대형 항공기 보호를 위한 솔루션

(야간에 수송기에서 발사된 플레어 모습)

 

러시아가 우크라이나를 침공한 2월 우크라이나 군은 Kyiv 남쪽에서 러시아의 II-76 수송기(NATO 명 CANDID)를 한 대 또는 아마도 두 대를 격추하였다.

이 수송기에는 특별히 훈련된 낙하 부대원들이 탑승하고 있었으며 전쟁 시작 후 며칠 내에 Kyiv를 점령하려는 러시아의 중요 계획이었다.

우크라이나는 미국의 C-17과 크기가 유사한 항공기가 대공 방어 시스템에 의해 격추되었다고 주장했다.

항공기를 격추한 대공 방어 시스템이 어떤 것이었는지는 밝혀지지 않았으며 단거리 방어 무기였을 가능성이 있지만 우크라이나는 러시아가 개발한 S-300 장거리 지대공 미사일 시스템을 통해 다른 많은 군용기를 격추한 것으로 알려져 있다.

우크라이나 침공 이전 미국의 발전된 정보 수집 수단이 이 격추에 중요한 역할을 했다고 한다.

미 공군의 정보에 의하면 II-76 항공기는 레이다 경보 수신기와 RF Jammer, chaff/flare 디스펜서로 구성된 방어 시스템을 장착하고 있다.

 

이 사건은 미군에게 잊지 못할 중요성을 주었다.

사실, 러시아의 S-300과 S-400 같은 발전된 장거리 대공 시스템의 등장과 대형 수송기의 임무가 위협 지역에 가깝게 심지어는 내부로 진입하도록 바뀌어감에 따라 C-130이나 C-17 수송기, KC-135, KC-46 tankers와 같은 항공기에 발전된 다중 스펙트럼 위협 전자기 보호 시스템을 갖추어야 할 필요성이 있다.

 

최근 “From the Crows Nest” 팟캐스트에서 AOC의 Ken Miller와 미 공군의 퇴역한 장군 Jeff Fischer와 이야기를 나누었으며 우크라이나의 전장은 그동안 미군이 이라크나 아프가니스탄에서 경험한 환경과 매우 달랐으며 EMS 우세와 공중 우세 없이는 우크라이나나 러시아의 대공 방어 시스템에 공중 전력은 큰 요인이 되지 못했다고 한다.

“우크라이나에서 볼 수 없는 것은 C-17이나 C-130과 같이 전방에 재보급을 하는 대형 항공기이다.

그 이유는 S-300이나 S-400과 같은 미사일 시스템을 제거하고 전자전에서 우세를 점할 수 있는 전자전(EW) 기능 없이 그들은 전선에 들어올 수 없다.”

그는 또한 NATO 특히 미국에 인력과 장비를 전장에 가져다줄 수 없는 큰 문제가 될 것이라고 지적했다.  

 

Raytheon Intelligence & Space의 자체 보호 시스템 director인 Michael Baladjanian은 다음과 같이 말했다.

“현재 우리가 속해있는 위협 환경은 적의 지속적인 과학과 기술에 대한 투자로 매우 복잡하고 정교한 쥐덫과 같으며 탐지 능력, 센서 네트워크의 밀집도, 통신 탄력성, 사이버 정교함, 그리고 무기 타입과 무기의 속도는 대형 항공기 임무를 더욱 복잡하게 만든다.”

 

Northrop Grumman사 Electronic Warfare and Targeting 부사장인 James Conory 역시 이에 동의하며 “위협 환경은 변화하고 발전하고 있다.

과거에는 승무원이 전술과 기동을 이용하여 생존성을 확보할 수 있었으나, 오늘날의 위협 환경은 전술과 기동, 미리 준비된 계획만으로는 생존성을 보장할 수 없다.

그 결과 우리는 대형 항공기에 EW가 중요함으로 인식하게 되었고 어떻게 이러한 항공기에 탐지와 식별, 추적, 재밍 기능을 갖게 할 것인지 찾고 있다.”

 

BAE Systems사 Electronic Combat Solution director인 Mike Roske는 위협의 또 다른 측면을 강조한다.

