21C 전장환경과 정밀탄약 2003/12/28 581

21C 전장환경과 정밀탄약

http://www.dapis.go.kr/journal/200103/j108.html

　군사과학 기술의 혁신적 발전으로 21세기의 전쟁양상은 1, 2차 세계대전에서 보여준 물량위주의 대량 화력집중의 전쟁양상과는 판이하게 다른 모습을 보여줄 것이다. 걸프전이나 코소보 사태에서 보여준 첨단 무기체계 보다도 한 걸음 더 진보된 정밀무기체계로서 입체적으로 전장을 감시하고 타격에 이르기까지 복합적 기술이 적용되는 통합 체계적 시스템 하에서 표적에 대하여 정밀한 타격이 이루어질 것이다.

　이러한 정밀타격은 전쟁지휘부나 통신시설 그리고 전차나 화포와 같은 표적을 접적, 비접적 상태하에서 기동과 결합하지 않고 단 몇 발의 포탄사격으로 파괴하거나 기능발휘를 제한할 수 있도록 적의 중심을 직접적으로 타격이 가능해야만 한다.

　이러한 이유로 탄약체계는 표적을 찾아서 파괴하는 즉, 센서와 인공지능을 갖는 정밀탄약으로 표적을 파괴하는 것이 시간을 절약하고 탄약소요를 최소화하는 경제적 전쟁을 수행할 수 있다. 특히 표적에 대하여 요망하는 피해효과 만큼 선택적 탄약운용이 가능한 여건이 조성된다면 전장의 주도권을 장악하고 보다 빠른 시간에 전쟁의 승패를 결정할 수 있을 것이다. 이러한 측면에서 21세기의 전장환경을 예측하고 이에 대비할 수 있는 야전포병의 정밀탄약체계 발전방향을 제시하고자 한다.

21C 전장환경과 탄약

　21세기의 전장환경 예측을 통하여 장차전 양상에 대한 그림을 그려 볼 수 있음으로 어떻게 화력이 운용되어야 할 것인가, 어떻게 무기체계를 개발하고 능력을 최대한으로 발휘토록 할 것인가의 대안은 적 위협과 최근 발생한 전쟁교훈, 그리고 과학기술의 발전에서 찾을 수 있다.

　북한의 군사적 위협측면에서 북한 지상군은 4개의 전방군단과 4개의 기계화군단, 1개의 전차군단, 2개의 포병군단을 포함한 총 20개 군단과 특수전부대를 관장하는 경보교도지도국으로 편성되어 있다. 포병은 다양한 구경과 사거리의 야포는 50%이상이 자주화 되어 있고 수도권지역에 최단시간에 가공할 포탄을 퍼부을 수 있는 방사포(107밀리부터 240밀리)를 대량 보유하고 있으며 군단부터 여단까지 다양하게 편성된 기계화 보병 및 전차부대들은 주요 공격축선에 종심 배치되어 있어서, 공격시 돌파구가 형성되면 이를 확장하고 아군 후방 깊숙이 침투하는 종심기동 작전부대로서 집중 투입될 것으로 전망된다. 특히 휴전선일대에 추진 배치된 포병부대는 견고한 갱도진지에서 종심깊은 지원사격이 가능하다.

　전쟁교훈적 측면에서는 걸프전과 코소보 사태에서 알아볼 수 있다. 전쟁의 승리요인은 확실한 표적정보를 획득하고 획득된 표적에 정밀성있는 탄약을 운용하여 기동과 접목시킴으로서 이루어진 결과였다. 정보통신기술에 의한 전장 내 안개 및 마찰을 제거하고 실시간에 표적을 공격하고 정교한 센서 및 항법장치 등의 유도기술 등으로 원거리에서 접적하고 있지 않는 적 지휘시설이나 전차, 장갑차 등의 주요 표적에 선별적으로 타격하여 짧은 기간 내에 승리를 달성할 수 있었다. 이를 현실적으로 뒷받침 한 것은 과학기술의 눈부신 발전이 가져온 첨단 무기체계였다. 앞으로 21세기의 첨단 과학기술은 센서, 정보기술, 자동화, 첨단소재, 멀티미디어 등이 주축이 될 것으로 보여진다. 이러한 기술의 발전은 과거보다 한 차원 높은 우주 및 사이버 공간까지 전투공간을 확대하고 통제하며 레이저, 디지털 기술 등으로 활용하여 빛의 속도로 대응할 것이다.

