세계적인 공중 전투 프로그램에서의 전자전

다음은 유럽에서 진행되고 있는 6세대 전투기 개발 프로그램과 관련 있는 GCAP에 대한 기사입니다.

 

 

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서론

지난 2022년 12월 9일, 이탈리아와 일본, 그리고 영국의 리더들은 2035년까지 납품될 6세대 전투기 플랫폼의 설계를 위한 혁신적인 항공 우주 통합기관의 설립을 발표하였다.

영국 국방부는 GCAP(Global Combat Air Program)는 새로운 파트너십과 야심 찬 노력으로 설명되며 국방 기술의 전문성을 결합하여 이제까지의 항공우주 달성 엔지니어링의 한계를 뛰어넘는 것을 목표로 한다고 언급하였다.

또한,  2035년까지 하늘로 날아갈 예정인 이 비행기는 무인 항공기와 같은 강화된 네트워크 기능과 발전된 센서, 최신의 무기와 혁신적인 데이터 시스템으로 강화된 차세대 전투기가 될 것이라고 덧붙였다.

 

지난 9월 영국 런던에서 열린 DSEI 박람회에서 시스템 통합의 리더인 BAE Systems(UK)과 Leonardo(Italy), 그리고 Mitsubishi Heavy Industries(Japan)은 항공기 기체의 협력 개발을 다음 단계로 진행시키기 위한 협력 조항에 서명하였다.

같은 장소에서 서브 시스템 통합의 리더 업체인 Leonardo(UK), Leonardo(Italy), ELT Group(Italy), 그리고 Mitsubishi Electronics(Japan)은 또한 GCAP 서브 시스템 노력의 하나를 보여주었다.

그것은 ISANKE(Integrated Sensing and Non-Kinetic Effects)와 차세대 전자전 기능을 포함하고 있는 ICS(Integrated Communication System) 이다.

이것은 지난 3월 도쿄 DSEI에서 협력 계약에 서명한 후 처음으로 대중에 공개된 서브 시스템 통합이었다.

 

영국 Leonardo사의 이사인 Andrew Howard는 서브 시스템 통합 리더는 지난 수 개월을 GCAP를 위한 ISANKE & ICS 기능 적용을 위한 운용적 모델과 상업적 모델 대안들을 평가하는데 투자했다고 말했다.

모든 세 국가들을 위한 행동과 개조의 자유를 가능하게 하는 가장 효율적이고 효과적인 방법에 가까워졌으며 ISANKE & ICS 서브 시스템에 대한 세 국가의 검토를 통과하였다.

  

전체적으로 GCAP 파트너들은 작업 공유의 측면에서 “기동의 자유와 행동의 자유 (FoM/FoA, Freedom of Maneuver/Freedom of Action)”를 강화하고 있으며 이것은 각 나라들이 그들의 요구도에 근거하여 기본적인 기체와 ISANKE & ICE 기능을 변경할 수 있음을 의미한다.

예를 들면, 특정 서브 시스템 리더가 특정 EW 서브 시스템을 설계했다면 이 지적재산권은 파트너 시스템 리더들이 접근이 가능해야 하며 파트너 국가들은 이를 개조할 수 있게 허용된다.

 

Leonardo UK의 부사장이자 CTO인 Jonathan Smith는 GCAP의 EW 기능이 어떻게 기존의 연합 EW 솔루션의 종말을 알리는지에 대해 설명하였다.

“GCAP 코어 플랫폼은 분리된 방어 체계 시스템을 갖지않을 것이다.

대신에, EW는 플랫폼의 전반적인 ISANKE & ICS의 한 구성품이며 기존의 독립적이고 연합된 센서 시스템과는 반대로 다기능 무선 주파수 및 전자 광학 센싱, 비운동학적 효과 노드의 네트워크와 완전 통합된다.

이러한 노드들은 전자광학 스펙트럼 전체에 걸쳐 정보를 수집하고 복잡한 퓨전 알고리즘을 통해 통합된다.

그 결과 조종사에게 보다 나은 통합 전장 상황 인식을 제공하고 또한 개선된 자체 보호 기능을 제공한다.”

 

ISANKE & ICS을 system-of-system 관점에서 고려하여 서브 시스템의 리더들은 전투기 플랫폼과 함께 유무인 항공기 복합의 적응형 메쉬 네트워크 제공을 위해 노력하고 있다. 

