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THAAD


KAMD

  그동안 북한의 실질적인 미사일 위협이 노동이나 KN-08 무수단이 아닌 KN-02 독사 전술탄도미사일과 스커드 계열 단거리 탄도탄 이라고 군 당국의 판단 하에 KAMD는 단거리 탄도 미사일 대응에 포커스를 맞추고 있었다.

북한의 KN-02 독사 미사일은 사거리 150Km급의 단거리 탄도 미사일로 정점에 도달했을 때의 고도가 약 60Km ~ 70Km 정도이다. 일반적인 타원궤도를 비행하는 이 미사일은 정점에 도달하기 전에 탐지하여 추적할 수 있는 시간이 짧으며, 60Km 정도의 정점 고도에 도달하면 마하 5 ~ 마하 6의 속력으로 돌입하기 때문에 실제 교전이 이루어지는 고도는 대략 40Km 정도에서부터 가능하다.

 이 때문에 25Km 고도에서부터 탄도 미사일과 교전이 가능한 PAC-3를 도입한 후에 L-SAM을 개발,배치하려는 것이었다.


 이스라엘제 그린파인 레이더의 한계

 미국과 일본은 고속 돌입표적의 추적 Plot을 개선하는 알고리즘을 도입하고 2기의 SPY-1 레이더 안테나를 단일 표적에 사용하는 일종의 듀얼 빔 추적을 이용한 빔 포밍 등 이지스 체계에 BMD 능력을 부여하고 있으며 이는 한국 해군의 이지스함에도 요구되고 있는 능력이다. KD-3 이지스함이 이런저런 이유로 가장 중요한 본토 방공 / 조기경보 자산으로서의 능력을 요구받고 있다.

 이미 운용 중인 그린파인 위상배열레이더 또한 어느 정도 성능의 한계가 있는 것이 사실이다.

 이 시스템은 L 밴드 레이더로서 1 ~ 2 GHz 범위의 주파수를 사용하는 레이더이다. 이는 비교적 큰 빔 폭을 필요로 하고, 동일한 안테나 면적에 C 밴드나 X 밴드보다 집적할 수 있는 소자의 수를 더 적게 만든다.

이스라엘에서는 Oren Yarok이라고 하는 그린파인 레이더는 PRT가 C 밴드나 S 밴드보다 더욱 큰 편에 해당되는 이러한 L 밴드 레이더로 설계되면서 큰 개구면을 갖는 시스템으로 제작되어 긴 탐지거리를 갖기 때문에 탄도 미사일이 정점에 도달하기 전에 탐지, 조기경보할 수 있는 시스템으로 적합하다.

실제로 북한의 탄도 미사일 발사 시험 당시에 그린파인 레이더는 정점 고도가 높은 미사일을 탐지하는데 성공한 바 있다. 배치 입지 때문에 단거리 전술 탄도 미사일을 조기에 탐지하는 것은 어렵겠지만, 스커드-C나 노동 미사일에 대해서는 조기경보를 제공할 수 있는 시스템이 될 수 있다.

 그러나 기본적으로 Beam width가 큰 시스템이기 때문에 추적 정밀도에 한계가 있다.

 

 THAAD의 AN/TPY-2 AESA 레이더

 THAAD의 구성 체계인 AN/TPY-2 AESA 레이더가 그린파인보다 탄도 미사일 추적에 보다 적합한 것이 이런 이유 때문이다. PRT가 그린파인의 그것보다 더욱 작은 시스템임에도 불구하고 AESA의 위상 변이를 이용하여 마치 Luneberg 렌즈와 흡사한 효과를 만들어낼 수 있으며, Gain이 크고 선속 밀도가 크기 때문에 탐지거리는 그린파인 레이더의 4배에 달하는 2,000Km에 달한다.