　무기는 정밀화되어 정확하게 표적을 타격하고 다수표적에 대하여 동시다발적으로 대응하며 정밀탐지센서, 초고속 집적회로, 자동화 및 복합기술에 의해서 탄약은 선별적 점 표적 타격이 가능한 전장환경이 조성될 것이다.

탄약운용

　21C 전장환경을 고려할 때 앞으로의 탄약운용은 종심 깊은 지역에 대한 장거리 실시간 사격이 이루어지며 정확도는 표적에 명중하는 수준으로 화력운용에 혁신적 변화를 가져다 줄 것이다. 넓어진 전장지역에서 탄약의 장사정화, 정밀화, 고성능화로 야전 포병부대는 독자적으로 적보다 먼저 보고, 먼저 타격하며 신속히 타격효과를 확인하여 재 타격수행여부를 결정하게 한다. 이러한 과정에서 타격 인원, 물자 등의 표적성질과 형태에 따라 표적에 적합한 탄약이 선택되어 정밀교전이 수행된다. 따라서 화포는 광역분산 위치에서 피해요망효과를 달성토록 최소의 탄약을 소모하여 효과를 집중시킴으로써 사격효과를 극대화하는 정밀탄약이 개발되고 운용된다.

각국의 탄약 발전추세

　야포포병 탄약은 대구경인 관계로 타 탄종에 비하여 위력이 월등히 크며 화력전투 수행 및 보병 지원화력으로서 중요한 역할을 수행한다. 이러한 탄약이 갖추어야 할 주요성능은 사거리가 길고 위력이 크며 정확도를 갖추어야 하기 때문에 세계 각국에서는 집약적인 복합기술을 이용하고 있다. 특히 정확도를 향상시켜서 표적을 선택하여 파괴할 수 있도록 각종 고성능 센서 및 GPS(Global Positioning System)를 이용한 탄약개발에 박차를 가하고 있다. 따라서 다량의 탄약이 소모되는 타격개념에서 소량으로 정밀타격하는 지능포탄(화포로 발사되어 특정표적을 탐색하거나 자동추적 후에 표적을 파괴하는 Fire ＆ Forget 개념의 탄약)으로 체계화함으로써 기존탄약의 취약점을 해소하는 성능의 다목적화, 인공지능화 등으로 정밀탄약 개발을 서두르고 있다. 이미 전차 및 장갑차를 파괴하는 대장갑용 지능포탄이 등장하여 생산단계에 있으며, 한 걸음 더 나아가 정확도를 획기적으로 향상시키기 위하여 GPS를 응용하는 대장갑용 및 감시용 지능포탄 개발이 진행중이다. 전망해 보건 데 2010년을 전후하여 실용화가 가능할 것이다.

각국의 지능포탄 개발

　지능화된 탄약을 개발하고 있는 대표적인 나라는 미국·영국·독일·프랑스 및 스웨덴 등이 있다. 특히 미국은 걸프전을 통하여 고가의 정밀무기가 재래식 탄약보다 전투를 경제적으로 수행할 수 있으며 무기운용 측면에서도 더욱 효과적이라는 교훈을 얻은 후 탄의 지능화에 대한 혁신적인 개발을 추진하고 있다. 지능포탄은 기능에 의해 신관감응형, 종말유도형, GPS응용형으로 구분하고 있으며 화력탄, 대장갑탄, 감시탄, 지하침투탄으로 운용한다.

▲신관감응형

　신관 감응형(Sensor Fused Ammunition) 대장갑탄은 표적탐지 능력은 있으나 유도부나 탄도제어 능력은 없다. 반드시 자탄을 내장하고 있으며 좁은 지역에 대한 표적을 탐지하기 때문에 보다 높은 정확도로 표적지역에 분산 투하된다. 자탄은 회전 낙하산이나 소형날개에 의해 지면을 향해 서서히 선회 하강하면서 표적을 탐색하며 표적 파괴의 관통 메카니즘은 단조파편탄두(EFP:ExplosivelyFormed Penetrator)형이다. 운용측면에서 중요한 점은 이동중인 전차와 같이 신속히 움직이는 표적에 대해서는 실질적으로 적합하지 못하다. 대표적인 탄종으로는 SADARM, SMArt 155, BONUS 등이 있다.

