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제31호(1-3월) | 무인전투체계를 활용한 해상작전 발전방향

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Written by 이만종, 장진오 작성일18-03-06 02:37 조회439회 댓글0건

본문

무인전투체계를 활용한 해상작전 발전방향

이만종, 장진오


 

 

. 서

 


현대전의 방식은 과거 유인전투체계 중심에서 점차 무인전투체계를 활용하는 추세로 변화하고 있다. 현대전에서 무인전투체계는 제1차 세계대전에서 영국이 자폭식 무인전투기를 사용한 것이 효시이고, 베트남전에서는 표적공격 및 정찰용 무인전투기로 사용되었으며, 아프간전 및 이라크전에서는 다양한 목적의 무인전투체계들이 전장에 투입된 바 있다. 통상 무인전투체계는 위험한 지역(dangerous), 열악한 환경(dirty), 지속적인 반복 업무(dull) 등 3D 영역에서 활용할 수 있다. 또한 전장상황에서 전투원의 능력을 보완하거나 기능을 대체함으로써 전투의 효과성과 효율성을 증대시키고, 인명피해를 최소화하기 위해서 기존 유인전투체계와 무인전투체계를 복합 운용하는 추세로 발전하고 있다.
해상작전은 넓은 작전영역, 수중/수상/공중의 입체적 작전환경에서 다양한 임무 수행을 요구한다. 넓은 작전영역과 복잡하고 입체적 작전환경은 위험하고 열악한 환경을 조성하고, 또한 전투원에게 지속적이고 반복적인 업무를 요구한다. 따라서 이러한 해상작전에서 무인전투체계를 활용하여 정보감시정찰, 대기뢰전, 대잠전 및 대함전 등의 다양한 임무를 수행한다면, 군의 생존성 및 전투력을 향상시키고 작전영역의 확대를 기대할 수 있을 것이다. 본 논문은 해상 무인전투체계 현황 및 발전을 전망하고, 해상작전에서의 무인전투체계 활용과 발전방향을 제시하였다. 


Ⅱ. 해상 무인전투체계 현황 및 발전전망

 

1. 외국의 해상 무인전투체계 현황 국방기술품질원, 『국가별 국방과학기술 수준조사서』 (2015)의 내용을 재정리하여 작성함

 

  가. 미국
미 해군은 해상 무인전투체계를 무인수상함(USV), 무인수중함(UUV)으로 분류하고 있다. 2004년 UUV Master Plan, 2007년 USV Master Plan을 수립하였으며 자율성이 향상된 다양한 USV, UUV를 연구 개발 중이다. 최근 자율 장애물 회피능력을 탑재한 USV인 SPARTAN을 개발하였으며 UUV의 핵심인 자율화 및 탑재 에너지 용량에 대한 집중 연구를 수행하고 있다. USV 탑재 무장은 주로 소형 로켓 혹은 단거리 유도탄이며 2010년부터 DARPA DARPA(Defense Advanced Research Project Agency: 미 방위고등연구계획국) : 미 국방부 소속 연구기관으로 1958년 설립된 고등군사연구계획국(ARPA)의 후신이다. 기존의 무기와 군사관련 기술에 비해 월등히 뛰어난 것들을 개발하는 임무를 수행하고 있다.
에서 ACTUV The ASW Continuous Trail Unmanned Vessel(ACTUV) 프로젝트 : 2010년 시작된 DARPA와 미해군연구소(ONR)의 대잠전용 무인전투체계를 개발하는 프로젝트
 프로그램을 시작하여 수행 중에 있다. 또한 디젤잠수함을 지속적으로 추적하는 임무에 적합한 기능을 탑재시키고, 해상상태를 고려하여 40m, 130t급으로 연구개발 중에 있다. 작전운용 지속기간이 수개월 가능한 능력과 충돌회피 기능, 자율주행, 능동 및 수동 소나로 적의 잠수함 탐지·식별 및 지속추적 기능 등을 탑재시키기 위한 노력을 경주하고 있다. UUV는 대기뢰전 분야, 해양조사 및 환경 모니터링, 수중 감시·정찰, 탐색구조 지원 분야에 활용되며 용도에 따라 다양한 센서나 임무장비를 선택할 수 있도록 모듈화되어 있다. Blufin-12은 2006년부터 생산, 운용 중에 있으며 대잠전, 대기뢰전, 세력보호 및 항만안보, ISR, 해양환경 모니터링 등을 수행한다. LDUUV(Lagre Displacement UUV)는 미 해군 연구소 주관으로 연구 중이며, 2018년에 대기뢰전 능력을 시험할 예정에 있으며, 대잠전, 대기뢰전, ISR 임무 수행뿐만 아니라 장차 전투능력의 부여도 고려하고 있다.

