보배드림

얼마전 장보고-Ⅰ급 성능개량 후속함 계약 관련 뉴스가 떴습니다.

 

https://news.g-enews.com/ko-kr/news/article/news_all/20201218180216365c5557f8da8_1/article.html?md=20201218181831_R

 

 

 

2019년도에 최무선함(SS 063), 나대용함(SS 069),이억기함(SS 071) 세척에 대한 성능개량 사업이 성공적으로 

끝났고, 운영 결과 역시 기대 이상이라고 합니다.

개량사업이 끝난  3척의 함외에 추가로 3척을 성능개량을 하겠다는 내용이고, 항목은 아래와 같습니다.

 

"통합전투체계의 국산화와 공격 잠망경 성능개량, 함미 선배열예인센서(TAS) 추가 등 주요 기능을 크게 향상"

저 내용을 토대로 무엇이 무엇이 어떻게 개량이 되었는지 알아 보겠습니다.

 

먼저 장보급은 그동안 성능개량사업 외  소소한 개량사업이 있었습니다.

림팩에서 장보급의 눈부신 활약에 미해군의 곧바로 대응책을 찾아 냅니다...바로 통신 입니다.

장보고급의 HF,VHF 통신을 포착 하여 위치를 추적하여, 파악 즉시 대잠 초계기 투입 하여 만만치 않게 장보고급이 

림팩에 가상 격침 당합니다.

이에 대응하여 한국 해군은 장보고급에 탈레스사제 위성통신 체계를 긴급하게 장착 합니다.

(훈련의 효과가 바로바로 나타 나네요)

이로써 또 다시 장보고급의 활약이 시작 됩니다.

 

 

(다중대역(X,Ka)밴드/이중안테나/이중 위성관리/데이더 전송속도 :256kb/s ~ 20Mb/s)

 

그후 천안함 사건으로 북한 영해에 침투, 북한 잠수함 기지 감시 작전에서 여러가지 곤란함을 느낍니다.

그중 하나가 위에서 언급한 잠망경 과 노후화 된 관성항법장비 입니다.

그래서 2011년에 보다 정밀도 높은 Safran사제 Sigma 40xp 관성항법장비로 교체 장착을 합니다.

 

 

이젠 장보고-Ⅰ급 성능개량에 대해서 알아 보기로 합니다.

1.잠망경 성능개량

장보고급의 공격 잠망경이 시간의 흐름에 따라 노후가 되어 일선에서 제일 먼제 개선을 요구한 품목 입니다.

칼짜이쯔제 AS-40 공격 잠망경은 주간전용으로써, 요즘 흔한 레이저 거리 측정기가 아닌 광학합치식 거리측정기

를 가지고 있으며, 당연히 열영상장치 와 녹화장치가 없는 노후된 장비 입니다.

 

장보급 공격잠망경인 AS-40 과 탐색잠망경인 BS-50 사진을 찾다 찾다 없어 위 사진으로 대체 합니다.

 

이 때문에 광학합치식이라는 것 때문에 주간작전에서도 잠망경 사용 시간이 그만큼 오래 걸리고,

야간작전시 자연빛에만 의존 해야 하니 굉장한 어려움 느끼게 되죠.

거기에 녹화장치가 없다 보니 필요시에는 개인 캠코더를 사용 촬영을 하게 합니다.

 

 

이러한 이유로 일선에서 제일 먼저 교체 해달라고 아우성이였던 장비 였고, 교체 후 가장 큰 만족감을

느끼는 장비였습니다.

 

그래서 이번 성능 개량에서 Air bus사제 SERO-250S를 공격 잠망경을 도입하여 장착을 하게 됩니다.

 

 

SERO-250S 잠망경 자체가 209급을 염두에 두고 관통식 및 소형으로 제작이 되어, 기존 잠망경을 탈거 하고 그대

로 장착할수 있습니다....(왜 이 잠망경이 채택이 됬는지 이해가 되는 대목이죠)

성능은 HD급으로 촬영이 가능한 CCD 장착 및 12배줌, 저광량TV와 열영상감시능력, 당연하지만 레이저 거리측정기

를 가지고 있으며, 특히 250S 모델은 중적외선 모드에서 8배율로 확대 가능한 모델 입니다.

