스텔스란 무엇인가?

스텔스란 무엇인가?   * 스텔스(Stealth). 먼저 F-22 편과 F-35 편에서 설명한 바 대로, 스텔스란 개념은 적의 센서에 탐지되는 않는 모든 기술을 뜻합니다. 쉽게 설명해서 투명인간(Invisible Man)처럼 적에게 탐지되지 않으면서 자신은 적을 탐지하여 절대적인 우위에 있고자 하는 전술이지요. 돈과 기술이 가져온 불공정한 전쟁의 한 단면입니다. 이제 정정당당히 모습을 드러내고 맞서 싸우는 시대가 아니란 얘기지요. “비겁하게 숨지 말고 나와라!” 이렇게 소리쳐봐야 공허한 메아리만 돌아올 뿐입니다. 가진 자의 여유와 없는 자의 비애가 교차하는 전쟁. 다른 테크놀로지도 마찬가지지만 그것이 바로 스텔스 전쟁입니다.   먼저 F-22 편에서 말한 대로 현대 전투기의 스텔스 기술은 레이다, 적외선, 육안 식별, 소리 이렇게 4가지 센서에 탐지율을 낮추는 모든 기술을 총괄합니다. 레이다에 잘 탐지되지 말아야 하고, 적외선 탐지 센서에도 잘 탐지되지 말아야 하고 주변 배경과 어울려 육안 식별이 어려워야하고 소음이 작아야 합니다. 여기서는 적 전파에 탐지되지 않는 레이다 스텔스만 다룰 예정입니다만, 다른 세 가지 스텔스 기술 또한 눈부시게 발전하고 있다는 걸 잊지 말아야겠지요.   * 해결의 열쇠 Echo. 아무리 강력한 출력과 넓은 탐지범위, 뛰어난 추적능력을 갖는 레이다라도 모든 정보는 쏘아보낸 전파의 반향, 곧 반사파(echo)에 의해서만 인식 가능합니다. echo 가 돌아오지 않으면 레이다는 빈 공간으로 표시할 뿐입니다. 결국 문제 해결의 열쇠는 오직 이 echo 에 달려있다는 얘기지요. 그리고 종래의 전파공학에선 이쪽에서 쏘아 보낸 전파의 echo 값은 상대편 물체의 크기(size), 형상(shape), 방향(orientation), 그리고 전파를 얼마나 잘 반사하는 재료로 되어 있는가 하는 물질 자체의 재료특성(composition), 이렇게 4가지의 함수였습니다. 이 네 변수들이 종합되어 계산된 결과값, 곧 목표물의 유효한 echo 발생 면적을 비교가능한 객관적 수치로 개념화한 단어가 바로 RCS(Radar Cross Section)란 용어입니다. 우리말로 하자면 ‘레이다 반사 면적’ 정도로 번역할 수 있겠지요.   쉽게 설명을 하지요. 날아오는 전투기나 미사일을 예로 듭시다. 이 쪽 레이다에서 전파를 쏘면 목표물에 닿은 전파는 모든 방향으로 산란되어 흩어집니다. 이러한 전파의 산란을 scattering 이라고 합니다. 이 산란된 전파 중에서 이쪽 레이다 리씨버로 돌아오는 극히 일부의 전파를 수신하여 목표물을 확인하게 되지요. 이 일부의 돌아오는 전파를 backscattering 이라고 합니다. 이 백스케터링의 에너지 크기가 곧 echo 값이 되며 우리가 RCS 라고 부르는 게 바로 이 개념입니다. RCS 란 용어를 쓰기 전에는 “반사면적(echo area)” 또는 “유효면적(effective area)”라는 다소 촌스러운 용어를 사용하기도 했지요.   RCS 의 실제 계산과 관련된 수식은 너무나 복잡해서 상세히 소개할 수 없습니다. 가장 기본적인 RCS 산출 공식만 소개하지요. RCS를 의미하는 기호(symbol)은 그리스 소문자 sigma 가 사용됩니다.(아울러 다른 기호는 그리스 소문자 pi 를 뜻합니다. 뭔지는 알지요?)     그림을 줄일 수가 없어 크게 되었는데 이해 바랍니다. 여기서 r 은 목표물 까지의 거리(range to the target)를 의미하지요. Einc (Ei, Hi) 는 “목표물에 방사되는 전자기장의 세기(strength of incident EM fields)”를 의미하고 Efscat (Es, Hs) 는 "목표물에서 산란되는 전자기장의 세기(strength of scattered EM fields)"를 의미합니다. (EM = eletromagnetic)   단순하게 말하자면 우선 목표물의 외형적 생김세, 곧 모양과 크기(shape and size)를 관찰하고 다음에 목표물의 물리학적 특성(재질, 전파흡수재 사용 여부)등을 분석하고 전파의 파장(frequency), 여러 가지 도달 각도를 고려하고, bistatic 레이다의 경우 bistatic angle 까지 고려하여, 그 RCS 값을 계산해 냅니다. 