 

  나. 기타 국가
중국은 USV와 UUV를 운용 중에 있으며, USV의 경우 XG-2를 2006년 중국 에어쇼에서 소개한 바 있다. XG-2는 탐지레이더와 Laser 거리 측정장치, 무기통제장치, 소형 유도탄 발사대 등을 장착하고 있다. 중국은 1990년 중반 UUV인 CR-01, 2008년 CR-02를 러시아와 공동 개발하여 운용 중에 있으며 1994~2000년 자율 잠수정 HIUV-1, 2, 3 모델을 개발하여 운용 중에 있다. 이스라엘은 Elbit, Rafael, IAI사 중심으로 USV를 개발하여 운영 및 해외 수출을 하고 있으며, Silver Marlin USV는 EO/IR 센서, 레이저 거리측정 및 표적지시기, 영상레이더 SAR 혹은 전자전 장비를 장착하고 있다. Protector USV는 연안이나 항만 초계임무에 특화되어 있으며, 2012년 주야 TV 카메라, 2개 엔진, EO/IR 센서, 안정화장치, 항해레이더, 서치라이트, 7.62mm 기관총, 2개의 spike 단거리 유도무기를 장착하고 있다. Katana USV는 V-hull 함형에 2개의 엔진을 장착하고 있으며 해상상태 해상상태(state of sea) : 바람과 너울, 해류 등의 영항에 의하여 생기는 해면의 요동상태로 파고의 높이에 따라 0~9단계 등급으로 분류함. 해상상태 0은 해상이 거울면 같이 잔잔한 상태로 파고 0m, 풍속 1kts 이하인 상태. 해상상태 4는 해상에 보통 정동의 파도가 있는 상태로 파고가 1.25~2.5m, 풍속이 16~24kts인 상태를 말함(출처: 해군용어사전)
 4 조건에서 임무수행이 가능하다. 일본의 경우 군사목적의 USV에 대한 개발 또는 보유 여부에 대한 정보는 제한된다. 그러나 민간에서 태양전지, 리튬이온전지로 해양환경 모니터링 센서를 장착하는 USV를 제작, 시험하고 거리 및 장비 적재량을 확장할 수 있도록 연구 중이기 때문에 필요에 따라 군사용 개발도 문제가 없을 것으로 보인다. 국방과학연구소, 『무인전투체계 운용개념 연구』 (2015), p.42.
 UUV의 경우 S-10은 원격 조정으로 기뢰를 탐색하고 제거하는 임무에 활용되며 2012년 환태평양 훈련에서 실제 운용된 바 있다.

 

2. 국내 해상 무인전투체계 현황 및 발전전망
국내 해상 무인전투체계의 경우 UUV는 주로 대기뢰전 목적으로 개발되고 있으며 수중정찰용 자율 UUV를 개발 중에 있다. 또한 대잠전은 개념연구단계 수준이며 USV 분야는 민수 기술 적용이 예상되는 기초 수준이다. 국내 해상 무인전투체계 현황은 아래 <표 1>과 같다.

 

 

 무인전투체계

 주요내용

 UUV

OKPO-6000 

 국내 최초 개발된 UUV(1996년, 대우조선해양)

이심이

 6,000m급 심해 탐사용(2007년, 한국해양연구원)

 수중로봇

 SNUUV(서울대) / Boot, M&K(한화탈레스) / OKPO-300(대우)

 무인기뢰처리기

 MDV(2012년, 한국해양과학기술원)

 대잠전/감시정찰

 SAS 탐재 잠수함용(2013년, 국방과학연구소)

 USV

 천리안

 국내최초 개발된 USV(2009년, 한국해양과학기술원)

 -

 충돌회피 가능한 자율운항제어 USV 개발 중

 

<표-1> 국내 해상 무인전투체계 현황

출처 : 방위사업청/국방과학연구소, 『창조경제로 가는 길, 국방무인로봇기술』 (2013), pp.51~53.

