F-15EX의 방패 : EPAWSS
다음은 F-15EX의 개발 히스토리와 F-15EX 자체보호 장비인 EPAWSS Suite 그리고 F-15EX가 현재 미군의 공중 우세에 있어서 어떤 역할을 맡고 있는지에 대한 기사입니다.
Boeing사 F-15EX의 비밀 공식이 밝혀졌다.
50년 이상된 오래된 기체에 차세대 온보드 시스템을 장착하여 잠재적인 적을 압도하는 성능의 최신 전투기가 된다.
F-15 Eagle의 EX 버전을 조종한 미공군 조종사는 탑재된 기술에 찬사를 보냈다.
어느 한 조종사는 AN/APG-82 전자 주사식 레이다 AESA를 “이제 것 운영해 본 레이다 중 가장 환상적인 레이다”라고 말했다.
또한, 미공군 항공기의 기존 기계식 레이다와 비교했을 때, “당신의 조종석에 Atari Gamestation이 있는 것처럼 느낄 것”이라고 말했다.
APG-82 레이다는 비교적 많이 알려져있다.
그 이유는 AN/APG-63(V)2라는 2000년대 초반 F-15에 장착된 초창기 AESA 레이다로부터 진화해 온 최신 버전이기 때문이다.
최신의 혁신적인 기술은 F-15EX와 일부의 F-15 수출형 버전에 포함되어 있다.
EPAWSS(Eagle Passive Active Warning Survivability System)는 BAE Systems사에 의해 설계된 최신의 설계가 적용되고 검증과 개선이 수행된 제품이라 할 수 있다.
JED는 두 명의 전자전 부서 대표로부터 이 프로그램의 개발 히스토리 그리고 기존의 항공기 자체보호시스템과의 비교에 대해 들었다.
한 명은 회사의 전술 항공 전자전 시스템 사업 개발부의 이사이면서 과거 WSO(Weapon System Officer)로서 F-15E Strike Eagle의 후방석 조종사였던 Craig Nieman이다.
또 다른 사람은 전자 전투 솔루션의 총괄 관리자이면서 부사장인 Brandon Greene이다.
EPAWSS 개발 스토리
오늘날의 EPAWSS 역사는 거의 10여 년 전부터 시작된다.
다음은 Green의 설명이다.
“2015년도 Boeing사로부터 이 시스템의 개발의뢰를 받은 후부터 시작되었으며 이때에 우리는 사우디 아라비아를 위한 전용의 F-15SA 전자전 시스템인 DEWS(Digital Electronic Warfare System)을 수년 전부터 개발하고 있었다.
DEWS는 84대의 새로운 F-15SA를 위해 개발되었으며 이후부터 우리는 Boeing사와 장기적인 관계를 맺기 시작했다.
2015년도 Boeing사로부터 EPAWSS를 위해 선택된 이후부터 우리는 DEWS로부터 얻은 교훈을 발판 삼아 짧은 EMD 기간을 거쳐 2016년도에 계약을 맺게 되었다.
그리고 같은 해인 2016년도에 상세설계검토회의(CDR)를 수행했다. “
EPAWSS Suite는 레이다 ESM 시스템과 레이다 재밍 시스템, 그리고 ALE-47을 기반으로 하는 대응책 디스펜서로 구성되며 이는 대부분의 F-15에 있는 TEWS(Tactical EW System)와 유사한 기능을 갖는다.
그러나 EPAWSS의 성능은 TEWS보다 훨씬 뛰어나다.
ESM 시스템 특징은 디지털 수신기이며 더욱 우수한 상황 인지 성능을 제공하고 RF Jamming 시스템은 더 넓은 주파수 대역과 더 높은 ERP를 제공하며 대응책 디스펜서는 수평 안정기 하방에 추가적인 디스펜서 장착으로 50% 확장된 탄 수용능력을 갖는다.
수동형 미사일 경고 시스템은 F-15SA의 DEWS에는 통합되었지만 미 공군의 EPAWSS 설계에는 반영되지 않았다.
그러나 F-15EX는 잠재적인 업그레이드 가능토록 설계되었다.
Geene는 또한 다음과 같이 말했다.
“모두가 예상하듯이 이러한 기술 중심의 시스템은 일반적으로 복잡한 문제가 있다.
이것은 결국 많은 도전적인 과제들을 만들지만 2021년도 우리는 첫 번째 LRIP 계약을 하였고 이후 양산 계약을 하였다.
중간 과정에서 우리는 긍정적인 방송국 보도로부터 이익을 얻을 수 있었다.