말 할 것도 없이 방대한 양의 수학적 계산이 이루어지는데, 요즘은 윈도우즈나 유닉스 기반의 상용 소프트웨어 패키지로 개발되어 아주 쉽게 RCS 값을 계산할 수 있지요. 이 프로그램들은 CAD 소프트웨어와 합쳐져서 설계 단계부터 RCS 값을 계산해가면서 비행기나 선박을 설계할 수 있습니다. 덧붙여서 이러한 과정을 좀 어려운 말로 표현하면 아래와 같지요.   Geometrical Optics method (GO) Physical Optics method (PO) (두 방법을 함께 사용하는데 Hybrid GO/PO optics 라고 하지요) Edge Diffraction Polarization   이런 과정들은 다음에 F-117 등 스텔스기 개발과정, 설계과정 등을 소개할 때 보다 자세히 언급하기로 하겠습니다.   또 하나. RCS 의 단위는 제곱미터(m2) 지만, 회원 여러분들이 자료를 찾다 보면, dbsm 이라고 쓰여진 단위도 보았을 것입니다. db 는 decibels 의 약자로, 여기서는 RCS 1m2를 기준으로 + 와 - 값을 대칭적으로 표현하여 알기 쉽게 바꾼 단위지요. sm 은 square meter (제곱미터)의 약자입니다. 계산은 아래 수식으로 하지요.   ∂(dbsm) = 10*log10 (RCS meters/ 1meter)   그 값을 알기 쉽게 표현하면 아래와 같지요.   m2 dbsm 1000 30 100 20 10 10 1 0 0.1 - 10 0.01 - 20 0.001 - 30 0.0001 - 40   그리고 일반적으로 말하는 RCS 는 레이다의 송신, 수신 부분이 함께 붙어있는 monostatic 레이다를 기준으로 합니다. 송신부와 수신부가 일정 거리 떨어져 있는 bistatic 레이다는 bistatic RCS를 계산하는 수식이 따로 있습니다.   * 스텔스와 전면 RCS   먼저 F-22 와 관련된 글에 소개한 바 대로, 벌써 2차 대전 당시 독일 엔지니어들이 개념적으로 생각했던 적 레이다에 탐지되지 않는 기술은 구 소련 물리학자 Pyotr Ufimtsev 가 1961년에 발표한 레이다 전파 반사율을 수학적으로 계량화 할 수 있는 이론에서 실용화의 첫걸음을 내딛기 시작합니다. 수년 후 미국에서 이 책이 "Method of Edge Waves In The Physical Theory of Diffraction"라는 제목으로 번역되고, 미국 록히드 항공사에서 극비연구를 하고 있던 Denys Overholser 가 이 이론을 이용하여 방대한 양의 수학적 계산을 빠르게 행할 수 있는 전용 프로그램을 만들었는데 이름을 “EHCO 1”이라고 했지요. 이 때가 1975년인데 미 공군에서 미래의 전장환경에 관한 분석을 하면서 골머리를 앓고 있던 시점이기도 했습니다. 월남전과 4차 중동전을 통해 레이다에 의해 유도되는 고사포와 미사일의 위협이 너무 커지자, 미래의 전장환경에선 레이다의 탐지가능성을 줄이는 기술의 도입 없이는 미 공군의 손실은 엄청날 거라는 결론에 도달합니다. 그리고 본격 개발된 기체가 바로 F-117 과 B-2 였습니다. 나아가 80년대 초반부터는 여기서 축적된 스텔스 기술을 기존 전투기 양산, 개조에 제한적으로 적용하여 F-16, F-18, F-15 등 다른 기종의 RCS 값도 많이 줄였지요.   이제 "전면 RCS"를 봅시다. 비행하는 목표물의 객관적인 데이터로 사용하기 위한 개념으로 전면(前面) RCS(Frontal Aspect RCS)가 사용됩니다. 전투기를 예로 들면 전투기는 입체형상(대략적인 6면체)를 하고 있고, 이 전투기의 무개중심점을 기준으로 전면, 측면(side), 후면(rear) 그리고 상면과 하면의 방향성을 갖게 되지요. 