는 군사용 열전지에 사용되는 ‘3차원 구조 고성능 음극기술’(리튬함침형 메탈폼 음극)을 세계 최초로 개발했음을 언론을 통해 소개하기도 했습니다.

현재 군사용 유도무기에는 작동전원을 공급함과 동시에 10년 이상의 장기저장이 가능한 리튬 열전지가 널리 사용되고 있고, 국산화에도 성공한 상태입니다. 이어서 국방과학연구소는 세계 최초로 개발된 3세대 열전지를 개발하는데 성공한 것입니다.

국방과학연구소는 이번 전시회에 <열활성 방식의 추진전지 기술>사업을 활용해 개발한 경어뢰용 120kW급 리튬 열전지 모델을 공개하였습니다.

◆ 어뢰용 차세대 열전지 기술

국방과학연구소는 방위사업청이 지원하는 미래국방 핵심기술 예산을 사용해 <열활성 방식의 추진전지 기술>을 개발해 공개하였습니다. 사업내용은 2017년 10월부터 2020년 9월까지 40.37억 원의 예산을 투입해 유도무기체계 추진 및 구동용으로 사용할 수 있는 120kW급 고출력 대용량 열전지 핵심기술을 개발하는 사업입니다.

추가해 국방과학연구소는 선행핵심 연구사업 예산을 활용, <고출력-대용량 어뢰추진용 비축전지> 기술을 이번 전시회를 통해 공개하였습니다. 사업내용은 2019년 9월부터 2022년 8월까지 50.49억 원을 투입해, 잠수함용 중어뢰, 보다 구체적으로 현재 생산 중인 범상어급 중어뢰에 사용할 수 있는 OOOkW급 고출력 리튬 열전지를 개발하는 것이었고, 그 성과물이 이번 전시회에 공개되었습니다.

국방과학연구소가 개발한 OOOkW급 고출력 리튬 열전지는 현용 범상어 중어뢰에 장착된 리튬폴리머 전지를 대체할 수 있고, 저장 수명이 XX년 이상입니다.

여기서 리튬 열전지는 중량 1kg 정도에 손목만한 것도 통상 건전지의 수백 배에 해당하는 10W급의 강력한 전력을 발생시킴은 물론, 저장 상태에서는 방전 없이 10년 이상의 저장 수명을 자랑합니다. 그래서 주로 유도무기에 널리 사용되며, 개발이 어려운 전략부품이기에 공산권 국가는 아예 판매가 금지되어 있습니다.

국방과학연구소는 2000년대 초반부터 국산화 사업을 시작해 2009년에 리튬 열전지 개발에 성공하였습니다. 이어서 그 기술을 국내 비츠로밀텍사에 전수해 2011년부터 신궁 지대공 미사일에 사용되는 리튬 열전지를 시작으로 다양한 한국형 유도무기에 필요한 전지가 국산화된 상태입니다.

MADEX 2021 당시 국방과학연구소가 공개한 한국형 Hard Kill 대어뢰 요격어뢰 개념도 입니다. 현재 요격어뢰용 열전지 개발사업도 기획되고 있습니다.

국방과학연구소의 3세대 모델

2000년대에 들어서면서 세계 최대의 리튬 열전지 기업인 프랑스의 ASB사는 리튬-철 합금(Li/Fe alloy) 음극을 사용하는 2세대 리튬 열전지를 개발하는데 성공하였습니다.

이 기술이 지금까지 알려진 세계 최고의 기술이며, 국내에서도 국산화가 이루어지지 않아서 고성능 유도무기에 필요한 수량을 여전히 프랑스에서 수입하고 있습니다.

국방과학연구소는 2세대를 국산화하는 것을 넘어서, 누구도 실용화시키지 못한 3세대 리튬 열전지 개발했고, 이를 경어뢰-Ⅱ, 한국형 중어뢰, 한국형 하드킬 요격어뢰 적용하고자 합니다.