그중에 하나는 우리가 Alaska Northern Edge 훈련에 참가하여 시스템을 시험하면서라고 할 수 있겠다.
첫 해인 2021년에 우리는 EPAWSS를 훈련에 가져갔고 많은 것을 배울 수 있었다.
이후 두 번째 훈련에서는 역시 많은 것을 배웠지만 동시에 우리는 시스템 성능을 개선하였다.”
Nieman은 F-15E의 이전 EW 모델 키트의 제한적인 것에서 어떻게 EPAWSS 요구도가 나왔는지에 대해 설명한다.
“DEWS와 EPAWSS 세대 이전은 2007년으로 거슬로 올라가며 당시 F-15에는 Northrop Grumman사의 AN/ALQ-135 TEWS(Tactical Electronic Warfare Suite)가 장착되었었고 이는 ALR-56C 레이다 경보 수신기, ALEQ-135 RF Jammer 시스템, 그리고 ALE-45 CMDS로 구성되었다.”
“내가 이 시스템을 이용하여 비행했을 때 당시 얼마나 작은 능력을 통해 볼 수 있었는지를 EPAWSS가 오늘날 제공하는 능력과 비교하면 알 수 있다.
TEWS 시대를 봤을 때에 당시 EW Suite에서 가장 중요한 측면은 cathode ray-tube, 아날로그, 분산형 시스템이라 할 수 있다.”
“그래서 EPAWSS 디지털 구조가 제공하는 것은 그럼 무엇인가? 이것은 모든 것을 대체하며 디지털 백본과 함께 단일 시스템의 일부분으로 만든다.
또한 이것이 지수적인 크기로 성능 향상이 가능한 이유이기도 하다.”
디지털 시스템의 속성에 대한 또 다른 측면은 하드웨어와 결합되는 것 대신에 펌웨어와 소프트웨어 업그레이드를 통해 계속해서 능력을 향상할 수 있으며 이것이 미래에도 당신의 시스템을 살아있게 만들 수 있는 방법이다.”
“과거의 아날로그 시스템은 업그레이드를 위해서는 박스 전체를 빼냈어야 했다.
새로운 EPAWSS 시스템은 모두 모듈화가 되어있다.
그래서 모듈 수준으로 점진적으로 대체가 가능하다.
이는 시스템 업그레이드 시간을 줄여주며 유지보수 측면에서 엄청난 장점이 된다."
수출 잠재력
미공군의 F-15EX를 넘어 BAE사는 일본의 JASDF(Japan Air Self-Defence Forces) F-15J와 인도네시아 공군, 폴란드 공군에 EPAWSS 수출을 하려고 노력하고 있다.
JASDF 프로그램은 F-15 JSI(Japan Super Interceptor)에 초첨을 두고 있다.
2023년 9월, Boeing사는 98대의 F-15J에 EPAWSS를 장착하기 위한 4억 741만 달러의 FMS(Foreign Military Sale) 계약을 체결했다고 발표했다.
EPAWSS를 장착하는 F-15J는 미쓰비시중공업에서 제조되며 이 버전의 항공기는 좀 특별한 측면이 있어서 이에 따른 EPAWSS에도 몇몇의 적용이 필요하다.
이 특별한 부분 중 하나는 F-15J가 단좌기 항공기이며 EPAWSS가 장착되는 F-15 중 유일한 단좌기 전투기이기 때문이다.
“전체적으로 일본에서 국제적인 EPAWSS 탑재에 대한 규격이 설정되고 있다.”
“F-15는 일반적으로 스텔스 항공기로 분류되지 않지만 우리는 EPAWSS가 측정가능한 수준의 디지털 RF 스텔스를 제공한다고 자신 있게 말할 수 있다.
우리는 스텔스 항공기라 하면 특별한 모양 또는 설계, 그리고 특별한 재료를 활용하는 것과 연관시킨다.
그럼에도 불과하고 EPAWSS는 F-15가 다양한 위협 플랫폼에 가깝게 접근할 수 있게 해 준다.
그렇다면 A2AD 영역을 축소시키는 결과를 만들 수 있는가? 글쎄, 영향은 줄 수 있고 EPAWSS는 영역을 축소하는데 영향을 줄 수 있다.”
[ 설계 모듈성 및 미래 활용 ]
“시장 흐름을 보면, 항공기를 저지하려는 발전된 위협이 확산되는 것을 알 수 있으며 이는 세계적인 추세이다.
이것이 미국이 새로운 기술을 개발하고 TEWS와 같은 구형의 시스템이 발전된 위협에 대항하는데 부적합한 이유이기도 하다.”
“우리의 수준에 대해 자신감을 갖고 있는 것은 단지 발전된 기술 때문만이 아니다.
