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Japanese missile attack warning radar

  작성자: 군사고문관
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작성일: 2021-07-20 00:50:20

미국, 호주의 연합 군사훈련에 이어 일본의 미사일 경고 레이더에 대한 소개를 비밀 가족분들께 드리고자 합니다. 



일본의 미사일 경고 레이더의 설치 운영의 이유와 과정등을 통해 일본의 방위체계의 일부를 이해해 보고자 합니다.



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◎. 개요



북한의 탄도미사일 개발 출현과 관련하여 1990년대 중반, 일본 정부는 국가 미사일 방어 체계 분야의 연구에 착수하기로 결정하였습니다. 

1999년 북한의 대포동 1호 미사일이 일본 상공을 날아 태평양에 떨어진 이후 미사일 방어체계 구축에 대한 실질적인 작업이 시작되었습니다.





이 개발 방향의 첫 번째 단계는 탄도 미사일 탐지를 위한 기존 위상배열 레이더의 사용과 미국産 Patriot PAC-2 대공 방어 시스템의 추가 배치였습니다. 



2004년 12월, 미국과 이에 대한 기본 협정이 체결되었으며, 이에 따라 일본 열도 영토에 고도(high) 미사일 방어 시스템을 구축해야 했습니다.





현재 일본 미사일 방어 체계 운용 방식 




현대화된 일본 자위대는 새로운 레이더 미사일(missile attack) 경고 시스템, 요격 능력이 확장된 패트리어트 PAC-3 대공 미사일 시스템등을  미국과 협력하여 해상 자위대가 운영하는 미사일 경고 부대 창설에 도움을 받았습니다. 즉 미사일 방어 구성 요소가 시작된 것입니다.




◆. 일본 미사일 경고 레이더 개발, 운용



대부분의 국가차원의 미사일 요격 시스템 기초는 표적을 지정, 탐지하고 경보를 발령하는 수단으로서 운용됩니다.

현재 일본은 탄도미사일 발사를 탐지하기 위한 정지궤도 인공지구위성을 개발 중입니다. 일본과 미국의 고정 및 이동 레이더 네트워크를 기반으로 한 미사일 공격 경고 시스템의 구축이 거의 완료되었습니다.

탄도 표적을 탐지하고 꾸준히 추적할 수 있는 최초의 일본 레이더는 「J/FPS-3」 였습니다.  이 유형의 헤드 레이더의 조종 작동은 1995년에 시작되었습니다. 1999년에는 6개의 이러한 기지들이 운용되었습니다.



Mitsubishi Electric J/FPS-3 Radar



방위각으로 회전하는 능동 위상 안테나 어레이가 있는 데시미터 범위의 3차원 레이더는 콘크리트 바닥에 고정되어 있습니다. 바람과 비로부터 보호하기 위해 안테나 포스트는 플라스틱 무선 투명 돔으로 덮여 있습니다.





宮古島分屯基地, J/FPS-7A (2018年)






모든 J/FPS-3 레이더는 더 높은 고도에 구축되어 탐지 범위를 늘릴 수 있습니다.

처음에 J/FPS-3 레이더는 주로 450km 이상의 거리에서 탐지될 수 있는 공기역학적 목표물에 대해 작동하도록 설계되었습니다. 

레이더가 설치된 탐지기지는 500km 이상의 거리에서 실제 탄도 목표물을 고정할 수 있었던 것으로 보고되었습니다. 

최대 고도는 150km입니다. 탄도 미사일 탐지작업을 할 때 영공을 보는 섹터 모드가 사용됩니다.

일본 J/FPS-3 레이더는 주일미군기지에 있던 구식 2차원 AN/FPS-20 램프 와 AN/FPS-6 고도계를 대체하기 위해 개발되었으며, 시험 운영 후 탄도미사일 탐지 및 추적 기능이 사용되기 시작했습니다. 미사일 방어 활용프로그램 및 향상된 작동 특성을 위해 제조회사인 Mitsubishi Electric은 사용 가능한 모든 레이더를 J/FPS-3 Kai(改) 수준으로 개선해 왔습니다. 고급 개조형은 J/FPS-3UG로 알려져 있습니다. 

J / FPS-3ME 레이더는 수출용으로 제공됩니다. 





figure 1#. 일본 미사일 경고 레이더 기지 배치도





2009년 현대화 이후 일본의 모든 J/FPS-3 레이더는 JADGE(Japan Aerospace Defence Ground Environment) 자동화 대공/미사일 방어 시스템에 연결되었습니다.





실시간 공기역학 및 탄도 표적 정보는 지하 광섬유 케이블을 통해 직접 전송됩니다. 냉전 시대에 건설된 업그레이드된 무선 중계 통신국은 백업으로 사용됩니다.





