요즘 대한민국에서 최초로 만들어낸 전투기인 KF-21 보라매 에 관한 유튜브 영상이 수없이 나오고 있다. KF-21 보라매 전투기는 4.5세대 전투기로 불리며 5 세대 전투기에 비하여 스텔스 기능이 미치지 못한다고 한다.
스텔스 기능이 무엇이길래 가상 전투에서 F-22 랩터 전투기 1대가 일반 전투기 140여 대를 격추 시켰다는 기사가 나오기도 했다. 실제 전투에서 이러한 상황이 전개된다면 그야말로 스텔스 전투기는 꿈의 전투기일 것이다.
과연 스텔스 기능이 어떠한 기능이길래 이렇게 뛰어난 전투력을 발휘할 수 있는 것인지 궁금하다. KF-21 보라매 전투기도 뛰어난 스텔스 기능으로 발전하여 대한민국의 하늘을 지키는 역할을 하게 되기를 바란다.
이 글에서는 스텔스 항공기에 관한 개념적인 것들을 알아볼 것이다.
스텔스 항공기란 무엇인가?
스텔스 항공기는 적의 레이더, 적외선, 가시광선 등을 피해 탐지되지 않도록 설계된 항공기이다. 스텔스 항공기는 여러 과학적 기술을 활용하여 적의 감지 시스템을 회피한다.
스텔스 항공기의 독특한 디자인은 레이더 신호를 흡수하거나 다른 방향으로 반사시켜 탐지 가능성을 줄인다. 이는 항공기 표면의 특별한 재료와 각도에 의해 가능하다.
또한 엔진 배출가스와 항공기 표면의 온도를 최소화하여 적외선 탐지를 어렵게 한다. 이는 적외선 감지기를 피하는 데 도움이 된다.
그리고 엔진 소음을 줄이는 설계를 통해 음향 탐지도 회피한다. 이는 적의 청각 감지 장비로부터 숨는 데 중요하다.
스텔스 항공기는 레이더 파동을 흡수하거나 산란시키는 특수 재료와 코팅으로 덮여 있다. 이는 레이더 탐지를 어렵게 만든다.
현대의 스텔스 항공기는 적의 레이더를 혼란시키거나 오작동하게 만드는 전자전 장비를 갖추고 있다. 이는 레이더 신호를 방해하거나 속이는 데 사용된다.
스텔스 기술은 지속적으로 발전하고 있으며, 이는 항공 전쟁의 미래에 큰 영향을 미칠 것이다. 예를 들어, F-117(F-22 랩터) 스텔스 전투기는 이러한 기술들을 통합한 최초의 전투기 중 하나였다.
스텔스 항공기에 탑재되는 기술
레이더 반사면적을 최소화하는 기술
스텔스 항공기는 레이더 반사 면적을 최소화하기 위하여 여러 가지 기술적 요소를 가지고 있다.
스텔스 항공기는 날카롭고 각진 형태를 가지며, 이는 레이더 파동을 특정 방향으로만 반사하도록 함으로써 레이더에 탐지되는 면적을 최소화한다. 날개와 동체의 각도와 형태가 중요한 역할을 한다.
또한 레이더 파동을 흡수하고 반사를 줄이는 특수 재료와 페인트 코팅이 사용된다. 이러한 재료는 레이더 파동을 흡수하거나 산란시켜 레이더에 의한 반사를 최소화하는 데 기여한다.
그리고 항공기 표면에 플라즈마 층(전리층)을 생성하여 레이더 파동을 흡수하는 방법이 있다. 이는 고도의 기술적 도전과제이지만, 효과적인 레이더 반사 면적 감소시키는 방법의 하나로 연구되고 있다.
최근에는 조종석 투명 덮개에도 레이더 반사를 최소화하는 기술이 적용되고 있다. 이는 레이더 반사 면적을 줄이는 데 추가적인 기여를 한다.
전체적으로, 스텔스 항공기의 설계는 레이더 반사 단면(Radar Cross Section, RCS)을 최소화하는 것을 목표로 한다. 이는 레이더에서 방사된 파동의 반사를 최소화하여 탐지 가능성을 줄이는 데 중점을 둔다.
적외선 탐지 회피 기술
스텔스 항공기의 적외선 탐지 회피 기술은 주로 열 방출을 최소화하는 데 중점을 둔다.
먼저 스텔스 항공기의 엔진은 열을 방출하는 부분을 기체 내부에 숨기는 방식으로 설계된다. 이는 엔진에서 발생하는 열을 직접적으로 탐지하기 어렵게 만든다.