 

국방과학연구소의 해상 무인전투체계 기술개발 로드맵에 따르면 2020년대 후반까지 무인전투체계 핵심기술을 개발하여 기뢰탐색 및 소해작전, 감시정찰, 항만/연안감시, 대잠전 등 해상작전에서 활용이 가능한 다양한 형태의 USV, UUV를 확보할 계획이다.
 


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    <그림-1> 해상 무인전투체계 기술개발 로드맵

출처: 2016 로봇융합포럼(해양로봇 기술개발 현황 및 발전전략)(2016. 6. 3. 국방컨벤션센터) 발표자료, p.112. 

 

 

 

Ⅲ. 해상작전에서 무인전투체계 활용 필요성

 

1. 무인전투체계의 군사적 활용성 증대
정보기술, 인공지능, 컴퓨터 기술의 발전으로 세계 각국은 다양한 무인전투체계의 개발 및 전력화를 위해 노력 중이다. 현재 병사를 대신해 위험하거나 단조로운 임무 수행, 유인전투체계와 협력·지원임무 수행 및 비용절감과 소요인력에 대처하는 역할로부터 기술발전에 따라 광범위한 영역으로 역할의 확대가 예상된다. 감시정찰을 목적으로 개발된 군사용 무인항공기(UAV)는 최근 기술적 진화와 전장환경의 변화에 따라 정찰임무 외에 여러 임무를 수행할 수 있도록 발전되고 있다. 미래 무인전투체계는 감시정찰, 작전통제, 무장공격, 통신중계, 전자전, 해상침투 및 철수, 기뢰탐지/제거 등 그 용도가 매우 다양하며 또 다른 임무를 위한 운용개념들이 지속적으로 발전하고 있다. 최근 주요 전쟁에서 무인전투체계가 운용된 바 있다. 노르망디 상륙작전에서는 적의 포격으로부터 연합군 보호를 위한 연막차장용 무인잠수정(COMOX)이 최초로 운용되었다. 베트남전에서는 지뢰제거용 MSD가 실제 운용되었으며, 이라크전에서는 미 해군의 레무스 무인잠수정이 최초로 투입되어 기뢰탐색에 운용되었다. 이라크전에서의 미해군 잠수함의 높은 자료 전송률은 UUV와 통신부이로 수중 네트워크를 구성한 결과임을 나타낸 바 있다. 안보경영연구원, 『무인로봇의 군사적 활용방안과 운용개념 정립』 (2015), p.51.


2. 인간적 요소를 중시하는 작전 및 전투수행 방법의 확산
인권을 중시하는 국제 사회규범 및 국제여론의 영향으로 대량살상 및 파괴를 통한 소모전 양상의 전쟁수행 방식이 제한되고 있다. 이에 따라 대량 인명피해가 예상되는 상황이나 인권 침해를 주장할 수 있는 상황에서 무인전투체계의 활용 필요성은 증가되고 있다. 통상 무인전투체계는 위험한 지역(Dangerous), 열악한 환경(Dirty), 지속적이고 반복적인 업무(Dull)의 3D 영역에서 그 활용도가 높다. 위험한 지역에서의 임무는 생명의 위험성이 높으며, 열악한 환경에서의 임무는 전투원을 위험한 조건에 불필요하게 노출시킬 가능성이 있다. 지루하고 반복적인 임무는 유인전투체계에 적합하지 않은 단순한 작업이 장기간 반복 수행되는 점에서 무인전투체계에 적합하다고 하겠다. 이 외에 병력 절감과 경제적인 전투수행, 인간의 한계 극복과 전투력의 시너지 효과 창출을 위한 목적의 무인전투체계의 군사적 활용 필요성이 지속 증대하고 있다.


