스텔스 항공기 탐지하는 카운터 스텔스 기술

[밀리터리 과학상식] 새로운 주파수와 센서, 전자통신 기술로 스텔스 항공기의 약점 공략

미 공군의 스텔스 항공기 F-22. 하지만 스텔스라고 해서 레이더에 절대 잡히지 않는 것은 아니다. USAF

 

스텔스 항공기가 뭔지는 이제 초등학생들도 다 안다.

“레이더에 잡히지 않는 비행기잖아요.”

그러나 엄밀히 말해 스텔스 항공기는 레이더에 전혀 잡히지 않는 항공기가 아니다. 레이더에 잡히는 면적이 매우 작은 항공기일 뿐이다. 즉, 스텔스 항공기도 어느 정도는 레이더에 잡힌다는 것이다.

그 때문에 스텔스 항공기를 탐지해내는 기술, 즉 카운터 스텔스 기술도 스텔스 기술만큼 주목을 받지는 못했지만, 꾸준히 발전해 왔다. 마치 창이 발전하면 방패도 강해지듯이 말이다.

우리 군에서도 얼마 전 카운터 스텔스 기술을 개발했다고 해서 화제가 되었다. 카운터 스텔스 기술, 과연 구체적으로 어떤 원리일까?

 

기존 스텔스 기술의 허점을 공략

카운터 스텔스 기술의 원리를 알려면 우선 스텔스 기술의 원리를 알아야 한다. 물론 자세한 것은 극비지만, 원론적으로 알아보자. 스텔스 성능은 피탐체의 형상과 RAM(Radar Absorbent Material: 레이더파 흡수 물질) 페인트의 조합을 통해 얻는다. 둘 중 하나만 없어도 스텔스 성능은 크게 줄어든다.

우선 형상부터 다루자. 레이더는 전파를 표적에 쏘아, 그 반사파를 수신해서 표적을 탐지하는 원리다. 그렇다면 표적에서 반사된 레이더 전파가 레이더의 수신기에 돌아오지 못하게 되면 표적을 탐지할 수 없을 것이다. 그 때문에 스텔스 항공기(미사일이나 군함 등 다른 스텔스 이동체도 마찬가지다)는 레이더 전파를 최대한 엉뚱한 방향으로 반사하고, 수신기로 돌려보내지 않는 형상을 하고 있다. 제1세대 스텔스 항공기인 F-117이 공기역학적으로는 형편없는, 직선만으로 이루어진 기체 형상을 하고 있었던 것도 그 때문이다.

하지만 적의 레이더 전파 수신기가 어디 있는지 알 수 없음으로, 이쪽이 받은 레이더 전파를 반사하지 않고 적극 흡수시키는 것도 필요하다. 스텔스 항공기 표면에 도포된 RAM이 이 역할을 해 준다. RAM은 흑색 탄소 분말 또는 미세 철 입자를 함유하고 있어 전파 흡수 효과를 낸다고 원론적으로 알려져 있다. 스텔스 항공기는 이러한 기술을 사용해 레이더 피탐 면적을 크게 줄이는 것이다. 레이더 피탐 면적이 줄어들면 새나 곤충 등 다른 물체와 구분하기 힘들어진다.

그렇다면 이러한 스텔스 항공기를 어떻게 하면 탐지할 수 있을까?

우선 전파의 세계는 상상 이상으로 다양하다는 것을 염두에 두어야 한다. 다양한 전파를 만들어내는 원인 중에는 진동수(통상 헤르츠 단위로 재는)도 들어간다. 진동수의 특정 범위를 가리켜 대역폭, 즉 밴드(band)라고 부른다.

전파는 진동수가 변함에 따라 그 특성도 달라진다. 이것을 레이더에 대입하면, 찾아야 하는 물체의 크기와 거리 등 물리적 요인에 따라 레이더 전파의 진동수도 달라져야 한다는 것이다. 앞서 말했듯이 스텔스 항공기는 형상과 RAM이라는, 비행 중 마음대로 바꿀 수 없는 외부적인 물리 요소를 이용해 레이더 피탐 면적을 줄이고 있다. 그 때문에 대공 표적 획득에 제일 많이 쓰이는 대역폭인 X밴드(8~12GHz), S밴드(2~4GHz) 전파를 엉뚱한 곳으로 반사하거나 흡수하는 데 최적의 설계를 취하고 있다. 즉, 다른 대역폭의 전파에 대해서는 스텔스 성능이 그만큼 떨어진다는 얘기다. 그 때문에 이론상 모든 대역폭의 전파를 동시에 발신하면 스텔스 항공기는 반드시 잡힌다. 물론 실제로 구현하기에는 여러 어려움이 따르겠지만 말이다. 특히 주파수가 낮은 VHF(50~330MHz), UHF(300~1,000MHz) 대역폭 전파에서도 잡힐 가능성이 커진다. 주파수가 낮을수록 파장이 길어지며, 파장이 일정 범위(보통 표적 길이의 8배) 이상으로 늘어날 경우 전파를 맞은 항공기의 꼬리날개 등에서 전파의 공명 효과가 일어나기 때문이다.

 

첨단 정보통신 기술과 적외선 센서의 도움 필요

스텔스 항공기 운용 시 전자ㆍ전기가 동행하는 것도 이 때문이다. 적 레이더 수신기에 노이즈를 잔뜩 발신해, 설령 스텔스 항공기로부터 반사파를 잡았다 하더라도 이를 노이즈와 구별하기 어렵게 하는 것이다. 특히 1999년 세르비아군이 F-117 스텔스 전투기를 격추한 이래, 미군의 모든 스텔스 항공기 운용 시에는 반드시 전자ㆍ전기가 동행하게 되어 있다.

그렇다고 VHF/UHF 레이더만 있으면 스텔스 항공기를 반드시 잡을 수 있는 것은 아니다. 이런 레이더는 보통 해상도가 안 좋다. 그 때문에 구름이나 비 등으로 인해 생기는 노이즈를 스텔스 항공기와 분간해내기 어렵다. 때문에 VHF/UHF 전파를 신호 손실이 적은 능동전자주사배열(Active Electronically Scanned Array: AESA) 레이더와 결합해, 해상도를 높일 필요가 있다. 그리고 이 레이더가 잡아낸 신호를 고속 데이터 링크를 통해 신속하게 전달 및 분석함으로써 스텔스 항공기의 존재를 알아낼 수 있다.

또한 스텔스 항공기라고 해도 비행 중 기체에서 발생하는 공기 마찰열, 엔진의 배기열 등은 완전히 없앨 수 없다. 그 때문에 스텔스 항공기 탐지 체계에는 이러한 열을 감지하는 적외선 센서가 통합되어야 한다. 이렇게 적 스텔스 항공기를 탐지하면, 역시 적외선 센서와 적외선 추적 공대공 미사일을 장비한 아군 전투기를 출격시켜 요격할 수 있는 것이다. 최근 우리 군에서 개발했다는 스텔스 탐지 기술도, 그 개략적인 언론 보도 내용으로 미루어 볼 때 이것과 유사한 기술인 것으로 보인다.

한동안 스텔스 항공기는 미국의 전유물이었다. 그러나 최근 중국과 러시아도 스텔스 항공기를 개발, 보유하게 되었다. 이들 국가가 북한과 밀접한 관계를 유지하고 있는 점을 고려한다면, 우리 역시 카운터 스텔스 능력을 키워야 할 필요는 분명하다.

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