적외선 위협과 Countermeasures - (3)

이번에는 열추적 미사일에 대응한 Flare의 전술과 이러한 Flare 영향을 줄이기 위한 미사일 추적기의 기법에 대해 알아본다.

 

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One-Color versus Two-Color Sensors

열추적 미사일이 갖는 한 가지 문제는 플레어나 태양, 그리고 항공기의 높은 온도의 다른 혼란등을 구분하는 것이다.

기존의 혼란스러운 것은 표적 항공기의 표적 부위보다 훨씬 더 뜨거운 것이었다.

Magnesium Flare는 2,200K에서 2,400K이며 태양은 5,900K이다.

이것은 표적보다 더 높은 에너지를 발산하므로 혼란을 일으킨다.

흑체(Black-Body)는 다음의 그림과 같이 방사 곡선을 갖으며 어느 파장대에서도 온도가 높을수록 에너지가 증가하고 따라서 매우 뜨거운 Magnesium Flare는 미사일의 추적기를 캡처하고 표적으로부터 다른 방향으로 유인한다.

(온도가 높아질 수록 최대치는 왼쪽으로 이동한다)

 

그러나 만약 미사일이 표적을 두 개의 파장에서 탐지한다면, 효과적으로 표적의 온도를 계산할 수 있게 된다.

이것은 미사일이 선택한 온도로 표적을 추적할 수 있으며 또는 최소한 실제 표적보다 훨씬 뜨거운 가짜 표적을 구분할 수 있음을 말한다. 

위의 그림은 두 개의 뜨거운 물체를 표현하고 있으며 혼란을 주는 물체는 2,000K이고 표적은 1,600K에 있으며 두 개의 분리된 파장대에 있다(2 µm, 4 µm).

2,000K 온도의 Flare는 4 µm 파장대 보다 2 µm 파장대에서 약 5.3배의 에너지가 더 발산된다.

반면에 1,600K 온도의 표적을 고려해 보면 4 µm 파장대 보다 2 µm 파장대에서 오직 3.1배의 에너지가 더 발산된다.

만약 적절한 에너지 비율의 범위를 위한 추적 파장만이 미사일의 프로세서에 입력되어 있다면 미사일은 잘못된 온도를 나타내는 Flare를 무시하고 정확한 온도의 표적만을 추적하게 된다.

이 두 가지의 선택된 파장대는 반드시 대기 윈도우 내에 있어야 하며 Flare와 표적 간에 확실한 비율 차를 가질 수 있도록 선택되어야 한다.

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Flare

항공기가 열 추적 미사일로부터 보호하기 위한 중요한 방법 중 하나가 Flare를 사용하는 것이며 여기에는 세 가지의 서로 다른 역할들이 있다.

그것은 유혹(seduction)과 산만함(distraction) 그리고 희석(dilution)이다. 

 

[ 유혹(Seduction) ]

Seduction 역할은 물리적인 공간에 Flare를 전개하고 열추적 미사일의 추적기에 의해 파장 범위가 포착되는 것을 포함한다.

여기서 Flare는 미사일의 추적기 내에서 표적보다 더 강한 신호를 제공해야만 한다.

만약 미사일 추적기가 Flare를 구분할 수 있는 기능을 포함하고 있지 않다면 미사일은 관심이 표적에서 Flare로 옮겨오게 되고 결국 미사일의 방향이 Flare 쪽을 향하게 된다.

Flare가 표적 항공기로부터 멀어짐에 따른 미사일은 다음의 그림과 같다.

(Seduction 모드에서의 Flare는 미사일 추적기를 캡쳐하고 항공기로부터 멀어지도록 유도한다)

 

 

[ 산만함(Distraction) ]

Distraction 역할에서 Flare는 열추적 미사일이 표적 항공기를 추적하기 이전에 전개되며 따라서 Flare는 배치되고 미사일 추적기는 항공기 보다 Flare를 먼저 보게 된다.

이 역할에서 Flare는 표적 항공기보다 큰 신호를 발산할 필요가 없다.

그러나 표적 항공기와 최대한 가까운 값이어야 미사일 추적기가 이를 추적할 것이다.

만약 이러한 distraction이 성공했다면 다음의 그림과 같이 미사일은 다시는 항공기를 보지 못하게 될 것이다.

이 기법은 또한 대함 열추적 미사일에서 배를 보호하기 위해서도 사용된다.

(Distraction 모드에서 Flare는 미사일이 항공기를 보기 전에 추적기를 캡처한다)

 

 

[ 희석(Dilution) ] 

Dilution 전술은 영상 또는 TWS(Track-While-Scan) 기능의 위협에 대해 사용된다.

