Chaff / Flare 의 효과도 결정 인자

Chaff와 Flare는 RF 위협과 IR 위협으로부터 회피하기 위한 대응 수단 중 가장 기본적인 방법이라 할 수 있다.

Chaff와 Flare는 항공기로부터 분리되면 어떤 제어가 불가능하므로 사전에 어떤 인자를 고려해야 위협을 회피하는 데에 효과도를 높일 수 있는지 분석이 중요하다. 

 

여기서 Chaff와 Flare의 투발 효과도를 결정하는 인자에 대해 간단히 알아보겠다. 

 

[Flare]

 

* IR 위협으로부터 항공기를 보호하는 주요 3가지 요소

  (1) 위협 IR Seeker 가 탐지나 추적이 불가능하도록 항공기의 IR 방출을 최소화

  (2) 미사일 경고 시스템(MWS, Missile Warning Receiver)을 통해 미사일 발사를 감지하고 대응 시스템에

      관련 정보를 전달하여 대응

  (3) Off Board(Decoy)나 On Board(IR Jammer)와 같은 대응책 시스템을 통한 IR 위협에 대응 

 

* Flare 운용 효과

   - Flare는 항공기에서 방출하는 IR보다 더 강한 세기의 IR 방출원을 추적하는 seeker를 기만하는 데에 사용

     된다.

   - 일반적인 IR 미사일은 발사된 이후에 새롭게 표적을 탐지하거나 다시 표적을 추적하지 못한다.

     즉, 일단 IR 미사일의 seeker FOV(Field Of View)로부터 항공기가 충분히 빠져나오기만 하면 이 IR 미사

     일은 표적을 놓치게 된다.

 

다음의 그림은 공군 전투기에서 많이 사용되는 Flare 탄인 MJU-7의 형상을 나타낸 것이다.

 

(MJU-7 Flare 형상)

 

 

* Flare 효과도 결정 인자 - IR Missile without CCM(Counter-Counter Measure)

"

   - IR 미사일 seeker가 감지하는 스팩트럼 내에서 항공기가 방출하는 IR 세기보다 더 큰 세기의 IR 방출을

     통해 IR 미사일을 기만할 수 있다. 

      ⇒ IR Intensity (Flare 탄종 별 특성)

   

   - 항공기와 분리되면서 최대한 항공기 근처에서 가장 강한 IR 세기에 도달 할 수 있어야 한다.

     IR 미사일 seeker의 FOV 내에서 항공기의 방출 IR보다 강한 세기의 IR 값에 도달해야 하며, 게다가 이 IR

     미사일의 seeker가 narrow FOV를 운용할 수 있으므로 Flare는 항공기로부터 발사된 즉시 빠른 시간 내

     에 가장 높은 IR 값에 도달해야 한다.

      ⇒ Fast Intensity Rise Time (Flare 탄 종별 특성)

 

 

(IR 미사일 Seeker FOV)

 

 

   - Flare의 발화 지속 시간(burn time)이 충분히 길어서 IR 미사일 seeker의 FOV 바깥쪽으로 항공기가 벗어

     날 때까지의 시간 동안 지속되어야 한다.

      ⇒ Burn Time (Flare 탄 종별 특성)

 

   - Flare가 발사되어 항공기로부터 분리되는 속도가 너무 빠르면 IR 미사일 seeker의 FOV 내에서 seeker가

     반응하기도 전에 잠깐 반짝이고 지나가게 되어 효과가 떨어질 수 있다.

     그러므로 Flare의 분리 속도는 IR 미사일 seeker의 표적 추적 속도보다 빠르면 안 된다.

     이러한 Flare의 분리 속도는 탄의 특성에 따라 다르기도 하지만 항공기에서의 발사 위치에도 조금은 영

     향이 있다고 볼 수 있다.

     일반적으로 항공기에서 가장 강한 IR 방출이 일어나는 엔진 노즐 부분이 IR 미사일에 주 추적점이 되므

     로 이 근처에 Flare 발사기(Dispenser)를 배치한다.

     그러나 위에서와 같은 Flare와 항공기와의 분리 속도 영향성을 줄이기 위해 항공기 중앙 동체에 발사기

     를 배치하거나 항공기의 진행 방향으로의 Flare 발사를 통해 항공기와 Flare 간 분리 시간을 조절하기도

     한다. 

      ⇒ Separation Rate (Flare 탄 종별 특성 및 Flare 발사 위치)

 

* Flare 효과도 결정 인자 - IR Missile with CCM(Counter-Counter Measure)

   - 일반적으로 강제로 발화를 시키는(Pyrotechnic) Flare는 매우 높은 열을 발생시키고 이는 아래의 그림과

     같이 스펙트럼상에서 항공기가 방출하는 IR과 다른 특성을 갖는다.

 

 

(Flare와 항공기의 IR 스펙트럼 특성)

 

최신의 MANPAD나 IR 미사일은 매우 복잡한 형태의 CCM 기능을 갖고 있으므로 항공기와 Flare를 구분하는 능력이 향상되었다.

 

 - 공기와 직접 닿아 자연 발화시키는(pyrophoric) 방식의 Flare는 앞에서 얘기한 Pyrotechnic 타입의 Flare에

   비해 일반적으로 발화 온도가 낮다.

   그러므로 위의 그림에서 보듯이 낮은 IR signature를 갖는 항공기와 유사한 IR Signature의 Flare는 CCM

   이 있는 IR 미사일에 대해서 효과적일 수 있다.