상면과 하면의 경우는 레이다가 원거리 탐지를 한다는 특성을 고려해서 크게 문제를 삼지 않습니다. (허나 근거리 탐지나 전투기가 특정기동을 행할 경우는 상,하면의 RCS 도 중요하므로, 정확히 말하자면 빼놓지 말아합니다).   전면 RCS (Frontal Aspect RCS) 란 기체의 기하학적 중심점(geometric center)에서 출발하여 기체 축선(Boresight)을 기준으로 전면에 노출된 90 도 영역, 그러니까 좌로 45 도, 우로 45도의 영역의 RCS를 말합니다. 기체 중심점에서 기체 축선을 기준으로 앞 방향으로 좌우 45도씩 선을 2 개 그으면 그 영역에 해당하는 앞쪽 노출면이 바로 전면 RCS 가 됩니다.   물론 실제 상황에서 전술적으로 가장 중요한 부분입니다. 후면 RCS 는 기체구조상 그 값이 작은 데다가 적기가 꼬리를 보이는 상황(tail-on)에선 레이다의 탐지력도 절반이하로 주는 관계로 별로 고려되고 있지 않지요. 이 영역은 주로 적외선 감소 기술이 적용됩니다. 허나 측면 RCS는 상당히 중요하지요. 그냥 지나치는 목표물이나 적기가 특정 기동에 들어갈 경우 그 값에 따라 레이다에 아주 잘 탐지될 수 있기 때문이지요. 실제 전술상황에서 레이가 범위가 더 큰 전투기쪽에선 이 측면에서 반사되는 전파를 먼저 탐지하는 경우도 많습니다. 전면 RCS 와 달리 측면 RCS를 일목 요연하게 비교하는 자료들은 없습니다만, 스텔스성을 따질 때는 측면 RCS 값도 나름대로 유추해서 종합적으로 평가하는 방법이 필요합니다. 이 점은 나중에 다시 얘기하지요.   * RCS 감소를 위한 설계. 레이다의 탐지 범위를 표시할 때, 폭격기와 전투기의 표준값으로 사용되는 RCS 수치가 있지요. 일반적으로 말하는 폭격기의 전면 RCS의 표준값은 100 제곱미터(m2)입니다. 그리고 먼저 말했듯이 전투기의 표준값은 5제곱미터(m2) 지요.   예를 들자면, 전투기 탑재 레이다의 최대 탐지거리를 논할 때도 이런 방식으로 표현합니다.   - 전면 RCS 100 제곱미터인 비행체를 100 킬로미터에서 포착율 87 % - 전면 RCS 5 제곱미터인 비행체를 60 킬로미터에서 포착율 87 %.   쉽게 말해 표준 RCS 값을 적용, 폭격기는 얼마 거리에서 포착율 얼마로 감지할 수 있고 전투기는 얼마거리에서 포착율 얼마로 감지할 수 있다는 표현입니다. 포착율을 레이다 관련 용어로는 Detection Probability 라고 합니다. 약어로 Pd 라고 하는데 blip-scan ratio 라는 지수로 표현하지요. 레이다의 탐지거리 (Detection Range)를 구하는 여러 공식들이 있는 것처럼 포착율(Pd) 또한 이론적으로 구하는 복잡한 수식이 있지만, 너무 어려운 관계로 생략하겠습니다. 참고로 현재 세계 일급 전투기의 레이다는 90 % 약간 못 미치는 포착율을 보입니다.   전투기의 전면 RCS를 결정하는 주요 변수는 크게 3가지로 나눌 수 있습니다. 다른 요인들도 있지만 이들 3가지 요소가 대부분을 차지합니다. RCS 감소 설계, 그러니까 스텔스 설계를 할 경우 이들 부분에 집중적으로 기술이 적용되지요.   1) 에어 인테이크 2) 레이다 안테나 3) 캐노피와 조종석   (1) 에어 인테이크 금속성의 고속 회전물체가 사방으로 많은 양의 반사파를 발생시킨다는 건 다 알겁니다. 프로펠러, 헬리콥터의 메인 로터와 테일로터, 그리고 젯트 엔진의 팬 블레이드는 RCS 값 증가의 주된 원인이지요. 코만치 헬기가 테일 로터 방식 대신 테일 팬 방식을 택한 것도 전면 RCS를 줄이기 위한 설계의 한 방편인데, (측면 RCS 는 별 차이 없지만) 전면 RCS 감소효과는 아주 큽니다. 전투기 터보 팬 엔진의 팬 블레이드는 금속성 재질에다 개수도 많고 예리한 각도로 정교하게 곡선 처리되어 있는 관계로 가장 많은 반사파를 발생시키지요. 