일본 무선중계 통신국







J/FPS-3 레이더가 탄도미사일 탐지에 최적이 아니라는 부분과 미사일방어모드에서 레이더를 운용할 경우 공중 표적에 대한 순환탐색을 할 수 없다는 점을 감안하여 1999년 제2기술연구소 제2부서에서 일본 방위성과 항공 개발 실험 그룹은 에너지 잠재력이 증가한 특수 레이더를 만들기 시작했습니다.

FPS-XX R&D의 일환으로 수행된 연구를 통해 2004년 실험용 레이더가 개발하였습니다. 

2004년부터 2007년까지 시제품의 테스트는 千葉県(치바현) 旭市(아사히시)의 북동쪽에 위치한 테스트 기지에서 수행되었습니다.

실험 레이더는 서로 다른 직경의 안테나 시트가 양쪽에 있는 삼각형 프리즘이었습니다. 레이더의 높이는 34m, 큰 트랙의 지름은 18m, 작은 트랙의 지름은 12m입니다.



J / FPS-5 실험용 Prototype Radar





큰 트랙은 미사일 추적용이고 작은 트랙은 항공기 추적용입니다. 레이더의 베이스는 방위각으로 회전할 수 있습니다. 

탄도 표적은 1~1.5GHz, 공기 역학적 표적 -2 ~ -3GHz의 주파수 범위에서 감지됩니다.

J/FPS-5라는 명칭으로 사용되는 레이더 스테이션은 매우 특이한 디자인을 가지고 있습니다. 일본에서 전파에 투명한 수직 돔의 특징적인 모양 때문에 이 레이더는 "turtle(거북이)"라는 별명을 얻었습니다.








2006년 일본 内閣(내각)은 4기의 개발된 미사일 경고 레이더 건설을 위해 8억 달러 상당의 예산 할당을 승인하였습니다. 


첫 번째 레이더 기지는 鹿児島県(가고시마 현) 下甑島(시모코시키 섬)에 2008년에 건설되어 시험 운용되었습니다. 그곳은 원래 이전에는 J/FPS-2 레이더가 작동했던 곳이었습니다.





下甑島 map






J/FPS-5 (下甑島)



공개된 정보출처에서 J/FPS-5 레이더의 실제 특성에 대한 세부 정보는 많지 않습니다. 


일본 소식통은 스테이션 기지를 배치할 수 있다고 보도하지만 위성 이미지는 모든 레이더 베드가 지속적으로 같은 방향을 향하고 있음을 보여줍니다. 프로토타입과 달리 직렬 조기 경보 미사일 레이더에는 3개의 블레이드가 있습니다. 하나는 탄도 미사일 추적용이고 다른 2개는 항공기와 순항 미사일을 탐지하도록 설계되었습니다.




여러 대의 J/FPS-5 레이더가 bistatic mode(인접 레이더에서 전송된 방사선 수신)에서 병렬로 작동할 수 있으므로 낮은 공중 표적을 탐지하는 능력이 향상된다고 합니다. 
모듈식 설계, 다중 복제 및 자동 자가 진단 프로그램 사용 덕분에 가동 중인 스테이션의 높은 신뢰성을 달성할 수 있었습니다.

일본 언론에 따르면 J/FPS-5 레이더를 이용하여 북한의 광명성 2호 미사일 발사에 대한 본격 탐지는 지난 2009년 4월 5일 처음 이뤄졌다고 합니다. 
최대 추적 범위는 약 2,100km였습니다. 스테이션은 적시에 발사를 감지하고, 얻은 데이터를 기반으로 계산된 궤적을 결정했습니다. 

당시 발사된 북한의 미사일이 일본 상공을 날아 바다에 떨어질 예정이었기 때문에 미사일 방어군은 경계 태세를 갖추지 못했습니다. 

그러나 J/FPS-5 레이더의 도움으로 극지방에서 러시아 전략 잠수함의 탄도 미사일 훈련 발사를 추적할 수 있었던 것으로 보고되었습니다.






J/FPS-7 Japan ASDF 沖永良部島 SUB BASE





J/FPS-7 운용 예시






현재 J/FPS-5 레이더는 일본의 주요 미사일 경보 장치입니다. 탄도 미사일을 추적 할 수있는 더 많은 J / FPS-3 레이더가 보조역활을 하고 있습니다. 

J/FPS-5 초수평 스테이션의 높은 운용 비용과 새로운 범용 J/FPS-3를 교체해야 할 필요성으로 인해 2007년 항공 자위대 사령부는 새로운 레이더에 대한 경쟁 사업을 발표했습니다. 비교적 저렴한 가격에 이 두 가지의 운용 장점을 결합해야 했습니다. 