2030년과 그 이상에서의 더욱 복잡해진 운영 환경에 대한 토의를 하면서 Smith는 어떻게 ISANKE가 EW 위협들에 대항하여 “고도의 탄력성”을 갖는지 설명하였다.

“ISANKE 시스템은 어떤 단독의 센서나 전자기 스펙트럼의 한 부분에 의존하지 않기 때문에 경쟁이 심하고 복잡한 전투 환경에서 높은 탄력성을 가질 수 있다.

ISANKE는 복잡한 환경에서도 상황 인지 능력을 유지할 수 있도록 발전된 전자기 위협이 존재하는 상황에서 자동으로 운영을 최적화하는 기능을 가질 것이다.”

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차세대 레이다 시스템

GCAP EW 기능의 중심 구성품은 다기능 레이다 시스템(MFRS, Multi-Function Radar System)일 것이다.

Leonardo UK에서 개발한 새로운 솔루션은 기존 시스템에 비해 10,000배 이상의 데이터 처리 능력을 제공한다고 업체는 설명한다.

MFRS를 “새로운 센서 모드”로 설명하면서 전례없는 양의 전장 데이터는 매 초마다 Edinburgh와 같은 도시의 인터넷 트래픽양과 같고 설명한다.

“이러한 막대한 양의 정보와 실시간 처리는 적들이 나를 표적화기 이전에 적의 위치를 알아낼 수 있는 능력과 함께 전투에서 승리를 할 수 있는 우위를 제공할 것이다.

새로운 센서는 또한 기존 레이다를 뛰어넘는 광범위한 능력을 제공할 것이며, 완전한 디지털 기술은 운용자에게 더욱 명확한 전장 상황 화면을 제공할 것이다.

Leonardo사는 이미 완전한 서브 시스템을 구축하였으며 시험도 성공적으로 수행하여 다음 연도에 있을 공중 데모의 길을 열었다.”

 

MFRS는 지난 2022년 2월에 서명한 JAGUAR(Japan and Great Britain Universal Advanced Radar)의 RF 센서 기술을 특징으로 한다.

이 JAGUAR에서 생성된 기술과 지식은 ISANKE & ICS의 개발의 자양분이 될 것이라고 말한다.

한편 Leonardo UK는 ISANKE & ICS 시스템의 한 부분으로서 새로운 레이다 수신기/경보기 기술 성능에 대한 데모를 수행하였다.

 

현재까지 이 새로운 센서는 “현재의 일반적인 레이다 경보 수신기” 보다 4배 이상의 방향탐지 성능을 시연했다고 하며, 또한 90 퍼센트의 폼 팩터가 줄어들었다고 말한다.

MFRS에 대한 더욱 자세한 내용은 운영상의 비밀문제로 아직 부족하지만 산업계에서는 영국 왕립 공군 (RAF, Royal Air Force)의 Typhoon 전투기 업그레이드의 일환으로 개발 중인 Leonardo UK의 ECRS(European Common Radar System) Mk2의 차세대 진화로 구성될 것이라고 말한다.

ECRS Mk2 기술 입증기는 시스템 통합과 지상 시험의 시작을 위해 이미 BAE 시스템으로 인도되었다.

ECRS Mk2는 다기능 어레이(MFA)를 포함하고 있으며 이는 기존의 탐색 및 추적 기능 외에 전자전 기능을 통합하고 있어서 RAF Typhoon 전투기는 위협의 사정거리 밖에서 적의 레이다를 찾고 강한 전자기 재밍 공격을 가할 수 있다.

 

(GCAP의 MFRS은 영국 공군의 Typhoon 전투기에 탑재될 Leonardo사의 ECRS Mk2 레이다 차세대 버젼으로 구성될 것이다)

 

 

BAE Systems사와 Leonardo UK 관계자는 ECRS Mk2에서의 기술을 GCAP 플랫폼의 발전된 전자장치에서 개발할 기회를 찾고 있으며 위험도를 줄이고 프로그램을 가속화할 수 있다고 생각하고 있다.

