자체 추력을 갖는 능동형 전자전 디코이 장점과 대응책 - (2)

지난 1부에서 자체 추력을 갖는 능동형 전자전 디코이의 기술적 장점에 대해 알아봤습니다. 이번 2부에서는 이러한 디코이에 대응할 수 있는 현대의 기법들은 어떤 것들이 있는지 알아보도록 하겠습니다.

 

 

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자체 추진 능동형 전자전 디코이에 대한 가능한 대응책

자체 추진 능동형 전자전 디코이는 현재 여전히 새로운 기술에 속해있으며 유일하게 양산에 들어간 제품은 Raytheon사의 MALD-J이고 B-52와 F-16에서만 운용되고 있습니다. 자체 추진 능동형 전자전 디코이에 대응하기 위해서는 여러 기술과 전술이 복합적으로 이뤄져야만 합니다.

 

[ 널 조향 / 능동형 빔 포밍 ]

이 기술은 주 빔 로브 캔슬러라고 알려져 있지만 사실은 사이드 로브 캔슬러와 매우 다른 원리를 가지고 있습니다. 사이드 로브 캔슬러는 분리된 별도의 부가적인 안테나가 필요하고 파라볼릭 레이다에서 사용될 수 있습니다. 반대로 널 조향은 전기적 스캔 배열 안테나에서만 사용될 수 있습니다. 이는 전기적 스캔 배열 안테나가 각 엘리먼트의 위상과 신호 세기를 조절하여 다이내믹하게 레이다 빔의 형상을 바꿀 수 있기 때문에 가능한 것이며 특정 방형으로의 널을 만들어 낼 수 있습니다.

사이드 로브 캔슬러는 레이다가 재머나 간섭이 들어오는 방향을 정확하게 식별할 필요는 없습니다. 사이드 로브로 간섭 신호가 들어오는 이상, 그 신호는 삭제될 수 있고 따라서 이 기법은 주 간섭이 정밀한 방향으로 발생하는 경우보다는 산란되어 발생하는 경우에 더욱 효과적이라고 할 수 있습니다. 반면에 널 조향은 방향에 더욱 민감하며 레이다가 재머의 방향을 정확하게 알아야만 합니다. 레이다가 제머가 있는 방향으로 널을 만들면, 재머가 있는 방향으로의 레이다 송신 파워가 거의 0에 가깝게 되므로 재머는 레이다의 신호를 복제하는 능력을 잃게됩니다. 이러한 널 조향은 현대의 DRFM 재머에 대해서도 효과적일 수 있으며 DRFM 재머를 침묵 상태로 만들거나 기본적인 잡음 재밍만을 하도록 만들 수 있습니다. 

게다가 널 조향은 주 빔 로브 내부에 있는 재머에 대해서도 효과적입니다. 이 널 조향이 CSLC와 SLB와 조합되면 재밍 디코이의 효과를 더욱 줄일 수 있고 이들의 영향 영역을 제한시킬 수 있습니다.

 

(전자식 빔 조향 레이다에서 널을 만드는 원리를 설명)

 

앞에서 얘기했듯이 널 조향 단독으로 자체 추진 능동형 전자전 디코이를 대응하기에는 부족할 수 있습니다. 그 이유 중 하나는 레이다가 재머가 있는 방향으로 널을 만들었다면 이 방향으로는 에너지의 방출이나 수신이 없어서 재머를 무용지물로 만들 수 있지만 한편으로는 이 널은 또한 레이다의 안보이는 영역이 되기도 하며 레이다는 이 널 영역에서 어떠한 것도 할 수 없습니다. 그래서 만약 디코이가 발사체 플랫폼과 같이 같은 방향에서 접근해 오고 레이다가 이 방향으로 널을 만든다면  적은 완벽히 안보이게 되는 것 입니다다.

 

[ 재밍 각도 추적과 수동형 거리 측정의 결합 ]

이전에 말했듯이, 재머가 거리와 속도 정보를 쉽게 속이거나 가짜 표적을 쉽게 만들어 낼 수는 있지만 그 방향을 숨기는 것은 불가능합니다. 왜냐하면 재머가 운용되면 이는 어둠 속에서 밝게 빛이 나는 것과 같기 때문입니다.  

그러나 단독으로 방향을 알아내는 것은 표적화를 위해서는 충분하지 않을 수 있으며 특히 먼 거리에서는 더욱 그렇습니다. 그렇기 때문에 재밍 각도 추적은 종종 수동 거리 측정과 함께 동작하여 표적화의 질을 높이곤 합니다.

다음의 포스팅에는 Geolocation에 대한 상세한 정보가 있으니 참고하시기 바랍니다.