그렇다고 스텔스 설계를 위해 팬블래이드를 없엘 수 도 없고, 결국 에어 인테이크와 흡입통로의 설계에 RCS 감소기술을 적용하게 됩니다. 우선 F-22 의 경우처럼 가변식 공기흡입구를 포기하고 고정식으로 만들어 기수하단부에 위치시키고 엔진을 동체 중앙쪽 에 위치시켜 흡입통로를 상하좌우로 많이 휘어지도록 설계합니다. S 자 형태를 갖도록. 정면에서 보았을 때 엔진 팬 블레이드가 아예 안보이지요. 전파가 공기흡입통로에 닿으면 마치 전자렌지 내부처럼 난반사가 일어나는데, 이러한 난반사파를 없에기 위해 정교한 수학적 계산과 더불어 전파흡수 구조재(RAM)와 흡수도료 코팅을 집중적으로 적용합니다. 결과적으로 직접 엔진 팬블레이드에 전파가 닿지 않는 이상 RCS 값을 비약적으로 낮출 수 있습니다. F-22 나 라팔의 에어 인테이크 위치는 기체 측면 하부에 파묻히도록 설계되었지요. 공기흡입통로가 중앙쪽, 위쪽으로 휘면서 이중의 S 자 곡선(double S)을 갖도록 하기 위함입니다. RCS 값을 낮추는 최선의 방법입니다.   (2) 레이다 안테나. 전투기의 기수부는 탑재된 레이다 안테나 덮개 역할을 한다는 것 잘 알고 있겠지요. 고강도에 전파투과율이 좋은 특수재질의 물질이 사용된다는 것도 알고 있겠지요. 이러한 특성은 이 쪽 전투기를 탐지하려는 적의 레이다 전파에도 마찬가지로 적용됩니다. 무슨 얘기냐 하면, 적 레이다가 정면에 있다고 가정할 때 탐지 전파가 가장 먼저 닿은 부분은 전투기 기수 부분이 아니라 레이다 안테나라는 사실입니다.   과거 2세대급 전투기 까지는 절구 모양의 카세그레인식 안테나가 사용되었지만 3세대급 기체부터는 모두 평평한 플래너(planar) 형으로 바뀌었지요. 기계식 레이다의 경우 유압모터에 의해 상하 좌우로 정해진 운동을 계속 하기 때문에, 적의 레이다 전파가 가장 잘 반사되는 위치에 올 경우 일시적으로 (안테나 하나 만으로도) 수백 m2 의 RCS 값을 지니게 됩니다. 따라서 RCS 값을 줄이기 위한 여러 가지 방법이 적용되지요. 현재 배치된 일선 전투기의 기계식 레이다도 다 이런 요소들이 반영되어 있지요. 이런 분야를 Antenna RCS Reduction 이라고 합니다. 이 분야는 항공기 제조업체가 아니라 레이다 제조업체에서 레이다를 만들 때 원천적으로 적용합니다만, 항공기의 스텔스성을 가름하는 중요한 요소임에는 틀림없지요.   수학적, 전파공학적 요인분석을 여기서 자세하게 설명할 수는 없지만 기계식(MSA) 레이다, 곧 플래너형 안테나의 경우 크게 4가지 RCS 위협요소가 있는데, 이들 위협요소를 감소시키기 위해 radiator spacing을 주사되는 전파의 wavelength 의 절반 이하로 설계하고, 레이다 안테나 실제 모델을 전파실험실(anechoic chamber)에서 장시간 테스트하여 편차를 수정하는 등, 여러 방법들이 사용됩니다. 현재 일선 전투기에 사용되는 플래너 안테나도 다 이런 긴 개발과정을 거쳐 RCS 값을 최소화하도록 설계된 것들이랍니다. 말할 것도 없이 우리가 독자적으로 전투기 레이다 안테나를 개발하려면, 이런 복잡한 과정을 모두 거쳐야만 하지요. 안테나 하나만 해도 말처럼 그렇게 쉽지가 않답니다. (최초의 스텔스기인 F-117 전투기가 레이다를 장비하지 않은 가장 큰 이유도 적의 레이다 경보 수신기-RWR-에 탐지되는 우려보다도 안테나의 스텔스 처리가 너무 어려워서가 더 큰 이유였답니다.)   전자주사 레이다(ESA)의 경우 기계식 레이다와 달리 안테나 자체의 움직임이 없기 때문에 RCS 면적도 작고 감소 처리하기도 비교적 쉽습니다. 매니아 여러분들은 평평한 전투기용 ESA 레이다 안타나를 전투함 스텔스 설계와 비슷하게 밑에서 위로 10 - 20 도 정도 경사지게 붙여놓은 사진을 보았을 겁니다. 안테나 자체의 스텔스성이 고려된 결과랍니다.   (3) 캐노피와 조종석 조종석의 계량화된 배치는 복잡하여 여기서 말할 성질이 못됩니다. 