해양 탐사, 정찰, 기뢰 부설 등 다양한 용도로 활용 가능

최현호 밀리돔 대표/군사칼럼니스트

[사진 1] 미 해군이 개발해 처음 공개한 대형 수중 무인이동체 스네이크헤드, 물 속에서 자율적으로 항해할 수 있다.

육·해·공 전 영역에서 무인 시스템의 활용이 늘어나고 있다. 해양 영역에서는 무인 수상함과 무인 잠수정의 활용이 크게 늘어나고 있다. 이 가운데 무인잠수정 분야에서 해양 데이터 관측, 기뢰 탐지 및 제거 등의 임무 외에 다양한 임무를 수행할 수 있는 대형과 초대형 무인잠수정이 늘어나고 있다. 현재 어떤 나라들이 대형과 초대형 무인잠수정을 개발하고 있고, 어떤 임무를 위해 만들었는지 알아보았다.

해군의 해상 무기체계는 크게 수상함과 잠수함으로 나뉜다. 여기에 최근 기술의 발전에 힘입어 무인화 기술이 접목되어 무인 수상함(USV)과 무인잠수정(UUV)이 도입되기 시작했다. 수중에서 임무를 수행하는 UUV는 해양 데이터 수집, 기뢰 탐색과 무력화, 그리고 유인 잠수함이 접근하기 힘든 얕은 해안과 적 시설 인근에 은밀하게 접근하여 정찰을 수행하는 등 다양한 임무를 수행하고 있다.

UUV는 크게 인간이 원격으로 조종하는 원격조종 잠수정(ROUV)와 스스로 움직이는 자율 잠수정(AUV)으로 나눌 수 있다. ROUV는 어려운 수중 조건으로 인해 수중 작업에서 인간을 대체하는 것을 주요 목적으로 한다. ROUV는 교육 또는 산업 임무를 수행하도록 설계되었고, 감시와 정찰을 포함한 작업을 수행하기 위해 운영자가 수동으로 제어한다.

[사진 2] 세계 각국의 대형과 초대형 UUV들

일반적으로 ROUV는 카메라, 액추에이터 및 센서 외에 수중에서 물체를 잡을 수 있는 로봇 손을 장착한 경우가 많다. 조종과 전원 공급 등을 위해 모선과 케이블로 연결되어 있어 운용 거리가 제한된다.

AUV는 다양한 목적을 위해 개발되고 있으며, 이 글에서 다루는 UUV는 AUV를 의미한다. 모선과 독립적으로 움직이기 때문에 ROUV에 비해 운용반경이 넓고, 더 깊이 들어갈 수 있다. 형태도 어뢰를 닮은 실린더형이나 가오리를 닮은 형태 등 다양하다.

[사진 3] 미 해군이 수중 영역에서 사용하는 기뢰, UUV, 어뢰들

최초의 AUV는 1957년 미국 워싱턴 대학교에서 특수 목적 수중 연구 차량(SPURV)이라는 이름으로 북극해 연구용으로 만들어졌다. 장기 운항이 가능한 AUV는 1980년대 러시아 해양 기술 문제 연구소가 태양열 자율 수중 차량(SAUV)을 개발하면서 시작되었다.

군이 UUV를 광범위하게 이용하기 시작하면서, 사건도 일어났다. 2006년 8월, 북한은 동해안의 흥남 인근에서 미 해군의 정찰용 UUV를 나포했다고 밝혔다. 이후 북한이 평양에 전시한 UUV의 사진이 공개되었고, 미 해군의 근거리 기뢰 정찰 시스템(NMRS : Near-term Mine Reconnaissance System)이라는 것이 밝혀졌다.(H I Sutton, “Mystery Solved:The Submarine Spy Drone Captured By North Korea”, forbes.com, 2020.3.11.)