　SADARM(Senseand Destroy Armor)은 미국에서 1980년대 초 이후 개발되어 왔던 감응식 대장갑탄으로서 1999년 3월에 실시된 80%이상의 자탄신뢰 요구조건에 충족하지 못함으로써 독일 SMArt 155를 00년도 국외기술 평가 대상장비에 포함하였다. 한편 미육군은 탐색범위가 현행모델보다 20배 이상 되는 개량형 BLOCKⅡ자탄에 대한 연구를 하고있다.

　SMArt155는 독일 육군용으로서 생산되고 있다. PZH2000 자주포로 사격시 최소 90% 신뢰도를 나타낸다고 주장하고 있으며 센서가 장착된 2발의 자탄을 탑재하고 있다. 대전차 공격용으로서 반응장갑 뿐만 아니라 상부방호용 격층장갑도 관통할 수 있다. 1999년 7월에 자탄이 정상 작동되고 완성탄 15발로 20개의 표적을 명중시켰다.

　BONUS는 프랑스와 스웨덴이 공동 개발한 탄약으로써 양산준비단계에 있다. 완성탄에 탑재된 2발의 자탄은 이중대역의 IR센서를 사용하고있으며 자탄의 EFP탄두는 초기 발사속도가 25,000m/sec로 10Cm이상의 장갑 관통능력을 보유하고 있다.

▲종말유도형

　종말유도형(Terminally Guided Ammunition)포탄은 탐색장치와 조향 제어장치가 부착되어 있으며, 원거리에 위치한 장갑차량 집단을 공격하기 위한 것으로 탄의 비행종말단계에서 표적에 타격시까지 자체 유도하어 자율적으로 표적을 식별하여 타격한다. 이 탄종은 표적형태에 따라 다소 다르나 기본적으로 표적탐지를 위한 IR 또는 밀리미터파 센서, 조종날개, 횡추력기 등의 탄도수정 메카니즘, 성형작약, 탄두 및 탄체 등으로 구성되어 있다. 종말유도포탄은 대량의 장갑차량의 정지 또는 이동표적을 향해 비행하여 표적상공에 도달하면 내장된 센서로 표적을 탐색하여 이때 비행탄도와 표적에 오차가 발생하면 보유하고 있는 탄도 메카니즘을 작동시켜 탄도를 수정한 다음 표적을 향해 비행공격 한다. 일반적으로 종말유도포탄은 센서감응식 대장갑포탄의 10배정도 되는 거리에서 표적을 탐지할 수 있도록 되어 있으며 GPS응용형으로 개발을 추진중이다.

▲GPS응용형

　최근에 GPS라고 하는 위성항법 시스템기술이 새로운 기술로 급부상하고 있다. 이 GPS 기술을 이용하여 야전포병 체계의 정확도를 획기적으로 개선하고자 하는 탄종이 탄도수정탄 또는 GPS 유도포탄이다. 이 탄종은 1990년도부터 개념이 형성하기 시작하였으며 탄의 정확도 개선과 사거리 증대에 주안점을 두고 있다.

　예상 탄도의 오차를 GPS로부터 검출하여 보유하고 있는 탄도수정기구를 통해 탄도를 수정하여 사탄산포를 감소시키는 기능을 보유하고 있다. 탄도수정용 신관은 GPS 수신부와 신호 처리부, 제어 메카니즘 등으로 구성되며, 탄도 수정기구를 갖고 있는 신형 탄약은 물론 재래식 탄약과 모두 결합하여 사용할 수 있다.

　재래식 탄약과 결합하여 사용할 경우에는 실제탄도 오차를 지상의 사격지휘소에 송신할 수 있는 송신기능이 추가로 소요되며, 이때의 장점은 적지종심의 아군 관측이 불가능한 지역에 대한 포탄의 탄착지점을 알아내어 표적위치의 오차만큼 제 2탄 효력사(效力射)에 사격제원을 보상함으로써 타격효과를 극대화 할 수 있어 소요비용을 절감할 수 있다.

　또한 이 탄이 `Fire-and-Forget’개념의 자체 수정형인 경우에는 신관에 조종날개(Drag-brake 또는 Canard)를 장착한 후 재래식 탄약에 결합하여 사용하거나 횡추진기, 추력모터 등을 장착한 신형탄두와 결합하여 사용함으로써 공산오차 및 기상에 의한 오차를 감할 수 있다. 미국, 영국, 프랑스, 스웨덴, 이스라엘이 개발에 참여하고 있다. 미국은 1980년대 후반부터 선도적으로 개발해 왔으며 GPS신관개념은 다른 여러 국가에서 모방하는 계기를 제공하였다.