다만, 지난 F/A-22 에 관한 글에서 말했던 것처럼 캐노피의 전파반사를 줄이기 위해, LCD, 유기 EL 같은 디스플레이 재료에 많이 사용되는 투명 전도재료의 일종인 Indium-tin-oxide (InSnO2)를 스프레이로 분사하여 캐노피 앞뒤와 조종석 내부를 코팅하고 있지요.  보충자료 - RCS 관련 그림과 B-1B 의 엔진 구조 그림 RCS 값은 측정하는 각도에 따라서 각기 값이 달라지지요. 보통 전파암실에서 실제 기체를 놓고 측정하거나 그것이 곤란하면 1/7, 1/15 등 스케일 모형을 만들어서 측정하게 됩니다. 물론 예측치(prediction)로서 단순 수학적 계산만으로 값을 추론하기도 하지요.     아울러 고속 회전하는 물체들, 프로펠러, 헬기의 로터, 젯트 엔진의 팬 블래이드 등은 고유값 보다 훨씬 큰 전파반사율을 나타내게 됩니다. 많은 회원분들이 B-1B 의 전면 RCS 가 10 m2 정도에 불과한데 대해서 놀라움을 표시했는데, 본격 스텔스기도 아니면서 덩치에 비해 값이 낮은 이유가 아래 그림에 잘 나타나 있지요.       위 그림에서 보듯이 curved duct 라고 공기흡입구를 휘어지게 설계하고 그것도 모자라 (엔진이 대형이라) anti-radar baffles 라고 해서 일종의 가림막을 설치해 놓고 있지요.   그리고 재미 있는 것은 아래 그림인데, 스텔스 우위를 상실하지 않으면서 기존의 미사일을 사용하기 위해 아래와 같은 스텔스 보호용구로 감싸는 개념도 연구가 활발합니다. 실전에서 얼마나 효과가 있을 지는 모르지만, 이런 식으로 암람이나 또 마베릭 같은 미사일도 감쌀 수가 있겠지요?      주요 폭격기의 전면 RCS 값을 알아봅시다. 데이터를 정리해 보면 아래와 같지요. * 폭격기 전면 RCS. B-52H : 100 m2 (폭격기 표준값) B-1B : 10 m2 B-2 : 0.01 m2 대형 전략폭격기의 대명사 B-52 의 경우 스텔스성이 전혀 고려되지 않은 대형기체에다 엔진이 무려 8개나 됩니다. 특히 엔진의 팬 블래이드가 흡입통로 없이 바로 정면에 노출되는 구조인 관계로 레이다 반사율이 아주 높지요. 지금 날아다니고 있는 H형의 경우 약 100 m2 의 전면 RCS 값을 같습니다. 지금은 퇴역한 구형의 B-52 의 경우 전면 RCS 가 1,000 m2에 달한다는 자료도 있지요. 정확한 스텔스 처리 내용은 확인할 수 없지만, H형의 경우 근대화 개수를 여러 차례 거치면서 미국이 축적한 스텔스 기술이 얼마간 적용되었다고 합니다. 대형 수송기, 급유기, 민간 여객기도 이런 이유로 RCS 값이 대단히 높게 나옵니다. 100 m2에서 수천 m2까지 다양한 값을 갖고 있지요. 재미있는 게 B-1B 입니다. 완전한 스텔스기체는 아니지만, 카터 행정부 시절 개발 중단되었다가 레이건 시절 다시 추진되는 등의 우여곡절을 거치면서 그 당시 F-117 관련 프로젝트를 진행하면서 축적된 스텔스 기술들이 제한적으로 적용되었습니다. 물론 핵심은 에어 인테이크의 구조와 전파흡수재료 사용에 있었지요. 동체 밑에 엔진을 몰아서 위치시키고 긴 공기통로를 갖는 구조로 설계되었지요. 일부 구조재료에도 얼마간의 제한적인 스텔스기술이 적용되었습니다. 이외 레이다 안테나, 조종석, airfoil의 trailing edge 등에도 RCS 감소를 위한 설계가 채택되었지요. 그 결과 오래된 기체인 듯 해도 전면 RCS 값이 B-52H 의 1/10로 줄었습니다. 10m2는 몇몇 잘 알려진 전투기의 전면 RCS 보다도 작은 값입니다. 특히 최초 설계시 마하 2급 이상의 기체로 만들려다 B-1B에서 최대속도 마하 1.25 급 기체로 만든데는, 비용상 전술상의 고려 외에도 그 당시 축적된 스텔스 자료에 의한 설계변경이 행해져서 공기흡입구를 가변식에도 고정식으로, 흡입통로를 휘어지게 만든 결과로 볼 수 있지요.