[사진 4] 2016년 12월 중국이 무단 나포했던 미 해군의 탐사용 UUV

2016년 12월 16일, 남중국해에서 중국 해군 군함이 미 해군 측량선 USNS 바우디치(Bowditch)가 회수중이던 해양 관측용 UUV를 나포했다. 미 국방부는 날씨와 온도 데이터를 수집하는 데 사용되는 드론은 무장하지 않았다고 밝히면서 중국에 강력하게 항의했다. 중국은 드론 반환 의사를 밝히고 며칠 후 반환했다.(Steven Jiang and Kevin Bohn, “China returns seized US underwater drone”, cnn.com, 2016.12.20.)

UUV의 체급은 국가마다 구분이 다르지만, 미 해군 기준으로는 네 가지로 나눌 수 있다. 제일 작은 소형(Small) UUV는 직경 3~10인치(76.2~254mm)까지다. 운용자가 휴대용할 수 있어 손으로 발진시키거나, 잠수함에서 발진시킬 수 있다.

중형(Medium) UUV는 직경 10~21인치(533.4mm) 사이의 것으로 수상함 또는 잠수함에서 발진한다. 대배수량(Large Displacement) UUV로 불리는 대형(Large) UUV는 직경 21~84인치(2133.6mm)로 수상함 또는 잠수함에서 발진할 수 있다. 초대형(Extra Large) UUV는 직경 84인치보다 큰 것으로 해안의 부두에서 발진한다.

대형과 초대형 UUV는 많은 적재 공간을 사용하여 다양한 탑재물을 실을 수 있으며, 잠항 거리와 잠항 일수도 길다. 일부는 기뢰를 탑재하고 적진에 조용하게 잠입한 후 부설하여 돌아올 수도 있다.

[사진 5] 미 해군의 UUV 체급 분류 기준

최근 대형과 초대형 UUV를 도입하는 국가들이 늘어나고 있는데, 아태지역 국가들의 관심이 커지고 있다.(Oishee Majumdar & Nishant Kumar, “Making it big: AsiaPacific's increasing focus on large and extra-large UUVs”, janes.com, 2022.11.22.) 아태지역 국가 해군들은 제한된 인력 자원으로 인한 문제를 극복하기 위한 목적이 크다.

디지털화와 인공지능 기술 발전이 이를 가능하게 하고 있으며, 인간이 수행하기 어려운 ‘기뢰 대응(MCM)’을 완전히 무인화할 수 있는 새로운 운영 개념(CONOP)도 등장하고 있다.

수중 영역의 상황인식과 군사적 활용을 위해서 여러 국가들이 UUV를 도입하고 있으며, 최근에는 대형과 초대형 UUV 도입이 늘고 있다.

미 해군은 2010년대 중반부터 부족한 유인함정을 보완할 LUUV와 XLUUV 프로그램을 진행하고 있다. 먼저 시작한 것은 XLUUV 프로그램으로, 오르카(Orca) 프로그램으로 불린 계획은 2017년 9월 보잉과 헌팅턴 잉걸스(HII)팀 그리고 록히드마틴에게 시제품 개발 계약을 수여하면서 시작되었다.

[사진 6] 오르카 XLUUV 아티스트 컨셉

2019년 2월, 최종적으로 보잉이 자체 개발한 에코 보이저(Echo Voyager) 기반 제품을 제안한 보잉-HII팀이 선정되었다. 오르카는 2023년 초반부터 미 해군에 배치될 예정이다.(4) Oishee Majumdar & Nishant Kumar, “Making it big: AsiaPacific's increasing focus on large and extra-large UUVs”, janes.com, 2022.11.22.)

오르카는 길이 16m의 에코 보이저의 기본 설계를 공유하지만, 최대 10m에 8톤 중량의 임무 페이로드 모듈을 추가하여 총 26m로 길어지게 된다. 미 해군은 감시, 수중, 수상 및 전자전, 기뢰 제거 등 임무에 따라 오르카 플랫폼을 조정할 수 있는 능력을 명시했다.

오르카는 하이브리드 디젤/리튬 이온 배터리 시스템으로 구동된다. 잠수 시에는 배터리로 움직이고 수면 위에서는 디젤 발전기가 배터리를 충전한다. 최대 속력은 8노트(15km/h), 운항 속도 약 3노트(5.6km/h), 항속거리 6,500마일(10,500km)이며 수 개월간 작전할 수 있다.