　영국은 GPS탄도수정기능을 갖는 첫 완성신관을 2002년 시사할 예정이며 실전배치는 2005년을 목표로 개발중이다. 프랑스는 정확도 향상을 위해 두부에 공기 제동환을 부착한 SAMPRASS를 개발중이며 2008년에서 2010년 사이에 프랑스 육군에 배치될 예정이다. 이스라엘 또한 신관몸체에 GPS 코드변환기가 내장된 등록탄을 사용한 GPS지능포탄개발을 제안하고 있다.

탄약체계 발전방향

재래식 탄약의 정확도 제한 해소

　포탄의 탄착점은 종과 횡으로 분포를 이루게 되는데 이는 포구를 떠나 탄착지점인 표적에 이르기까지 많은 오차요소를 가지고 있으며 오차의 합계는 실제표적과 이격되어 파열되는 형태로 나타난다.

　이러한 오차는 기계적 또는 제작상의 오차인 포신의 상태, 포가의 상태 그리고 비행시에 영향을 주는 포구초속, 포탄무게, 공기저항, 공기밀도, 공기압력, 풍향, 풍속 등의 변화를 받게되며 많은 사격결과에 의한 통계치에 기초할 때 타원형의 산포형태를 갖는다.

　즉 형성된 파열 형태의 중앙을 연하여 사격선에 수직으로 선을 그으면 2개의 대등한 사탄 산포군으로 분할되며 수직선을 중심으로 대포에 가까운 산포군을 근탄, 먼 산포군을 원탄이라 하고 수직선을 중앙사거리를 표시하여 중앙사거리선이라고 한다. 또한 사격선에 평행하고 사탄산포군의 중앙을 통하도록 제2의 선을 그으면 2개의 대등한 사탄 산포군으로 분할되며 좌측은 좌탄 우측은 우탄이라 하며 사격선과 중앙사거리선과의 교차지점을 탄착중심 (MPI:Mean Point Impact)이라 한다.

　탄착점이 탄착중심을 기준으로 해서 어느 한계를 초과할 수 있는 초과오차와 초과하지 않는 오차가 동일한 확률을 공산오차라고 한다. 예를 들면∴봔平颯릿?멀리 떨어진 어느 탄착점에 사격선과 수직이 되게 직선을 그어 (C, D 선)동일한 2개의 부분(각25%)으로 분할할 수 있다. 이때 탄착중심에서 새로운 수직선까지 거리를 1공산오차라고 하며 정상적인 산포인 경우에 탄착중심으로부터 원근 4사거리 공산오차 내에 실질적으로 1,000발 중 7발을 제외하고는 모든 파열이 망라될 수 있다. 사격한 많은 탄착점들은 탄착중심을 기준으로 원근(좌·우)오차가 사거리(편의) 공산오차의 대칭곡선이 표시한바와 같이 동일하게 나타난다. 이러한 탄착오차는 항상 일정하게 분포되지는 않는다.

　산포구형을 1공산오차 값으로 균등하게 사거리 및 편의상으로 8등분한다면 각 지대에 산포되는 확률은 사탄산포 확률은 많은 실험을 통하여 결정된 것이다.

　예를 들어 사거리 공산오차 값이 15m일때 포탄의 50%는 탄착 중심으로부터 원·근 15m이내, 82%는 원·근 30m이내, 96%는 원·근 45m이내에 산포될 것이다. 편의 공산오차 값이 4m일 때 사격한 포탄의 50%는 4m이내, 82%는 8m, 96%는 12m이내에 산포 될 것이다. 공중에서 파열될 경우에는 파열고 공산오차, 파열거리 공산오차, 파열시간 공산오차 등이 나타난다.

　이러한 재래식 포탄의 명중률은 자율적인 조정 및 유도능력이 없는 상태 하에서 사격시 발생이 예상되는 각종 오차 요소를 최소화하여 표적을 명중시키려는 확률게임에 의존한다. 때문에 파괴의 개념보다는 지역개념으로 운용이 고정될 수밖에 없었으므로 다량의 탄약을 표적에 집중하여 타격효과를 획득할 수 있도록 운용되어 왔다. 따라서 화포에 의해서 사격되는 탄약의 정확도가 원인이 되어 전장에서 이루어지는 진지배치, 이동, 사격시간, 탄약 재보급 등은 각종 전술상황에서 시간적·공간적으로 영향을 줌으로써 재래식 포탄이 갖는 확률적 정확도를 갖는 무·유도, 무 감응포탄에서 정확도가 보장되는 지능포탄으로의 개발이 필요하다.

