기획·칼럼

디젤 잠수함을 냄새로 찾아내는 ‘오토리커스’

[밀리터리 과학상식] 스노클에서 뿜어져 나오는 배기가스 탐지

오토리커스를 탑재한 영국제 섀클턴 대잠 초계기(사진은 남아프리카 공화국 공군 기체) ⒸCol André Kritzinger

제2차 세계대전까지만 해도 사실상 모든 잠수함은 재래식 잠수함, 즉 디젤 잠수함이었다. 디젤 잠수함은 잠항 성능이 시원찮다는 단점이 있다. 작동에 공기가 필요한 디젤 엔진을 사용하므로 잠항 중에는 디젤 엔진을 쓰지 못하기 때문이다. 대신 공기가 필요 없는 배터리와 전기 모터를 사용한다. 그러나 배터리도 오래 쓰면 고갈되므로 다시 부상해 디젤 엔진을 작동, 배터리를 충전해 줘야 할 필요가 있다.

따라서 대부분의 운항을 부상 상태로 하고, 잠항은 적의 감시를 피해 기습하거나 도주할 때 등 반드시 필요한 경우에만 실시하는 것이 디젤 잠수함의 기본적인 운용법이다. 때문에 디젤 잠수함은 적 대잠세력의 레이더 탐지에 매우 취약했다.

그래서 제2차 세계대전 후반기에 독일 해군은 스노클이라는 비책을 고안해냈다. 그 원리는 수영하는 사람이 스노클만 수면 위에 내밀고 있으면 계속 공기를 호흡하면서 무제한 잠수가 가능한 것과 같다.

디젤 잠수함 역시 잠항 중에 스노클만 수면 위로 내밀고 있으면 디젤 엔진 작동에 필요한 공기의 흡입, 디젤 엔진에서 나오는 배기가스의 배출이 가능해져 잠항 시에도 디젤 엔진을 작동시킬 수 있다. 디젤 엔진은 전기 모터보다 출력도 우월하므로, 더욱 빠른 수중 속도와 긴 항속거리를 얻을 수 있다. 스노클은 레이더의 피탐 면적도 작으므로 적에게 발견될 위험도 적다.

다만 스노클은 앞서 이야기한 대로 디젤 엔진의 배기가스가 나온다. 그렇다면 이 배기가스를 탐지해서 잠수함의 존재를 알아내자는 것이 오토리커스의 아이디어였다.

이온 이동도 분광법으로 배기가스 탐지

오토리커스는 근본적으로 이온 이동도 분광기(Ion Mobility Spectrometer, IMS)다. 더 간단히 말하면 배기가스의 냄새를 맡는 기계 코다.

기체상 이온이 균일한 전기장 속에서 이동할 때 이온을 둘러싸는 가스와 전기장에 따라 이온들마다 특징적인 이동도를 갖게 되는 원리를 이용해서 기체 내 이온들의 종류를 알아내는 장비다. 이온의 형태와 전하 식별이 가능하므로 기체 내에 있는 다양한 종류의 이온 이동도를 한 번에 알 수 있다. 통상 이온 이동도 분광기는 이 이온 이동도를 알아내어 주어진 기체 표본의 특징을 알아맞히는 데 사용된다.

즉 주어진 기체 표본이 디젤 엔진의 배기가스인지도 식별 가능하다. 대기 중의 배기가스 농도가 미약하더라도, 배기가스의 신호가 반복적으로 포착된다면 박스카 적분기를 사용해 고감도로 측정할 수 있다. 이름인 오토리커스는 그리스 신화의 주인공인 아우톨리쿠스(헤르메스의 아들이자 오디세우스의 할아버지)에서 따왔다.

오토리커스 탐지기는 제2차 세계대전 중 군함에 탑재되어 처음 사용되었으며, 전후 항공기용 경량 모델이 나왔다. 이 모델은 섀클톤 대잠 초계기에 탑재되었다.

이후에도 대기 중 습도가 너무 높을 시 탐지가 어려운 점 등을 개선하는 등 성능 개량이 있었다. 배기가스를 탐지한다는 특성상 잠수함의 바로 위를 비행할 필요가 없었다. 지그재그로 날다가, 잠수함이 남기고 간 배기가스 항적을 탐지할 수 있으면 충분했다. 배기가스 항적이 탐지되면 비행 간격을 더욱 촘촘하게 좁혀서, 띠 모양으로 남아 있는 배기가스 항적의 경로를 알아낸다.

그리고 배기가스 항적의 경로를 확실히 알게 되면 센티미터파 레이더(단파 전파를 쓰므로 스노클 탐지가 가능하지만 장거리 탐지는 곤란하다)나 소노부이를 통해 잠수함의 정확한 위치를 알아내고 공격하게 되는 것이다.

현재도 보안 검색에서 유용하게 사용

그러나 이후 오토리커스 장비는 퇴역하게 된다. 그 가장 큰 원인은 대잠 초계기의 기종 교체였다. 섀클톤의 뒤를 이어 새로 등장한 님로드 대잠 초계기는 자기 이상 탐지기(Magnetic Anomaly Detector, 약칭 MAD)를 달고 있었다. 잠수함은 철로 만들어지기 때문에 자체적인 자장을 만들어내어 지구 자장을 왜곡시키는데, MAD는 바로 이 현상을 탐지하는 것이다. MAD는 구태여 디젤 잠수함의 배기가스를 탐지할 필요도 없고, 상대가 배기가스를 내뿜지 않는 원자력 잠수함이라도 탐지할 수 있었다.

또한 영국의 가상적국이던 소련은 디젤 잠수함을 점차 줄이고, 오토리커스로 탐지가 어려운 원자력 잠수함을 늘려 나갔다. 오토리커스로는 디젤 잠수함의 배기가스를 다른 출처(어선 등 민간 선박)와 구분하기 어려운 점도 난제였다.

그러나 오토리커스의 핵심 기술인 이온 이동도 분광법은 오늘날 독가스 검출, 마약 및 폭탄 탐지 등에도 유용하게 쓰이고 있다.

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