전투기 전자전 시스템 분석 - Rafale (1)

이번은 프랑스 전투기 라팔(Rafale)의 전자전 시스템에 대해 알아보겠다.

라팔 전투기는 프랑스의 다소(Dassault) 항공에서 개발한 쌍발 엔진의 항공기이며, 이전에 살펴본 유로파이터나 JAS-39 GRIPEN 항공기처럼 델타익과 카나드 날개를 가지고 있다. 프랑스 공군과 해군 함재기형 종류가 생산되고 있으며 인도에 36대의 수출 계약을 맺고 첫 항공기를 2019년 9월에 인도하였다.

 

 

라팔 전투기의 전자전 시스템은 스펙트라(SPECTRA)라는 이름으로 불리며 프랑스 탈레스사와 MBDA 사에서 공동 개발하였다고 한다.

의외로 이 스펙트라 시스템의 내부 관련 정보가 인터넷상에 많지 않아 정보를 모으는데 시간이 좀 걸렸고 결국은 자세한 부분까지 확인하는 것은 불가했다.

 

먼저 라팔의 cutaway는 아래의 그림과 같다.

 

 

RWR(Radar Warning Receiver) 또는 ESM(Electromagnetic Support Measure) 기능을 하는 구성품은 45번과 78번, 81번, 132번, 135번, 109번이다. 그러나 이 cutaway 상에는 45번과 109번이 RWR이 아닌 ECM(Electromagnetic CounterMeasure)으로 표현되어 있으며 이는 잘못 표현된 것으로 보인다.

45번과 109번의 실물 형상은 아래의 그림과 같다.

 

 

그림 왼쪽에 있는 안테나는 흡입구 양쪽에 각각 장착되어 정면에서 수신되는 레이다 RF 신호를 수신하고 오른쪽은 수직 미익 끝에 역시 두 안테나가 서로 붙어 후방에서의 RF 신호를 수신한다.

 

안테나의 내부를 볼 수 있는 자료가 없어서 어느 정도 성능인지는 예측이 불가하다. 인터넷상의 정보로는 운용 주파수가 2~40GHz이며 azimuth와 elevation에서 1° RMS 정도의 방향 탐지 정확도를 보유한다고 얘기하고 있다. 아마도 녹색을 띠는 레이돔 뒤에는 azimuth 방향과 elevation 방향으로 안테나 어레이가 배치되어 있고 interferometry 방식의 방향 탐지 로직을 적용하고 있을 것으로 생각된다.

라팔 전투기는 전자전 정보를 레이다 및 IFF, 데이터링크와 데이터 퓨전을 하는 것으로 알려져 있으므로 확실히 방향 탐지 정확도가 우수할 것으로 생각되며 이러한 우수한 정확도를 바탕으로 위협의 geolocation 획득도 가능할 것으로 생각된다.

 

또한, 다른 정보에 의하면 수백 MHz의 낮은 주파수 영역도 탐지한다고 되어 있는데 위의 그림에 있는 안테나 크기로 봐서는 수백 MHz에 해당하는 비교적 낮은 주파수 대역을 수신하는 안테나가 포함되어 있지 않을 것으로 생각된다. 이 주파수 대역 탐지를 위해서는 항공기의 다른 위치에 별도의 안테나를 장착했을 것으로 생각되나 라팔 항공기의 어느 위치에 있는지는 확인할 수는 없었다.

 

좀 특이한 것은 레이돔 중앙 부위에 스크류가 박혀 있는 것인데 당연히 신호 수신 성능에는 영향이 없도록 설계했겠지만 어떻게 설계했는지 내부를 볼 수 있으면 좋을 것 같다는 생각을 했다.

 

후방은 전방과 동일한 안테나 구조로 보인다.

 

Cutaway 상에서 78번, 81번, 132번, 135번 안테나는 아마도 구형의 라팔 항공기에 적용되었던 것으로 생각된다. 그 이유는 일단 인터넷상에서 실제 형상을 찾아볼 수 없었고 RWR 안테나 위치로서 좋지 않은 위치 같아 보이기 때문이다.