선속 밀도 차이는 북한의 탄도 미사일을 탐지할 때에는 양자간의 차이를 결정적인 차이로 만들지 않겠지만, 비교적 소형의 재돌입체만 진입하며 그것도 RF 신호 흡수처리가 되어 있는 주변국의 탄도 미사일에 대응해야 할 때에는 적지 않은 차이가 된다.

그린파인 시스템은 그 자체를 탄도 미사일 요격용 RF 에너지 주사 무기로 사용하는 방안이 검토될 정도로 높은 송출 출력을 갖는 시스템이며, 파장이 큰 체계임에도 탐지거리가 더 짧은 것은 AN/TPY-2 레이더의 그것보다 RF 수신 감도가 조금 더 떨어지기 때문이다. 이 수신감도는 미세한 차이가 탐지거리에 큰 영향을 준다.

  AESA 특유의 Modulation 특성과 AN/TPY-2가 사용하는 주파수 대역(8GHz ~ 12.5 GHz)의 갱신율이 더 크고 빔폭이 더 작다는 점 등이 서로 맞물려 높은 추적 정밀도를 갖는다. 그린파인의 경우 탄도탄에 대한 장거리 조기경보 목적으로 사용할 때의 각도 분해능을 포함하는 데이터 품질은 우수한 수준이지만, 교전체계로서는 AN/TPY-2보다 떨어지는 수준이다.


 운용하고 있는 슈퍼 그린파인 레이더와 THAAD의 AN/TPY-2 AESA를 함께 운용할 경우, 슈퍼 그린파인 레이더의 탐지범위 바깥에서 탄도 미사일을 탐지할 수 있으며 보다 정밀한 교전 정보를 제공할 수 있을 것이다. 교전 정보의 품질의 차이가 요격 성공 가능성의 차이를 만드는 요인이라는 점을 감안하면 이는 중요한 차이라 할 수 있다.

다만 미사일의 속력에 대한 분해능은 그린파인 레이더가 좀 더 우수하다. 또한 X 밴드 레이더인 AN/TPY-2보다 L 밴드 레이더인 슈퍼 그린파인 시스템이 전리층 바깥으로 나간 탄도 미사일의 탐지에도 좀 더 기술적으로 유리하다. 이는 X 밴드보다 L 밴드 대역의 RF 신호가 전리층에서 감쇄율이 더 적기 때문이다.

 AN/TPY-2 AESA 레이더는 9.2 제곱미터 크기의 안테나에 총 25,344개의 T/R 모듈들이 배열되어 있다.

이들 T/R 모듈들은 또다시 352개씩 하나의 모듈을 구성한다. 안테나의 면적이 크고 주파수도 크기 때문에 빔폭이 잡은 시스템임에도 불구하고 장거리 탐색 목적으로 Volume search 모드를 가지고 있다.

이러한 Volume search 모드는 주로 L 밴드 대역 레이더들이 적합한 모드인데, X 밴드 대형 위상배열레이더로 이러한 기능을 구현하기 위해 역시 위상변이 기능을 사용하게 된다. 이렇게 해서 찾아낸 모드는 정반대로 빔을 날카롭게 만들어 큐잉하고 추적하게 되는데 이러한 표적획득을 Terminal 모드라고 한다.

이외에도 Pulse delay를 이용한 펄스 압축 기법으로 빔을 포밍하여 수직 방향으로의 빔 폭을 더욱 좁게 만드는 기법도 가지고 있다.


 THAAD와 SM-3


 원래는 Theater High Altitude Area Defense, 즉 전구 고고도 지역방어라고 명명되었으나, 현재는 THAAD를 Terminal High Altitude Area Defense라고 풀어쓰고 있다.

직역하면 “최종 고고도 지역 방어”, 또는 “종말 고고도 지역 방어”라고 할 수 있다.


THAAD의 최대 요격가능 고도는 150Km이며, 최저 요격가능 고도는 40Km이다. 전자의 경우 전리층 바깥의 대기권 경계고도 근처이며, 후자는 PAC-3와 같은 하층요격체계가 대응을 시작하는 고도 근처이다.