즉, 미사일 추적기는 다중의 잠재적인 표적들을 다룬다.

이 방어적인 전술에서의 목표는 아래의 그림과 같이 적에게 많은 신뢰할 수 있는 표적들을 만들어내는 것이다.

Flare는 미사일 추적기에 의해서 제거되지 않도록 실제의 표적과 최대한 유사해야만 한다.

(Dilution 모드에서 Flare는 많은 가짜 표적들을 만든다)

 

당연히 이 방식의 어려움은 미사일에 대한 공격의 정교함에 따라 달라진다.

또한 이 방식은 seduction이나 distraction 보다 덜 바람직하다는 것에 주목할 필요가 있으며 그 이유는 미사일은 실제 표적을 잘 선택할 수 있기 때문이다.

이 경우에 생존 확률은 한 위협에 대해 n 개의 Flare가 전개되었을 때에 n/(n+1)이 된다.

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Flare의 Timing Issue

여기서의 이슈는 seduction 기법을 기반으로 하고 있지만 다른 기법에도 적용이 가능하다. 

Flare는 반드시 미사일의 추적 중 내에서 효과적인 에너지 수준에 도달해야 한다. 

(Flare의 감속속도와 미사일 추적 윈도위 크기를 고려하면 Flare는 0.5초 내에 적절한 에너지 수준에 도달해야 한다)

 

Flare의 설계와 표적 항공기의 속도에 따라서 Flare의 공기 역학적 감속 속도는 약 300m/s²이 된다.

Flare가 전개되었을 때에 위협 FOV의 직경이 일반적으로 200m 이내이다.

이를 계산하면 0.5초가 약간 넘는 시간 동안 Flare의 에너지는 표적의 에너지보다 충분히 높아져야만 미사일 추적을 표적으로부터 Flare 쪽으로 이동시킬 수 있다. 

다음의 그림은 약 3km의 고도에서 항공기로부터 발사된 Flare의 일반적인 분리를 보여준다.

여기서 항공기 속도에 따른 수직과 수평 분리 특징을 볼 수 있다.

(분리된 Flare는 항공기의 하방 및 후방으로 전개된다)

 

Flare는 표적이 미사일의 추적 볼륨 내에 존재하지 않을 때까지 계속해서 적절한 에너지를 방출해야만 미사일이 표적을 더 이상 추적하지 못한다.

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Flare의 Spectrum과 Temperature Issue

Flare는 반드시 미사일의 추적기가 동작하는 파장대에서 방사가 되어야 효과가 있다.

미사일 추적기는 반드시 대기 윈도우 중 하나에서 동작되어야 한다.

그러나 이는 광대한 범위의 스펙트럼을 커버한다.

일반적으로 Flare에서 사용되는 연료와 접착체는 흑체가 발산하는 특성에 따라서 적용된다.

따라서 온도는 에너지의 스펙트럴 분포를 결정한다.

그러나 어느 파장대에서든 흑체에서 발산되는 에너지는 온도에 따라 증가한다.

작은 크기의 Flare를 미사일 추적기가 캡처하기 위해서는 충분한 에너지가 만들어져야 하며 이를 위해서는 매우 뜨겁게 연소하는 재질이 필요하다.

이는 magnesium 파우더에 연소를 강화시키는 접착체를 사용하는 것과 같다.

만약 Flare가 표적 보다 더 높은 온도를 갖는다면 이는 미사일 추적기 내에서 더 큰 신호를 생성할 수 있다.

앞에서 얘기했듯이 이중 칼라(two-color) 센서는 Flare의 온도를 결정할 수 있으며 미사일 추적기가 Flare를 구분해 낼 수 있는 기법 중 하나이기도 하다.

미사일 추적기가 Flare를 무시할 수 있는 기술 중에는 화학적, 시간적, 그리고 기하학적인 것이 있다.

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온도 감지 추적기

이제까지 이중 칼라 센서는 실제 표적과 Flare를 구분할 수 있다는 얘기를 했다.

이후 추적기는 정확한 온도에서 표적을 추적하게 된다.

추적기는 두 개의 서로 다른 파장대를 감지하는데, 만약 두 파장대에서 적절한 에너지 비를 감지했다면 추적기는 유요한 표적이라고 결정을 내리게 된다. 

Flare가 이중 칼라 센서에 대해서 효과적이기 위해서는 Flare는 정확한 에너지 비를 가져야만 한다. 

다음의 그림과 같이, 낮은 온도의 Flare는 정확한 온도에서 발산할 수 있다.