MFRS와 유사하게 MFA에 관한 자세한 내용은 밝혀지지 않았지만 산업계에서는 이 시스템의 FOV(Field of View)는 90도 이상이 되며 전자 공격(EA) 기능은 까다로운 요구사항을 따르고 있다고 말한다.

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비행시험 프로그램

MFRS를 포함한 ISANKE & ICS 서브 시스템은 2026년도에 특별히 설계된 비행시험 항공기 “Excalibur”에 탑재하여 비행시험을 수행할 계획이다.

초기에는 Leonardo UK와 항공 서비스 업체인 2Excel 간에 “Tempest” 미래 전투 공중 시스템(FCAS, Future Combat Air System) 프로그램을 지원하기 위해 계약했지만 MoD는 이제 더 넓게 GCAP를 지원하는데 동일 항공기를 사용할 수 있는지에 대해 고민하고 있다.

 

2021년에 첫 번째 단계의 노력이 시작되었고 2Excel은 실제 비행에 사용될 별도의 Boeing 757 개조 최적화와 모델링 및 시뮬레이션 가속을 위한 디지털 트윈을 만들어내기 위해 좁은 동체의 Boeing 757 항공기를 분해하였다. 

지난 7월, MoD는 FTA 프로그램의 두 번째 단계를 위해 1억 1500백만 유로 규모의 계약을 Leonardo UK 및  2Excel과 계약하였으며 2026년 비행시험 전 두 번째 757 항공기의 업그레이드가 수행될 것이다. 

 

FTA는 BAE Systems사의 Tempest 비행 시뮬레이터와 유사하게 “Virtual Cockpit”을 포함할 것이라고 한다.

또한 FTA는 MFRS와 다른 센서들 그리고 안테나들을 장착할 수 있는 다기능 베이를 가질 것이라고 한다.

MFRS는 FTA의 변형된 노즈 부분에 통합될 것이다.

(2026년 ISANKE & ICS 시험을 지원할 비행 시험 항공기(FTA) 모습)

 

2023년말까지 2Excel사는 FTA에 ISANKE & ICS를 장착했을 때를 가정한 랜딩에 대한 모델링과 시뮬레이션을 완료할 계획이다.

2026년 비록 비행시험 프로그램 기간 동안 항공기가 어디에 위치할지는 정해지지 않았지만 “sensitive equipment”는 장착할 계획이다.

이 “Flying Laboratory”는 2028년까지 비행시험을 수행할 예정이며 고도는 42,000 ft, 속도는 최대 마하 0.86까지 시험할 예정이다.

“Excalibur 프로젝트는 영국의 FCAS의 핵심 파트이며 여기에는 조종사 전투기와 무인 항공기, F-35, 정보 시스템과 무장 시스템과 같은 더 넓은 범위의 기능을 포함한다.

조종사 전투기의 개발 중심은 FTA이다.

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새로운 기술의 활용

ISANKE & ICS의 개발은 탐지-영향력 시스템(sense-to-effect system)의 완벽한 통합을 위해 인공지능(AI)과 기계학습(ML)과 같은 떠오르는 기술의 다양한 기회를 창출할 것이라고 약속한다.

앞으로의 전장 환경은 매우 복잡해 질 것이며 센서는 이전에 볼 수 없었던 방대한 양의 데이터를 수집할 것이다.

이러한 데이터 속에서 조종사의 부담을 줄어주기 위해 ISANKE 지능 처리 알고리즘은 AI와 ML 기술을 이용할 것이며 조종사의 복잡한 센싱 업무를 돕고 필요한 행동을 제시해 줄 것이다.

ISANKE에서 적용하는 자동화 레벨은 조종사의 업무 로드와 현재의 전략적 상황에 따라 다이나믹하게 조절할 수 있을 것이다.

 

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새로운 작동 개념

ISANKE & ICS는 2035년 이탈리아와 일본, 영국에서 운영에 들어가면서 GCAP 전투 공중 플랫폼의 작동 개념과 관련된 다양한 기회가 열릴 것이다.

GCAP 핵심 플랫폼은 전쟁에서 적군을 향해 다양한 행동을 취할 수 있을 것이며 여기에는 적의 센싱을 무력화하는 비운동학적 효과부터 유도 미사일을 발사하는 운동학적 효과를 포함한다.