이러한 시스템을 개발한 우리의 엔지니어들은 위협에 대한 심도 있는 연구가 가능하다.
시스템의 근간은 디지털 백본과 모듈화이다.”
“모듈화는 항공기에 따라서 크기를 늘리거나 줄일 수 있는 블럭화가 가능하다.
이러한 Storm EW 설계 기법은 다른 플랫폼에도 유사한 기능 수준을 제공할 수 있게 한다.
Storm EW는 2020년에 발표되었으며, 시스템을 플랫폼 크기에 맞춰 사이즈 변경 가능한 것을 말한다.”
“세계를 조사해 보면 EW 시스템이 세계적인 위협에 비해 수십 년 뒤처져 있음을 알 수 있다.
이는 F-15 뿐만 아니라 대부분의 플랫폼이 EPAWSS의 기능과 Strom EW 모듈들을 사용할 수 있음을 의미한다. “
BAE사는 EPAWSS 제품군의 다음 잠재적인 고객에 대한 언급을 하지 않았다.
그러나 그들은 이 시스템의 모듈성에 대한 고유의 적응성을 다시 한번 언급했으며 F-15가 유일한 이 기술과 기능의 시스템을 탑재한 최신의 항공기가 아닐 것임을 말했다.
스텔스와 전자전
F-15와 같은 4세대 항공기 기체에 저피탐 기술을 적용하는 것은 처음부터 스텔스 기술이 적용된 5세대 항공기 설계와 비교해서 매우 어렵고 제한적인 부분도 많이 있다.
그러나 4세대 항공기에 스텔스를 적용하는 것은 몇몇의 장점들이 있다.
이러한 기술 중 몇몇은 “Silent Eagle” 프로그램이란 이름으로 불렸었던 10여년 전에 개발되었었다.
BAE사나 Boeing사 모두 F-15의 측면에서 어떠한 언급도 하진 않았지만 지난 몇 년전 보고서에는 Boeing사가 F/A-18E/F Super Hornet 설계에 RCS를 줄이기 위한 시그니쳐 관리 기법을 사용했다고 나온다.
이것은 특별한 vanes의 사용과 특정 레이다 주파수에서 신호를 흡수하는 재질로 흡입구 내부를 변경하는 것 등을 통해 수행되었다.
또 다른 특징은 레이다 흡수가 아닌 레이다 전도 특성을 갖는 외장 코팅을 사용하는 것이다.
이 기술은 레이다의 에너지를 항공기의 장축으로 보내고 다시 이를 항공기의 주익이나 꼬리날개 끝으로 퍼뜨림으로써 레이다로부터 탐지되지 않는 기술이다.
또한, 시그니처 관리는 F-15EX의 능동형 시스템을 통해 확장된다.
항공기의 쌍발 GE F110-GE-129 엔진은 AN/APG-82 레이다와 EPAWSS 재밍 시스템에 충분한 전력을 공급한다.
APG-82 AESA 구조는 표적을 먼 거리에서 탐지하고 추적하면서 동시에 높은 수준의 LPD 성능을 제공하며 이는 무기를 가까운 거리에서 발사할 수 있음을 의미한다.
게다가, EPAWSS는 APG-82와 밀접하게 통합되어 있으며 AESA와 RWR 기능에 간섭을 주지 않으면서 재밍 기능을 수행할 수 있다.
BAE사 EPAWSS의 이러한 것을 레이다와 ‘interoperable’ 하다고 표현한다.
앞으로 EA 발전 방향은 진화하는 레이다 기술을 커버할 수 있는 주파수의 확장과 fiber-optic의 견인식 디코이 시스템, 그리고 빠른 파형의 변화와 함께 EW 시스템에 사전 프로그램된 위협 라이브러리의 범위를 넘는 최신의 위협 레이다에 대응하기 위한 인지 전자전(cognitive EW) 기술의 활용을 포함할 것이다.
“이것이 무엇을 의미하는지에 대한 논쟁이 있지만 이것은 적응형 EW가 될 것이다.
확장성에 대한 프로그램이 시스템에 포함되어 앞으로 뒤처지지 않도록 하는 것이 중요하며 EPAWSS 설계에는 이러한 다음을 위한 설계가 포함되어 있다.”
전투기 간 통합
수 십 년 동안 미공군의 교리는 두 단계의 전투기 군을 운용하는 것이었다.
F-16을 대체하고 군의 낮은 레벨을 담당하는 단좌기의 F-35가 있다.
그러나 미공군의 상위 레벨은 모든 잠재 위협에 대항하고 F-35와 맞먹는 수의 F-22를 구매할 수 없었다.