 

2.신형항해레이더

kelvin hughes type 1007i 를

 

 

Thalesgroup SPHINX-D로 교체 합니다.

 

 

위의 SPHINX-D는 LPI기능이 있다는거외는 사진조차 찾기 힘들 정도로 정보가 없네요.

 

이 LPI 기능으로 인해  앞에서 언급한 위성통신체계 와 잠망경, 그리고 관성항법장비 와 더불어 북한 침투 와 함께 

야간작전을좀더 용이하게 해줍니다.

 

3.통합전투시스템 교체

 

장보고-I급 잠수함은 ISUS-83 통합전투체계를 탑재하여 운용중이며, ISUS-83 통합전투체계는 독일 ATLAS社

                  (고색 창연한 3색CRT 화면으로 구성 된 콘솔 4개로 이루어진 ISUS-83시스템 20년의 세월이 느껴지죠?)

 

에서 제작한 체계로 건조 후 20여년 간 운용한 장보고-I급 잠수함은 전투체계, 함수 소나, 잠망경의성능 저하로 

이를 최신 기술로 성능개량하고 기존 소나센서, 항해체계, 통신체계, 수상센서체계,무장체계 등을 완전 통합된 구조

로 개발된 잠수함 전투체계로 교체,통합전투체계 성능을 장보고-II급 동등 이상으로 향상 시켰으며, 공격 잠망경 

및 저주파 표적의 탐지를 위해 선배열 예인센서가 신규로 탑재되었습니다.

 

 

한국형 통합 전투지휘체계는 인천급 호위함(Batch Ⅰ)용 한국형 전투체계를 Baseline 2.0 과

대구급 호위함(인천급 Batch Ⅱ)의 전투체계를 그 발전형인 Baseline 2.31로 구분 하며 

장보고-I급은  Baseline 2.31계열 모델을 사용 합니다.

 

장보고-I급 과 광개토급의 한국형 통합전투지휘체계 와 외산 시스템의 통합 작업은 정말 녹녹치 않은 작업 이었고

이를 성공적으로 이끌어 내면서, 해외 시스템 과 국산 전투시스템의 통합 성공에 따라, 해외로 부터 발주시 국산

전투 시스템을 제시 해 줄수 있게 합니다.

 

그동안은 배 껍데기만 팔았다 보시면 됩니다...죄다 해외 무장 과 통합 전투 시스템을 들여와, 통합비 까지 지불 

하였거든요. 한마디로 수출 경쟁력이 그만큼 생긴 기술적 쾌거라 보시면 됩니다.

 

4.함미 선 배열 예인센서(TAS:Towed Array Sonar )

 

 

대한민국은 SQR-220K(흑룡)이라 불리는 선 배열 예인센서 시스템을 개발을 하게 됩니다.

이후 SQR-220K는 지속적인 개량을 하게 되고, 장보고-I급에는 TB-1 불리는 개량 된 선 배열 예인센서가 장착이 됩니다.

 

 

여기에는 개량 된 TB-1에는 벡터 하이드로폰(Vector Hydrophone) 라는 기술이 접목이 됩니다.

예인소나에는 다수의 무지향성 하이드로폰(Omni-Directional Hydrophone)으로 구성이 되는데,

선배열 소나의 구조적 특성상 장축상의 배열 기준점을 중심으로 빔이 대칭적으로 형성되어 좌/우 방위 구분이 되지 

않는 문제점이 있습니다.

 

이것 때문에 저주파 소나 라는 특성상 탐지는 우수 하지만,정확한 방향 과 거리를 제시 해주시 못합니다.

이럴 경우 보통은 잠수함은 회전을 하면서 음파방향 과 거리를 측정하는 번거로움이 생기죠.

