전투기 전자전 시스템 분석 - Eurofighter Typhoon (2)

2부에서는 Eurofighter의 자체 보호를 위한 재머 시스템에 대해 알아보겠다. Eurofighter는 on-board 재머 시스템과 off-board 재머 시스템을 모두 보유하고 있다. 먼저 on-borad 재머 시스템은 아래의 cutaway 상에서 125번 “Rear ECM/ESM antenna”, 129번 “Forward ECM/ESM antenna”이다.

 

(Typhoon Cutaway)

 

1부에서 DASS 내부를 봤듯이 좌측(Port) 주익 팁에 있는 Pod의 앞쪽과 뒤쪽에 on-board ECM 장비인 재머 시스템이 장착되어 있다.

전투기의 자체 보호 재머 시스템은 TWTA 고출력 증폭부와 horn 안테나 조합으로 구성된 시스템이 주를 이루다가 MPM 방식의 개선된 증폭부가 적용된 재머 시스템이 적용되고 있다.(EA-18G Growler (3) 참고)최근에는 Solid State 증폭기를 기반으로 송신과 수신을 수행하는 모듈을 어레이로 구성한 방식의 재머 시스템이 개발되어 적용되는 추세에 있다. 이는 AESA 레이다의 TRM(Transmit Receive Module)과 동일한 개념이라 볼 수 있는데 Eurofighter는 이 방식이 적용된 재머 시스템이 장착되어 있다.

아래의 그림은 Eurofighter에 적용된 시스템과 유사한 SSPA 기반의 재머 송수신부를 나타낸 그림이다.

 

(SSPA 기반 재머 송수신부)

 

위의 그림과 같은 TRM 기반의 APA(Active Phased Array) 시스템은 기존의 TWT 방식의 시스템 대비 더 큰 유효방사출력을 낼 수 있다. 이는 아래의 그림으로 설명할 수 있겠다.

 

(TWT와 APA 빔)

 

먼저 TWT에서 생성된 고출력 RF는 고정된 빔 폭을 갖는 안테나를 통해 방사되어 특정 위협 방향을 재밍 하고자 해도 에너지는 공간상에서 넓게 퍼짐으로써 특정 방향으로의 gain은 낮아질 수밖에 없다. 그러나, APA 방식은 TWT에 비해 증폭된 RF 출력은 작을지 몰라도 RF Cable에 의한 RF 손실이 없고 특정 위협 방향으로 좁은 빔을 형성시켜 방사할 수 있으므로 위협 방향으로의 유효방사출력은 훨씬 크게 된다. TWT 방식으로는 유효방사출력을 KW 수준을 만들기가 쉽지 않으나, APA 방식으로는 쉽게 구현이 가능하다. 이 외에도 Eurofighter에 적용된 재머 시스템은 RWR에서 위협의 유무와 그 방향을 전달받아 자동으로 위협의 위치를 정밀 추적하고 재밍 빔을 정밀하게 쏠 수 있다고 한다. 이러한 재머 시스템의 위협 위치 파악은 이전에 설명하였던 Interferometery 방식을 적용한다. 샤프한 빔의 생성은 on-borad RF 장비들과의 RF 간섭 영향을 줄이는 데에도 유리하며 TRM 구조는 MTBF(Maintenance Time Between Failure)에도 장점이 있다.

 

Eurofighter의 on-board 재머 시스템에서 마지막으로 볼 것은 장착 위치이다. Eurofighter는 좌측 주익 팁에만 재머 안테나가 장착되어 있다. 대부분의 전투기에 적용된 내장형 재머 시스템은 전방의 송신 안테나가 좌와 우 용도로 각각 있는데 이는 주로 안테나의 장착 위치가 동체이거나 주익의 root 부분이고 이 위치에서는 전방 동체에 의한 blockage가 생기다 보니 양쪽에 장착을 하게 된 것이다. 그러나 아래의 그림에서 대략적으로 볼 수 있듯이 Eurofighter는 커다란 주익의 끝에 있기 때문에 전방 동체에 의한 영향이 적어 한쪽에만 장착해도 본래의 재밍 FOV를 확보할 수 있었을 것으로 생각된다.