(답변글 참조 바랍니다) B-2 폭격기에 대해서는 밑에 스텔스 기체를 말할 때 언급하기로 하고 이제 주요 전투기의 전면 RCS 값을 정리해봅니다. * 세계 주요 전투기의 전면 RCS. 1) Group A. (미국, 러시아, 유럽의 2, 3세대 기체들) A-10 : 25 m2 F-4E : 25 m2 MIG-25 : 25 m2 Mig-31 : 25 m2 Tornado : 8 m2 Mirage2000C : 3.5 m2 F-5E : 3 m2 Mig-21 : 3 m2 * F-4E 나 Mig-29, 31 같은 경우 스텔스가 전혀 고려되지 않고 설계된 기체들이면서 대형 쌍발기라는 공통점이 있습니다. 공기역학적 설계에만 치중하여 에어 인테이크도 거의 직선에 가깝게 설계되어 엔진 팬블레이드의 노출면적도 아주 넓지요. 아울러 마하 2 이상의 비행에 필요한 가변식 공기 흡입구도 RCS 값 증가의 한 원인이지요. 재미있는 건 F-5E 와 Mig-21 이지요. 전혀 스텔스가 고려되지 않은 설계임에도 비교적 작은 RCS 값을 갖습니다. 이유는 전면 노출 면적이 아주 적기 때문이지요. F-5E 와 근접 공중전 훈련을 해보면 정면으로 다가올 경우 육안으로 발견하기가 쉽지 않습니다. 그래서 미공군에선 “면도날”이라고 부르고, 우리 공군에선 “이쑤시개”라고 닉네임이 붙었지요. Mig-21 도 마찬가지지요. 월남전 때 미 공군 조종사들이 Mig-21 자신을 향해 돌진해 올 때 제 때 발견하지 못해 낭패를 본 경우도 많았지요. 이들 두 기체의 저시인성은 아주 유명합니다. 2) Group B. (미국, 유럽, 러시아의 3세대, 3.5세대 기체). F-14D : 10 m2 (일선기체 A,B 형도 포함) F-15C : 10 m2 Su-27 : 10 m2 Mig-29 : 5 m2 AV-8B+ : 2.5 m2 (AN/APG-65 레이다 장착 기체) Av-8B : 2.0 m2 (레이다 없는) F-16C : 1.2 m2 F-18C : 1.2 m2 Gripen : 1.0 - 1.2 m2 F-18E : 0.75 m2 Rafale : 0.75 m2 Eurofighter : 0.5-0.75 m2 * F-14 나 F-15 의 원래 RCS 값은 약 25 m2 입니다. 허나 미국의 현 일선 기체들은 모두 70년대부터 미국이 개발한 스텔스 기술이 제한적으로 적용되어 그 값을 낮추었지요. 전파흡수재료(RAM) 와 전파흡수 코팅이 기본설계를 변경하지 않는 범위 안에서 행해졌습니다. F-15의 경우 가변식 공기흡입구를 포기하고 F-18E 의 공기흡입구 형태로 바꿀 경우 RCS 값을 현저히 낮출 수 있다는 자료들도 있지요. F-16C 와 F-18C 형의 경우도 원래 RCS 값은 4-5 m2 정도입니다만, 생산 시부터 전파흡수재와 코팅이 이루어져 현재 일선 기체들은 1.2 m2 의 비교적 낮은 RCS 값을 갖고 있지요. F-16의 경우 블록 30, 32 기체부터 적용되었는데, 대만공군의 OCU 기체나 유럽제국의 초기 F-16A 업그래이드 기체들은 전면 RCS 값에서 미공군 일선 기체들과 차이를 보이지요. 다만 해외수출용 기체들, 더 나아가 우리 공군 기체들도 미 공군과 같은 RCS 값을 갖느냐라고 묻는다면, 보안사항으로 말하기가 곤란하다고 답변할 수 밖에 없겠지요? 다음으로 F-18E, 라팔의 수치인 0.75 m2 는 애초부터 강력한 스텔스 설계를 하지 않고, 기존 기체에 스텔스기술을 적용하여 개량하거나, 제한적으로 설계할 경우 줄일 수 있는 RCS 감소치의 기술적 한계로 알려져 있습니다. 아예 F-22 나 F-35처럼 설계하기 전에는 0.75 m2 이하로 낮추기가 참 어렵다고 합니다. 다만 유로파이터의 경우 여러 자료에서 라팔보다 약간 작은 RCS 값을 갖는다는 사실이 확인되고, 어떤 자료에선 최상의 조건에서 0.25 m2 의 RCS 값을 갖는다고 하기도 하는데, 가장 조건이 좋을 경우라도 0.5 m2 정도가 타당하다고 생각됩니다. 또 하나. 라팔이나 유로파이터의 경우 그 값이 다양하고 특히 시간이 지남에 따라 점점 RCS 값이 줄었음을 보게 됩니다. 