“오늘날 가장 크게 바뀐 것은 개별의 대공 시스템과의 싸움에서 전체 네트워크에 대한 싸움으로 변화했다는 것이다.

현재 대형 항공기가 작전을 해야 하는 적의 환경에서 당신이 보고 있는 적은 당신을 격추하려는 적이 아닐 수 있으며 적의 무기 발사는 매우 먼 거리에서 이뤄지고 있을 수 있고 대형 항공기는 이게 어디서 날아오는지 알지 못할 수 있다.

그것은 레이다 탐지와는 다른 방향일 수도 있다.

이는 향후 5, 10, 20년에 더욱 악화될 것이며 그 의미를 이해하고 해결하는 것이 중요하다.”

 

 

[IR 위협에 대한 대응]

대형 수송 항공기가 직면할 수 있는 위협의 종류는 많고 다양하다.

그러나 휴대가 가능한 MANPADS(Man-Portable Air Defense Systems)의 등장 이후, IR 유도 미사일이 가장 큰 위협이 되고 있다.

이 위협은 계속해서 발전하고 진화하고 있다.

IR 위협에 대응하기 위해 대형 항공기에 IR 탐지와 대응 시스템을 개발하여 배치했다.

특히, Northrop Grumman사의 AN/AAQ-24 대형 항공기 IR Countermeasures (LAIRCM/DoN LAIRCM) 시스템은 현재 C-17A, C-130H/J, C-5M, HC/MC-130J, KC-46A, KC-135, KC-130J, P-8A, C-37B, 그리고 C-40A/B/C 항공기에 적용되어 있다.

또한 많은 회전익 플랫폼에도 적용되어 있다.

LAIRCM은 접근하는 미사일의 IR seeker를 탐지하고 지향성 레이저 빔을 이용하여 자동으로 재밍을 수행한다.

 

지난 3월, 미 공군의 KC-135 “Stratotanker” 항공기를 위한 LAIRCM 시스템의 pod 버전이 마일스톤 C를 완료했으며 이는 양산과 배치가 시작되었음을 의미한다.

Pod 형상의 LAIRCM G3 시스템은 많은 A-kit 변경 없이 다른 항공기에 전자전 능력을 갖출 수 있도록 하며 변화하는 환경에 보다 쉽게 적응할 수 있는 유연성이 있다.

(미 공군의 대형 항공기 전면부 모습)

 

 

[RF 경고 시스템]

지난 20년간 대형 항공기의 IR 대응책에 초점이 맞춰져 있는 동안 장거리의 RF 유도 위협은 계속해서 진화해왔다.

최근 이 위협은 크게 증가했으며 이 시스템의 거리가 확장되고 대형 항공기의 수송과 지원, 특별 임무가 고 위협 지역의 주변 또는 내부에서 수행해야 하는 임무 변경에 따라 위협도는 크게 증가했다.

 

2022년 ANG(Air National Guard) Weapon Systems Modernization Book에는 다음과 같이 언급하고 있다. 

“국방 전략에서 정의한 경쟁자에 따라서 임무의 현대화는 다음을 포함하고 제한되지 않으면서 오버 매치를 보장해야 한다. (무선 주파수(RF), IR 자체 보호 시스템, 발사체, 재머, 그리고 signal intelligence/electronic intelligence 탐지 기능 그리고 데이터)

이 책에는 또한 “특히, 일반적인 작전에서도 ANG의 KC-135 tanker 항공기에 대한 적 위협은 증가하고 있다.

KC-135의 생존성을 위해서는 밀집도 높은 RF 환경에서 신호를 처리할 수 있는 디지털 RWR과 RF 위협을 무력화하거나 저하시키기 위한 자동 지향성 대응책이 필요하다”라고 말하고 있다.

 

C-130, C-17, KC-135, KC-46등과 같은 대형 항공기의 많은 대수나 세대, 임무 등을 감안할 때, 미국만 고려해도 많은 수의 서로 다른 레이다 경보 수신기(RWR)가 적용되어 있다.