국방과학연구소가 개발한 3세대 리튬 열전지는 스폰지 형태로 제조된 금속재 구조물(LIMFA)에 리튬을 집어넣음으로써, 훨씬 많은 전자가 교환될 수 있도록 접촉면적을 넓힌 모델입니다.

세계 최초로 실용화에 성공한 3세대 리튬 열전지의 성능과 함께, 3세대 리튬 열전지가 한국형 수중무기에 어떻게 사용될 수 있는지에 대해 밀리터리 리뷰 이지 2310호를 통해 자세히 분석해 보았습니다.

화생방 보호의-Ⅱ와 신기술

2022년 4월 26일, 국방부는 제143회 방위사업추진위원회를 개최하고 2023년부터 2035년까지 4,900억 원을 투입해 현용 화생방 보호의 보호능력, 저장수명, 착용감 등의 성능을 개선한 화생방 보호의-Ⅱ 사업을 추진하기로 결정하였습니다.

본 사업계획에 발맞추어 국방과학기술 대제전에서는 국방과학연구소와 삼양화학공업 등이 개발한 최신 화생방 보호의 신기술과 차세대 방호복 및 탐지기술 등을 전시하였습니다.

한국군이 사용중인 현용 화생방보호의의 모습입니다. 1970년대 미국 기술을 기반으로 개발한 모델입니다.

◆ 한국군 화생방보호의 현황은?

2020년 10월 18일, 홍영표 더불어 민주당 의원이 발표한 자료에 따르면, 군의 화생방 보호의 보유율이 84.1%로 나타났습니다. 이는 필요한 화생방 보호의 수량보다 15만 벌이나 부족한 상태이며, 전시 상황에 최대 80,000명이 제대로 된 화생방 보호의를 입지 못한다는 것이 홍영표 의원실의 추산입니다.

북한은 세계에서 세 번째로 많은 화학무기를 보유한 국가로 알려지고 있지만, 육군은 2020년부터, 해군 및 해병대는 2017년부터, 공군은 2016년부터 구형 화생방 보호의 도입사업을 중단한 상태여서 재고량을 확보하지 못하고 있습니다.

그 배경에는 미국이 사용 중인 JSLIST급 한국형 화생방 보호의를 국산화하는 신형 화생방 보호의 체계개발(2014~2018) 사업의 실패가 있습니다.

즉, 국방부는 미국의 1970년대 기술을 활용한 현용 구형 화생방 보호의를 대체하고자 신형 화생방 보호의 개발사업을 진행했고, 이에 발맞추어 육·해·공군이 구형 화생방 보호의 구매를 중단하였습니다.

한국군의 차세대 화생방 보호의 개발사업의 목표은 미국 육군이 사용중인 JSLIST와 동급성능의 모델을 개발하는 것이었습니다.

◆ 개발사업 실패!

이러한 상황에서 2017년에 국내 업체가 납품한 샘플이 두 차례의 시험평가를 통과하지 못하는 사건이 일어났습니다. 심지어 군은 국내 업체가 개발사업을 통과할 수 있도록 시험평가 기준까지 낮추어 주었지만 결국 통과하지 못해서 큰 문제가 되었습니다. 더욱이 사업과정에서 개발업체로부터 금품과 향응을 제공받은 방위사업청 담당자가 파면과 함께 뇌물수수 혐의로 재판에 넘겨졌고, 합동참모본부와 국방연구소 관련자에게도 징계가 내려지는 등의 큰 홍역을 치렀습니다.

그 사이에 군이 비축하고 있던 구형 화생방 보호의는 지속적으로 노후화되기 시작합니다. 통상적으로 화생방 보호의의 저장 수명은 O년이지만, 검사를 거쳐 합격하면 O년을 추가적으로 늘릴 수 있습니다.

그러나 어떠한 방식을 사용해 노후화와 재고 물량 감소는 피할 수 없었고, 그나마 다행인 것은 국내 업체들이 상당한 기술력을 축적함에 따라 다시금 2022년에 화생방 보호의-Ⅱ 사업이 개시될 수 있었다는 점입니다.