미 해군은 오르카 XLUUV 외에 스네이크 헤드(Snakehead)라는 LUUV 프로그램도 계획 했었다. 스네이크 헤드 UUV는 재구성 가능한 페이로드를 배치할 수 있도록 개방형 인터페이스를 가질 예정이었다. 연안전투함(LCS), 버지니아급 잠수함, 오하이오급 잠수함에서 회수와 저장하도록 계획되었다.

[사진 7] 2023 회계연도 예산안에서 취소가 결정된 스네이크헤드 LUUV

그러나 2023년 1월 바이든 대통령이 서명한 2023 회계연도 국방비 지출 계획에서 스네이크 헤드 프로그램에 대한 자금 지원을 중단하기로 했다는 것이 알려졌다. 미 해군성 장관은 스네이크 헤드 프로그램을 추진하는 대신 자율성, 내구성 및 다중 임무 페이로드 기능의 발전을 우선시해야 한다고 밝히고, 상업적으로 이용 가능한 UUV 기술을 해군과 해병대의 작전 개발, 자원 조달 및 수비 계획 개념에 통합할 것을 권장했다.(Justin katz, “After a year in limbo, appropriators appear to finally sink large unmanned sub program”, defensenews.com, 2023.1.3.)

미 해군은 개발 단계에서 취소된 스네이크 헤드 프로그램 대신 오르카 프로그램에 집중할 것으로 보인다. 2020년 5월, 미 국방부는 내부 연구를 통해 중국과 경쟁을 위해 로봇 잠수함에 대규모 투자가 필요하다고 결론 내렸다. 국방장관 내부 싱크탱크인 비용 평가 및 프로그램 평가(CAPE) 사무국은 XLUUV 50척에 투자할 것을 권고했다.

이에 따라 2023년부터 오르카 XLUUV 5척을 구매하는 계획도 수정될 것으로 보인다. 하지만, 2022년 9월, 미 회계감사국(GAO)는 프로그램이 계획된 예산에서 2억 420만 달러 초과하고 일정은 3년이 지연되었다고 밝히면서 논란이 되고 있다.(David B. Larter, “Tocompete with China, an internal Pentagon study looks to pour money into robot submarines”, defensenews.com, 2020.6.1.)

러시아도 다양한 종류의 LUUV와 XLUUV를 개발 및 운용하고 있다. 러시아는 1990년대 말부터 해양 연구용으로 개발을 시작했다. 러시아 해양 기술 연구소는 수심 6,000m까지 잠수할 수 있으며 저주파와 고주파 소나를 갖춘 클라베신(Klavesin)-1R을 핵 추진 쇄빙선에서 운용했다.(http://www.navaldrones.

com/Klavesin-1R.html)

개량형인 클라베신(Klavesin)-2R-PM가 개발되었으며, 2018년 크림반도, 2021년 극동에서 시험을 진행했다. 클라베신-2는 2R52로도 불리며, 길이 7m, 직경 1m, 중량은 4톤으로 알려졌다. 클라베신-2는 러시아 해군 잠수함에 탑재되어 수중에서 분리와 회수가 가능하도록 설계되었다.(“Newest Naval Unmanned Vehicle Klavesin-2 Trials Start in Crimea”, korabel.ru, 2018.5.16.)

[사진 8] 러시아의 클레베신-2 LUUV

루빈 설계국은 수심 10,000m 잠항이 가능한 길이 5.7m, 폭 1.4m, 중량 5.7톤의 비타야즈(Vityaz)-D를 개발했다. 2019년 개발이 완료되었고 2020년부터 운용을 시작한 비타야즈-D는 동해에서 수심 2,400m 잠수, 필리핀해에서 5,200m 잠수, 마리아나 해구에서 10,028m 잠수를 기록했다.(Dorian Archus, “Vityaz-D, the Russian UUV that reached the deepest point of Mariana Trench”, navalpost.com, 2020.6.11.)

