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B-21 Raider 출현에 대한 중국의 고민
작성자 : 군사고문관(211.46.xxx.xxx)
입력 2023-01-23 00:32:49
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2022년 12월 2일, B-21 Raider가 일반에 공개되었습니다. 


↓ 2022년 12월 2일, Northrop Grumman社 격납 시설에서 외부로 이동되는 B-21 Raider





중국은 이미 H-20 Stealth 전략 폭격기의 개발에 대해 성공을 거두었지만 일반에 공개는 하지 않았으며, 2020년 5월 8일 오전 9시 50분, 중국의 H-20 비공식 1차 첫 비행을 하였고 11시 01분에 무사히 착륙하는 성과를 거두었습니다. 


그러나 마무리 개발이 진행 중인 H-20 스텔스 폭격기는 B-2 Spirit 폭격기의 성능을 상회하는 성능으로 개발되었는데 B-21 Raider의 전략 목표에 견줄만한 스텔스 성능을 지닌 폭격기는 아직 존재하지 않습니다. 


이에 대한 중국 내 군사 전문가 그룹은 B-21에 대한 중국 내 군사공격 계획에 대한 여러 가지 대응 방안을 내놓았습니다. 

이 내용을 정리해서 비밀에 소개합니다. 


H-20의 동체에 플랩 형식의 꼬리날개 존재에 대해 여러 의견들이 있지만 일단 꼬리 날개가 존재한다고 하여 H-20 성능이 뒤떨어지는 것이 아니라는 것입니다. 



↓ Northrop 社의 고고도 스텔스기 초기 가변 수직 꼬리 날개 디자인을 제안한 설계와 모형 모습





비행 날개의 설계는 레이더 반사 단면적을 최소화하고 스텔스 폭격기 성능을 향상시킬 수 있는 많은 이점이 있는데...

그에 따라 주 날개의 비행 방향에 대한 레이아웃의 제어 난이도가 더 높아지는 문제가 생깁니다. 


특히 고속과 저속 비행 조건을 모두 고려해야 하는 전략 폭격기의 경우에 대륙간 전략 폭격 임무는 물론이거니와 비행 제어 문제가 해결되지 않으면 정상적인 비행도 쉽지 않게 되기 때문입니다. 


↓ H-20의 가변 수직 꼬리날개 설계 개념 그림


그러나 가변 수직 꼬리 디자인은 이 문제에 대한 좋은 해결책을 제시할 수 있는 것이므로 스텔스 전략 폭격기가 고속 비행이 필요할 경우 수직 꼬리 날개의 각도를 줄이거나 직접 접을 수 있게 하는 것입니다. 

저속 비행이 필요한 경우 실제 필요에 따라 수직 꼬리 리프트 각도를 설정하여 더 많은 기체 제어 효율성을 얻을 수 있기 때문입니다. 

게다가 비행 날개 배치 동체의 저속 이착륙 및 저속 조향 문제도 해결할 수 있습니다. 

가변 꼬리 날개를 세움으로 보다 안정적인 비행 작전을 수행할 수 있고 비교적 어려운 비행 기동을 수행하여 전체적인 안정성과 비행 성능을 향상시킬 수 있는 것입니다. 




↓ 전략 스텔스 폭격기의 동체 꼬리 수직 날개를 이용한 고고도에서 고고도로 이동시 효율적인 폭격 가능 연구(1980년)

                      




미국의 B-2 Spirit 스텔스 전략폭격기는 전통적인 유압 메커니즘 설계로 제어할 수 없으며 Digital Telex System을 사용하고 있습니다. 이로서 B-2 스텔스 폭격기 조종사의 조종간은 B-2 스텔스 폭격기의 방향타 표면과 직접 연결이 되지 않으나 먼저 비행 명령을 비행 제어 컴퓨터에 전송하면 비행 제어 컴퓨터는 B-2의 비행 자세를 계산 판단하여 최종적으로 B-2 동체 후면의 여러 세트 Flap(플랩)을 조작하여 전체 비행 자세를 제어하는 방식인 것입니다. 