이유는 개발 과정에서 수 차례 설계변경이 이루어져서 RCS 값을 여러 차례 감소시켰고, 또 한 가지는 해외 판매에 목을 매는 제조 메이커측의 과장이 어느 정도 있을 수 있다는 점도 고려해야만 합니다. 3) Group C. (미국 스텔스 기체). F-35 : 0.01 - 0.005 m2 F/A-22 : 0.01 - 0.001 m2 F-117 : 0.001 - ? m2 전면 RCS 얼마부터 스텔스기로 부를 수 있는냐는 의문이 나오겠지요. 일반적으로 스텔스기라고 부르는 기체는 0.01 m2부터 입니다. 이 보다 높은 값을 갖는 기체는 “제한적으로 스텔스 기술이 적용되었다”고 하며, 스텔스기라고 부르지는 않습니다. 따라서 현재 세계에서 스텔스기라고 부르는 기체는 미국 기체 4 종 뿐으로, 아는 바 대로 F-117, F/A-22, F-35, B-2 입니다. 0.01 m2 는 평균적인 새(bird) 의 크기입니다. 0.005 m2 는 골프공 정도의 크기이고, 0.001 m2 는 어렸을 때 갖고 놀던 구슬(다마) 정도의 크기 입니다. 다만 F-22, F-35 의 경우 지나친 수치를 제시하는 여러 자료들이 보이는데, 근거가 희박한 것들이 대부분이지요. 위에 제시한 F-22 의 수치는 F-117 관련자료를 통해 검증한 수치입니다. F-117 에 대해서는 지난 80년대 초반, 실전투입을 앞두고 광범위한 테스트비행이 이루어졌는데, 몇 년 후 이 결과에 대해서 한 차례 자료가 공개된 바가 있었지요. 이 때 확인된 F-117의 검증된 전면 RCS 는 0.01 - 0.001 m2 였습니다. F-22 의 전면 RCS 가 초기 F-117 과 유사하다는 자료가 여럿 보입니다. 아울러 여러 자료에서 이 수치대가 가장 많이 언급되고 있어서 이 값을 택했지요. F-117 의 경우는 지난 번 F-22를 언급할 때 말했던 대로 랩터를 개발하면서 축적된 기술이 적용된 결과로 전파흡수 도료의 안정성, 정비성 등의 비약적 향상으로 초기보다 스텔스 성이 한층 강화되었지요. 요모조모 따져봐도 RCS 값 부분에선 세계 최저의 기체입니다. * RCS 공식 1. 이제 어떤 전투기에 탑재된 레이다가 전투기(표준 전면 RCS 5m2)를 100 km에서 콘택한다고 가정합시다. 그럴 경우 위에 소개한 각 기종들은 탐지되는 거리가 전면 RCS 값에 따라 다르겠지요? 이럴 경우 그 거리를 계산해 내는 간단한 공식(formula)이 하나 있지요. RCS 공식 1 = (RCS 고유값/5m2)^0.25 ^ 가 제곱미터를 의미한다는 것은 다 알고 있지요? 0.25 제곱입니다. 무슨 뜻이냐 하면 네 제곱에 반비례한다는 얘기지요. 목표물 까지의 거리는 전파가 여행하는 거리(round trip)의 1/2 이고, 전파의 세기는 거리의 제곱에 반비례하기 때문에 결국 ECHO의 에너지 크기는 네 제곱에 반비례한다는 뜻입니다. F-4, Mig-25를 예로 듭시다. 계산하자면, (25 m2 / 5m2) ^ 025 = 1.5 이 1.5 라는 값은 표준 전투기 5m2 의 1.5배 거리에서 탐지된다는 걸 의미하지요. 이 수치에다 특정 레이다의 maximum range, 여기서는 100Km를 곱하면 탐지거리가 계산되어 나옵니다. 150 km에서 탐지가 된다고 결과가 나오지요. 이 공식은 폭격기 표준값 100m2를 사용하여 대형기체의 탐지범위도 비교해볼 수 있습니다. B-1B 폭격기를 예로 들어봅시다. (10 m2/ 100m2)^0.25 = 0.56 표준 폭격기 값의 0.56 배 거리에서 탐지된다는 뜻이지요. 폭격기 같은 경우도 마찬가지로 전투기 표준값을 사용해서도 구할 수 있습니다. (10 m2/ 5m2)^0.25 = 1.19 표준 전투기의 1.19 배 거리, 여기서 예를 든 레이다의 경우 B-1B 는 119 km에서 탐지된다고 계산이 됩니다. 