이 외에도 라주리트(Lazurit) 중앙 설계국이 길이 7.5m, 직경 1.5m의 사르마(Sarma)라는 장거리 항행용 LUUV를 개발하고 있다. 사르마는 장거리 항행을 위해 공기불요추진(AIP) 모듈을 장착할 예정이다. 사르마는 북극에서 얼음 밑 해저의 자원탐사를 위해 개발되었지만, 북극해에서 활동할 러시아 해군 잠수함을 위한 항로 탐지 임무로 수행할 것으로 알려졌다.(“Russia Develops Preliminary Design Of AIP Unit For Sarma UUV”, navalnews.com, 2021.9.21.)

앞에 소개한 UUV들은 군이 사용하지만, 무장을 하지는 않았다. 러시아는 먼 곳에서 미국 본토의 항구를 공격할 수 있는 핵탄두 탑재 UUV인 포세이돈을 개발했다. 포세이돈은 2018년 3월 1일 푸틴 대통령이 연방 의회에서 공개한 여섯 가지 슈퍼무기 중 하나다.

포세이돈은 2015년 러시아 방송을 통해 무기 개요도가 노출되면서 존재가 알려졌다. 당시 코드명은 스테이터스(Status)-6였으며, 길이 24m, 직경 1.6m이며 소형 원자로를 갖춰 최대 사정거리가 1만km에 달하고 수중에서 자율 항행이 가능하다고 소개되었다. 핵탄두를 탑재했기 때문에 어뢰로도 분류할 수 있지만, 군사적 목적의 LUUV로도 분류가 가능하다.

포세이돈은 잠수함에 탑재되어 수중에서 목표를 향해 발사된다. 해저 지형을 회피하면서 목표 지점으로 다가간다. 프로젝트 949A 오스카급으로 만들어졌다가 포세이돈 운용을 위해 개조된 프로젝트 09852 벨고로드(Belgorod)가 2019년 4월 23일 진수했고, 2022년 7월 해군에 인도되었다.(“Russian Sevmash Shipyard delivers Belgorod submarine capable to carry nuclear UUV”, navyrecognition.com, 2022.7.11.) 2020년 6월에는 포세이돈 6발을 탑재할 수 있는 프로젝트 09851 하바롭스크(Khabarovsk)가 진수했다.(“Russian Special Submarine ‘Khabarovsk’ Likely To Be Launched In June”, navalnews, 2020.5.11.)

[사진 9] 러시아의 핵탄두 장착 UUV 포세이돈

러시아가 오랫동안 다양한 UUV를 개발해왔지만, 점차 요구되는 성능이 높아지면서 자신들의 능력만으로는 개발이 힘들 것이라는 전망이 나오고 있다. 우크라이나 전쟁으로 인해 촉발된 서방의 제재로 인해 필요한 부품과 장비 입수에 어려움을 겪을 가능성이 있다.(Justin Katz, “Russia’s naval doctrine may call for challenging the West, but does it have the shipyards?”, breakingdefense.com, 2022.8.19.)

중국은 유인 잠수함 전력 열세를 만회하기 위해 1980년대 중반부터 UUV를 개발하기 시작했다. 중국의 UUV 개발은 외국에 의존하지 않는 첨단 기술 개발을 목적으로 1986년 3월부터 시작된 863 계획의 일환으로 시작되었다.

[사진 10] 2019년 열병식에서 공개된 HSU-001

중국의 LUUV와 XLUUV 개발 노력의 첫 결과는 2019년 10월 열린 중국 건국 70주년 열병식에 등장한 HUS001이다. 중국의 폐쇄성으로 정확한 정보가 공개되지 않았지만, 사진을 볼 때 두 개의 스크류를 채택했고, 선체 위에 접을 수 있는 센서 마스트 두 개가 있다.

광역 정보, 감시, 정찰(ISR), 연안 기뢰 탐색, 수중 지형 탐색 등의 임무를 수행할 것으로 보인다. 여러 분석에 의하면 크기는 길이 5m, 직경 1m, 무게 3톤 정도다. 크기를 고려할 때 새로운 센서나 무장을 탑재할 가능성도 있다.(Joseph Trevithick, “Four Of The Biggest Revelations From China’s Massive 70th Anniversary Military Parade”, thedrive.com, 2019.10.6.)

