스텔스 항공기 설계의 개론

소개글

스텔스 항공기 설계의 개론에 대한 보고서 자료입니다.

목차

0. 서론

1. 레이더파의 반사와 신호의 제어
1.1 RCS 감소의 효과
1.2 RCS에 영향을 미치는 요소
1.3 RCS를 감소시키기 위한 항공기 설계

2. RCS의 측정
2.1 실기나 모형에 대한 직접 측정법
2.2 실험을 통한 RCS측정
2.3 계산에 의한 RCS의 예측

3. 실제적인 스텔스 기술
3.1 전체 형상(실루엣)
3.2 레이더 흡수물질
3.3 RCS 감소 기술에 기반한 세부 요소 디자인

4. 적외선 신호 제어 4.1 적외선 신호
4.2 적외선 신호에 영향을 미치는 요소
4.3 적외선 신호의 감소를 위한 조치

5. 신호 제어의 비용 대 효과

6. 성능상의 문제점
6.1 항공역학적 성능상의 문제점
6.2 탑재 중량 및 용량의 문제점
6.3 제작상의 문제점
6.4 정비상의 문제점

7. 스텔스기의 미래

본문내용

레이더 유도 방공포
14 ∼ 16
1.8 ∼ 2
[표 3] 전형적인 레이더 시스템의 작동 범위
레이더가 특정 주파수 대역에서 운용된다고 할 경우 그 주파수란 송신기의 진동기 주파수를 말한다. 다음 표에 레이더 시스템의 종류별로 일반적인 주파수와 파장이 나타나 있다. 레이더의 운용주파수는 안테나의 크기와 밀접한 관련이 있다. 소형일 수밖에 없는 항공기용 레이더는 높은 주파수 대역에서 운용되는데, 보통 8 ∼20 GHz 범위이다. 이외에도 레이더의 성능의 핵심요소인 펄스반복 주파수가 있는데, 이에 대한 이야기는 다음 기회로 미루기로 한다. 최근의 방공 시스템도 이러한 고주파수 대역에서 운용되고 당연히 스텔스기는 이들을 무력화시킬 목적으로 개발되었고, 몇몇 실전에서 그 효과를 입증하였다. 그러나 이전 세대에는 전 세계적으로 장파(저주파수)레이더가 운용되었는데, 현대의 스텔스는 이들을 무력화시킬 수는 없다. 특히 몇몇 나라에서는 구형 장파 레이더가 아직도 운용되고 있는데, 이는 스텔스기의 탐지를 위해서라기보다는 하나의 유형의 레이더에 지나친 편중을 피하고 그들의 방공시스템에 대한 적의 전자교란을 좀더 어렵게 하기 위하여 다양한 유형의 레이더를 중복 운용한 결과이다. 그러나 이러한 지상의 장거리 정찰 레이더(이것이 저주파든 고주파든)에 의해 탐지된 목표물을 실제로 요격하는 것은 전투기(요격기)와 지대공 미사일이다. 그런데, 전투기와 미사일의 경우 고주파 레이더를 장착하고 있고, 이는 스텔스에 의하여 무력화될 수 있다. 여기서 연구가 필요한 부분이 바로 저주파수 레이더 시스템들이 고주파수 레이더 시스템에 스텔스 공중 표적을 어떻게 효과적으로 hand over 시킬 것인가 하는 문제이다. 21세기에는 어느 정도의 저탐지성이 요구되는지에 관하여 전문가들 사이에서는 크게 두 가지 의견이 제시되고 있다. 어떤 그룹은 스텔스란 극도로 작은 RCS를 의미하며, 따라서 형상을 최적화하고, 소재를 변경하며, 레이더 흡수물질의 대폭도입에 의하여 스텔스가 달성될 수 있다고 본다. F-117이 배치되고 YF-22, YF-23, A-12등이 개발 중이던 시절만 하더라도, 대부분의 국방관계자들은 그 기체들이 실전에 배치될 때에는 극히 낮은 피탐지성을 가지는 대규모의 편대가 필요할 것이라고 생각했었다. 그러나, 시대가 바뀌고 스텔스에 대한 흥분이 가라앉은 오늘날에는 초저피탐지성 항공기가 미래의 항공전에서 가장 '적절한' 수단이 아닐 수도 있으며, 실현 가능한 안이 아닐 수도 있다는 주장이 제기되고 있다. 그들은 F-18E/F나 Euro-fighter, Rafale과 같이 현재 운용중인 항공기에 비하여 RCS를 감소시킨 정도의 항공기로도 stand-off ECM과 높은 종말 정확도를 가진 장거리 stand-off 병기의 조합으로 충분히 효과를 볼 수 있으리라고 주장한다. 사실 초저피탐지성이 요구되는 것은 전체비행시간의 일부분이며, 고가의 스텔스 항공기가 투입될 필요가 없는 목표들도 있기 때문이다.
