세미스텔스라는 말은 본격적인 스텔스 수준은 아니지만 기존의 전투기의 RCS 를 최대한 낮추어서 ( 주로 반사파가 많이 일어나는 부분의 형상을 바꾸고 일부 기체는 스텔스 도료를 발라서 - F-16 의 경우도 반사파가 큰 위치에 상당부분 스텔스 도료를 바릅니다.) 보통 전투기가 2-5 m^( 편의 상 제곱 m 를 => m^ 로 표기) 값을 가지는데 비해 이렇게 어느정도 스텔스설계를 반영한 세미스텔스기들의 RCS 값은 0.1 - 1 m^ 범위에 있습니다.

여기서 RCS 값은 임의의 레이더 앞에 투영 면적 1 제곱 m 짜리 금속제 구체가 있을 경우 이 구체에 대한 그 레이더에 수신되는 반사파의 값을 1 m^ 로 잡는 것이 기본적인 정의입니다. RCS 값은 밴드에 따라서 상당히 다르기때문에 S 밴드의 경우 1 m^ 구체의 반사값에 비교할때 작은 각이진 물체에대한 반사값이 상당히 크게 나옵니다. 즉 S 밴드는 경사를 가진 물체에 대해 X 밴드에 비해 크기에 선형으로 비례하는 반사값을 가지지 않는 편입니다. 대신 표적과의 각이 어느 정도냐에 상당히 영향을 받는 편이라고 합니다. 예를 들면 X 밴드의 경우 20 도정도만 기울여 주어도 표적의 반사파가 확 줄어 버리지만 S 밴드는 30 - 50 도가 넘어가야 접촉을 잃게된다고 합니다 .

반대로 정면으로 반사하는 직사각형 물체의 경우 구형물체에 비해서 매우 높은 수준입니다. X 밴드는 10 cm * 10 cm ( 총 면적 1/100 제곱 m ) 사각형 물체에 대해 1 m^ 의 RCS 를 나타낸다고 합니다. 같은 경우 S 밴드 레이더는 0.1 m^ 정도의 RCS 를 나타냅니다. 구형에 비교할때 정사각형 물체에 대해 S 밴드는 10 배정도 X 밴드는 100 정도 반사파가 더 크게 나온다는 말입니다. 팬블레이드에 왜 그렇게 큰 RCS 가 나왔는지 이해할 수있는 대목입니다. 이렇듯 레이더나 밴드의 특성에 따라 또한 표적물체의 형상과 재질에 따라 엄청난 편차를 보인다는 점이 스텔스 기술을 구현하는데 매우 어려운 점이 되는 것같습니다. ( 이 부분은 처음 쓴 글이 기억에만 의존하여 썼기에 다시 자료를 찾아 보고 다시 정확히 표현해보려고 수정을 했습니다. )

그래서 쉽게 RCS 라고 혼용해서 말하지만 정확히는 어떤 A 레이더 하나를 기준으로 A 레이더에 어느 전투기가 얼마의 값을 가질때 다른 전투기가 얼마의 값을 가진다고 말해야 정확한 비교가 됩니다. 그냥 RCS 값을 이런 동일한 레이더를 기준으로 측정한 값이 아니라면 정확한 비교는 어렵습니다. 그러나 대체로 요새 RCS 값을 이야기할때 가장 많이 사용하는 X 밴드의 전투기용 레이더를 기준으로 비교하는 것이 일반적인 용법이라 대강의 비교가 가능한 것도 사실입니다.

그리고 전투기의 RCS 값은 레이더를 비추는 기체의 각도에 따라 천차 만별로 나타나기때문에 어느 각도에서 나온 반사값을 기준으로 하는가에따라 천양지차의 값이 나오므로 정확한 비교가 어렵습니다. 그래서 일반적으로 공중전시에 전면으로 접근하는 전투기를 탐색할때 만들어지게되는 전면 RCS ( 실제로 과거에는 전면 RCS 값이 팬블레이드 때문에 제일 크게 나타났기에 이것을 기준으로 사용했습니다 )를 일반적인 비교를 위한 전투기 RCS 값으로 많이들 사용합니다. 그러나 이것도 각도와 조건에 따라 매우 다양한 값이 만들어지기때문에 대강의 비교를 위한 자료로서 의미를 가질 뿐입니다.