중국은 HSU001 외에도 다양한 LUUV와 XLUUV 개발을 진행하고 있다. 2018년 7월, 사우 스차이나모닝포스트는 중국 센양 자동화 연구소 해상 기술 장비 부서장의 발언을 인용하여 중국이 912 프로젝트에 따라 2021년 중국 공산당 100주년을 기념하여 인공지능을 탑재한 XLUUV를 개발할 계획이라고 보도했다. 부서장은 XLUUV가 미국의 오르카 XLUUV 프로그램에 대응하는 것이라고 밝혔지만, 자세한 사항은 밝히지 않았다.(Stephen Chen, “China military develops robotic submarines to launch a new era of sea power”, scmp.com, 2018.7.22.)

2022년 11월 8일부터 13일까지 열린 에어쇼 차이나 2022에서 중국 선박중공업집단(CSIC)은 하이산(Haishan, 영어 Poseidon) 6000이라는 수심 6,000m까지 잠수가 가능한 수색 및 구조용 LUUV를 공개했다.(“CSIC unveils new Haishen 6000 UUV at Airshow China 2022”, navyrecognition.com, 2022.11.14.)

2022년 9월에는 그동안 보고되지 않았던 새로운 종류의 XLUUV가 위성사진에 잡혔다. 멕사 테크놀로지(Maxar Technologies)는 2021년 3월부터 4월까지 하이난섬의 싼야 해군기지에서 두 가지 새로운 XLUUV를 포착했다.

[사진 11] 싼야기지에서 위성에 촬영된 두 가지 XLUUV

하나는 길이 약 16m, 지름 약 2m로 파악되었다. 유선형의 함수를 가지고 있으며, 선미에 두 개의 프로펠러가 나란히 배열되어 있다. 크기로 볼 때 보잉의 오르카 XLUUV와 유사하다. 다른 것은 지름은 더 작지만, 길이는 약 18m로 길다. 외견상 오르카 XLUUV 개발 당시 록히드마틴이 제시한 것과 유사하다고 분석되었다. 하지만, 위성사진만으로는 정확한 정체를 파악하기는 어렵다.(HI Sutton, “China’s New Extra-Large Submarine Drones Revealed”, navalnews.com, 2022.9.16.)

영국 해군도 미래 수중 작전을 위해 해양 자율 시스템(MAS)을 활용할 예정이다. 이 작업은 국방부 산하 국방과학기술연구소(Dstl)와 국방 및 안보 가속자(DASA)가 주도하고 있다. 이들은 무인 수중 차량, 무인 시스템의 견인 배열, 항법, 감지 및 작동 개념에 대한 투자를 통해 대잠수함전 역할에 대한 MAS의 기여를 가능하게 하고 이해하기 위한 기술 연구를 주도해 왔다.

이들은 S201이라는 유인 잠수정을 무인 잠수정으로 개조한 XLUUV 테스트베드를 사용하여 MAS의 개념 등을 실험했다. 길이 9m, 무게 9톤의 테스트베드는 소나, 광학 장비 시험에 사용되었다.(“UK: Dstl & DASA play key role in Msubs' future XLUUVs”, navyrecognition.com, 2023.1.31.)

[사진 12] 영국이 도입할 세투스 XLUUV의 내부 구조도

영국 해군은 세투스(Cetus)라 불리는 XLUUV를 도입할 예정이다. 영국 해군은 2022년 11월 말에 세투스 XLUUV 건조 업체로 플리머스에 위치한 엠서브(Msubs)를 선정했다. 세투스(Cetus) XLUUV는 길이 12m, 직경 2.2m, 무게 17톤이며, 작전 심도는 400m 이상, 항속 거리는 1,000마일이다. 모듈식 설계도 다양한 임무에 맞게 탑재물을 바꿀 수 있다. 운반과 보관은 40피트 선박 운송용 컨테이너를 사용할 예정이다.(“MSubs Wins UK Royal Navy Contract For Cetus XLUUV”, navalnews.com, 2022.12.1.)