    ⇒ IR Intensity (Flare 탄 종별 특성)

 

 - 최신의 IR 미사일은 다양한 CCM 기능을 갖는다.

   Flare의 빠른 rise time을 탐지하거나 두 가지의 파장대에서 항공기와 Flare가 서로 다른 IR 세기를 갖는

   특징을 탐지하는 two-color seeker가 있다.

   또한, 항공기와 Flare가 서로 분리되는 속도를 탐지하여 Flare 여부를 알아내는 Kinematic이나 Spatial 방

   식의 CCM 방식이 있다.

   이러한 CCM 기능을 갖고 있는 IR 미사일을 Flare로 기만하기 위해서는 서로 다른 파장대의 IR 세기를

   갖는 Flare 탄들이 서로 다른 rise time 특성을 갖도록 조합하여 빠른 순간에 연속적으로 발사를 해야 한

   다.

   즉, 다양한 Flare 탄종을 운용할 수 있어야 하고 Flare 발사 프로그램 파라미터인 발사 수(Burst Count),

   간격(Burst Interval), 다발 프로그램 수(Salve Count)와 간격(Salvo Interval)등의 파라미터가 최적화되어

   야 한다.

    ⇒ 서로 다른 특징을 갖는 다양한 탄종의 운용 및 발사 패턴의 최적화 

 

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[Chaff]

 

* Chaff의 효과

 Chaff는 레이다의 resolution cell 이내에 많은 false target을 생성시킴으로써 추적 모드에 있는 레이다가 추적을 놓치도록 유도한다.

다음은 대표적인 Chaff 탄 종인 RR-170을 나타낸다.

 

 

(RR-170 형상)

 

 

* Chaff 효과도 결정 인자

   - Chaff가 발사되고 공중에서 얼마나 빨리 확산되는지는 Chaff 효과를 높이는 데 있어 매우 중요한 요소이

     다. 

     항공기에서 발사된 Chaff가 공간적으로 빠르게 확산하는 데에는 항공기 이동에 따라 생기는 turbulence

     가 큰 역할을 한다.

     따라서 Chaff 발사기는 이 turbulence 영향을 많이 받을 수 있는 항공기의 후방 동체에 위치하곤 한다.

    또한 항공기의 날개 끝에는 아래의 그림과 같이 소용돌이(vortex)가 발생하며 이 vortex를 활용하면

     더욱 빠르게 그리고 넓은 영역으로 Chaff를 확산시킬 수 있다.

      ⇒ Bloom Rate

 

 

(Wingtip Vortex)

 

     그래서 Chaff가 항공기의 양 쪽 주익 끝에서 후방으로 발사하는 타입의 발사 시스템이 있으며 대표적인

     시스템이 SAAB사의 BOL 시스템이다.

     이 시스템에 대한 내용은 아래의 글에 좀 더 자세히 설명되어있다.

 

전투기 전자전 시스템 분석 - Eurofighter Typhoon (3)

 

   - 최신의 레이다는 레이다의 해상도를 높이기 위해 펄스 압축(Pulse Compression) 기법을 사용하며 따라

     서 레이다의 range resolution cell이 매우 짧다.

     이 짧은 cell 안에 많은 false target을 생성시키기 위해서는 짧은 순간에 많은 Chaff가 연속적으로 발사

     될 필요가 있다.

     이는 앞에서의 Flare 발사 프로그램 파라미터와 동일하게 Burst Count/Interval, Salvo Count/Interval 최

     적화가 요구된다.

      ⇒ Chaff 발사 패턴 최적화

 

  - 또한, 최신의 레이다는 Doppler Filtering을 통해 Chaff에 대한 영향을 최소화할 수 있다.

    레이다의 MTI(Moving Target Indicator) 기능이 그것인데 이를 통해 레이다는 움직이는 표적과 움직이지

    않는 clutter 신호를 분리해 낸다.

    Chaff는 발사된 직후 doppler 효과가 거의 제로에 가깝게 된다.

    그렇기때문에 레이다 측면에서 항공기에 의한 doppler 효과도 제로에 가깝게 해 줌으로써 Chaff의 효과      도를 높일 수 있다.

    표적이 레이다 aspect angle의 90도 가까이 되면 doppler 성분은 제로에 가깝게 되므로 항공기는 Chaff

    의 발사와 함께 레이다의 aspect angle이 90도가 되도록 기동을 함으로써 Chaff의 효과도를 높일 수 있

    게 된다.

    이러한 항공기의 기동을 “Notch” 기동이라고 하며 레이다가 doppler 성분을 탐지할 수 없으므로 표적

    추적을 못하게 되는 구간이라는 의미가 있다.

    다음의 그림은 이러한 내용을 신호로 표시한 것이다.

 

 

(Dopper 레이다에 대한 Chaff 및 항공기 기동 영향)

 

    Chaff의 발사와 함께 항공기 기동을 같이 해줌으로써 효과를 높일 수 있는 것이다.

     ⇒ Aircraft Maneuvering  

 

 

여기까지 Flare와 Chaff의 효과도를 높이는 인자에 대해 간략히 알아봤다.

요약하면 다양한 IR세기나 Rise Time, Burn Time 등을 갖는 탄을 동시에 이용하는 것과 최적의 발사 패턴 프로그램을 통한 발사가 중요 인자이고  Chaff의 경우는 빠르게 공간 확산시킬 수 있는 장소에서의 발사와 최적의 발사 패턴 프로그램 그리고 Chaff 발사 후 항공기의 기동 등이 효과를 높이는 인자라 볼 수 있다.