위협원 위치 탐지 – 수동 거리 측정 (Passive Ranging Techniques)

 

 

공중 레이다는 고도와 속도, 방향등이 빠르게 변화하기 때문에 이러한 공중 레이다에 대한 수동 거리 측정은 지상 기반의 표적에 비해 매우 어려운 일입니다. 그러나 수동 키네마틱 거리 측정은 레이다 보다 재머에 대해 더욱 효과적일 수 있습니다. 오프로 전환되기 전까지 표적 계산을 위해 오직 수 초간만 방사하는 레이다와는 다르게 재머는 거리 정보 기만이나 가짜 표적 생성을 위해 계속해서 동작을 해야만 하며 이로 인해 ESM 화면에는 더욱 안정적으로 보이게 됩니다. 

게다가 CSLC와 SLB, 널 조향과 같은 ECCM 기법들 때문에 항공기의 경로 상에 최소 하나 이상의 디코이를 띄우는 것은 필수적이며 그래서 재머와 표적은 레이다의 주 빔 로브 내에 같이 존재하게 됩니다. 이러한 디코이들의 기동은 제한적이며 그래서 발사체 플랫폼의 비행 경로 역시 효과적인 보호를 위해서는 제한적일 수 밖에 없습니다. 

비록 재밍 각도 추적과 수동 거리 측정이 재밍 디코이와 표적 단의 거리를 측정하는데 도움을 주더라도 이 둘을 구분하는 것은 여전히 매우 도전적인 과제입니다.

 

[ IIR과 EO 센서 ]

레이다 재머에 대응하는 효과적인 방법으로 가장 널리 알려진 것은 다른 스펙트럼을 사용하는 센서를 활용하는 것 입니다. 이러한 목적을 갖는 주요 센서에는 전자 광학/적외선 이미지(EO/IIR) 센서가 있습니다.

항공기에서 많은 양을 탑재하기 위해 디코이의 크기는 작으나 이 작은 크기는 양날의 검이기도 합니다. 디코이의 작은 크기와 항공기에 비해 훨씬 작은 추력을 갖는 터보제트 엔진은 적외선 센서에게는 쉽게 항공기와 디코이를 구분할 수 있는 요소가 되기 때문입니다.

(항공기별 IR 탐지 영상)

 

항공기와 디코이 간에 적외선 시그니쳐 차이가 더욱 커지는 경우는 항공기가 초음속 속도를 낼 때이며 특히, 애프터버너를 사용할 때 입니다. 이 단계에서 항공기의 IR 시그니쳐는 더욱 두드러지게 되며 마치 밤에 빛나는 크리스마스 트리와도 같게 됩니다. 미사일 발사 역시 두드러지는 적외선 시그니쳐를 만들어내며, 이는 적 항공기의 위치와 관련된 중요 정보를 제공하기도 합니다.

(전투기 별 애프터버너 사용 시 IR 영상)

 

IIR 센서가 표적을 구분하고 식별하는데 중요한 역할을 하지만 제한이 없는 것은 아닙니다. 특히, 이러한 센서들은 표적의 거리와 속도를 직접적으로 측정할 수 없습니다. 그 결과 IIR 과 EO 센서들은 레이저 거리 측정기나 수동형 키네틱 거리 측정의 기술에 의존하기도 합니다. IIR와 EO 센서들은 또한 기상 조건이나 구름의 효과등과 같은 환경적 요인에 영향을 받는 다는 단점도 있습니다.

 

[ ESM (Electronic Support Measure) Sensor ]

디코이와 항공기를 구분하는 또 다른 효과적인 방법은 ESM 센서를 활용하는 것입니다.

ESM 센서는 넓은 주파수 범위에서 동작하기 때문에 표적을 구분하는데 매우 효과적일 수 있습니다. 이것은 화력 제어 레이다나 데이터 링크를 포함하여 적 항공기로부터의 방출되는 넓은 범위의  RF 탐지가 가능합니다. 디코이가 탑재하는 작은 송신기와 비교하여 적의 화력 제어 레이다는 더욱 크고 높은 파워의 송신기를 가지고 있기 때문에 ESM 시스템은 정밀하게 적 레이다로부터의 방출과 디코이로부터의 재밍 신호를 구분해 낼 수 있습니다. 만약 적이 그들의 레이다를 동작시키면 이들의 위치가 노출되는 것입니다. 게다가 기존의 항공기는 Link-16이나 Zhuk와 같은 전방향의 데이터링크를 사용하며 최신의 ESM 장비를 갖춘 전투기는 레이다를 동작시키지 않고도 이러한 방출을 수동적으로 추적할 수 있습니다. 