[사진 13] BAE시스템즈의 헤르네

영국의 대표적 방산업체 BAE 시스템즈도 자체적으로 모듈식 설계를 갖춘 헤르네(Herne)라는 XLUUV를 개발하고 있다. 회사는 XLUUV 대신 초대형 자율무인잠수정(XL-AUV)으로 부르고 있다. 헤르네는 2022년 10월 열린 유로나발(Euronaval) 2022 전시회에 개념 실증기의 축소 모델이 전시되었다. 회사는 아직 설계를 확정한 상태는 아니라고 밝혔다.(Dr Lee Willett, “Euronaval 2022: BAE Systems Launches ‘Herne’ XLAUV Concept Demonstrator”, navalnews.com, 2022.10.20.)

호주 중국 해군의 확장에 대응하고 있는 호주도 XLUUV 프로그램을 진행하고 있다. 호주 해군은 2022년 12월 12일 시드니하버에서 안두릴 호주지사가 개발한 XL-AUV에 고스트 샤크(Ghost Shark)라는 이름을 붙이는 명명식을 가졌다.

[사진 14] 안두릴 호주지사가 개발중인 고스트 샤크 XLUUV

고스트 샤크 개발을 위해 길이 5.8m, 무게 2.8톤의 다이브-LD 자율 무인잠수정이 테스트 베드로 사용될 예정이다. 고스트 샤크 프로그램은 저렴하고 자율적이며 장기 운항이 가능한 다중 임무 XL-AUV 개발을 목표로 하고 있다. 호주 해군은 3년의 개발 기간을 거친 후고스트 샤크 XL-AUV 3척을 도입할 계획이다.(Min Cheol Gu, “Royal Australian Navy to get new stealthy underwater drone”, defence-blog.com, 2022.12.12.)

이들 국가 외에 영국의 BAE 시스템즈, 프랑스의 나발그룹 그리고 독일의 티센크루프 마린 시스템즈(TKMS)가 자체적으로 개발을 진행하고 있다.

[사진 15] 프랑스 나발 그룹의 XLUUV 기술실증기

나발그룹은 2021년 10월 제5회 혁신의 날 행사에 자체 개발한 LUUV 기술실증기를 공개했 다. 회사는 2016년부터 자체 예산으로 개발을 시작했고, 센서 장비를 공급한 탈레스, 인공지능 전문업체 델폭스(Delfox) 등과 협력하여 2020년까지 개발을 진행했다.(Joseph Roukoz, “Naval Group unveiled a new LUUV and other solutions at the 5th edition of its Naval Innovation Days”, edrmagazine.eu, 2021.10.12.)

[사진 16] 독일 TKMS의 MUM 개념도

TKMS는 개조 가능 수중 모선(MUM : Modifiable Underwater Mothership)이라는 대형 잠수정을 개발하고 있다. MUM은 심해 탐사, 과학 연구, 해양 보안 등 다양한 용도로 사용될 예정이다. 모듈식 설계로 다양한 임무 요구 사항을 해결하기 위해 다른 회사의 모듈 및 기타 사용자가 정한 장비도 통합할 계획이다. 길이 약 25m에 이를 MUM의 조립은 2023년 여름에 시작되고, 해상 시험은 2024년 중반으로 예정되어 있다.(H I Sutton, “World’s Largest Submarine Drone Being Built In Germany”, navalnews.com, 2023.2.8.)

이상으로 해상 전력의 새로운 트랜드로 떠오르고 있는 LUUV와 XLUUV를 개발하고 있거나 운용하는 국가들을 알아보았다. 나라마다 LUUV와 XLUUV를 운용하는 종류는 다르지만, 수중 영역에서 상황인식 향상을 도와 해군의 보조하는 역할을 하는 것은 동일하다.

우리나라는 국방과학연구소(ADD)가 개발한 대잠전용 정찰 무인잠수정(ASWUUV)의 시연을 성공적으로 마쳤다. 그 기술을 발판으로 삼아 다양한 LUUV 또는 XLUUV를 개발하여 우리 주변 해역 방어에 활용할 날을 기대한다.