그러나 이후 Flare는 표적보다 더 큰 볼륨의 더 높은 에너지를 발산해야 한다.

(낮은 온도의 Flare는 넓은 영역에서 전개되어 미사일 센서 내에서 높은 에너지 응답을 일으켜야 한다)

 

이것은 정확한 온도에서 자연적으로 연소되며 빠르게 산화되는 화학 물질로 코팅된 작은 조각들로 구름을 이룰 수 있도록 방출되어야 가능하다.

가연성 증기의 구름을 점화하면 같은 효과를 낼 수 있다.

낮은 온도의 Flare는 육안으로 잘 안 보이고 Flare가 지상에 떨어져 화재를 일으키지 않는 등의 장점이 있다.

 

두 번째 접근법은 높은 온도를 방출하면서 두 파장대의 정확한 에너지 비를 갖는 두 가지의 화학적 재료로 Flare를 만드는 것이다.

에니저 비율은 추적기로 하여금 Flare를 유효한 표적으로 받아들이게 만들며 높은 온도는 추적기에 매우 유혹적인 요소이기도 하다.

이러한 Flare를 이중 칼라 Flare라고 부르며 다음의 그림과 같다.

(이중 칼라 Flare는 정확한 에너지 비의 에너지를 발산한다)

 

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온도 상승 시간 관련 방어

앞에서 살펴본 바와 같이, Flare는 300 m/s²의 속도로 감속되고 추적 윈도우는 획득 시에 오직 200 m 정도의 크기를 갖는다.

그렇기 때문에 Flare는 반드시 0.5초 이내에 최대 에너지에 도달해야 한다.

이 요구사항은 Flare를 구성하는 화학재료는 매우 빠르게 에너지를 만들어내는 재료를 골라야 한다는 것이다.

이는 제트 전투기 엔진의 애프터버너 보다 더 빠른 에너지 증가율을 만든다.

따라서 만약 추적 윈도우 내에 있는 물제의 에너지 증가율이 어떤 특정 값으로 결정되어 있는 프리셋 시간을 넘는다면 추적기는 추적을 멈추게 된다.

이후, 추적기 내의 에너지가 기존의 수준으로 내려가면(여전히 Flare는 추적 윈도우 내에 존재한다), 추적기는 다시 추적을 시작한다.

이러한 Flare 대응책은 미사일 경보기 탐지의 응답보다는  미사일 공격을 예측하고 Flare를 활성화시킴으로써 극복할 수 있다.

(Flare가 추적기 내에서 정해진 시간 보다 더 길게 에너지를 발산하면 추적기는 Flare가 윈도우 내에 머무르는 동안 추적을 멈춘다)

 

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기하학적 방어

만약 미사일이 항공기의 측면에서 공격한다면, Flare의 각도 변화율은 표적에 대한 각도 변화율보다 훨씬 크게 된다.

이러한 상대 각도의 변화율을 감지하여 미사일 추적기는 Flare의 존재를 알게 되고 Flare가 추적 윈도우에서 사라질 때까지 추적을 멈추게 된다.

각도 분리는 표적의 정면이나 후면에서 공격할 때에 훨씬 작으며 그래서 이러한 경우의 방어는 덜 효과적이게 된다.

 

또한 항공기 측면에서의 공격 시에 미사일 시커는 다음의 그림과 같이 두 개의 표적을 보게 되며 이 경우에 만약 추적기가 앞선 표적에 초점을 두고 있다면 Flare를 구분해 낼 수 있을 것이다.

(측면에서 공격하는 경우, 추적기는 Flare를 구분하고 선행하는 표적을 추적할 수 있다)

 

 

다음의 그림과 같이 항공기에 발사된 Flare는 항공기의 하방 후방으로 떨어지기 때문에 추적기가 추적 윈도우의 아래쪽에 필터를 둔다던지 아래 후방의 사분면에 필터를 두게 된다. 

(하방에 필터를 두어 Flare로부터의 에너지를 줄이고 표적에 집중할 수 있다)

 

이것은 Flare로부터 받는 에너지를 줄일 수 있고 표적에 더욱 집중할 수 있게 한다.

이러한 기하학적 방어는 만약 Flare가 전방 추력을 갖거나 위쪽으로 향한다면 무너질 수 있음을 알아둘 필요가 있다.

 

 

여기까지 열추적 미사일에 대응하는 Flare의 전술과 Flare의 효과를 극복하는 추적기의 기법에 대해 알아봤다.

다음에는 좀 더 상세히 Flare의 구조를 알아보고 영상 추적기에 대한 Flare의 기능에 대해 알아보겠다.

 

 

출처 : EW104

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