전 NE 과학자 협의회장 이 충시 박사




   Vol-No : 08-16   Author : 이 충시
3. 현 우주발사체의 개발과의 관찰 (The Survey of Developing for the Space Launch Vehicle/SLV )

newspaper update 4/15/2016




서두
봄이 왔으나 봄 같지가 않군요(春來不似春/춘래불사춘), 날씨뿐이 아니고 조국에서도 봄맞이 철에 바람잘 날이 없는 것 같아 그래도 대책은 있을 것으로 믿어보며, 이를 관찰해 보고자 합니다. 전 2편에서는 우주발사체를 개발한다는 이유에서 그 용도를 여타목적에 두고 전쟁무기로 쓰여질 것이 확실시되는 급변하는 이웃나라의 실재의 기술적인 이해를 관찰했으나, 본3편에서는 며칠째 근심거리로 등장한 전자파교란폭탄(EMP:Electronicmagnetic Pulse)의 대응책인 항재밍(抗電波攪亂/Anti-jamming)으로 해결이 가능한지를 관찰하고, 13일자 뉴스에서의 핵실험을 정지한다면 평화협상도 불사하겠다는 미국의 보도 및 중국과 소련이 염려하는 한반도의 사드(THAAD:Terminal High Altitude Area Defence)설치 등을 이해하는데 적으나마 도움이 되었으면 합니다.


3-1.전자파 교란폭탄 (電磁波 攪亂爆彈/ The Electromagnetic Pulse)


지난달 3월 31일 부터 일주일간 휴전선 부근의 해당되는 5개지역이 거의 다, Fig.1.과 같이 전자교란폭탄(EMP)를 쏘아 주위의 모든 위성항법장치(GPS: Global Positioning System)에 혼란을 주었다고 한다. Fig.2.와 같이 북한이 전파 교란 강도를 높이면 방해 전파가 100㎞까지 퍼져 수도권 전역이 영향권에 포함됩니다.


이렇게 될 경우 전방의 구식장비 및 버스 관제 시스템이나 스마트폰을 이용한 일부 금융 시스템 그리고 전력회사의 계기까지 문제가 생길 수가 있다고 합니다.
하지만 전파 방해에 취약한 일반 상용(商用) GPS를 사용하는 무기 체계도 적지 않습니다. 문제는 도입한 지 오래됐거나 군용GPS 장비를, 적용하지 못한 무기들입니다.

3-2. 그 전자파 교란폭탄 대비책 관찰(電磁波 攪亂爆彈 對備策 觀察/ The Electromagnetic Pulse solution)


군부는 보완 항법장비나, 수동 전환을 통해 위성항법장치(衛星航法裝置/GPS:Global Positioning System)의 전파 교란의 영향을 줄일 수 있다는 입장이지만, 무기의 정확성이 떨어질 수 있다는 우려가 나오며, 아무래도 정밀도가 떨어지고. 미사일 같은 경우에. GPS가 안 되면 관성항법 장치(慣性航法裝置/INS:inertial Navigation System)로만 날아간다면 목표물에 적중할 수 있는 명중율도 떨어진다고 봅니다.

*항재밍 기술(抗電波攪亂技術/Anti-jamming technic):
Fig.3.와 같이 GPS교란을 다시 교란 하는 방법이다.
재밍을 방해하는 기술로 , 전파교란 신호를 상쇄 하도록 오는 신호와 반대의 신호를 보내는 기술을 말한다. 단 설치비용이 많은 단점이 있고 100% 차단은 어렵다고 본다


1) 정밀 유도폭탄 JDAM(Joint Direct Attack Munition/精密 誘導爆彈) :
한국 공군이 소유하고 있으며, Fig.4.에서와 같이, . 최대 3미터의 강화 콘크리트를 뚫을 수 있어 북한의 지하 군 EMP(전자교란폭탄/電子攪亂爆彈) 시설에 대한, 강력한 타격 수단으로 꼽히며 일명 “Dumb bombs”라고 불리울 정도로 위력을 가졌으며 전파방해를 받지 않는 전투폭격기에 의해 위장된 지하장치(地下裝置/Under ground)의 EMP 장치라도 500-2,000 LB의 제한없는 규격의 파괴력을 위시한다고 합니다. 근래에는 위장된 곳을, 레이저(Laser) 유도와 적외선(Imfrared) 유도가 가능하며 전천후(全天候/Bad weather condition) 에서도 가능하다고 합니다