↓ B-2 Spirit 스텔스 폭격기 선회 각도와 비행운




그러나 B-2 Spirit 전략 폭격기의 Flap(플랩)의 조종 효율은 수직 꼬리날개에 비해 훨씬 떨어지는데, 美 Northrop 社는 B-2 스텔스 전략폭격기 Flap을 이용하여 비행자세를 조종하는 데에는 성공하였지만, 비행 상태에 대한 제약도 많다는 점도 알아냈던 것입니다. 

현재 항공기의 날개면은 기본적으로 양력면과 조종면으로 나눌 수 있는데, 미국의 B-2 스텔스 전략폭격기는 전형적인 조종면이 부족하기 때문에 control torque(조종토크)가 약하고 비행자세의 반응속도가 느리다는 것이 약점입니다. 


↓ Northrop 社의 스텔스 폭격기 수직꼬리 날개 형상 동체를 크레인을 이용해 시험하는 모습



일단 미사일에 Lock On이 걸리게 되면 기동으로 빠르게 회피하는 것은 기본적으로 불가능합니다. 이러한 이유 때문에 Northrop 社도 B-2의 초기 설계안으로 가변형 수직 꼬리 날개를 추가하는 방안을 검토하였지만 소재 등의 여러 측면에서 기본 요구사항이 높아져서 결국 포기한 것입니다. 


↓ B-2 Spirit 스텔스 폭격기의 對 중국 본토 공격 임무들 중 한 가지
 (ⓐ. 침투 폭격기가 탐지되지 않고 극초음속 무기를 발사할 것. ⓑ. 극초음속 무기의 성능은 중국의 요격 위협을 피하고 요격 성능을 저하시키기 위해 중국의 예상침투로 방어 능력을 복잡하게 만드는 성능을 가지고 있어야 할 것.)






미국의 B-2 스텔스 전략 폭격기와는 달리 H-20 스텔스 폭격기는 전략적 핵억지 임무를 수행해야 하며, 재래식 전투 임무의 상당부분을 수행해야 합니다. 

이를 테면 장거리 공대지 미사일을 탑재하여 한국 주둔 미군기지와 일본 주둔 미군기지들의 방공 Node System과 고가치의 군사 목표물을 끌어내거나 공중 발사 극초음속 미사일을 H-20 동체 안에 탑재하여 해상에서 미 해군의 로널드 레이건 항모와 니미츠급 항공모함 전단을 공격하거나 한국(세종대왕급, 정조대왕급), 일본(공고급)의 이지스 함대를 공격하는 것입니다. 



그러하기 때문에 중국의 H-20 스텔스 폭격기는 고속 및 저속 비행 상태 전환에 대한 요구사항이 미국의 B-2 Spirit 스텔스 폭격기보다 더 높은 요구사항을 필요로 하는 것이며 비행 자세의 응답 속도에 대한 요구 사항도 더 높기 때문에 가변 수직 꼬리 디자인 설계를 채택하는 것이 더 좋다는 정보를 알아냈습니다. 


오히려 가변 수직 꼬리 디자인 (sweep wing)은 개발 사항이 어려운 설계 기술입니다. 그러나 장점이 더 많다는 점을 착안하여 H-20 개발 소요 시간이 길어지는 요인이 되었음에도 이를 감수하는 부분은 가변 수직 꼬리 날개를 채택함으로 인해 가장 기본적인 안전한 이착륙이 보장되고, 날개 각도가 변경된 이후에는 제한된 초음속 비행까지도 확보할 수 있는데 이 부분은 엔진 성능이 뒷받침 되어야 가능한 것입니다. 

↓ H-20의 수직 가변꼬리날개를 편 상태의 모습



↓ H-20 스텔스 폭격기의 수직 가변꼬리날개를 동체로 접은 모습
 




수직꼬리날개의 면은 control torque와 직접적인 상관관계가 있는데, H-20의 동체가 B-2 스텔스 폭격기보다 크다는 정보를 토대로 가변 수직꼬리면도 크다는 것을 추정할 수 있습니다. 


H-20의 동체 내부 무장창의 크기와 깊이는 스텔스 전략폭격기의 전략 효율성을 가늠할 수 있는 중요한 지표로 보고 있습니다. 