 

[ Sensor Fusion ]

앞에서 언급했듯이 단일 센서나 기법으로 자체 추력의 능동형 전자전 디코이를 상대하는 것은 효과적이지 못합니다. 따라서 높은 수준의 표적 구분을 위해서는 강건한 센서 퓨전 알고리즘을 구현하는 것이 반드시 필요합니다. 

(센서 퓨전의 발전 흐름)

 

레이다를 전투기에 통합하기 시작한 것은 1940년대 중반입니다. 그리고 이 레이다 기술이 계속적으로 발전하면서 조종사들은 상황감시의 수단으로서 레이다에 많은 의존을 하게 되었습니다. 그후 레이다 경보 수신기가 도입되었고 적 에미터에 대한 대략적인 방향을 제공해주었습니다. 1970년과 1980년대에 들어오면서 새로운 센서들과 데이터링크가 거리 추적 기능을 위한 부가적인 소스 역할을 하게 되면서 1세대의 센서 퓨전 알고리즘이 개발되기 시작했습니다. 초기 단계의 퓨전은 데이터 연관과 상관관계를 이용하여 동일한 사물에 대한 추적을 식별하였고 가장 정확한 추적만이 디스플레이 되었습니다. 상관관계 또는 디스플레이 퓨전이라고도 불리는 이 처리는 가장 정밀한 추적과 전체적으로 동일한 정확도를 갖게 만들었습니다다. 

 

그 다음으로 발전한 퓨전 기술은 다중 센서 추적으로부터 출력을 통합하여 하나의 시스템 솔루션으로 만드는 것 입니다. 두 개 또는 그 이상의 센서들로부터의 데이터 퓨전으로 결과 시스템의 추적 정확도는 해당 센서에서 가장 좋은 성능의 파라미터에 유사한 정도가 됩니다. 예를 들면, 레이다와 IRST를 퓨전하여 레이다의 우수한 거리 정보 그리고 거리 변화율 정확도, IRST의 우수한 각도 정보와 각도 변화율 정보를 활용할 수 있는 것 입니다. 그러나 융합된 추적은 기본적으로 추적 자체의 업데이트 속도의 제한을 받을 수 밖에 없습니다. 만약 융합의 속도가 각각의 측정 속도보다 빠르면 정확도에 여기에 맞춰질 수 밖에 없습니다.  

 

5세대 항공기는 센서의 추적에 의존하지 않고 센서 측정에서 직접적으로 처리하도록 발전했습니다. 이 접근방법은 통합 시스템 추적을 더욱 정밀하고 다중 항공기 간의 협조적인 센싱을 쉽게 만들었습니다. 측정 단계에서의 처리는 식별이 어려운 환경 조건에서 사물의 초기 탐지를 가능하게 합니다. 원시 측정 데이터를 처리함으로써 시스템은 어느 센서로부터의 탐지나 항공기 추적 정보를 이용하여 단일 센서가 충분한 데이터로 선언하기 이전에 추적을 검증할 수 있습니다.  이 처리는 처리된 추적이 아닌 원시 측정 데이터에 중점을 두기 때문에 만약 표적이 센서의 FOV를 벗어나더라도 다른 센서나 항공기에 의해 추적이 유지되어 계속해서 전투 식별 정보를 보존할 수 있습니다. 

게다가 향상된 정확도와 탐지 기능은 자동화 센서 관리를 가능하게 했으며 이를 통해 인간의 조작보다 훨씬 빠르게 표적에 대한 반응과 표적 식별 기능이 가능하게 되었습니다. 이 기능은 closed-loop 퓨전이라고 알려져있으며 통합된 피드백 메커니즘은 보완적인 방법으로 탐지를 최적화하고 시스템의 우선순위에 맞춰 추적을 유지하도록 센서를 동기화 시킵니다. 자동화 센서 관리는 각 시스템 추적을 평가하고 키네틱 또는 식별 요구사항을 파악한후 표적 우선순위에 따른 각 요구사항들을 평가하고 센서에 지시하여 필요 데이터를 수집하도록 합니다.  적의 행동에 대해 조종사가 이해하고 방응하는 능력에 의해 도출된 교전 장점을 강조하는 Boyd’s 관찰, 방향 설정, 결정, 그리고 행동(OODA) 루프와 유사하게 closed 루프 퓨전은 조종사가 교전 표적을 이해하는 것을 가속화하고 이전 시스템보다 더 먼거리에서 이를 가능하게 합니다.