이 수신기들 중에는 C-130H 항공기에 적용되어 있는 Raytheon사의 ALR-69A 디지털 RWR이 있다.

2018년, 미 공군은 그들의 대형 전술 항공기에 ALR-69A를 장착하기 위해 Raytheon사와 계약했다.

이 계약 이후, ALR-69A는 모든 RF 스펙트럼에서 위협을 인지하기 위해 주파수 확장을 포함한 중요한 성능 개량을 해왔다.

2019년 9월, 미 공군의 KC-46A “Pegasus” 공중 급유/수송기를 위한  ALR-69A RWR의 다음 batch를 납품했다고 Raythoen사는 발표했다.

Raythoen사는 예비품을 포함해서 전체 111개의 ALR-69A 시스템을 제공할 것이며 납품은 2025년에 완료될 것이다.

 

미 공군의 최신 C-130J “Super Hercules” 항공기는 BAE Systems사의 AN/ALR-56M RWR을 적용하고 있다.

이 디지털 RWR은 슈퍼헤테로다인 수신기이며 2 GHz에서 20 GHz 대역의 탐지가 가능하고 저대역 안테나와 4개의 고대역 quadrant 안테나를 포함하고 있다.

ALR-56 RWR은 전술 항공기와 대형 항공기 플랫폼에서 검증된 시스템이며 최신화가 이뤄졌다.

비록 플랫폼에 따라서 수신기 aperture와 전력 증폭기 등의 통합 형상이 서로 다르지만 ALR-56M의 핵심 EW 처리 기능은 다양한 위치에서 효율적이다.

 

2019년 3월, 미 육군은 AN/APR-39 RWR 시스템의 최신 버전 개발을 위해 Northrop Grumman사와 계약했다.

육군의 회전익 항공기 대대와 미 해병대의 KC-130 tanker에서 광범위하게 사용되고 있는 AN/APR-39E(V)2는 MRWR(Mordernized Radar Warning Receiver)로 알려져 있다.

이 RWR은 DRE(Digital Receiver Exciter)를 이용하여 높은 정밀도의 탐지, 위치, 식별 기능을 제공하며 진보적인 신호 처리 알고리듬을 가지고 있다.

새로운 경보 시스템은 밀리미터 파장 대역의 레이다 신호를 더 먼 거리에서 탐지할 수 있을 것이며 초기 운용 배치는 2025년으로 계획되어 있다.

 

그리고 미 공군 C-130J 항공기는 Northrop Grumman사의 AN/AAR-47 미사일 경고 시스템을 적용하고 있으며 IR 유도 미사일 위협과 레이저 유도/레이저 지원 위협, 그리고 유도되지 않는 발사 위협에 대해 항공기를 보호한다.

이 시스템은 전자-광학 센서를 이용하여 미사일 배기열을 탐지하고 위협을 분석하고 우선순위를 위해 발전된 신호 처리 알고리즘이 적용되었다.

이 시스템의 센서는 전방 동체의 후방석 바로 밑 부위와 꼬리 부분에 장착되어 있다.

미사일 위협을 탐지하면, 시스템은 chaff/flare 및 active 디코이를 발사하는 AN/ALE-47 CMDS에 자동으로 큐 정보를 제공한다. 

 

 

[Active Jammer RF Countermeasure 시스템]

비록 많은 대형 항공기가 레이다 경보 수신기를 장착하고 있거나 장착할 예정이지만 RF 대응 시스템은 그렇지 못하다.

RF Jammer 기능을 탑재한 항공기는 RCS가 큰 폭격기나 높은 위험 지역에서 특별 임무를 수행해야 하는 항공기이다.

이러한 항공기들은 때때로 RF Jammer를 장착한다.

예를 들면, L3Harris사의 AN/ALQ-172 자체 보호 통합형 RF 시스템은 수십 년간 미 공군 B-52H 폭격기에 적용되어왔다.

또한, 이 시스템은 SOCOM(Special Operations Command) MC-130H “Combat Talon II”와 AC-130U Gunship 항공기에 탑재되었다.