적외선 탐지를 회피하기 위해 항공기의 외부 표면에는 열을 흡수하거나 차단하는 특수 재료가 사용된다. 이러한 재료는 항공기에서 방출되는 적외선의 양을 줄여 탐지 가능성을 감소시킨다.
스텔스 항공기에는 열 관리 시스템이 장착되어 있어 항공기의 전체적인 열 발생을 효과적으로 관리하고, 적외선 탐지기에 의한 탐지를 어렵게 만든다.
이러한 기술의 결합으로 스텔스 항공기가 적외선 탐지 장비에 의해 발견되는 것을 많이 감소시키는 것이다.
음향 회피 기술
스텔스 항공기의 음향 회피기술은 적의 음향 탐지 시스템으로부터 항공기를 숨기기 위해 설계된 다양한 방법을 포함한다.
스텔스 항공기는 엔진과 기타 시스템에서 발생하는 소음을 최소화하기 위해 설계되어 있다. 이는 함정이나 잠수함에서 사용되는 유사한 기술과 비슷하다.
스텔스 기술은 적이 쏜 음파를 흡수하거나 굴절시키는 데에도 초점을 맞추고 있다. 이를 통해 항공기가 음향 탐지 장비에 의해 감지되는 것을 어렵게 한다.
스텔스 항공기는 엔진 소음을 줄이기 위한 특별한 설계를 사용한다. 엔진은 가능한 한 조용하게 작동하도록 만들어져 있으며, 이는 적외선 탐지와 연결되기도 한다.
이러한 음향 회피 기술은 스텔스 항공기가 적의 탐지 시스템으로부터 숨겨질 수 있게 함으로써, 적의 방어망을 효과적으로 우회하고 은밀한 작전 수행에 기여한다.
재료 및 코팅 기술
스텔스 항공기는 적의 레이더에 탐지되지 않기 위해 특별한 재료와 코팅 기술을 사용한다. 스텔스 기술은 항공기의 레이더 반사 면적(Radar Cross Section, RCS)을 줄이는 데 중점을 둔다.
스텔스 항공기의 기체는 레이더 에너지를 흡수하거나 산란시키는 재료로 만들어진다. 일반적으로 이들 재료에는 높은 농도의 철분이 포함된 폴리머 매트릭스가 사용된다.
폴리머 매트릭스는 섬유 강화 고분자 복합재료로 이루어져 있다. 이는 항공기의 구조적 안정성을 유지하면서 동시에 전자기파를 효과적으로 흡수하는 역할을 한다. 또한 레이더 신호를 흡수하거나 산란시켜 항공기의 레이더 탐지 가능성을 줄인다.
최신의 폴리머 매트릭스 기술은 고급 나노 입자를 사용하여 유연한 코팅을 개발하는 데 이용될 수 있다. 이는 스텔스 기능을 강화하고 더 다양한 방위 응용 분야에서 사용될 가능성이 있다.
항공기 표면에는 레이더 에너지를 흡수하는 레이더 흡수 재료(Radar Absorbing Material, RAM) 코팅이 적용된다. 이 코팅은 철 입자들을 함유한 수지로 구성되며, 일반적으로 항공기 표면에 스프레이로 도포된다.
전자전 장비
스텔스 항공기에 탑재되는 전자전 장비는 항공기의 생존성과 임무 수행 능력을 높이는 데 중요한 역할을 한다.
스텔스 무인전투기와 같은 일부 항공기는 자율화 기능을 갖춘 전자장비를 탑재한다. 이는 항공기가 실제 비행 조건에서 독립적으로 작동할 수 있도록 한다.
스텔스 항공기의 통합 전자전 체계는 항공 전자 장비와 결합 되어 더욱 향상된 전자전 능력을 제공한다. 예를 들어 KF-21 보라매 전투기에는 LIG넥스원이 개발한 통합 전자전 체계가 탑재되어 고급 전자전 기능을 수행한다.
도 다른 예를 들어 EA-18G 그라울러는 다양한 전자전 장비를 탑재하여 스텔스 항공기까지 탐지 및 방해할 수 있다. 이러한 장비는 항공기의 전자전 능력을 대폭 강화한다.
스텔스 항공기의 전자전 장비는 적의 레이더 및 통신 시스템을 탐지하고 방해하는 능력을 갖추고 있다. 이는 항공기가 적의 방어 체계를 효과적으로 회피하고 임무를 수행하는 데 핵심적인 역할을 한다.