2011년에 NEC(日本電機株式會社)가 경쟁 사업의 승자로 결정되었습니다. 

J/FPS-7로 명명된 레이더에는 AFAR 기능이 있는 3개의 안테나가 있으며, 이 안테나는 공기역학적 표적과 탄도 표적에 대해 별도로 작동합니다. 고정식 레이더 1대 구축 비용은 약 1억 달러로, 당초 이 레이더는 탄도미사일 탐지용이 아니었지만 개정 후 운용기회를 얻게 되었습니다.





J/FPS-7 Radar Antenna







첫 번째 레이더 스테이션 건설은 2012년 山口県 (야마구치 현) 북부의 見島(미시마) 섬에서 시작되었습니다. 


2019년에 레이더 운용 전파 발사가 이뤄졌습니다. 


공중 및 탄도 표적에 대한 정보는 무선 중계 장비 J/FRQ-503의 대형 포물선 안테나를 통해 전송됩니다. 


고정식 J/FPS-7 레이더 외에도 원통형 안테나가 있는 J/TPS-102 이동식 레이더가 해당 지역에서 운용되고 있습니다.




山口県  見島 (야마구치 현 미시마 섬)








두 번째 레이더 스테이션인 J/FPS-7은 정찰 정보가 那覇(나하) 공군 기지로 방송되는 Nohara 라디오 차단 센터의 관할영토에 있는 오키나와 섬 중부에 2017년에 건설되었습니다. 沖縄島(오키나와)에서 J/FPS-7 레이더 전파의 발사는 2019년 말에 이루어졌습니다







레이더 전파는 기본적으로 수평선 아래에는 잘 도달하지 못함. 

Red circle → J/FPS-5, J/FPS-3  

Orange circle → E-767 

Yellow circle → J/FPS-3 

Green circle → E-2C 




鹿児島県(가고시마 현) 沖永良部島 (오키노에라부지마 섬)에서는 2017년부터 세 번째 J/FPS-7 레이더 건설이 진행되었습니다.
테스트 모드에서의 작업은 2020년 가을에 시작되었습니다.

일본에서는 구식 고정 스테이션 레이더인 J/FPS-2를 대체해야 하는 가운데 2개의 레이더인  J/FPS-7을 추가로 구축할 계획입니다. 
J/FPS-7 레이더는 현재 시범 운용 중입니다. 이들의 전투레이더운용은 2023년으로 예정돼 있습니다.






鹿児島県 沖永良部島 J/FPS-7 Radar







figure 2#. 일본 미사일 경보 기지 레이더 배치도







■. 일본에 설치되는 미국의 탄도미사일 경보레이더




2006년 6월, 미국과 일본은 일본 섬에 AN/TPY-2 레이더를 배치하는 데 합의했습니다. 

Raytheon社의 이동형 레이더는 8.55 ~ 10GHz 주파수 범위에서 작동합니다. 

전술 및 작전 전술 탄도 미사일을 감지하고, 요격 미사일을 추적 및 안내하도록 설계된 AN/TPY-2 레이더는 고고도 대기권 횡단 차단인 THAAD 미사일 방어 시스템의 일부입니다. 

그러나 필요한 경우 별도로 사용할 수 있습니다.









AN/TPY-2 레이더는 항공 및 해상 운송뿐만 아니라 공공 도로에서 견인된 형태로 운송될 수 있습니다. 
1,000km 의 탄두 탐지 범위와 10 ~ 60 ° 스캔 각도로 이 스테이션은 이전에 파괴된 미사일 및 분리된 스테이지의 잔해 배경에서 목표물을 식별하기에 충분한 우수한 해상도를 가지고 있습니다.




靑森縣 車力 內 U.S. Communications Site 



미국 최초의 AN/TPY-2 레이더는 2006년 10월, 靑森縣 (아오모리 현) 車力(샤리키) 마을 인근의 지정 지역에 미 육군 통신센터가 배치됐습니다. 이 지역에는 패트리어트 PAC-3 대공 미사일 시스템의 일본 발사포대가 2개 있습니다.

두 번째 레이더는 2014년 京都府(교토부) 京丹後(교탄고) 서쪽 经之岬(교가미사키) 방공군의 레이더 초소 근처에 새로 건설된 기지에서 시험운영되었습니다.




经之岬 分屯基地 內 다중 무선 통신용 안테나 시설




일본 언론을 통해 발표된 정보에 따르면 車力(샤리키) 미군기지 내 시설의 레이더는 상시 가동되지 않고 북한의 미사일 발사 준비에 대한 정보를 입수한 경우에만 활성화 된다고 합니다.