 

(유로파이터 재머 FOV)

또한, 동체나 주익 root에 장착된 송신 안테나는 대부분 항공기 정면 방향에서 좌와 우로 틀어져 장착할 수밖에 없으며 이로 인해 항공기 정면 방향으로의 재밍은 안테나의 boresight가 아니게 된다. 즉, 최대의 유효방사출력을 낼 수 있는 방향이 항공기 정면 방향이 아니게 되는 것이다. 그러나 Eurofighter는 그림에서도 보듯이 항공기 정면을 boresight로 할 수 있다.

 

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다음은 Eurofighter의 off-board ECM 장비에 대해 알아보겠다. Cutaway 상에서는 61번 “Dual towed radar decoy housing”, 61번 “Towed radar decoy”이며 우측 주익 팁 Pod의 후방에 두 발의 decoy가 장착되어 있으며 아래의 그림과 같다.

 

(유로파이터 Towed Decoy_1)

(유로파이터 Towed Decoy_2)

 

Towed Radar Decoy는 항공기에서 발사되고 견인 줄에 의해 항공기가 끌고 다니면서 재밍을 하는 시스템이며 주로 레이다 가이드 미사일을 재밍 하는 역할을 한다.

일반적인 Towed Radar Decoy는 신호를 수신하고 증폭하여 재전송하는 역할을 한다. 그러므로 위협 레이다에는 높은 RCS를 가진 표적처럼 보이게 된다. 또한, 견인 줄에 의해 항공기와 같은 속도로 이동하므로 위협 레이다는 도플러 효과를 통한 표적 구분이 불가하다.

일반 견인 줄에 연결된 Radar Decoy는 항공기로부터 발사되고 나면 재밍 효과에 대해서 Decoy 내부에 있는 자원(프로세서나 배터리 등)에 전적으로 의존해야 한다. 이를 보완하기 위해 개발된 것이 FOTD(Fiber Optic Towed Decoy)이다.

FOTD는 항공기에 장착되어 있는 전자전 시스템 자원을 이용하여 새로운 위협의 탐지와 변경된 재밍 기법 등의 정보를 광통신 케이블을 통해 발사된 Decoy에 전달할 수 있으므로 보다 효율적으로 재밍이 가능하다. 아래의 그림은 F-35에서 장착하고 있는 FOTD를 나타내고 있다.

 

(Fiber Optic Towed Decoy 구조)

 

Eurofighter는 Selex 사에서 개발한 FOTD가 장착되어 있으며 운용 주파수 대역은 H~J 밴드로 알려져 있다.

 

(유로파이터 견인식 디코이 전개)

 

위에서 알아본 견인식 디코이의 단점에 대해 간략히 얘기하고 2부를 끝내도록 하겠다.

먼저 위의 그림과 같이 항공기에 연결되어 비행을 하기 때문에 항공기의 자유로운 기동에 제한을 주게 된다. 즉, 특정 G 기동 이내에서만 비행을 해야 한다는 단점이 있다. 또한, Decoy 내부에 있는 안테나나 증폭기는 작고 가볍게 만들어져야 되고 그로 인해 on-board 재머 시스템에 비해 출력이 약하다는 단점이 있다.

그럼에도 불구하고 F-35와 같은 최신 전투기도 견인식 디코이를 적용한다는 것은 그만큼 레이다 가이드 미사일로부터 항공기를 보호하는 데에 효과가 좋다는 것이며 특히 FOTD는 HOJ(Home-On-Jam) 모드의 위협에 효과적이라고 알려져 있는데 Jamming 기법과 HOJ와 같은 ECCM에 대해서는 향후에 별도의 주제로 알아보려고 한다.

 

다음 3부에서는 Eurofighter가 적용하고 있는 off-borad ECM의 또 다른 종류인 chaff / flare dispensing 시스템과 MAW(Missile Approach Warning) 시스템에 대해 알아보겠다.