해양무인체계 운용개념 및 발전방향

신현수(산업공학박사, 합동군사대학교 무기체계교관)

Ⅰ. 서론

해양무인체계는 위험(Dangerous)하거나 오염된(Dirty) 해역, 지루하게 반복되는(Dull) 임무를 수행해야 하는 해역, 즉 3D 임무를 수행하는 해역에서 운용함으로써, 인력을 절감하고 인명피해를 최소화할 수 있고, 유인체계에 비해 상대적으로 획득비 및 운용비를 줄여 줄 수 있어 경제적이며, 유인체계와 통합 운용함으로써 전장 상황인식 및 전력운용의 용통성 등을 증대시킬 수 있다. 또한, 유인체계가 접근하기 어려운 얕은 바다나 깊은 바다와 같은 곳까지 갈 수 있어 전투영역을 확대시킬 수 있고, 유인체계가 할 수 없는 임무까지 수행이 가능하며, 유인체계의 단점이나 부족한 능력을 보완하여 해양에서의 전투력 증대가 가능한 체계로써 미래 전장환경에서 핵심적 역할을 수행하게 될 것이다. 또한, 갈수록 증대되는 북한의 비대칭 무기체계의 위협, 특히 북한의 잠수함 및 잠수함발사 탄도미사일(SLBM: Submarine Launched Ballistic Missile)의 위협에 효과적이고 효율적으로 대응할 수 있는 무기체계로서 해양무인체계는 반드시 확보가 필요한 체계이다. 따라서 본 고에서는 해양무인체계에 대해 개관하고, 발전추세를 고찰한 후, 우리나라에서의 해양무인체계 운용개념 및 발전방향을 제시하고자 한다.

Ⅱ. 해양무인체계 개관

해양무인체계는 미래 전투환경에서 인명 손실을 최소화하면서 전투력 우위를 확보하기 위해 네트워크 중심전(NCW: Network-Centric Warfare)에 적합한 자율제어 기반의 무인 플랫폼으로 운용되는 체계로써, 작전구역에 따라 수상에서 작전을 수행하는 무인수상정(USV: Unmanned Surface Vehicle, 이하 USV라 한다)과 수중에서 작전을 수행하는 무인잠수정(UUV: Unmanned Underwater Vehicle, 이하 UUV라 한다)으로 구분되고, 각각 임무별, 크기별로 분류한다.(국방과학기술품질원, 2016)

1. 무인수상정(USV)

무인수상정(USV)은 임무별로 정보감시정찰용, 대기뢰전용, 대잠전용, 대함전용으로 분류한다. 크기별로는 소형(1톤 미만), 중형(100톤 미만), 대형(1,000톤 미만), 초대형(1,000톤 이상)으로 분류한다. 미국은 무인수상정을 선체 길이와 반잠수 여부에 따라 X급(소형,<3m), Harber급(7m), Snorkeler 반잠수정, Fleet급(>11m)으로 분류한다.

2. 무인잠수정(UUV)

무인잠수정(UUV)은 모함에서 케이블 등으로 원격조종 통제하는 원격조종 무인잠수정(ROV: Remotely Operated Vehicle)과 조종 케이블 없이 사전 입력된 프로그램에 따라 자율적으로 기동해 임무를 수행하고 모함으로 복귀하는 자율 무인잠수정(AUV: Autonomous Underwater Vehicle, 이하 AUV라 한다)으로 구분된다. 임무별로는 연안 혹은 항만 지역을 감시하고 정보를 수집하며 특수 지역의 지형을 확인하고 특정한 물체를 탐지하며 위치를 추정하는 정보감시정찰용, 일정 해역의 적 잠수함을 감시 및 추적하며 특수지역을 통과하는 적 잠수함을 감시하고 위험 속에 묶어두는 임무를 수행하는 대잠전용, 기뢰를 탐지하고 무력화시키는 임무를 수행하는 대기뢰전용으로 분류되고, 크기별로는 운용자가 직접 진ㆍ회수할 수 있는 소형(45kg 미만), 경어뢰 크기의 경량형(약 250kg), 중어뢰 크기의 중형(약 1,500kg), 대형(10톤 이상)으로 분류한다. 미국은 무인잠수정을 중량 즉 크기별로 구분하여 휴대형(<100lb), 경량형(<500lb), 중량형(<3,00lb), 대형(<20,000lb)으로 분류한다.