经之岬(교가미사키)에 배치된 미국산 AN/TPY-2  레이더의 경우 불리한 기상 요인으로부터 보호하기 위해 무선 투과 돔이 건설되었습니다.




经之岬(교가미사키) 방공군 레이더 초소 부근에서 미군에 할당된 영역





車力(샤리키)에 배치된 레이더는 미 육군의 제10 對탄도 미사일포대의 인원을 지원하며 经之岬(교가미사키)의 시설은 제14 對탄도 미사일포대가 통제합니다. 두 미사일 부대의 총 인원은 100명이 조금 넘습니다. 제10 및 제14 포대는 Hawaii(하와이) Fort Shafter(포르 샤프터)에 있는 제 94 항공 및 미사일 방어군 본부가 이끄는 제38 방공여단의 일부입니다.







Hawaii, Fort Shafter (Pacific Command of US Army, the Army Corps of Engineers of the Pacific Ocean Division and Major authority of the US Armed Forces in the Asia)






대한민국과 일본에 배치된 AN/TPY-2 레이더의 스캔 지역






미군의 통제하에 있는 대한민국과 일본에 배치된 AN/TPY-2 레이더는 북한의 미사일 발사를 감시, 통제하고 중국 영토의 일부를 스캔하며 러시아 연해주 남부 지역을 탐지합니다.

현재 북한에서 탄도 미사일을 탑재할 수 있는 잠수함 건조에 대한 정보 입수와 관련하여 일본 방위성 산하 탄도 미사일 레이더 지도부는 오키나와 섬에 또 다른 AN/TPY-2 레이더를 배치하는 옵션을 고려하고 있습니다.







嘉手納基地 (가데나 미군 기지), source : 朝日新聞社






일본의 오키나와에 위치한 嘉手納(가데나) 공군기지에 대한 핵을 탑재한 탄도미사일의 기습 공격을 우려해 미국이 레이더 개발 및 배치를 적극적으로 추진하고 있습니다.

2017년에 일본이 "우주 쓰레기"를 추적하도록 설계된 레이더 스테이션을 건설하려는 의도에 대한 정보가 나타났습니다. 

이 레이더는 山口縣(야마구치현) 서부에 있는 일본 자위대의 시설 중 한 곳인 영내에 위치하기로 되어 있었습니다. 이 레이더의 주요 임무는 즉각적인 충돌 위협이 발생할 경우 궤도를 수정하기 위해 일본 위성 근처의 파편 움직임에 대한 운영 정보를 얻는 것이라고 합니다. 
일본 방위성은 연구 목적으로 3,800만 달러 상당의 예산편성을 요구했다고 합니다.

2018년부터 일본은 2대의 AN/SPY-7(V) 장거리 수평선 너머 레이더를 획득할 예정인 것으로 알려져 왔습니다. 

개발 중에 록히드 마틴(Lockheed Martin) 스테이션은 LRDR(Long Range Discrimination Radar : 장거리 식별 레이더)로 알려졌기 때문입니다.
Raytheon社에서 제안한 AN/SPY-6 레이더도 개발경쟁에 참여했습니다. 일본 최초의 레이더 AN/SPY-7(V)의 시험운용은 2025년으로 예정되어 있습니다.

활성 전자 주사 격자가 있는 질화갈륨(Gallium Nitride) 고체 전지가 있는 모듈식 스테이션입니다. 

안테나는 레이더의 크기를 늘리기 위해 결합할 수 있는 개별 솔리드 스테이트 블록(individual solid-state blocks)으로 구성됩니다.

AN/SPY-7(V)은 3 ~ 4GHz의 주파수 범위에서 작동하며, AN/SPY-1 레이더보다 탐지영역이 2배 넓다고 명시되어 있습니다.





Lockheed Martin SPY Radar








록히드 마틴 대변인에 따르면 일본 기업 Fujitsu(富士通, 후지쯔 社)가 AN/SPY-7(V) 레이더 개발에 참여했다고 공표했습니다. 

알래스카에 유사한 미사일 방어 기지를 배치하는 데 소요되는 비용은 7억 8천만 달러를 초과하였습니다. 
레이더의 수명주기를 연장하는데 드는 비용과 더불어 레이더 기지 건설에 일본 기업이 참여하고, 자체 생산 구성 요소를 사용하기 때문에 입니다.

AN/SPY-7(V) 레이더는 이지스 탄도 지상 기반 미사일 방어 시스템의 일부로, 일본 방위성 관리에 따르면 북한의 탄도 미사일을 방어하기 위해 배치될 수 있다고 합니다.



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