제대로된 스텔스기를 만들려면 적어도 1 m^ 구체를 100 km 에서 탐지하는 임의의 레이더를 기준으로 ( 현재 일선급 전투기의 하한선이 이 정도 수준으로 대부분 이 수준을 넘어서는 X 밴드 레이더를 사용합니다 ) 0.001 m^ 이하가 되어야 됩니다. 그래야 스텔스기로서 전술적인 가치를 가지게 됩니다. 이 임의 레이더 A 에는 0.1 ~ 0.001 m^ RCS 값을 가지는 전투기가 다음의 거리에서 탐지가 가능합니다.

1 m^ = 100 km
0. 1 m^ = 56 km
0.01 m^ = 32 km
0.001 m^ = 18 km

정도에서 탐지가 됩니다. (이 수치는 설명을 위해 대강 계산한 값이니 따지지 맙시다.)

0.01 m^ 일때 30 km 일반적인 전투기에서 30 km 정도에서 탐지되므로 BVR 교전시 적기가 아군 스텔스기의 존재를 확인하기전에 확실한 격추를 할 수 있는 거리가 됩니다. 만일 상대가 뛰어난 레이더를 장착하여 RCS 1 m^ 급 물체를 200 km 에서 탐지한다해도 이 레이더에서는 약 38 km 정도에서 탐지되므로 충분히 대응이 가능합니다.

제가 어제 올려드린 미공군대학 논문에서 잠시 언급되었지만 F-35 의 전면 RCS 는 골프공 크기이고 F-22 전면 RCS 는 구슬정도이거나 벌같은 곤충정도의 RCS 값을 가진다고 합니다. F-22 야 괴물이니 더 언급하기도 그렇고( 전의 상실 ....) F-35 를 기준으로 할때 골프공은 약 3 cm 정도의 직경을 가지므로 대강 볼때 0.001 m^ (10 cm^) 정도입니다. 사실 이 값은 레이더 밴드나 특성에 따라 달라질 수 있습니다. 많은 경우 전면 RCS 는 F-35 와 F-22 가 비슷하다고 말하는 경우도 있고 F-35 의 RCS 값을 0.01 로 계산하는 경우도 많기에 정확한 수치는 알 수없습니다. 일단 이 토론의 편의를 위해 0.001 m^ 로 본다면 F-35 는 위의 A 레이더에 18 km 정도 거리에서 탐지된다는 소리입니다.

전에 F-15 로 F-22 를 탐색할때 20 km 훨씬 못미치는 거리에서(15 -20 km 사이로 언급) 탐색이 가능하다고 한 조종사의 이야기도 있었음을 고려할때 이런 추정이 대체로 얼추 맞는 추정이라고 생각합니다.

즉 상대 전투기가 아군 스텔스기에서 발사한 미사일을 회피하기 어려운 거리 그리고 다양한 대공방어용 레이더들 사이에서 레이더 탐지가 않되는 안전한 회랑을 확보할 수있는 수준의 스텔스는 적어도 0.01 m^ 이하에서 부터 시작된다는 의미에서 최소한 이 수준이 스텔스라는 이름을 붙일수있는 기준점이 아닐까 생각합니다. 물론 내 맘대로 분석입니다.