Ⅳ. 무인전투체계를 활용한 해상작전 발전방향

 

1. 해상작전에서 무인전투체계 활용분야
2013년 미 해군의 연구용역으로 RAND 연구소에서 “U.S. Navy Employment Options for Unmanned Surface Vehicles(USVs)"의 제목으로 해상 무인전투체계인 USV의 해상작전 활용을 연구하였다. RAND 연구진은 미 해군 해상작전에 대한 USV 활용 분야를 자체 설정한 판단기준(criteria)을 가지고 매우적합(highly suitable), 부분적 적합(possibly suitable), 부적합(less suitable)으로 구분하였다.

 

 

 

 

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<표-2> 미 해군 해상작전에서의 USV 활용가능성 판단기준

출처: itz, Scott et al. "U.S. Navy Employment Options for Unmanned Surface Vehicles(USVs)" (RAND, 2013), p.24

 


본 논문에서는 해군기본교리에 제시된 해군의 전평시 해상작전을 3D의 측면에서 판단하여 3D 모두에 해당되면 적합, 1~2개가 해당되면 부분적 적합, 모두 해당되지 않으면 부적합으로 구분하였으며 그 결과는 아래 <표-3>과본 논문에서는 해군기본교리에 제시된 해군의 전평시 해상작전을 3D의 측면에서 판단하여 3D 모두에 해당되면 적합, 1~2개가 해당되면 부분적 적합, 모두 해당되지 않으면 부적합으로 구분하였으며 그 결과는 아래 <표-3>과 같다. 최초 판단은 연구진이 하였으며, 해상작전 전문가(해군의 중령 이상 장교)들의 검토를 받아 보완하였다.

 

 

 구  분

해상작전 

 평  시

적합 

 정찰/초계작전, 탐색/구조작전

부분적 적합

 해양차단작전

 부적합

 해양활동보호작전

 전  시

 적합

 대잠전, 상륙작전, 기뢰전

 부분적 적합

 대수상전, 대공전, 전자전, 특수전, 강습전

 부적합

 -

 

<표-3> 해상작전에서의무인전투체계 활용분야

 

 

 

 

정찰/초계작전은 적이나 잠재적인 적 혹은 해역에 관한 정보를 획득하는 작전이며, 탐색/구조작전은 특정 해역에서 지속 반복되는 작전으로 3D 측면에서 무인전투체계의 활용 적합성이 매우 높은 것으로 평가되었다. 대잠전, 상륙작전, 기뢰전도 위험성, 열악한 환경, 지속반복적 측면에서 무인전투체계의 활용이 적합한 것으로 평가되었다. 반면 해양활동보호작전은 평시 안전한 우리 측 해역에서 이루어지고, 지속 반복되는 작전이 아니라는 측면에서 무인전투체계의 활용 필요성은 매우 낮은 것으로 평가되었다.

 

2. 해상작전에서 무인전투체계 활용효과
국방예산의 가용성에 따른 선택과 집중의 원칙에 따라 무인전투체계의 단계적 활용이 필요할 것이다. 본 논문은 전평시 무인전투체계의 활용이 적합하다고 판단된 5개의 해상작전에 대하여 활용효과를 분석하였다. 정찰/초계작전은 기존 유인전투체계가 수행하기 제한된 임무수행 측면에서는 낮은 피탐확률, 상대적으로 적은 크기 등으로 유리한 점이 많으며, 유인전투체계 임무를 지원하여 작전의 효과증진 측면에서도 유·무인전투체계 복합으로 운용시 작전의 효과가 증진됨을 알 수 있다. 정찰/초계작전에서는 상대적으로 단순하지만 지속적인 임무 특성을 고려하여 무인전투체계의 활용효과가 높다. 탐색/구조작전은 기존 유인전투체계가 수행하기 제한된 임무수행 측면에서는 심해 또는 열악한 수중 환경에서의 지속적 탐색작전이 가능하고, 함정 화재시 등과 같은 위험한 상황에서 구조작전 수행이 가능하다. 유인전투체계 임무를 지원하여 작전의 효과증진 측면에서는 광범위한 해역에서 정확한 추락 또는 침몰위치가 불확실한 상황에서 무인전투체계를 활용할 경우 작전의 효과를 높일 수 있다. 대잠전은 기존 유인전투체계가 수행하기 제한된 임무수행 측면에서 은밀성 유지가 용이하여 근접하는 적 잠수함의 탐지와 유인전투체계의 접근이 제한되는 해역 등에서 UUV를 이용한 대잠전시 매우 효과적이다. 유인전투체계 임무를 지원하여 작전의 효과증진 측면에서 유인전투체계와 함께 일정해역에서 적 잠수함 감시 및 추적, 특수지역을 통과하는 적 잠수함 감시 및 위험 속에 묶어 두는 역할 등의 수행으로 대잠전의 효과를 높일 수 있다. 상륙작전은 기존 유인전투체계가 수행하기 제한된 임무수행 측면에서 적 지역의 상륙목표지역에 무인전투체계를 은밀히 침투시켜 적 정보 수집/분석 등의 임무수행이 가능하다. 유인전투체계 임무를 지원하여 작전의 효과증진 측면에서는 초기 인명손실이 많은 부분에 무인전투체계를 집중 투입하여 아 인명손실을 최소화하고 작전의 효과 증진이 가능하다. 기뢰전은 기존 유인전투체계가 수행하기 제한된 임무수행 측면에서는 넓은 범위에 걸쳐 장시간 기뢰를 탐색하고 식별 및 제거가 가능하다. 유인전투체계 임무를 지원하여 작전의 효과증진 측면에서는 무인전투체계가 기뢰지역에 우선 투입하여 기뢰를 탐색, 식별 후 유인전투체계에 정보를 제공하여 유·무인전투체계 복합으로 기뢰제거 작전을 수행하므로 써 인명손실을 최소화하고 작전의 효과를 높일 수 있다.