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자체 추진 능동형 전자전 디코이에 적용 가능한 전술 

자체 추진 디코이의 태생적인 특성을 기반으로 몇몇 전술들은 이 디코이의 효과도를 떨어뜨일 수 있습니다. 

 

[ Pulling Back ]

(자체 추진 능동형 전자전 디코이에 대한 pulling Back 전술)

 

일반적으로 자체 추진 디코이들은 SEAD와 DEAD 임무를 지원하도록 설계되었으며 고정된 또는 매우 느리게 움직이는 표적을 상대합니다. 따라서 이러한 디코이들은 초음속의 속도를 낼 수 없습니다. 게다가 많은 양을 전개하기 위해서 디코이들은 일반적으로 가볍고 콤펙트하게 설계됩니다. 능동형 재머를 탑재하는 디코이 버전은 운용 거리가 짧아질 수 밖에 없고 보통 450 km를 넘지 않으며 MALD-J의 운용 거리는 370 km 수준입니다. 예를 들면, 기본형상 MALD의 운용 거리가 920 km 이지만  MALD-J는 370 km로 제한되는 것 입니다. 전투기 조종사가 능동 재머를 가진 자체 추진의 디코이를 만났을 때에 할 수 있는 가능한 대응 전술은 일단 후퇴했다가 이어서 재 교전을 하는 것이며 이를 통해 디코이의 연료를 바닥내는 것 입니다. 

 

[ Zoom Climb ]

자체 추진 전자전 디코이를 갖고 있는 적 군을 상대하는 한 가지 가능성 있는 전술은 고고도로 올라가서 교전에 임하는 것 입니다. 최신의 PESA/AESA 레이다, ESM 그리고 IIR 시스템을 갖춘 적과 상대할 때에 이러한 디코이가 보호하는 항공기에 얼마나 운용적 제한을 줄 수 있는지를 알아야만 합니다. 항공기는 ESM으로부터 탐지당하지 않도록 레이다를 사용할 없고 IIR 시스템으로부터 식별되지 않도록 초음속이나 애프터버너를 사용할 수 없으며 적 레이다가 사이드 로브 재밍이이나 추적으로부터 제외되지 않도록 디코이와 같은 비행 경로를 유지해야만 합니다. 다른 말로 하면, 보호를 받는 적 항공기는 아음속을 유지하면서 IIR/EO 센서에 의존하면서 탐지와 표적화를 유지해야만 합니다. 게다가 또 한가지 중요한 것은 이런 디코이를 많이 탑재하기 위해서 접히는 날개를 가지고 있을 수 있으며 결과적으로 전투기보다 더 큰 날개를 갖고 높은 고도에서의 기동 성능은 떨어질 수 밖에 없습니다.  

예를 들면, MALD의 최대 고도는 약 35,000 feet 이고 이와 유사한 유럽의 SPEAR-EW는 29,500 feet로 제한됩니다. 

 

[ Flanking 기동 ]

자체 추진 디코이는 크기가 작아서 항공기에 많은 양이 장착이 가능합니다. 이러한 점은 후퇴와 재교전 전술의 이점을 줄이며 특히 적이 그들의 디코이 사용을 보수적으로 하면 더욱 그렇습니다. F-15EX를 예로 들면, 이론적으로 F-15EX는 20대의 AIM-120D 미사일과 6개의 MALD-X 디코이를 동시에 탑재할 수 있습니다. 이 수량은 적이 보유하고 있는 디코이를 소진시키고 그들의 공대공 미사일을 모두 소진시킬 수 있는 충분한 디코이를 유지할 수 있습니다. 그러나 많은 수의 미사일과 디코이를 탑재할 수 있을 만큼의 무장 파일론과 크기는 항공기의 RCS를 크게 증가시킵니다. 이는 먼 거리에서 적의 레이다로부터 탐지될 확률을 높이며 그 결과 F-15EX는 반드시 디코이를 일찍 전개할 필요가 있습니다.

아래는 스텔스 전투기 F-35와 MALD-X를 보유한 F-15EX 간의 공중전 시나리오로서 어떻게 F-35가 자체 추진 디코이에 대한 대응을 하는지 알 수 있습니다.

 

(F-35와 F-15EX 간의 공중 교전 시나리오를 통해 자체 추진 디코이에 대한 대응 전술을 알 수 있음)

 

1부와 2부에 걸쳐 자체 추진 능동현 전자전 디코이에 대해 알아봤습니다. 1부에서는 디코이의 장점, 2부에서는 이러한 디코이에 대한 대응 기법과 전술에 대해 알아봤습니다. 궁금한 사항이나 수정 필요한 사항이 있으면 댓글로 알려주시기 바랍니다.

 

 

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