Ⅲ. 해양무인체계 발전추세

1. 무인수상정(USV)

주요 선진국의 무인수상정 발전추세는 다음과 같다. 첫째, 대기뢰전, 감시ㆍ정찰, 세력보호, 정밀타격, 대수상함전 및 대잠전 등 다양한 임무 수행이 가능하고, 수상함에서 진수 및 회수가 가능하며, 모함에서 원격제어가 가능할 뿐만 아니라, 통신거리가 벗어날 경우에는 인공위성이나 무인항공기 등의 중계기를 통해 원격제어가 가능한 방향으로 발전 중이다. 둘째, 항만과 연안의 정찰 및 경비, 대기뢰전, 위험지역에서의 정보수집, 상륙작전구역 정찰, 함포사격 표적, 전투손상평가, 해양탐사 등 다목적 임무 수행이 가능하도록 발전하고 있다. 셋째, 모함과 실시간 통신이 가능하고 모함으로부터 지침을 수령할 뿐만 아니라, 필요시에는 정보를 제공할 수 있도록 발전 중이다. 넷째, 수상함을 대신하여 운용 가능하고, 해적 퇴치작전 및 항만보호, 기름유출 정찰이 가능하며, 밀수ㆍ불법어로ㆍ빙산 등을 탐지하기 위한 목적으로 운용 가능할 뿐만 아니라, 내장 컴퓨터와 항해시스템에 의해 자동으로 운영되고, 사전에 지정된 코스에 따라 임무 수행이 가능하도록 발전하고 있다. 다섯째, 자율 운항 중에 장애물이나 이동선박 등 충돌을 방지할 수 있는 자동충돌회피가 가능하고, 해상안보 및 부대방호 작전 시 비살상무기를 장착하여 운용할 수 있도록 발전 중이다. 여섯째, 부여된 임무에 따라 모듈(대기뢰전, 감시ㆍ정찰, 대수상전, 대잠전)을 변경하여 사용할 수 있도록 발전하고 있고, 다목적용 무인수상정을 개발ㆍ운용 중이며, 자율제어 기술이 성숙하게 되면 다수의 무인체계 협동작전이 가능하도록 발전이 예상된다.(해군전력분석시험평가단, 2016) 우리나라는 2013년 10월 해저폭발물 및 해저구조물 3D 탐색과 인명구조, 해양환경 모니터링 능력과 주요 항만(군 시설, 원자력 발전소, 유류저장소 등)을 무인 감시할 수 있는 자율 무인수상정을 개발하였으며, 2015년에는 ‘무인수상정의 수중음향 자율추적 기술’ 등 소요기술 개발과 함께 한국해양기술원 부설 선박해양플랜트연구소(KRISO: Korea Research Institute of Ships & Ocean Engineering) 주관 사업인 ‘다목적 지능형 무인선 국산화 기술 개발’을 통해 24시간 해양조사, 불법어로단속 등 해양감시, 조난선 인명구조 지원 등의 임무를 수행하는 무인수상정 개발을 진행한 바 있다. 방위사업청은 2015년 6월 3일 해양수산부와 공동으로 추진 중인 ‘복합임무 무인수상정’ 개발 사업의 제안요청서를 확정했다고 발표하여, 2015년부터 2019년까지 약 300억원을 투자하여 함정탑재형 및 단독운항형 모듈복합임무 무인수상정의 국산화 개발에 본격적으로 착수하게 되었다.(연합뉴스, 2016) 2016년도 기준 우리나라의 무인수상정 체계에 대한 기술수준은 최고 선진국인 미국 대비 72%로, 선체 관련 기술은 국내 개발 가능한 기술력을 구축했다고 평가되었고, 원격제어 및 항법기술은 일정 수준을 확보한 것으로 평가되나, 미래전을 위한 완전자율제어 기술은 연구가 필요한 실정이다. 또한 기본적인 추진기술은 확보되어 있으나 고효율ㆍ저소음 특수추진 및 신에너지원(연료전지 등) 기술은 다소 미흡하고, 센서는 소형화 연구가 필요한 실정이다.(국방과학기술품질원, 2016)

2. 무인잠수정(UUV)