 THAAD는 탄도탄이 대기권으로 재돌입하기 직전, 즉 외기권 요격의 종말(Terminal) 단계에서 탄도 미사일과 교전을 시작하고, 중상층 요격 체계가 막아줘야 하는 최종(Terminal) 단계까지 교전이 가능한 체계이다.

 이와 같은 교전 범위 안에서 THAAD는 총 3번 정도 탄도 미사일과 교전할 수 있게 된다.  

 THAAD보다 하층의 교전 영역에서는 PAC-3가 추가적인 교전 기회를 확보함으로써 KAMD의 다층 방어체계가 만들어진다.

KAMD의 다층 방어체계에 대해서 기술할 때 빼놓지 않고 거론되는 것이 SM-3 함대공 미사일이다.

SM-3 Block 1의 사정거리가 300Km 정도로 대응 가능한 고도는 200Km가 넘으며, SM-3 Block 2는 사정거리가 500Km에 달하는 미사일로서 대응 고도 또한 500Km에 가깝다.

 SM-3는 THAAD보다 더욱 상층에서의 교전을 담당하는 상위 시스템이다. 따라서 SM-3의 도입으로 THAAD와 PAC-3에 더해져서 단계별 요격체계를 구성하게 되면 교전 기회가 더욱 증가하게 된다.

또한 THAAD는 150Km가 한계 고도이지만, SM-3는 Block 1만 하더라도 그보다 더 높은 고도로 진입할 수 있기 때문에 THAAD의 한계 고도에서는 THAAD보다 미사일의 에너지가 더 큰 상태이다.

 THAAD의 교전 영역에서 SM-3는 더욱 우수한 기동성을 갖게 된다. 이것이 해군에서 SM-3를 도입하기 원하는 이유 중 하나이다. 이지스함 3척을 해군에서 추가 확보하려는 것도 결코 무관하지 않다.

 THAAD 미사일은 종말유도 전까지 관성유도로 비행하게 되는데, 이 때 외부의 지령유도로 THAAD 미사일의 비행을 제어하는 것이 가능하다.

 종말유도단계에서는 미사일의 자체적인 IIR 시커를 이용하여 표적을 탐지, 돌입하게 된다. 이 미사일은 크게 KKV와 부스터로 나누어지는데, 대기권에서 표적을 향해 상승할 때에는 부스터가 상승에 필요한 추력을 제공한다.

부스터의 가변 노즐에는 노즐제어 Actuator가 기계적으로 연결되어 있다. 이는 변경된 비행정보를 지령 수신할 경우 THAAD의 비행궤도를 신속하게 변경할 수 있다. 또한 THAAD의 상승각이 대기권 경계까지 상승하는 속력에 영향을 주기 때문에 높은 상승률로 THAAD가 상승할 수 있도록 상승각을 높게 유지하는 기능도 담당하는 것으로 보인다.

THAAD의 미사일은 대기권 경계에 도달하면 부스터가 분리되어 운동에너지요격체인 KKV(Kinetic Kill Vechile)만 남게 된다. 이 KKV가 최종적으로 표적에 돌입하여 탄도 미사일을 요격하게 된다. 이 때 적외선 영상 센서와 연동되어 있는 유도섹터에서 KKV의 측추력기들을 이용하여 센서가 잡아낸 표적으로 미사일을 지향시킨다.
 
 THAAD 미사일의 데몬스트레이터(AOE 소프트웨어 통합)는 1999년에 외기권 요격 테스트에 성공하였으며, 2010년과 2011년,2012년에도 외기권 요격 테스트에 성공하였다. 이 테스트에서 THAAD는 C-17 수송기가 투하한 모의 탄도미사일인 E-LRALT(Extended Long Range Air Launch Target)를 외기권에서 요격하였다.

 
 

 

 

 

  

2016년 02월08일 15시33분  

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