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스텔스기를 만들려면 레이더 전파를 레이더쪽으로 돌아가는 반사파를 최소화하는 스텔스 형상설계 ( 일정방향이 아니라 모든 방향에서 반사파를 억제하는 것은 매우 어려운 일입니다. F-35 는 전면을 중심으로 스텔스화한 설계이고 F-22 는 전방위에 걸친 스텔스성 추구를 한 설계입니다. ) 기술이 있어야합니다. 그런데 미국이 70-80 년대에 F-117 를 만들때는 이런 설계를 하는데 매우 많은 비용을 들여 시험을 반복하며 오랜 시간을 들여 형상설계를 하였습니다. 그러나 컴퓨터 성능이 비약적으로 발달하면서 이제는 불가능해보이는 B-2 의 구형설계조차 가능해진 상황입니다. 물론 F-117 을 개발하며 획득한 기반자료가 있었기에 이런 슈퍼컴퓨터를 이용한 스텔스 형상 설계가 가능했습니다.

다른 항공 선진국들이 쉽게 따라가지 못하는 점이 F-117 을 통해 확보한 엄청난 양의 기반 데이터입니다. 그러나 지난 90 년대 초부터 유럽과 러시아 일본등 대부분의 항공기 제작국들이 스텔스 기술확보에 총력을 기울였고 실제 많은 무기에 이렇게 확보된 기술이 일정부분 적용되고 있습니다. 미국에 비할 바는 아니지만 이제 다양한 스텔스 실험을 축적된 데이터를 기반으로 슈퍼컴퓨터를 이용한 스텔스 형상기술은 어느 수준에서 구현이 가능한 상황입니다. 그래서 UCAV 를 스텔스 형으로 만든다고 유럽에서 난리들이지요.

한국도 90 년 대 초반부터 스텔스 관련 기술을 연구해와서 주요 선진국에서 어느 정도 일반화되어가고 있는 형상스텔스 설계기술은 상당한 수준을 확보하고 있다고합니다. 물론 이것은 그동안 다양한 모형을 가지고 수집한 데이터를 기반으로 상당한 수준의 늠俳컥?이용한 엄청난 계산을 하며 확보한 기술입니다. 실제로 임의의 형상을 시뮬레이션해서 RCS 값을 에측할 수있는 시뮬레이션 프로그램이 판매되고있고 이것을 실제 무반향 실험실에서 측정해보면 어느정도 감내할 만한 오차 범위에 있다고 합니다.

두번째 요구되는 기술은 제작된 스텔스 형상( 대체로 전방위 스텔스를 추구하면 완만한 구형 설계가 된다고 합니다. ) 을 복합재를가지고 만드는데 필요한 초정밀 일체 성형 기술입니다. 날개나 동체 등을 대형 블록으로 한번에 정밀하게 찍어내는 기술입니다. 과거의 금속재료로는 스텔스기에 요구되는 정밀도로 정확하게 만들기도 어려울 뿐만 아니라 완만하 선을 만들수도 없는 경우가 많습니다. 일본이 이 분야에 상당히 앞서가고 있어서 미국이 F-2 를 공동개발하면서 일본에게 이 기술을 제공할 것을 강요했었던 일이 있습니다. 이렇게 입수한 기술을 기반으로 지금 F-35 의 경우 상상하기 어려운 크기로 블록단위로 찍어내어 만들고 있다고 합니다.

이렇게 찍어낸 동체를 맞추어서 mm 단위의 오차도 없이 정확하게 맞아야하고 거기에 모든 틈새를 정밀하게 스텔스성 마감재로 메꾸어 주어야합니다. 이렇게 해서 기본이 되는 스텔스 형상을 가진 기체를 확보하게됩니다. 그러나 이 기체는 아직도 상당한 크기의 RCS 값을 가질 것입니다. 문제는 한국이 이런 일체 성형기술을 확보하고 있는가입니다. 저는 이 부분이 상당한 아킬레스 건이 될 수있다고 봅니다. 어느 수준의 일체 성형 기술은 확보했겠지만 경제성있는 대형 블록의 정밀 일체 성형기술이 요구됩니다.