H-20 스텔스 폭격기는 중국의 기존 H-6K, H-8N처럼 외부의 미사일, 폭탄을 장착, 운반하는 것은 불가능한 설계를 가지고 있으며 H-20은 B-2와 마찬가지로 동체 상부에 엔진 4기를 배치하여 가장 큰 구조적 강도와 공간을 가진 동체 중간 부분을 사용하여 중요한 동체 내부의 무장창을 배치할 수 있도록 구조 설계를 하였습니다. 

↓ B-2 Spirit 동체 내부 폭탄창(Bomb Bay) 내부 모습과 회전형 미사일, 폭탄 탑재 파일런








◆. B-21 Raider 신형 스텔스 폭격기까지 대응해야 하는 중국의 고민


중국 군사 위원회는 2022년 12월에 공개된 미 공군의 B-21 Raider의 알려지지 않은 배치 임무 포지셔닝과 특징에 대해 다음과 같이 분석하고 있습니다. 



①. 전술 전투에서의 스텔스 폭격기의 핵심적인 임무 부여
②. 공중, 해상, 지상을 아우르는 전방위 무기고
③. 공격용 해상 통제
④. 관통 항공 통제



B-21 Raider 특징 분석

①. 이중 엔진 배치
②. 아음속 성능으로 중거리 전투 반경 임무 수행
③. 공중전 수행 능력
④. 강력한 정보망 조정 능력
⑤. 무인기 통합 지휘 능력


↓ 유인 스텔스 항공기는 매우 먼 거리에서 B-21의 관통 항공 정찰에 의해 통제받아 적 전투기에 미사일 2발을 발사하도록 지휘
   UCAS는 적 전투기들의 합동 공격을 지연시키고 적 전투기를 계속 추적하는 명령을 B-21이 수행함




향후 PLA는 미국의 주요 공중 상대로서 B-21 Raider 와 어떻게 싸워 B-21 전투 시스템에 대응할 것인지 대대적인 연구, 토론에 들어갔습니다. 


B-21 Raider의 전투 시스템은 미국의 UCAS와 F-22, F-35와 같은 스텔스 전투기들의 효율적인 對 중국 전투에 무기 사용 통제 시스템을 사용, 소비하기 위해 같은 시스템을 사용하기 때문에 중국은 이러한 링크 시스템을 해킹하는데 것과 같은 교란 시도를 해야 한다는 것입니다. 

이러한 전투 게임을 부수기 위해 해킹 기술과 같은 관련 기술의 향상과 더불어 속도, 고도, 인접한 공간 내에서의 기술 향상과 더 높은 차원의 우주 공간에서의 정찰, 스파이 위성을 이용한 하이테크 전쟁 기술에 더 중점을 두어야 한다는데 결론을 내리게 되었다고 합니다. 


중국 PLA는 B-21이 공개된 후 한 달도 되지 않은 상황에서 B-21에 대한 대응책 3가지를 제시하였습니다. 

①. 전통적인 공중 전투 대결 & 근거리 제압

②. 인접 우주 진압

③. 공간 차원 축소 타격



1#. 전통적인 공중 전투 대결

- 분산형 조기 경보, 스텔스 미터파를 이용한 조기경보, 고속 드론을 이요한 여러 종류의 중장거리 공대공 미사일을 이용한 공격

중국은 차세대 공중전 체계인 유인항공기와 전투 겸용 무인항공기들을 이용하여 군사 공격을 가한다는 것.

중국 군사 위원회는 미국의 발전된 시스템에 대항하여 중국 시스템을 사용하여 준비하려고 합니다. 



분산형 조기 경보 와 미터파 조기경보 항공기는 미 항공기의 숨겨진 조기경보 및 감시 능력을 향상시키고 항공작전에 지능적인 이점을 제공합니다. 







1-2#. 고속 공중 전투 UAV는 공격과 방어 모두에 강하기 때문에 다양한 첨단 공대공 미사일의 조합으로 미국의 UAV 그룹을 신속하게 제거하고 그 뒤에 있는 유인 UAV(B-21)을 위협합니다.