이러한 단점을 극복하기 위해 단일 선배열 대신 이중 선배열 소나(Parallel Twin Array) 삼중 배열 (Triplet Array)과 

같이 다중 배열을 이용해 좌/우 방위분리 방법들이 연구되어 왔으나 선배열의 크기가 커져 운용이 어려워지는 문제가

있습니다.

 

이에 대응 우리 역시 국방과학연구소 와 스웨덴 과 협력 개발 한것이 바로 벡터 하이드로폰(Vector Hydrophone) 

입니다.

1개의 무지향 하이드로폰 과 2축 또는 3축의 가속도 센서 그리고 중력장 센서를 활용해, 소나에 입사 되는 음파의

압력,속도,크기,방향을 측정하게 되어 음파의 좌/우 방향을 제시 해주게 되어 정찰 범위를 절반으로 줄여 줍니다.

출처 : 밀리터리 리뷰 (https://blog.naver.com/rgm84d)

 

(원 내용이 좀 길어서, 나름 짧게 편집을 했는데 내용이 맞이 않다는 늑대아저씨님 지적에 따라, 다시 편집해 올립니다.)

※ 잠수함의 소나 종류 와 수동 탐지법

음파는 초당 약 1500m로 공기에서보다 약 5배 빠르고, 온도, 압력, 염분, 해수면/해저면 특성 등에 따라 쉽게 변한다. 또한

주파수에 따라 전파되는 특성이 변하므로 잠수함은 그림1과 같이 보통 4개 이상의 소나를 장착하고 다양한 정보를 통합하여

운용 하며, 위치 와 역활에 따라 나뉩니다.

 

1.잠수함의 주 탐지센서이고 중주파수 대역을 담당하는 함수의 수동소나(Cylindrical Array Sonar: CAS)

2.중주파수 대역의 표적과의 거리를 측정하기 위하여 잠수함 선체의 좌우 각각 3개의 부배열로 설치된 수동측거소나

(Passive Ranging Sonar: PRS)

3.중거리 중·저주파수 대역의 표적을 탐지하기 위한 선측배열소나(Flank Array Sonar: FAS)

4.장거리 저주파수 대역의 표적을 탐지하는 선배열예인소나(Towed Array Sonar: TAS)

5.능동적으로 음파를 송신하여 탐지하는 능동소나

 

저기 열거한 소나 중 TAS는 신규 장착이며, 나머지는 기본 소나 그대로 활용을 합니다.

대신에 FAS는 장보고-1급 에는 없으며,손원일급 부터만 장착 되어 있습니다.

 

※ 수동소나를 이용한 위치 및 거리 추정 방법.

1.파면곡률법(Wavefront curvature)

표적이 근거리(수십Km이내)에 존재하고, 표적에서 발생한 소음이 구면파로 전달 된다는 가정하에,

그림 2와 같이 3개의 부배열의 각 지점 간 시간차(부배열1과 부배열2, 부배열2와 부배열3)와 표적의 방위를 이용하면 구면

파의 중심, 즉 표적과의 거리를 추정할 수 있다. (부배열1,2,3은 그림1에서 참조)

2.삼각측량법(Triangulation)

그림 3과 같이CAS와 PRS와 FAS, 그림4 와 같이 FAS와 TAS의 조합에 표적의 신호가 동시에 접촉하게 되면 각 소나에서

측정한 방위와 소나 간의 거리를 고려하여 상대의 거리를 측정.

 

위에서 벡터 하이드로폰(Vector Hydrophone) 에 대해 설명을 하였습니다.

큰 장점이 좌,우 방향을 지시 해준다는 장점이 있다고 하였습니다.

또한 수동소나를 이용한 위치 및 거리 추정 방법에 대해 설명을 하였습니다.

 

TAS는 저주파 소나 라는 특성상 가장 먼저 먼거리에서 음향을 탐지 합니다.