L3Harris사에 따르면, 이 시스템은 다중의 펄스와 연속파, 펄스 도플러, 그리고 모노펄스 위협에 동시에 대응이 가능하다고 한다.

ALQ-172(V)3는 주파수 탐지 영역 확장을 위해 업그레이드되었으며 회사는 현재 다음 버전의 시스템 업그레이드를 준비하고 있다고 한다.

ALQ-172 ‘MARS’ 업그레이드는 FPGA(Field Programmable Gate Array) 기반 기술을 통해 시스템 중량과 소모 전력을 줄이고 시스템의 성능과 신뢰성, 유지보수 성능은 개선된다.

 

SOCOM는 MC-130H 항공기를 MC-130J 항공기로 대체하는 동안 올해 3월 Northrop Grumman사는 사령부의 AC-130J “Ghostrider”와 MC-130J “Commando II” 항공기를 위한 그들의 첫 번째 AN/ALQ-251 RFCM 시스템을 납품했다.

회사에 따르면, ALQ-251 시스템은 상황 인지 기능과 레이다 유도 무기에 대해 360° 보호 기능을 제공한다고 한다.

ALQ-251 시스템의 구조는 모듈식 개방형 시스템이며 공통 블록은 다른 전자전 제품군과 호환이 가능하다.

이는 수명기간 동안 빠른 업데이트와 경제성을 갖게 한다.

ALQ-251 시스템은 같은 회사의 APR-39 RWR 제품군에서 파생한 레이다 경보 기능이 통합되어 있으며 또한 다른 RWR과도 호한이 가능하다고 한다.

 

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RFCM 시스템에서 RWR 호환성은 매우 중요한 부분이다.

“당신이 적을 재밍하면서 동시에 당신은 위협을 탐지하기를 원한다.”

RWR 시스템이 통합되어있는 RF Jammer 시스템은 큰 장점이 있다.

이 둘이 분리되어 있는 시스템은 많은 인터페이스 작업이 필요하게 된다.

그리고 위협의 탐지와 인지, 그리고 재밍과 관련된 호환성뿐만 아니라 플랫폼의 다른 모든 시스템과의 호환성이 중요하다.

예를 들면, AC/MC 항공기는 아니지만 만약 AESA 레이다 시스템이 플랫폼에 있다면 더 많은 인터페이스 작업이 필요하게 된다.

Raytheon사는 그들의 다른 시스템인 ALQ-257을 통해 이와 관련된 기능을 시연하였다.

Raytheon사는 그들의 치명적인 AESA 레이다 시스템이 있고 이와 호환성을 갖는 RF EW 시스템이 있어서 치명적이면서 동시에 생존성을 갖는다고 말한다.  

 

미 해군 역시 그들의 대형 항공기 플랫폼을 위한 RF 대응 시스템의 필요성을 알고 있으며 BAE Systems사는 미 해군의 P-8A Poseidon 해상 정찰 항공기에 RFCM 기능을 추가하기 위해 노력하고 있다.

이 시스템은 작은 형상의 재머와 고출력 증폭기, 그리고 AN/ALE-55 FOTD(Fiber-Optic Towed Decoy)로 구성되며 경량의 pod 형태로 항공기에 장착된다.

회사는 기존 플랫폼에 장착되어 있는 RWR 시스템과의 통합 측면에 대한 강조를 한다.

과거에는 RWR과 RF Jammer 간 연합 인터페이스를 만들어왔다.

그러나 이것의 단점은 정보의 전달과 수신이 느리다는 것이며 붕괴가 일어나는 시점은 더 빠른 재밍 응답을 요구하는 최신의 위협을 직면했을 때이다.

(공중 급유기로부터 수유를 받고 있는 대형 항공기 모습)

 

[다중 스펙트럼 위협, 인공 지능, 그리고 전체 위협 상황 화면]

복잡한 위협의 증가와 함께 단일 스펙트럼 탐지와 대응 시스템은 대형 항공기 보호 임무에 적합하지 않게 되었다.

이에 대해 Northrop Grumman사는 다음과 같이 말한다.