세번째는 전파를 흡수하는 스텔스 도료입니다. 보통 1/2 세대는 10 - 15 db 내외 수준이었습니다. 3 세대 도료는 30 db 내외의 값을 가집니다. 즉 RCS 를 1/1000 로 줄여주는 것입니다. 물론 모든 기체에 이 도료/소재를 사용할 수는 없고 정밀한 측정을 통해서 RCS 값이 크게 나오는 부분을 중심으로 스텔스 소재처리를 하거나 도료를 발라주어야합니다. 이 도료는 비행중 일부가 떨어져 나갈 수도있고 대기중 화학물질에 의해 화학적 변화가 일어날 수도 있기때문에 자주 도료를 다시 발라주거나 전용 행거에 넣고 상당한 노력을 기울여 관리해야하기때문에 스텔스기의 유지비용은 도입비용 못지 않게 살인적인 수준입니다.

현재 ADD 에서는 3 세대 스텔스 소재( 탄소 나노섬유를 이용하는 )를 개발하는데 성공하여 이제 기반 기술을 확보한 상황입니다. 실용화를 위한 개발과 지속적인 연구가 필요하겠지만 일단 기본적인 기술은 확보된 셈입니다.

여기에 스텔스기에게 기본적으로 요구되는 내부 무장장착 기술이 필요합니다. 사실 이 부분도 만만한 분야는 아닙니다. 통상적인 직선비행을 하며 투하하는 것은 그렇게 어려운 일이 아니지만, 공중전시 고기동을 하며 내부 무장창을 열어 미사일을 발사하는 일은 매우 난이도 높은 기술이 요구되고 오랜 실험을 해야 획득 가능한 기술입니다. 그러나 일단 미국이 해놓은 일이기에 확보가능한 자료를 통해 시행착오를 피하며 몇년간 노력하면 불가능한 일은 아니라고 생각합니다.

과연 KFX 는 어느수준의 RCS 값을 가지는 스텔스기가 가능할까 ? 답은 얼마를 쓸 수있는가에 따라 달라질 것이라고 생각합니다. 최근 신문기사에 나타나는 것처럼 세미 스텔스급에서 이제 스텔스급으로 ROC 를 높인다는 이야기가 나오고 있습니다. 그러나 가용예산과 실제 적용가능한 기술적 가능성 등을 고려하여 적당한 선택이 이루어지겠지요. 다만 제가 꿈꾸는 것은 최소한 0.01 m^ 수준은 되어야 돈을 투자할 가치가 있다고 생각하기에 이 수준은 넘는 스텔스기가 되기를 바라면서 엉성한 설명을 해보는 것입니다.

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사족으로 일본이 미국에게 300 억 $ 현찰로 F-22 100 대를 사겠으니 내놓으라고 큰소리 치는 배경을 이해할 필요가 있습니다. 물론 9.11 이후 부쉬정부의 개라는 소리를 들어가면서 그동안 미국에?절대 협력하며 공을 드린 것도 중요한 배경이 되지만 사실 이것은 충분한 배경이 아닙니다. 현재 제대로 된 스텔스기를 만들만한 기반 기술과 경제력 의지(위협)를 가진 나라는 일본이라고 생각합니다. 위에서도 언급했지만 스텔스 형상기술에 대해 일본은 한국보다 한두 단계 위에 있습니다. 한국은 시뮬레이션이나 하는 수준이지만 일본은 실물목업을 제작하며 기반자료를 쌓고 있습니다. 스텔스 형상의 기체를 제작하는 데 가장 중요한 복합재 일체성형기술에서 일본이 가장 앞서있습니다. 스텔스도료 부분에서도 탄소나노섬유 기반의 3 세대 도료기술 일본도 가지고 있습니다.

일본이 F-22 를 내놓으라는 큰 소리의 가장 큰 배경은 F-22 안팔면 일본이 시간과 돈들여서 직접 만들겠다는 이야기입니다. F-3 로 이야기되는 스텔스기술 실증기, 훗카이도의 대형 초음속 풍동...... 이런 일본의 의지를 반영하는 증거는 매우 많습니다. 이제 초대형 무반향 전파 실험실만 건설하면 될 것입니다. 한국은 이제 서산에 만들고 있지만 한국것보다 몇 배 더 큰 것으로 만들 수 있겠지요. 실제 정밀한 측정을 위해서는 무반향 측정실이 크면 클 수록 좋습니다.