이 위치에 수신 안테나를 장착하고 있는 JAS-39 GRIPEN 항공기와는 달리 안테나 FOV가 Missile Launcher에 간섭을 많이 받는 것으로 보인다.

 

다음은 재머에 대해 알아보겠다.

Cutaway 상에서 46번과 104번, 113번이다. 앞에서 RWR처럼 46번이 SPECTRA RWR로 표현되어 있으나 이는 이 cutaway의 오류이다. 실제 형상은 아래의 그림과 같다.

 

 

양쪽 카나드 날개 root 부위와 후방 수직 미익 root에 AESA(Active Electronic Scan Array) 방식의 재머 안테나가 있다고 한다. 어레이 안테나를 통한 pencil beam 구현과 높은 안테나 지향성으로 유효 방사 출력도 높을 것으로 생각된다. 내부 안테나 형상은 이전의 Eurofighter 전자전 시스템에서 얘기한 형태와 유사할 것으로 생각되므로 참고하면 되겠다.

수직 미익 root의 후방 재머 안테나 밑에 검은색 커버 같은 것이 있는데 이는 엔진 배기열로부터 레이돔 외부와 내부 안테나를 보호하기 위한 것으로 추측된다. 항공기 개발 단계에서 이러한 부분이 충분히 예측되지 못하여 추후에 추가 장착한 것처럼 좀 이상해 보인다. 엔진 노즐과 조금만 더 떨어지도록 높게 위치를 잡았어도 열 영향성이 많이 줄었을 것이며 또는 구조물 안쪽으로 단열 보강을 했었을 수도 있었을 것으로 생각된다. 좀 커지겠지만..

 

수직 미익 끝에 전방으로 있는 안테나는 사실 존재 여부가 불확실하다. 인터넷상에는 이곳에 안테나가 있다는 내용이 거의 없었다. 보통은 전방 동체 좌우에 장착한 안테나가 항공기 정면 방향을 커버하지 못하는 경우에 항공기 정면을 커버하는 안테나를 추가 장착한다. 그러나 라팔의 경우는 카나드 날개 root에 위치한 안테나가 항공기 정면 방향을 충분히 커버할 수 있을 것으로 보이므로 수직 미익 끝에 굳이 필요치 않아 보이기도 한다.

 

 

다른 한편으로는 카나드 root에 있는 안테나의 주파수 영역보다 낮은 주파수 영역을 커버하기 위해서는 필요할 수도 있을 것 같다.

 

1부 마지막으로 라팔 전투기의 재머는 스텔스 모드가 있다고 하며 인터넷상에서 이것이 실제냐 아니냐에 대한 얘기가 많이 있었던 것 같다. 상대방 레이다 방향으로 레이다 반사파의 180도 위상이 바뀐 신호를 보냄으로써 신호가 상쇄되는 효과를 보는 것이 원리라는데 이론은 맞지만 실제 구현은 상당히 어려울 것으로 생각된다. 여기서 구현 이라 함은 정말 효과적으로 동작하는 구현을 말한다.

Anechoic Chamber나 전파적으로 잡신호가 없는 지역에서 1:1 실모형을 대상으로 하는 Pole 테스트를 통해 많은 전파 시험 결과를 확보했다면 어느 정도 구현은 가능했을 것으로 생각한다. 레이다 신호는 항공기의 여러 다양한 면에 부딪쳐 반사되면서 예측할 수 없는 형태로 틀어지기 때문에 다양한 각도에서 많은 양의 시험 데이터 축적이 필요할 것으로 보인다. 다만, 액티브 캔슬을 위해서 위상이 뒤집힌 신호만을 만들지는 않을 것으로 생각된다. 표적 레이다에 빔을 맞추고 노이즈 재밍을 통해 레이다의 Threshold level을 높여 수신기를 둔감하게 만들면서 동시에 캔슬링을 수행하여 효과를 보지 않았을까 생각된다. 물론 개인적인 추측일 뿐이다.

 

2부에서는 chaff/flare dispenser 시스템과 Laser Warning 시스템과 Missile Warning 시스템에 대해 알아보겠다.