2#. 인접 우주 진압

근거리 우주의 고속 비행 플랫폼은 정찰기, 조기 경보기, 전투기에 국한되지 않고 고도와 속도를 사용하여 생존 가능성을 향상시키고 미국의 스텔스 사용 방지 효과와 공격 사거리 강화를 통해서 미국의 공격 항공기 그룹 후방에 있는 B-21을 직접적으로 위협 합니다.


(source : 21st AIAA International Space Planes and Hypersonics Technologies Conference : Propulsion Performance Research and status of TRRE engine)



↓ B-21 Raider에 직접적인 군사 위협을 가할 수 있다고 보고 있는 극초음속 드론 MD-22


중국의 MD-22 극초음속 드론은 비행속도 8645 km, 사거리 8,000 km, 탑재중량 4,000 kg의 MD-22 드론을 개발했습니다. 



그러나 극초음속 MD-22를 통한 미국을 향한 군사 공격은 하늘에서 떨어지는 손바닥 기술이라는 묘사로서 매우 어려운 고도의 기술을 요하는 것이라고 분석되고 있습니다. 이를 위해서는 극초음속 무인 드론의 자체 재료, 공기 역학적 형상, 엔진 또는 탐지, 조기 경보 및 스텔스 탐지를 위한 항공 전자 장비등의 모든 면에서의 높은 기술적 난이도를 극복해야 하기 때문입니다. 

중국 군사 위원회는 근거리 전투체계가 성공적으로 구축되면 기존의 저고도 대기전투체계보다 미국을 향해 압도적인 우위를 점하게 될 것이라고 분석하고 있으며 상대적으로 아음속으로 비행 이동하는 B-21 Raider도 근거리 고속항공통제체계 내에서의 표적이 될 것이라고 보고 있는 것입니다. 


↓ 비행 날개의 레이아웃을 통해 본 측풍 운동 특성 연구 논문 자료 (출처 : 밝히면 해당 사이트는 삭제되는 관계로 명기할 수 없습니다.)



-측면 정적 안정성은 주로 날개에 의해 제공되기 때문에 비행 날개 레이아웃 항공기의 측면 정적 안정성은 기존 항공기와 유사하지만 수직 테일이 없기 때문에 그 값은 기존 항공기보다 약간 작다. 수직꼬리의 상쇄로 인해 플라잉 윙 배치 항공기의 측면 안정성 힘 계수와 요 모멘트 계수는 기존 배치 항공기보다 훨씬 작고 방향은 정적으로 불안정하다. 이 논문에서는 항공기의 측면 및 방향 정적 안정성 특성이 호환되는지 여부를 특성화하기 위해 |C nβ / C lβ | 매개 변수 를 소개 한다 . | C nβ / C lβ |가 너무 작으면 횡방향 요 외란에 의해 발생하는 롤링 모멘트가 크고 요 모멘트가 작아서 사이드슬립각을 제거하기가 쉽지 않다는 것을 의미하고 정적 안정성은 롤을 오버슈트하는 경향이 있다. 항공기의 축 응답 및 응답 진동이 더 커지는 경향이 있다. | C nβ / C lβ | 항공기의 요 이동에 영향을 미치며 항공기의 측면 이동에도 도움이 되지 않는다. 비행익 항공기 에 대한 | C nβ / C lβ |의 값 은 기존 항공기보다 훨씬 작고, 횡방향 운동은 교란된 후에 진동하는 경향이 강하다. 특수한 공기 역학적 특성으로 인해 측풍 트림 및 비행 날개 레이아웃 항공기의 응답 특성은 기존 항공기와 상당히 다르다.-





3#. 공간의 차원 축소

우주 장거리 정찰 네트워크를 더욱 개선하고 장거리 타격 무기의 공격 거리와 관통 능력을 확장하여 B-21 Raider가 지상 활주로에서 이륙하기 전에 제거하는 능력을 갖추기 위해 노력한다.