효과중심의 정밀탄약 운용

　재래식 포탄은 표적의 중요도 및 피해 요망효과 달성을 위하여 사격에 가담하는 화포의 수와 탄약의 량을 증가하여 집중사격을 실시함으로써 사격효과를 획득하려고 한다. 그러므로 “집중사격은 어떻게 해야 피해효과를 증가할 것인가”에 초점이 맞추어져 운용방법을 발전시켜 왔으며 동등한 효과를 얻기 위해서는 타격제대의 수와 발수를 최소화하는 데 주안을 두고 있었다.

　제시한 바와 같이 3개 대대가 참가하여 54발 집중사격하는 것이 1개 포대가 참가하여 258발 사격하는 것과 효과가 같으므로 집중사격에 의한 방법으로 효율성을 증가시키고 있는 상태이다.

　그러나 더 적은 사격발수로 그 이상의 효과를 얻을 수 있다면 그러한 사격방법으로 발전되어야 할 것이다. 미국에서 대장갑용 지능포탄인 SADARM과 DP-ICM의 효과분석 결과를 보면 사격회수는 46배, 탄약 소요량은 50배, 발사시간은 170배정도 감소하는 효과가 있다고 제시하고 있다.

　또한 재래식 포탄으로는 사탄산포의 공산오차가 원인이 되어 통상 많은 사격량이 요구되어 포탄의 수정시간이 많이 소요되고, 사격진지에 오래 머물러서 적은 즉각적인 아군의 포 진지를 탐지하고 대응사격을 실시하여 피해를 줌으로써 전투력을 상실케 한다. 그러므로 사격시간이 길면 효과는 적어지므로 가장 짧은 시간에 표적에 정확도 있는 탄약을 운용함으로서 운용효과를 극대화할 수 있어야 한다.

　따라서 최소의 탄약소모, 최소의 사격시간, 표적명중의 능력을 갖는 지능포탄을 운용함으로써 효과를 중심으로한 화력운용이 가능하며 효율적으로 21세기의 전장상황에 대처할 수 있다.

맺　음　말

　미래의 전장환경을 손바닥 보는 것처럼 예견할 수 있다면 민족의 생존과 번영, 안정과 평화를 위해서 전력창출과 군사적 건설을 게을리 하지 말아야 하며 어려움과 부담스러운 일이 있을지라도 슬기와 지혜를 모아 이겨내야만 한다. 제3의 물결에 부응하는 정보와 지식의 사회를 최대로 이용하는 새로운 개념의 군사혁신을 가져올 수 있도록 많고 강한 것보다는 적고 강한 것으로 지향되어야 한다.

　탄약의 세계적 발전은 무·유도의 재래식 포탄에서 자율적으로 표적을 탐색하고 타격하는 지능포탄을 개발하고 있으며 특히 정확도와 정밀도의 기술은 GPS를 이용하여 상상하지도 못할 정도로 발전하고 있다.

　이러한 것을 감안할 때 우리는 저비용 고효율의 경제적 전쟁수행 능력구비와 주변국에 대처하는 통일 후의 실질적 국방태세를 확보하며 21세기 미래전 변화에 능동적으로 대처하는 수단이 요구된다.

　따라서 탄약분야는 재래식 탄약이 갖는 표적 명중확률 저조와 탄약 다량소모의 문제점을 근본적으로 해소할 수 있어야 한다. 이는 정확도가 보장되고 타격효과의 극대화가 가능하며 표적의 부류에 따라 선택적으로 정밀타격이 가능한 능동적이며 자율기능을 갖는 지능포탄 탄약체계를 개발하여 확보함으로써 가능 할 것이다.

　이로써 화포의 역할 변화를 크게 기대할 수 있으며 정보화되고 과학화된 정예군으로써 다차원 실시간 정밀화력운용이 가능하며 미래의 생존과 국가보위을 위한 튼튼한 국방, 싸워 이길 수 있는 국민의 군대로서 유비무환에 새로운 장을 펼칠 것이다.