이전의 항공기에서 이러한 것들은 연속적으로 또는 다중의 항공기를 통해서만 수행되었다.

그러나 무장 관리 시스템과 같이 작동하는 ISANKE 지능 프로세싱 알고리즘은 조종사에게 좀 더 명확한 결정을 위해 자동화를 이용할 것이다.

다중의 방어적 행동은 동시에 수행될 것이며 그러는 동안 시스템은 계속해서 탐지행위를 수행할 수 있을 것이다.

 

GCAP는 미래의 운영 환경에서 새로운 위협에 맞설 수 있는 전체적인 솔루션 요구를 충족하기 위해 나선형 개발과 디지털 업데이트를 통한 진화를 계속할 것이다.

GCAP 플랫폼의 탑재 데이터베이스는 ISANKE가 항공기와 지상 레이다, 그리고 다른 접촉 물들을 식별할 수 있도록 할 것이며, 만약 시스템이 위협을 알고 있다면, 이는 곧 어떻게 반응해야 한다는 것을 알고 있다는 것이 된다.

ISANKE & ICS의 통합은 GCAP 전투 비행기가 왜 6세대 전투기로 고려되는지를 말해준다.

새로운 개념은 기존의 별개의 공중 센서들로부터 완전히 통합된 탐지와 퓨전, 그리고 자체 보호 기능으로의 전환이다. 

게다가, 기존 세대의 플랫폼과 달리 GCAP는 서로 다른 항공 분야 전문가들을 한자리에 모아 처음부터 함께 작업하고 있다.

이는 설계에 새로운 접근을 가능하게 해 줬다.

GCAP는 “안에서부터 밖으로” 설계되는 최초의 전투 항공기일 것이다.

이는 시스템이 필요로 하는 센서와 기능을 찾으면서 동시에 이를 수용할 수 있는 플랫폼 설계를 진행했다는 의미이다.

예를 들면, 특정 센서가 기체의 특정 공간을 필요로 할 때에 BAE Systems나 Leonardo, 그리고 Mitsubishi Heavy Industries와 같은 시스템 리더들이 이 공간 활용성에 대해 확인을 했다는 것이다.  

 

GCAP 팀은 전체 항공기에 초점을 두고 있다.

전력과 추진 분야는 센서와 효과체가 기존 세대의 항공기보다 더욱 높은 전기 전력을 필요로 함을 인지하고 이미 세계 최고 수준의 전기 기술을 연구하고 있다.

미래의 전장에서는 복잡한 전자 장치가 항공기 탑재체의 핵심 차별화 요소가 될 것이다.

GCAP가 왜 ISANKE & ICS의 한 부분으로서 고 성능의 센서와 효과체를 탑재하려는 안에서부터의 밖으로 설계를 하고 있는지 이유이다.

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보조 지원

이탈리아와 일본에서 핵심 미래 전투 항공기를 개발하면서 영국은 추가적인 기능의 필요성에 대한 평가를 할 예정이다.

이는 예를 들면, 무장과 무인 비행체이다.

GCAP 전투 항공 플랫폼에 열려있는 옵션 중 한 가지는 MBDA UK의 Spear-EW Munition이다.

MBDA UK는 GCAP의 무장과 효과체 개발의 서브 시스템 리더로서 계약을 하였고 SPEAR-EW stand-in Jammer에 대한 개발을 가속화하는 계약을 영국 MoD와 체결하였다고 한다.

SPEAR-EW는 현재 영국 공군에서 사용하고 있는 MBDA사의 SPEAR 순항 미사일과 같은 기체를 사용하고 있다.

Leonardo UK가 개발한 SPEAR-EW 페이로드는 DRFM(Digital RF Memory) 기술이 포함된 것이 특징이다.

(DSEI에서 선보인 GCAP 컨소시엄의 6세대 항공기 축소 모델)

 

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결론

AI를 시스템에 통합해야 하는 것 등을 포함해서 GCAP의 생존성과 EA 요구사항들은 명확하게 인지하고 있다. 

또한, EW와 레이다 성능을 평가하기 위한 시험 자원에 대해서도 알고 있다.

그 결과는 영국과 이탈리아, 일본을 위한 6세대 항공기가 될 것이다.  

 

 

출처 : Journal of Electromagnetic Dominance, December 2023

 

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