[그림 11] 미해군의 F-18E : 초 저탐지성을 추구하기보다는 기존 기체를 개량하여 RCS를 '어느정도' 낮춤으로써 생존성을 증대 시켰다.
이런 주장은 냉전 종식에 따른 군비축소기류를 타고 더욱 설득력이 높아지고 있으며, 실제로 스텔스는 너무나 비싼 기술임은 부정할 수 없는 사실임에 틀림없다. 스텔스가 BVR(Beyond Visual Range) 전투에서는 매우 유용한 수단임에는 틀림없다. 그러나 아직도 실제 전투에서 중요한 근접 전투에 있어서는 레이더와 적외선 신호의 감소보다는 효율적으로 적의 위협을 회피하며, 공격을 가할 수 있는 대응책(고기동성, 단거리 무장의 성능과 파일럿의 기량, 그리고 채프나 플레어등의 적절한 기만책)만이 유용하다. 사실, 가시거리내의 전투에 진입하면, 스텔스라도 레이더에 나타날 것이고 After-Burner를 사용하지 않더라도 엔진은 여전히 많은 적외선 신호를 방출할 것이기 때문이다. 또한 스텔스는 기대되는 격추율이 증가하고, 생존성을 증대시키더라도 어느 정도의 성능의 저하를 감수해야함을 앞에서 기술한바가 있으며, 이는 근접 공중전에서 치명적인 요소로 작용할 수도 있음을 생각해볼 필요가 있다. 물론, F-22의 경우 근접전에서도 예상되는 적기에 대하여 확실한 우위를 주장하고 있으나, 너무나 비싼 전투기가 되어버렸다. 또한 동일한 수준의 저피탐지성을 가지는 항공기끼리의 교전에서는 어떤 상황이 벌어질지 또한 고려해볼 일이다. 물론 미국은 지금까지 다른 국가에 비하여 한세대 앞선 전투기를 배치해왔으나, 앞으로 더욱 심화될 것으로 예상되는 군비축소의 영향 속에서 그런 체제를 지속적으로 유지시킬 수 있을지는 의문시된다. 이쯤에서 정리를 하자면, 비록 스텔스 항공기가 탐지되지 않는다는 사실이 최적의 공격을 계획하고 수행할 시간을 확보해 주기는 하지만, 일단 전투에 돌입하는 시점이후에도 계속해서 적에게 탐지되지 안는 것은 불가능하다. 예를 들어 미사일을 발사할 때, 무장 격실을 여는 순간 항공기의 RCS 는 크게 증가할 것이며, 미사일 발사 후에도, 미사일은 탐지될 것이다. 또한 적의 위협에서 회피하는 기동중에도 스텔스성은 상당히 저하될 것이다. 이런 스텔스성 자체의 효과에 대한 논의 외에도, 6절에서 기술한 바와 같이 신호를 효과적으로 제어하기 위해서는 반드시 일정한 성능을 포기해야 하며, 이를 양립시키기 위한 추가적인 비용이 엄청나다는 점을 주목해야한다. 재정적인 면을 배제하면, 저탐지성에 의한 이득이 성능상의 문제점을 커버한다고 볼 수 있고, 전술적으로도 확실히 효과적이다. 그러나 기체 자체의 가격뿐 아니라 사후지원에 소요되는 비용을 고려해 볼 때, 스텔스 항공기가 강요하는 재정적인 부담은 스텔스 항공기의 미래에 많은 걸림돌로 작용할 것이다. 따라서 미래에는 몇몇 국가를 제외하면 전폭적인 스텔스 전투기보다는 부분적으로 스텔스기술을 도입한 항공기가 주류를 이룰 것으로 예상되며, F-18E/F 나 Euro-fighter, Rafale 등의 등장은 이런 예상을 뒷받침하고 있다고 하겠다.
출처: http://www.mediamob.co.kr/noda2015/blog.aspx?id=50447

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