 

3. 해상작전 측면의 무인전투체계 발전방향
  가. 지휘·통제
비자율화된 무인전투체계를 운영하려면 지휘 및 통제(C2)와 운영 데이터 전송을 위해 다양한 수단을 통하여 인간과 시스템 간의 통신이 필요하다. 그러나 전투판단, 임무배당에 관한 판단은 자율수준 영역에 포함되지 않기 때문에 자율수준의 향상이 통신의 양을 줄여주지 못한다. 또한 여러 곳에서 혼잡, 주파수 경쟁, 규제의 어려움 때문에 이러한 통신시스템의 많은 부분이 더 높은 주파수에서 운영이 요구되며 인구밀집지역이나 도심에서 운영 효과가 감소한다. 무인전투체계의 특성상 통제 불능, 오동작, 적에 의한 탈취와 작전정보 노출과 같은 전자전과 해킹 등의 위협이 존재한다. 따라서 해상작전에서 무인전투체계를 효과적으로 활용하기 위해서는 무인전투체계와 유인전투체계간의 C2체계를 위한 네트워크 구축, 유·무인전투체계 C2를 위한 주파수 할당, 적성국가의 전자공격이나 GPS 재밍에 대한 대응체계 등이 발전되어야 할 것이다.

 

  나. 자율수준
해양환경에서 자율판단은 주어진 경로에 따라 출발지점에서 목적지까지 운항하는 동안 예상치 못한 상황을 만나더라도 적절히 대처하는 기술이며, 자율판단은 경로계획, 경로제어, 위치추정 및 학습추론 기술로 구성된다. 특히 해상 무인전투체계는 지상이나 공중과 달리 수중에서의 통신이 어렵기 때문에 자율판단에 의한 임무수행이 많으므로 매우 중요한 분야에 해당된다. 그러나 이 분야는 인공지능 관련 기술의 진보가 획기적으로 이루어지기까지는 구현이 어려운 분야이고, 현재 평온한 2차원 실시간 경로계획에서 조류 환경에서의 3차원 실시간 경로계획, 근접 위급상황 실시간 회피, 어망회피 기술로 발전이 장기적으로 요구되고 있다.

 

  다. 상호충돌 및 피해 방지
최근 문제가 대두되는 이슈 중 하나는 무인전투체계 운용과 관련된 안전에 대한 문제이다. 미래 한반도에서 무인전투체계는 군사적 목적의 활용범위를 넘어 다양한 분야에서 폭넓게 활용될 것이다. 특히 복수의 유·무인전투체계가 공역을 공유하며 운용되기 위해서는 무인전투체계가 유인전투체계와 유사한 수준에서 여러 요구사항들을 충족시키는 것이 필수적이다. 예를 들어 충돌회피, 신뢰도 향상, 음성통신, 비상회수 등 다양한 기능들이 추가되어야 하며, 충돌회피 기술은 무인전투체계가 자체적으로 장애물을 인지하고 회피하는 능력이 유인전투체계의 수준에 한참 미치지 못하고 있는 실정이다. 유·무인전투체계가 효과적으로 동시에 운용되기 위해서는 충돌회피 기술의 확보 및 실용화가 필요하다.