2) 지상위성 및 공중위성 항재밍(Ground Anti-jamming): 1차 대응수단으로 지상에서 Antena를 세워 항재밍 역활을 Fig.5.와 같이 하나 시설비와 공간적인 한계가 있다고 보겠다. .하지만 신호가 미치는 범위가 좁고, 고정식으로 운용될 경우 적의 공격에 노출되는 단점이 있습니다.
민간에서는 또 다른 위성 신호를 활용하는 방법을 찾고 있습니다. 지구 궤도에는 미국이 주도하는 GPS뿐 아니라 유럽의 갈릴레오 위성, 러시아 글로나스 등 다양한 위치 정보용 위성들이 있습니다.

GPS 위성 신호에 또 다른 위성 신호까지 활용하는 이른바 ‘안테나 확장’으로, 정확성과 안정성을 높일 수 있습니다. 하지만 이 방법 역시 적의 교란 전파 출력이 높아지면 전파 교란을 완전히 피할 수 없다는 한계가 있습니다.


   


이밖에 교란 방지 안테나를 세워 방해 전파를 제거하고 수신하는 소극적인 방식도 있지만 추가 설치 비용이 문제입니다.

아직 완벽한 대응 방법은 없는 상황인데, 그나마 국내에서는 과도한 규제에 묶여 기술 개발을 위한 연구 자체가 어렵다는 지적이 나오고 있습니다. 일부 이동통신사가 이처럼 기지국 안테나에 방해전파 차단장치를 설치했지만 통신장애 이외의 전방위적인 혼란을 막기에는 아직 역부족입니다. Fig.6와 같이 캐나다와 영국 업체가 공동 개발한 항재밍 장비, 일명 가젯(Gadget:GPS Anti-jamming)입니다. 지름 29센티미터의 작은 크기지만 교란 전파 대부분을 막아낼 수 있습니다. 그러나 문제는 국제법상의 상용전파방해에 대한 규정법입니다

3) 기타의 항재밍 기술(抗-電波攪亂技術/Anti-jamming technic):
항법장치에는 *관성항법장치 , 도풀러 항법장치(Doppler System), 레이져를 유도시킨 레이저 , 자이로 기반 관성항법장치와 위성항법장치의 결합 방식 등을 관찰하고 , GPS에 대해 일반 상식선의 설명 을 나누고자 합니다

*관성항법장치(Inertial Navigation System/ 慣性航法裝置)
레이저(Laser)를 이용하여, 관성공간에 대해 일정한 자세를 유지하는 기준 테이블을 만들고, 그 위에 정밀한 가속도계를 설치하여 이를 로켓 또는 항공기에 탑재한다. 이 장치에 의해, 발진 순간부터 임의의 시각까지 3축방향의 가속도를 2회 적분(積分)하여 비행거리를 얻고, 따라서 현재의 위치를 알 수 있다.
원래 이 장치는 미사일의 유도장치로 개발된 것으로, 정밀도가 향상되어 비행시간이 10여 시간인 항공기에도 탑재되며, 수천 km의 비행거리에서 오차는 10km 정도이다. 이 장치는 다른 원조를 전혀 필요로 하지 않고, 자기 위치를 결정할 수 있는 특징을 가지며, 또 다른 것의 방해를 받지 않는다는 점에서 군사목적에는 특히 중요하다. 이 장치는 아폴로 우주선 뿐 아니라 , 민간기인 점보제트•보잉 747 등에도 사용되고 있다. 이전의 도플러 레이더(Doppler Rader)는 지금 거의 관성항법장치(INS)로 대치되었다고 합니다

*위성항법 및 관성항법 복합장치(GPS & INS)
관성항법장치(INS)는 자이로스코프(gyroscope )•가속도계•컴퓨터 장치들로 구성돼 있으며 자이로스코프와 가속도계는 3차원 공간정보 계산을 위해 기본적으로 3개씩 내장되어 있습니다.
자이로스코프는 기준좌표를 설정, 본체 진행방향을 계측하고 가속도계는 진행방향으로의 가속도를 감지합니다.. 내장된 컴퓨터는 자이로스코프와 가속도계에서 감지한 각가속도•가속도 등을 종합계산, 차체의 위치, 속도, 자세 등 정보를 대공포의 사격통제장치에 제공하게 됩니다