“오늘날, 대형 항공기 플랫폼은 임무 수행을 위해 IR과 RF 기능이 플랫폼 상에서 더욱 협동하는 발전된 다중 스펙트럴의 생존 시스템이 요구된다.

미래의 적 무기 시스템은 우수한 통합 성능과 더 복잡한 파형의 활용, 그리고 인공지능과 기계학습(AI/ML)에 의한 비협조적 다이내믹 행동이 가능할 것으로 예상된다.

이러한 위협 시스템에 대항하기 위해서 우리의 대형 항공기 플랫폼은 다중 도메인, 다중 스펙트럼 센서와 effector 정보를 퓨전하는 것이 요구된다.

다중 스펙트럼 능력과 AI와의 통합을 통해 더 빠르게 이러한 위협들과 조우하고 대응책을 평가하여 항공기를 보호할 수 있을 뿐만 아니라 전체 우군 항공기 그룹을 보호할 수 있는 솔루션을 찾을 수 있다.

 

BAE Systems사 역시 이 요구 사항에 대해 중점을 두고 있다.

“우리는 IR 도메인과 전투-관리, 센서 퓨전 도메인과 함께 긴밀하게 일하고 있으며 각 세그먼트에 적당한 프로세싱을 할당하고 AI와 Cognitive-EW 알고리즘을 통한 분산된 전쟁 관리 suite을 통합적이고 공통의 운영 화면으로 창조할 수 있다.”

 

(여러 대의 대형 항공기 모습)

 

 

[네트워크 데이터 소스와 위협 대응 timeline]

MANPAD 무기에 대한 취약성 외에도 대형 항공기 플랫폼은 또한 장거리 위협에 취약하다.

그 이유는 단순히 말해 외형이 크고 따라서 레이다 단면적이 크기 때문이다.

큰 플랫폼은 상대적으로 탐지가 쉬우며 위협은 어디서든 날아올 수 있다.

그러나 혼자 비행하는 항공기는 없으며 각 항공기는 네트워크와 전쟁 관리 suite 상에서 한 부분으로서 역할을 하며 또한 전체 스펙트럼(RF, IR, Optical) 걸쳐져 있기 때문에 적정한 시간과 공간에 적정한 자산이 역할을 할 수 있다. 

이를 위해서는 적의 네트워크 전체를 들여다보고 분석해야 한다.

우리는 이러한 네트워크의 변화를 모니터링하고 이해하기를 원하며 만약 어떤 지점에서 행동이 증가하고 있는 것을 알아챈다면 그 영역에 대해 더욱 관심을 가져야 한다.

예를 들면, 만약 탐지에 대한 징후가 있다면 레이다가 당신을 어떻게 생각하고 있는지 이해하기 위해 파장을 분석해야 하고 우리가 탐지되었는지 여부와 주의해야 하는 부분에 대한 결론을 도출할 수 있다.

 

전체 위협 환경을 이해할 수 있도록 네트워크에 확실한 연결이 된 것 이외에 적절한 보호 행동을 취하기 위해서 확실한 타임라인이 필요하다.

“Countermeasure’는 모두 타임라인에 대한 것이다.

우리가 위협을 무력화시킬 수 있는 시간이 충분하다는 것은 첫째로 위협을 찾아야 하고 비록 미사일이 발사된 것을 보지 못했더라도 이 정보를 빠르게 획득하는 것이 중요하다.

위협에 대해 충분한 시간을 가지고 파악하여 다이내믹하게 임무 계획을 변경할 수 있다.

이러한 일들은 위협을 무력화할 수 있는 강건하고 충분한 타임라인을 가능하게 한다. 

 

네트워크화된 위협 경보와 빠른 응답 시간은 매우 중요하며 미 공군은 모든 자산이 실시간으로 그들의 정보를 공유할 수 있는 방법을 찾고 있다.

AWACS, Rivet Joint, JSTARS, 그리고 Compss Call과 같은 고가치 자산 HVAA(High Value Airborne Assets)을 보호하는 것은 매우 중요해졌으며  비록 한 개만 기능을 잃어도 미국 전투 기능에 심각한 영향을 주거나 적에게 중요한 선전적 가치를 제공하게 된다.