 

  라. 적·아 식별
유·무인전투체계의 통합 운용 시 발생할 수 있는 이슈 중 하나는 적·아 식별의 문제이다. 적·아 식별의 문제는 비단 무인전투체계만의 문제는 아니다. 기존의 유인전투체계 운용 시에도 적·아 식별문제로 인해 우군에 의한 우군의 피해가 문제가 되어왔기 때문이다. 그러나 조종사가 없는 무인전투체계와 유인전투체계를 동시에 운용할 경우 이러한 문제는 더욱 확대될 가능성이 높다. 유인전투체계의 경우 장착된 적·아 식별 장치 응답기를 조종사가 직접 제어할 수 있으나, 무인전투체계의 경우 통제소에 위치한 운용자의 명령은 무인전투체계에 탑재된 컴퓨터가 수신하여 응답기를 제어하는 형태가 될 가능성이 높다. 따라서 무인전투체계가 적·아 식별 질문을 받게 되면 이를 실시간으로 운용자에게 알려주고 이를 원격으로 응답할 수 있는 기술을 확보해야 할 것이다. 만일 운용자의 부재 혹은 불가피한 상황에서 이러한 질문을 받게 된다면, 제한시간 이내에 자동적으로 응답할 수 있는 기술도 반드시 고려해야 한다.


Ⅴ. 결론

 

인간적 요소를 중시하는 작전 및 전투수행 방법의 확산은 기술의 발전과 함께 무인전투체계의 폭넓은 활용을 요구하고 있다. 우리 군도 이러한 추세에 맞추어 무인전투체계의 개발과 활용을 위해 노력하고 있다. 해상작전에 있어서도 무인전투체계의 활용이 매우 필요하며 그 효과 또한 확인되었다. 우리 군의 계획대로 무인전투체계를 개발한다면 2030년 이후에는 상당한 수준의 자율수준을 가진 해상 무인전투체계를 실제 해상작전에 투입할 수 있을 것이다. 국방예산의 제한을 고려할 때 무인전투체계의 활용 또한 선택과 집중을 할 수 밖에 없을 것이다. 본 논문에서는 3D 측면에서 무인전투체계의 우선 활용이 필요한 해상작전 분야를 도출하였다. 그리고 해상 무인전투체계를 효과적으로 작전에 활용하는데 필요한 이슈를 분야별로 도출하였고 발전방향을 제시하였다. 앞으로 해상작전에서 무인전투체계의 운용이 조기에 정착되기 위해서는 다양한 분야에서 협력이 필요할 것이다.

 

< 참고문헌 >

 

국방과학연구소. 『무인전투체계 운용개념  연구』. 2015.
방위사업청/국방과학연구소, 『창조경제로 가는 길, 국방무인로봇 기술』. 2013.
이상헌 외. 『무인로봇의 군사적 활용방안과 운용개념 정립』. 안보경영 연구원, 2015.
해군본부. 『해군기본교리』. 2016.
국방과학연구소. “국방 해양무인체계 기술개발 현황 및 추진계획”, 『2016 로봇융합포럼 해양로봇 기술개발 현황 및 발전전략』, 2016.
Savitz, Scott et al. "U.S. Navy Employment Options for Unmanned Surface Vehichles(USVs)," RAND, 2013.

 

 

 

 

 

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영국·스페인 전쟁 해전에 관한 연구 ​ 조덕현(충남대학교 초빙교수) ​ I. 전쟁의 배경 및 경과 포르투갈과 함께 신항로 개척과 신대륙 발견에 앞장섰던 스페인은 유럽의 다른 국가보다 먼저 신대륙에 식민지를 개척하고 많은 부를 획득하여 경제적 번영을 누리게 되었다. 특히 필립 2세PhilipⅡ, 재위 1556~159…
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