↓ 2022년 5월 22일, JST(Japan Standard Time) 05:00 에 위성에 포착된 중국 신장 Taklamakan 사막 지역에 설치된 JASDF가 운용하는 AWACS 비행기 타격 모델
(Photo by 2022 Planet Labs PBC)



↓ 보정된 신장 지역 JASDF AWACS 타겟 위성 사진




현재 전 세계에서 쌍발의 Boeing E-767 AWACS를 운용하고 있는 곳은 일본 항공자위대가 유일합니다. 그 이전의 신장지역 위성사진 판독 결과 2021년 봄에 E-767 AWACS 비행체 구조가 세워졌던 것으로 밝혀졌습니다. 



↓ 2022년 7월 13일 , 신장 사막지역에 설치된 JASDF E-767이 정확하게 파괴되었음을 나타내는 일본이 촬영한 위성 사진
(2022년 7월 2일까지 목표물이 여전히 있었던 것으로 확인되는데 7월 초에 파괴되었을 가능성이 크다고 분석)
주변 컨테이너 구조물들의 피해는 거의 없는 것으로 보아 상당히 정확한 탄도미사일 발사체가 공중에서 날아와 목표물에 타격했을 것이라는 분석 (Jeffrey Lewis 분석, 미들베리 연구소)





미군은 중국의 첨단 중거리 미사일 타격 위협에 직면한 현실적 문제 때문에 애초 중국이 지정한 제 1 도련선에 집중되어 있었던 대규모 미 공군기지들을 분산 배치하기 시작하였고, 이로 인해 중국군은 미사일을 통한 타격의 어려움에 직면해 있습니다. 



따라서 중국은 우주 정찰망 구축을 강화하여 정찰능력을 향상시키고 다수의 정찰(스파이) 위성들을 활용하여 제 1 도련선, 제 2 도련선, 제 3 도련선과 미 본토에 소재한 미 공군 기지와 공항까지 커버하려고 하고 있습니다. 

이는 실시간으로 미 공군과 한국내 주한 미 공군기지, 일본 내 위치한 주일 미 공군기지 공군기들의 움직임을 파악하고, 재사용한 우주선을 개발하여 발사 비용을 낮추고, 미국의 Anti-Satellite Operations (對 위성 공격 작전)에 대처하기 위해 일시적으로 위성 보급을 발사하는 능력을 향상시키는 것입니다. 



↓ 지구의 자전으로 A 지점에서 B 지점으로 회전하는 동안 중국 신장 지역에서 발사된 로켓의 지상 궤도(source : Secure World Foundation)




또한 중국군은 극초음속 무기를 적극 개발하여 극초음속 무기의 사거리와 관통력을 강화하고 미국보다도 우선적인 선두지위를 유지, 타격효과를 선점하려고 하고 있습니다. 



4#. 추가로 검토되고 있는 정보들...

중국군은 미 공군의 B-21 Raider가 유인 전투 시스템 & 무인 전투 시스템, 효과적이고 효율적인 스텔스 기능, 넓은 전투 반경과 공중 급유 지원을 통한 중국의 표적 공격이 매우 어려워졌다는 점을 주목하고 있으며 미래의 the air active protection system(공중 능동 방어 시스템 ; 요격체 및 레이저 방어 시스템을 포함)은 요격 난이도를 더욱 높이고 있기 때문입니다. 


중국군은 B-21 Raider의 결함을 연구하고 찾고 있는데

전술적 차원에서 상대적으로 속도가 느리고 최전선의 방어선이 무너지면 초정찰 공격을 마주한 중국 공군의 전투기에 벗어나기 어렵다는 점을 이유로 들고 있습니다. 

따라서 전투가 벌어졌을 때 B-21 Raider가 이착륙을 할 수 있는 공군기지와 공중 급유기에 의존하는 것은 필수적이기 때문에 공중급유기를 격추하거나 이착륙 공군기지를 파괴시키고 더욱 좋은 방안은 B-21 Raider가 이륙하기 전 위의 위성사진과 같이 정확한 목표물에 격추, 파괴하는 것으로도 미국과의 전쟁 상황에서 중국에 유리한 국면을 가져오게 되는 방안을 집중적으로 연구하고 있다고 합니다. 







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