주요 선진국의 무인잠수정 발전추세는 다음과 같다. 첫째, 자율운항으로 임무를 수행하며, 감시ㆍ정찰, 대기뢰전, 대잠전 및 수중네트워크 역할 등의 임무를 수행하는 방향으로 발전 중으로, 기술의 발달에 따라 향후 수중전투 임무를 수행하는 수준으로 발전이 예상된다. 둘째, 수중 장기체류를 위한 에너지원 기술, 음파를 이용한 수중통신 기술, 3차원 물체 식별을 위한 초음파 영상기술 등의 개발로, 유인 플랫폼이 접근하기 어려운 위험해역의 폭발물 탐지 및 위치 추적, 특수지역 지형 확인 등의 임무를 수행할 수 있도록 진화하고 있다. 셋째, 적 잠수함의 출ㆍ입항 상태를 감시하고, 필요시에는 적 잠수함 기지를 출항하는 적 잠수함을 추적할 수 있도록 개발 중이며, 하천이나 기타 수심이 매우 얕은 천해에서 운용할 수 있는 정보수집 및 감시ㆍ정찰용 등이 연구되고 있다. 넷째, 항공모함 탑재 F/A-18 Hornet 전투기로부터 발진 방안을 연구 중이며, 작전지역에 도달하게 되면, 정보를 수집하고 미리 예정된 시간동안 위협을 피하거나 저지하고, 필요시 자율적으로 위치를 변경할 수 있는 무인잠수정이 연구되고 있다. 다섯째, 장기간 동안 지속적으로 대양, 연안 및 항만에서 정보수집, 감시ㆍ정찰 임무 수행이 가능한 대배수량의 무인잠수정을 개발 중으로 추진시스템은 무산소 재충전 혹은 연료 재보급이 가능한 체계로 연구 중이다. 여섯째, 잠수함 사출장치를 통해 수중에서 발사되고, 기뢰 탐색ㆍ해저지형 정찰 등의 임무를 수행할 수 있는 수중드론이 운용 중이며, 무인항공기나 무인잠수정 등을 적의 작전지역에 은밀하게 침투 및 전개 시키는 모선의 역할을 하는 무인잠수정 및 가오리, 물고기 형상을 적용한 생물모방형 무인잠수정을 연구 중이다.(해군전력분석시험평가단, 2016) 우리나라는 2008년~2012년 간 한국해양과학기술연구원(KIOST: Korea Institute of Ocean Science & Technology)과 대양전기공업이 기뢰무인처리기(MDV: Mine Disposal Vehicle)를 2011년~2014년 간 한화가 AUV 등을 각각 연구 개발하였고, 국방과학연구소(ADD: Agency for Defense Development)에서는 2015년부터 90억원의 예산을 투자하여 감시ㆍ정찰용 대형급 무인잠수정 수중자율제어 기술을 개발 중이며, 2019년까지 설계 및 제작을 완료한 후 2020년에 시연 및 시범을 목표로 적극 추진 중이다.(김정훈, 2016) 2017년 1월 20일 합참에서는 ‘수중무인탐사체(웨이브 글라이더)의 잠수함 탐지능력 확인’ 실험 설명회를 개최하는 등 미래 전략사업으로 무인화 분야에 지속적으로 투자 예정으로 무인잠수정의 성공적인 연구개발에 큰 동력이 될 것으로 판단된다. 2016년 기준 우리나라의 무인잠수정 체계에 대한 기술수준은 최고 선진국인 미국 대비 75%로 자율운항으로 임무를 수행하며 대기뢰전, 감시정찰전, 대잠전 및 수중네트워크 노드 등의 임무를 수행하는 방향으로 발전 중이다. 일반 선형에 대한 기술은 많이 확보되어 있으나, 특수선형 연구는 제한적이고, 모듈화 및 비선형 특성 기술 등은 미흡한 실정이며, 장기 수중체류 임무를 신뢰성 있게 수행 가능한 에너지원 개발 및 이에 적절한 저소음 전동기 및 추진기 개발이 필요하다. 또한, 무인잠수정용 특수센서 및 신호처리 기술, 실시간 표적 식별 기술 등의 기술은 선진국 대비 낮은 수준으로 지속적인 연구가 필요하고, 수중통신 및 수중네트워크 관련 기술은 기초연구 수준에 그치고 있다.(국방과학기술품질원, 2016)

Ⅳ. 해양무인체계 운용개념 및 발전방향

1. 해양무인체계 운용개념

해양무인체계는 성공적인 작전 수행을 위해 반드시 운용해야 하는 체계로써, 악천후 또는 위험지역 작전 시에 유인전력과 연계를 통해 입체적ㆍ복합적으로 운용하며, 감시ㆍ정찰, 대함전, 대잠전, 기뢰전, 해상방어, 정보작전, 물자수송, 통신노드, 해양환경수집 등 다양한 임무를 수행할 수 있어야 한다. 이에 따라 우리나라에서의 해양무인체계 운용개념을 제시하면 다음과 같다. 첫째, NLL 근해에 대한 감시ㆍ정찰 임무를 실시한다. 둘째, 적 항만에 대한 감시ㆍ정찰 임무를 실시한다. 셋째, 해역에 대한 감시ㆍ정찰 및 보호 임무를 수행한다. 넷째, 주요 작전정보 및 해양정보를 획득하는 정보작전(IO: Information Operation) 임무를 수행한다. 다섯째, 함정의 임무영역을 확장하고, 함정의 전투력을 극대화하는데 활용한다. 여섯째, 기뢰탐색 및 제거 임무를 수행하고, 잠수함이나 수상함이 접근하기 어려운 항구나 연안에 은밀히 침투하여 군사작전에 필요한 환경자료 등을 획득한다. 일곱째, 적 함정이나 잠수함에게 허위정보를 제공하여 기만작전을 수행하거나 위험작전 지역에서 적 함정 출현을 경보하는 임무를 수행한다. 여덟째, 해난사고 시 수상ㆍ수중탐색 및 구조장비로 운용한다.