국방과학연구소가 공개한 화생방 보호의 입니다. 국방과학연구소는 화생방 보호의-Ⅱ 사업에 대응해 <3차원 나노돌기 기반의 고내구성 초발수-발유 기술>과 <고내구성 유-무기 복합재료 및 분리막 기반 전천후 화생방 보호층 설계 기술>을 개발하였습니다.

화생방 보호의-Ⅱ 사업개시!

화생방 보호의-Ⅱ 사업의 목표는 앞선 신형 화생방 보호의 사업(2014~2018)에서 실패한 미국의 JSLIST(Joint Service Lightweight Integrated Suit Technology)급 화생방 보호의를 국내에서 개발하는 것입니다.

현재 미국군이 사용 중인 JSLIST급 화생방 보호의는 독일 Blucher GmbH사가 2000년에 개발한 사라토가(Saratoga) TM 모델을 면허 생산한 모델입니다. 사라토가 TM 보호의는 기존의 1회용 화생방 보호의와 달리 세탁을 통해 장시간 운용이 가능하고 착용성도 크게 강화되었습니다.

현재 사라토가 화생방 보호의는 미국 이외에도 벨기에, 덴마크, 핀란드, 독일, 헝가리, 이스라엘, 일본, 쿠웨이트, 네덜란드, 노르웨이, 사우디아라비아, 스웨덴, 스위스, 튀르키예 등이 채택하였습니다. 즉, 쉽게 국산화가 어려운 기술이고, 실제 한국도 2017년에 개발에 실패하였습니다.

국방과학연구소는 신형 화생방 보호의 사업이 실패한 이후, 이를 지원하고자 두 가지의 신기술을 개발하였습니다.

먼저 2018년 7월부터 2021년 6월까지 14.27억 원을 투입해 <3차원 나노돌기 기반의 고내구성 초발수-발유 기술>을 개발하였습니다. 그리고 2019년 10월부터 2022년 8월까지 23.5억 원을 투입해 <고내구성 유-무기 복합재료 및 분리막 기반 전천후 화생방 보호층 설계 기술> 개발을 진행하였습니다.

좌측이 화생방 보호의-Ⅱ 사업에서 경쟁하고 있는 SPAC : Spherical Activated Carbon) 내피, 우측이 보다 발전된ACF : Activated Carbon Fiber)형 내피입니다.

그 결과, 국내에서는 사라토가 TM 화생방 보호의에 사용된 SPAC(Spherical Activated Carbon) 기술은 물론, 이보다 발전된 ACF(Activated Carbon Fiber) 기술을 개발하는데 성공하였습니다.

화생방 보호의-Ⅱ의 개발 및 양산에 성공할 경우, 독일 Blucher GmbH사가 사실상 독점하고 있는 화생방 보호의 시장에 도전장을 내밀 수 있습니다. 이에 화생방 보호의-Ⅱ 개발사업 현황과 동시에, 국내의 기술력에 대해 자세히 분석해 보았습니다.

한국 육군에 배치가 진행중인 K5 방독면입니다. 정화통 2개를 사용해 호흡저항을 크게 줄였습니다.

방독면-Ⅲ 개발사업

국방과학연구소는 화생방 보호의-Ⅱ 사업에 적용될 신기술 이외에, 방독면-Ⅱ 사업을 통해 개발되어 배치가 진행 중인 K5 방독면을 대체할 차세대 방독면 기술을 선보였습니다.

구형 K1 방독면은 정화통이 1개에 불과해 호흡저항이 심해 운용상 문제가 많았기에, 정화통 2개를 사용해 보다 원활한 호흡과 활동을 보장한 K5 방독면이 현재 배치되고 있습니다. 그런데 K1과 K5 모두 돌출형 정화통을 사용하므로 운용과 사격 조준에 방해가 되는 경우가 많고, 상당히 무거워서 다른 무기체계 및 조준체계와 통합이 불가능합니다.