이러한 전자전 장비들은 스텔스 항공기가 현대 전장에서 우위를 점하는 데 중요한 요소이다.
스텔스 항공기에 탑재되어있는 장비
스텔스 항공기에 탑재되는 장비들은 다양하며, 각각의 기능이 항공기의 전반적인 성능과 임무 수행 능력을 강화한다.
전파 흡수 구조재(Radar Absorbing Structure, RAS)는 전자파, 특히 레이더파에 대해서 흡수하거나 산란하는 성질이 많이 증가하는 소재로 이루어져 있다.
항공기 캐노피 등에 응용이 가능한 투명한 전파 흡수 구조(CA-RAM)는 기존 전파 흡수구조와 결합하여 설계되며, 레이더파를 효과적으로 흡수할 수 있도록 제작된다.
전파 흡수 소재는 유전성 흡수 소재, 자성 흡수 소재, 그리고 유전성-자성 하이브리드 흡수 소재로 분류될 수 있다. 최근에는 메타물질을 활용한 전파흡수재 개발도 이루어지고 있다.
또한 첨단 나노 탄소 소재는 전자파 차폐용 재료로 개발되고 있으며, 시멘트ㆍ콘크리트 구조체와 혼합하여 사용되기도 한다. 이는 스텔스 기술에서 중요한 역할을 한다[4].
일부 스텔스 항공기는 적외선 센서를 탑재하여 더 넓은 범위에서 적을 감지할 수 있다. 예를 들어, Su-35의 OLS-35 적외선 센서는 동시에 여러 목표를 추적할 수 있다.
F-35A와 같은 스텔스 항공기는 고급 광학 감시 장비를 탑재하여, 탄도 미사일의 발사 및 비행을 감시하고 전반적인 작전 수행 능력을 향상한다.
일부 전투기는 전자광학 타겟팅 장비 (EOTS)를 탑재하여 표적 탐색 및 추적 능력을 강화한다.
AESA 레이더(AESA: Active Electronically Scanned Array)는 특정 주파수의 전파를 발사하는 장치로, 전파의 발사 근원을 역추적하여 레이더의 위치를 파악하는 데 사용된다.
이 레이더는 360° 범위에 대한 감시 능력을 제공하며, 단거리뿐만 아니라 장거리 감시도 가능하게 해준다. AESA 레이더는 회전축에 위상배열 패널을 부착하여 이를 실현한다.
AESA 레이더는 표적을 탐지, 추적하고 표적까지의 거리, 방위, 고도, 속도 등의 정보를 획득하는 데 중요한 역할을 한다.
AESA 레이더는 전파의 송신부와 수신부가 별도로 구성되어 있어 기계식 레이더에 비해 가볍고, 정보 처리 속도도 빠르다는 장점이 있다.
이러한 장비들은 스텔스 항공기의 탐지 회피 능력을 높이고, 다양한 임무 수행에 있어서 뛰어난 성능을 발휘하도록 돕는다.
결론
스텔스 항공기는 투명 비행기나 눈에 안 보이는 비행기가 아니라 레이더에서 나타나는 RCS 면적이 최소화되어 레이더 장비로 비행기인지 아닌지 구별하기가 어려운 항공기이다.
스텔스 항공기는 첨단기술로 만들어졌고 여러가지 첨단 장비를 탑재하고 있는 항공기임에는 틀림 없다. 그러나 스텔스 항공기가 만능은 아니며 항공 전력에서 우수한 기능을 가지고 있지만 재래식 항공기나 최첨단 미사일에 의하여 격추될 가능성도 충분히 있다.
하지만 스텔스 항공기를 가진 나라와 그렇지 않은 나라 사이에 있는 한국전력에 있어서 큰 차이가 발생할 수밖에 없으므로 가능하다면 태어난 스텔스 항공기를 개발하는 것이 국가의 생존을 위하여 필수적인 것으로 생각된다.
'과학 상식' 카테고리의 다른 글
| 로봇과 인간의 공존이 사회에 미치는 영향 (3) | 2023.12.07 |
|---|---|
| 신비로운 소닉 붐 현상 (1) | 2023.11.27 |
| 착시는 뇌의 착각인가? (6) | 2023.10.28 |
| 자연에 존재하는 수학, 프랙탈 (2) | 2023.10.24 |
| 비트코인(Bitcoin)과 암호화폐(cryptocurrency) (0) | 2023.08.25 |