2. 해양무인체계 발전방향

해양무인체계의 운용개념을 고려하여 발전방안을 플랫폼 및 기술 발전방향으로 제시하면 다음과 같다. 먼저, 플랫폼 발전방향으로 첫째, 무인수상정은 소형에서부터 대형, 특수선형 등으로 다양하게 발전시켜야 한다. 무인수상정이 성공적으로 작전을 수행하기 위해서는 함정에 탑재하여 운용하는 소형의 무인수상정도 필요하지만, 해양에서 전투를 할 수 있는 능력까지 보유한 대형의 무인수상정도 필요하다. 소형 무인수상정은 감시ㆍ정찰, 함정보호, 함정의 능력 보완을 통한 함정의 전투력 확장, 해상경계 등의 임무수행 등에 적합하며, 복합임무까지 수행할 수 있어야 한다. 또한, 무인수상정이 대잠전이나 대수상함전을 수행하기 위해서는 적 함정의 탐지뿐만 아니라 적 함정을 공격해야하므로 무인수상정을 대형화시켜 적 잠수함이나 수상함을 공격할 수 있는 능력을 보유하도록 해야 한다. 뿐만 아니라 자율운항 기능이 보유되어야 하고 악천후에서도 고속 운항이 가능하도록 특수선형 등으로 설계되어야 한다. 둘째, 무인잠수정이 성공적으로 임무를 수행하기 위해서는 미국의 LDUUV(Large Displacement UUV)와 같이 대형급으로 발전시켜, 완전 자율운항제어, 수중에서의 장기 체류, 원거리 대잠 탐색 및 음향정보 수집, 통신 등이 가능하도록 해야 한다. 다음은 기술 발전방향으로 첫째, 해양무인체계는 스텔스(Stealth) 능력을 갖추어야 한다. 둘째, 연동 및 상호운용성이 확보되어야 한다. 셋째, 센서의 효율성이 우수해야 한다. 넷째, 장기간 수상ㆍ수중 항해 및 고속 항해를 할 수 있는 추진기술이 확보되어야 한다.

Ⅳ. 결론

해양무인체계는 고도의 기술개발 능력이 필요하고, 통신정보 기술력의 기반이 조성되어 있어야만 연구할 수 있는 체계로써 민ㆍ군의 기술협력이 절대적으로 필요하다. 또한, 중요한 비대칭전력의 한 요소로서 우리나라가 특화시켜서 발전시켜야 할 분야이다. 현재는 선진국과 기술 격차가 존재하지만 해양무인체계 개발에 노력을 집중한다면 이러한 격차는 단시간 내에 좁힐 수 있을 것이다. 본 고에서 제시한 해양무인체계 운용개념 및 발전방향을 산ㆍ학ㆍ연 및 군ㆍ정부가 다함께 노력하여 실현시킨다면, 미래 전장환경에서 해양무인체계를 활용하여 성공적인 작전 수행이 가능하리라고 확신한다.

<참고문헌>

[1] 국방기술품질원, 「국방과학기술 개발동향 및 수준 제4권」, 2016. 12.
[2] 국방부, 「2014~2028 국방과학기술진흥정책서」, 2014. 8.
[3] 김정훈, “해양무인체계 현황 및 기술개발 동향”, 국방과학연구소, 2016. 12.
[4] 도경철, “국방 해양무인 무기체계 발전방향”, 국방과학연구소, 2013. 11.
[5] 방위사업청,「‘15~’29 국방과학기술진흥 실행계획 일반본」, 2015. 12.
[6] 안보경영연구원, 「무인로봇의 군사적 활용방안과 운용개념 정립」, 2015. 4.
[7] 연합뉴스, “LIG 넥스원, 바다 지키는 무인수상정 이름 지어주세요”, 2016. 5.
[8] 해군전력분석시험평가단, 「미 해군 첨단무기체계 발전동향」, 2016. 12.
[9] 해군전력분석시험평가단, 「해군무기체계 중ㆍ장기 발전방향」, 2016. 12.
[10] Planning for the Employment of Unmanned Systems in the Maritime Domain Warfighting Concept of Operations, 2016.
[11] USA DoD, 「Unmanned Systems Integrated Roadmap, FY2013~2038」