 

 

[모듈화와 개방형 구조]

대형 항공기 플랫폼에 성공적인 기능과 민첩한 자체 보호 시스템을 제공하는데 중요한 또 다른 요소는 개방형 구조 설계를 구현하고 표준화된 인터페이스를 사용하는 것이다. 

개방형 구조는  더 빠른 혁신적인 사이클과 비용 절감이 가능하다.

앞으로의 자체 보호 시스템은 반드시 크기를 변화시킬 수 있고 적응성을 갖으며 민첩하게 설계되어야 한다.

 

FACE(Future Airborne Capability Environment)와 MOSA(Modular Open System Approach)와 같은 개방형 구조와 표준은 플랫폼의 더 많은 시스템을 연결하고 발전시키며 운용자에게 그들에 비행하고 있는 환경에 대한 전체적인 그림을 제공한다.

적은 발전의 속도를 줄이지 않기 때문에 우리는 이러한 위협을 따라잡아야 하고 이것이 그 방법이 된다.

(미 해군의 대형 항공기 모습)

 

 

[차세대 기술]

대형 항공기 자체 보호를 위한 오늘날 활용할 수 있는 기술이 무엇이든지 미래에는 더 우수한 것을 요구하게 된다.

이것이 전자전 업체들이 미래의 위협 환경을 예측하는데 끊임없이 기대하는 이유이다.

 

Northrop Grumman사는 레이저를 업그레이드하고 발전된 소프트웨어 아키텍처와 함께 더 큰 초첨면 배열로 다중 스펙트럼 센서를 개선할 것이다.

새로운 형태의 기계 학습이나 AI 소프트웨어 알고리즘은 특정 지점에서 역할을 한다.

단기적으로는 boolean 로직 기반이나 명확한 yes/no 답변과 같은 합리화나 통계적 처리와 유사할 것이다.

그러나 장기적으로는 이러한 답변에 있어서 어떠한 종류의 신뢰성을 가지고 있는지 평가하게 될 것이다.

이것은 비행 중 소스 코드를 재작성하는 미래의 목표로 가는 디딤돌 역할을 할 것이다.

새로운 기술을 찾는 것과 함께 SWaP-C를 줄이는 것과 같은 설계적인 우선순위도 계속해서 강조되어야 한다.

대형 플랫폼 또는 다중 플랫폼 보호를 위해 매우 작은 SWaP-C를 통해 적의 대공 위협을 억제하는 오프 보드 기능을 고려해야 함을 의미한다.

고가치 자산과 회수되지 않을 수 있는 매우 작은 가치의 자산을 쌍으로 활용할 수 있어야 한다.

 

BAE Systems사가 집중하고 있는 것은 convergence와 개방형 구조 솔루션이다.

이 기술은 고속의 양산 라인이 가능하고 제3 업체의 기능 삽입을 지원하는 공통의 reprogrammable 하드웨어를 제공한다. 

BAE Systems사의 이러한 노력의 한 예는 공통의 코어 구조를 통해 소프트웨어 기반의 EW 기능 제공을 가속화할 수 있는 Storm EW™ 모듈이다.

크기 조절이 가능한 설계는 다양한 공중 플랫폼에 통합이 가능한 하드웨어 기반을 제공하며 엔지니어링과 수명주기 비용을 줄일 수 있다.

BAE Systems사의 또 다른 집중 분야는 Cognitive EW와 정보 융합이다.

 

많은 EW 임무 지역에서 대형 항공기를 보호하는 길은 새로운 영역으로 들어가는 것이다.

수십 년 동안 대부분 자체 보호 전략에만 집중했으나 미래의 대형 항공기 생존성은 상황 인식과 다이내믹한 임무 계획, 지원 재밍 그리고 전투기 에스코트등과 같은 많은 오프 보드 자원에 의존할 것이다.

위협 기술이 계속해서 발전함에 따라 주요 전자전 시스템 개발 업체들은 이러한 위협들을 앞설 수 있는 생존 솔루션 개발에 집중하고 있다.

 

 

 

출처 : The Journal of Electromagnetic Dominance, November 2022