근데 음향을 탐지를 했는데, 좌우 구별이 안된다면 어떻게 될까요?

 

좀더 정확한 방향 과 거리를알수 있는 FAS,PRS,CAS의 탐지 범위에 들어가야 앞에서 열거한

파면곡률법 이나 삼각 측량법을 사용 상대의 정확한 위치 와 거리를 측정 할수 있습니다.

 

그래서 기존 TAS에 비해 좌우 방향을 제시함으로써 정찰범위를 절반으로 줄여 준다는게 요지 입니다.

그리고 내용의 오류를 발견 해주시고, 설명을 해주신 늑대아저씨님에게 다시 한번 감사 말씀을 올립니다.

 

Hydrophone 소자 기술 개발.

범상어 개발로 통해 얻어진 압전 단결정 물질을 통해 하이드로폰 센서가 감도가 흑룡보다 훨씬 더 우수

하고 뛰어 납니다.

 

압전 단결정 물질에 대해 간단히 설명하면, 압전물질은 압력을 받으면 전기를 발생 시키고, 반대로 전기를 가하여

기계적 변형이 발생하는 압전효과를 발휘하는 소재 입니다.

 

내용을 보니 감들이 오시지요?

압력을 받으면 수동소나가 되는거고, 전기를 가하면 능동소나가 되는 소나의 기본이 되는 물질 입니다.

 

근데 범상어 개발을 통해 얻어진 압전물질은 이전의 PZT(지르콘 티탄산연) 보다 3배의 변형이 되는 PMN-PT(마그네슘 니오브산연-티탄산연) 이라는 것으로 일부 국가만 개발에 성공한 물질 입니다.

 

 

 

5.함미 선배열예인센서(TAS)를 운영하는 윈치 체계

 

장보고-1급에도 3기의 TAS -90 TAS가 있었지만, 잠수함 안에 격납 할수 있는게 아닌 견인식 입니다.

운영상의 문제가 많았고, 서해 같이 수심이 낮고, 수중장애물이 많은곳에서 파손 잦아 운용을 포기 했던 물건 입니다.

그러나 천안함 사건으로 모든것 변하였고 해군 대잠전에 대해 대규모 투자를 하게 됩니다.

그 결과가 성능개량사업으로 TB-1 TAS 와 결합하여 운영 할수 있는 윈치체계 도입 입니다.

 

 

그러나 아래 와 같은 문제가 발생이 됩니다.

 

 

그림에 보듯이 212급에서는 원래 윈치가 들어갈 공간이 있었으나 장보고급에는 그런 여유 공간이 없다 보니

윈치를 옆으로 뉘이면서 문제가 발생 됩니다.

 

212급의 TAS를 위한 윈치 사진 입니다.

 

아래는 그 해결책을 하나하나 찾아가던 과정을 담은 표 와 연구 논문 입니다.

 

*연구논문

http://jkais99.org/journal/Vol20No06/vol20no06p54.pdf

 

위 내용 과 같이 원 제작사인 AEUK 와 신우이엔디 라는 회사가 해결책을 하나 하나 찾게 됩니다.

 

 

 

 

사업은 성공적으로 끝났고 209급에 TASS윈치가 세계최초로 설치 되는 쾌거를 이루게 됩니다. 

 

이로써 장보고-I급의 성능 개량사업이 무사히 마치게 됩니다.

원래 3척만 개량하기로 했었는데, 추가로 3척이 더 추가가 됩니다.

이면에는 장보고-Ⅲ급은 분명 우수한 함정이지만, 거대한 덩치 와 SLBM을 탑재한 대한민국에서는 전략무기에

준 하는 체계 이기 때문에 함부로 헌터-킬러 작전 이나, 수심이 낮은 서해에 투입하기에는 좀 꺼려지는 문제가 

발생이 된다는 점과 장보고-I급의 성능 개량 사업이 기대 이상의 효과를 내었기 때문 입니다.

대한민국 잠수 함대의 무궁한 발전 과 건승을 기원 합니다.