일본은 얄미울 정도로 전략적인 사고를 하며 미국을 이용하고 있습니다. F-22 판매 요구나 SM-3 기술확보 건도 그렇고 일본은 군사기술에서 가장 앞선 미국에 철저히 들러붙어서 자기들에게 필요한 것들을 하나씩 확보해 나가고 있는 것입니다. 이것은 최소한 50 년 앞을 보면서 국가전략을 구상하고 준비해가고 있다는 말입니다. 사실 SM-3 를 통해 확보되는 탄도탄 방어 기술은 북한과 중국의 탄도탄을 상당한 수준으로 무력화 할 수있는 전략적 이점이 있습니다. F-22 는 동해와 동지나해의 제해권을 일본에게 가져다 줄것이고 북한의 탄도탄 위협에 선제공격 위협으로 대응하고 중국의 대만침공 위협을 저지할 수있는 기반 능력을 일본에게 가지게 해줄 것입니다.



저는 아직 생각을 정리하지 못했습니다. 일단 일본에 F-22 가 판매된다는 것은 기정사실로 보입니다. 다만 제 추측에 현재 분위기로 보아서 의회가 2015 까지 F-22 수출을 금지한 법안을 개정하기는 어려워 보이기에 일본이 F-22 를 도입하는 것은 2015 정도 시기라고 보입니다. 물론 전격 개정을 한다면 일본이 원하는 대로 2012 경부터 도입할 수도 있겠지요.... 3 년의 시차는 존재하지만 어쨋든 일본은 2015 년 경이면 F-22 를 도입할 것이라는 전제를 우리 장기 국방계획을 세우는데 충분히 반영해야할 상황에 몰린 것이 사실입니다.

일단은 우리로서는 일본에게 조기에 F-22 가 판매되지 않도록 최대한 늦추는 것이 가장 중요하고 다음은 우리도 예산을 확보하여 일본과 약간의 시차가 있더라도 F-22 를 함께 도입하는 계획을 수립할 필요가 있을 것입니다. 물론 이런 도입 시도 자체가 미국으로 하여금 일본에 F-22 판매를 주저하도록 만드는 효과도 있을 것입니다. 그렇다고 중국과 함께 압력을 가하는 것 같은 외교적으로 어리석은 짓은 하지 말아야합니다. 그나마 F-22 를 늦게라도 도입하고 싶다면 말입니다......

KFX 의 경우 탐색개발은 당연히 지속해야합니다. 그리고 F-22 를 구입하게되면 예산 압박을 받게될 것이므로 본격개발을 좀더 늦추거나 기술실증기만으로 만족해야할 수도 있습니다. 일단 탐색개발을 할 것인지 올해말까지 결정하고 탐색개발을 통해 가능성을 저울질하며 일단 방향을 결정해야하고 공동개발국을 찾지 못한다면 어차피 포기해야하기때문에 특별히 바뀔 것은 없습니다. 다만 모든 것이 순조롭게되어 개발한다면 F-22 로 인한 예산 압박을 피하기 위해 개발 일정을 조금 늦추는 것이 필요하지 않겠나 싶습니다.......

상황이 나빠져서 모든 것이 어려워지더라도 최소한 스텔스 기술만큼은 지속적인 연구가 가능하도록 만들어야하겠지요.



마지막에 추가한 그림은 전에 언급했던 스텔스 대책으로 이야기되는 멀티 스태틱 레이더의 개념도입니다. 그러나 이 멀티 스태틱 기술이 제대로 구현되려면 아무래도 디지털 레이더가 개발되어야 가능하지 않겠나 생각됩니다.