F-15EX와 F-15E의 업그레이드는 미공군이 공대공 기능을 더하여 상위 레벨을 충족할 수 있는 대안이 될 수 있다.
F-15EX의 개발완료는 J-15나 J-16, J-20과 같은 중국의 4세대와 5세대 항공기 위협 증가에 대한 과제에 힘쓰고 있는 중요한 시점에 이뤄졌다.
미공군은 항공기들 간의 운용 효과를 극대화하기 위해 F-15EX와 같은 발전된 4세대 전투기와 5세대 전투기 간의 전투기 통합(FI, Fighter Integration) 개념을 개발하였다.
F-15EX는 EPAWSS를 통해 기존의 ALR-56C보다 훨씬 더 먼 거리에서 공중 및 지상의 표적을 탐지할 수 있다.
EPAWSS의 ESM 기능은 APG-82 레이다의 훌륭한 대형 안테나와 통합되어 장거리 탐지와 표적 식별 기능을 제공한다.
FI의 필수적인 개념은 F-15EX 센서에 의해 탐지된 표적 추적 정보가 F-22나 F-35와 같은 스텔스 항공기와 공유된다는 것이고 이 스텔스 항공기는 그들의 레이다 방출을 최소화할 수 있다.
이러한 오프보드 정보는 스텔스 항공기들이 적 전투기나 지상 방공 레이다에 더욱 가까이 접근할 수 있게 만들며 그들의 효과적인 거리에서 공대공 또는 공대지 미사일 발사를 가능하게 해 준다.
EPAWSS는 또한 어느 정도의 EA 기능을 제공하여 5세대 항공기를 지원할 수 있으며 또한 EMS에서 사일런트 운용을 하는데에 있어서도 도움을 줄 수 있어서 스텔스 항공기가 좀 더 가까이 적에 접근하는데 도움을 줄 수 있다.
앞에서 말했듯이 5세대 전투기와 4세대 전투기간의 높은 시너지 레벨은 2021년 Northern Edge 훈련에서 시연되었다.
여기서 4대의 F-15E는 EPAWSS를 장착하였고 F-35 항공기들과 통합되어 4세대와 5세대 통합 전술 평가를 도왔다.
이 훈련에 대한 미공군 뉴스에 따르면 TIP(Tactics Improvement Proposals)가 Northern Edge 2021 훈련에서 평가되었으며 여기에는 F-35가 적에 가까이 접근하기 위한 ‘emission control’과 4세대/5세대 EA 전술, 기법과 절차가 평가되었다고 한다.
결론적으로 이러한 FI 개념은 F-15EX가 적 항공기와 레이다를 탐지하고 추적하며 레이다 재밍을 하는데 우수하다는 것을 말해준다.
또한 5세대 항공기에게 그들의 스텔스와 센서 융합 장점을 활용하는데 도움을 준다.
F-15EX의 대수
미공군은 F-15EX가 앞으로 그들의 군 구조에 있어서 중요한 역할을 할 것이라는데 확신을 가지고 있다.
지난달 48대의 F-15C/D 항공기를 대체하기 위한 36대의 F-15EX 항공기가 일본의 Kadena 공군 기지에 머물 것이라고 발표했으며 36대의 F-16을 대체하기 위한 48대의 F-35A가 Misawa 공군 기지에 배치되었다고 발표했다.
DOD는 이전에 Louisiana, California, 그리고 Oregon의 항공방위군에 F-15EX 비행대대가 될 것이라고 발표했다.
그리고 현재 비행하고 있는 F-15C/D/E를 위한 발표를 기대하고 있다.
F-15EX 비행대대에 대한 발표가 있었지만 공군의 구매 계획은 확실하지 않다.
2025년의 예산 요구에 있었듯이 공군의 F-15EX 초기 구매 수량을 148대에서 98대로 줄었다.
의회는 총 재고 수량을 148대와 가깝게 늘릴 것으로 보이며 매년 구매율도 높일 계획이다.
전투기 조합을 올바르게 하는 것이 중요하다.
Northern Edge 훈련에서 봤듯이, 공중 우세를 이루는 것은 단순히 더 많은 5세대 전투기를 구매하는 것이다 아니다.
5세대 항공기와 4세대 항공기 간의 통합 전술을 개발하여 혼자가 절대 제공할 수 없는 장점을 만드는 것이다.
EPAWSS와 APG-82와 같은 기능 제공을 통해 이러한 목표를 이루기 위한 F-15EX는 매우 중요하다.
출처 : The Journal of Electronic Dominance, August 2024