이제 이 공식을 바탕으로 예를 든 레이다에 전투기 기종에 따라 얼마의 거리에서 탐지되는 지 한 번 비교를 해 봅시다. * 어떤 레이다가 5m2 목표물을 100 km에서 탐지한다는 자료가 주어졌을 경우를 가정하고. B-52H : 100 m2 * 2.12 = 212 km A-10 : 25 m2 * 1.5 = 150 km F-4E : 25 m2 * 1.5 = 150 km MIG-25 : 25 m2 * 1.5 = 150 km Mig-31 : 25 m2 * 1.5 = 150 km B-1B : 10 m2 * 1.19 = 119 km F-14D : 10 m2 * 1.19 = 119 km F-15C : 10 m2 * 1.19 = 119 km Su-27 : 10 m2 * 1.19 = 119 km Tornado : 8 m2 * 1.13 = 113 km Mig-29 : 5 m2 * 1 = 100 km Mirage2000C : 3.5 m2 * 0.92 = 92 km F-5E : 3 m2 * 0.88 = 88 km Mig-21 : 3 m2 * 0.88 = 88 km AV-8B+ : 2.5 m2 * 0.84 = 84 km Av-8B : 2.0 m2 * 0.80 = 80 km F-16C : 1.2 m2 * 0.70 = 70 km F-18C : 1.2 m2 * 0.70 = 70 km Gripen : 1.0 - 1.2 m2 * 0.67 - 0.70 = 67 - 70 km F-18E : 0.75 m2 * 0.62 = 62 km Rafale : 0.75 m2 * 0.62 = 62 km Eurofighter : 0.5-0.75 m2 * 0.56 - 0.62 = 56 - 62 km B-2 : 0.01 m2 * 0.21 = 21 km F-35 : 0.01 - 0.005 m2 * 0.21 - 0.18 = 21 - 18 km F/A-22 : 0.01 - 0.001 m2 * 0.21 - 0.12 = 21 - 12 km F-117 : 0.001 - ? m2 * 0.12 = 12 km 이하. RCS 공식 2 는 전면 RCS와 레이다 탐지범위가 다른 두 전투기가 공중에서 접근할 때, 서로 얼마의 거리에서 탐지할 수 있는 가를 계산하는 공식입니다. 다음번 씨리즈에서 레이다 탐지 범위를 논할 때 소개하기로 하지요. * 스텔스 기술에 대한 잘못된 편견들. 끝으로 몇 가지 덧붙이고 싶은 것은 전면 RCS 자료가 전부가 아니라는 사실이지요. F-117 의 경우는 측면, 상면, 하면 등이 완벽에 가까운 스텔스 처리가 되어 있어 실제 총제적 RCS 측면에서 다른 기체들과 차이가 많이 납니다. 아울러 F-35 도 측면이나 상면은 F-22에 비해서 훨씬 취약한 구조를 하고 있지요. 총제적으로 따지면 F-22 보다 RCS 가 훨씬 큽니다. 이런 점들도 다 고려해야 합니다. 아울러 전면 RCS 가 0.01 m2 이하라도 내부 무장 탑재 공간이 없거나 동체연료 탱크를 대형화하지 않으면 스텔스기가 아닙니다. 미사일 폭탄 연료탱크 달고 날게 되면 공기저항의 증가는 물론이거니와 전면 RCS 값도 크게 늘어나기 때문이지요. 측면 RCS 까지 고려하면 수십에서 수백배까지 늘어납니다. 최근 언론자료에 의하면 러시아도 스텔스기술의 중요성을 절감하고 모스크바에 전문 연구소를 설립하고 체계적인 연구에 본격 착수한 것으로 알려지고 있습니다. 많은 이들은 스텔스 무용론에 희망을 거는 듯한데, 현실은 그렇지가 않답니다. 스텔스 대응책을 counter stealth 라고 하는데, 여러 가지 측면에서 기술적, 전술적 한계점을 갖을 수 밖에 없습니다. 미국이 준비 중인 차후의 스텔스 기술은 이 카운터 스텔스를 고려하여 더욱 정교하고 첨단의 기술을 적용한다고 합니다. 물론 아이러니 하게도 counter stealth 기술 역시 미국이 선두를 달리고 있습니다. 창과 방패를 모두 갖겠다는 얘기지요. 진리는 항상 같지요. 창과 방패 다 필요합니다. 카운터 스텔스 기술에 승부를 걸고 싶어도 방패만으론 전쟁을 할 수 없다는 평범한 진리 때문에 스텔스 테크놀로로지에 “나 몰라라” 할 수 없는 것이 오늘의 현실입니다. 우리 국방부도 빨리 스텔스 전문 연구소를 설립하고 연구에 박차를 가해야 하는 이유가 바로 여기에 있답니다.