INS는 외부 도움 없이 자신의 위치를 결정할 수 있는 특성으로 지형•기상 등에 영향을 받지 않으며 GPS로 표현이 곤란한 자세한 정보까지 얻을 수 있어 위치 및 자세정보를 필요로 하는 무기체계에 필수적 장비입니다. 또 전파방해 없이 위치, 자세를 감지할 수 있어 GPS보다 유용하다는 장점이 있으나, 최초위치를 입력해야 하고 이동거리 증가에 따라 위치오차가 증가됨으로써 이를 주기적으로 보정해 주어야 하는 단점도 가지고 있습니다
이러한 단점을 최소화하기 위해 최근에는 GPS와 연동시켜 위치를 보정하는 형태로 발전되고 있습니다, 쉽게 말해서 자동항법장치가, 위성에서 받은 전파에 의존하는 반면에, 관성항법장치는 외부로부터의 유도전파 없이 항공기에 탑재된 자이로 등으로 구성되는 독자적인 항법장치로, 항공기의 가속도 측정과 그 데이터를 처리하는 장치입니다

4) 항법 및 용어 해설:
* 위성항법장치(GPS):전 지구 위치파악 시스템으로 위치 정보는 GPS 수신기로 3개 이상의 위성으로부터 정확한 시간과 거리를 측정하여 3개의 각각 다른 거리를 3각 측정방법에 의하여 현 위치를 정확히 계산하는 시스템.
위성위치확인시스템(GPS)를 말한다. GPS는 인공위성을 이용하여 자신의 위치를 정확히 알 수 있는 시스템으로 비행기나 배, 차량 등의 운행에 널리 이용될 뿐만 아니라 토목의 측량이나 등산길 안내 등에도 유용하다. GPS는 1970년대 초, 미 국방성에 의해 개발되기 시작하였다. 1973년 미국 국방부에 모인 군 관계자와 민간 위성 전문가들은 전투기나 탱크에서 발사되는 미사일을 목표물로 정확히 유도할 수 있는 방법으로 지구 궤도를 도는 24기의 위성에서 무선 신호를 발사하는 새로운 항법 유도 장치를 제안했다. 미국방부는 이 개념을 받아들여 89년에 첫위성을 쏘아올렸다. 그후 94년까지 24기의 위성을 발사하는데 무려 1백 90억달러라는 천문학적인 돈이 들었다.

GPS시스템은 미국 공군이 군사적 목적으로 위치 및 속도, 시간정보를 제공하는 GPS위성과 GPS수신기로 구성된다. 지상 2만200㎞ 상공에서 적도면과 55도의 경사각을 가진 6개 궤도면에 4개씩 배치된 24개의 GPS 위성은 지구상 어디에서나 최소한 4개 이상의 위성이 보이도록 설계돼 있다. GPS 위성에는 약 16만년에 1초 정도만 틀리는 정밀한 시계가 4대가 장착되어 있어 이를 기반으로 GPS 위성은 30m의 오차와 10-9(나노/NM) 단위 이하의 시각정보를 제공하고 아울러 위도, 경도, 높이 등 3차원 위치까지 알려준다. 이 때문에 2대 이상의 GPS 수신기를 동시에 사용하면 두 지점간의 거리를 1천만분의 1로 잴 수 있으며 이는 100㎞의 거리를 1㎝의 오차로 측정할 수 있다.

*고정밀위성항법장치: 인공위성과의 교신만으로 현재의 위치를 알려주는 전세계위성항법장치(全世界衛星航法裝置, Global Positioning System)의 100m 가량의 오차범위를 지상의 기지국과의 교신을 통하여 10m 내외로 줄이는 것이 특징이다. GPS수신기를 2개 이상 사용하여 상대적 측위를 하는 방법으로, 개별위성의 거리오차 보정치를 정밀하게 계산한 후 이를작업 현장의 수신기 오차보정에 이용하는 방식이다

* 자이로스코프(Gyroscope): 그리스어로 ‘회전’이라는 의미의 ‘gyro’와, ‘본다’는 의미의 ‘skopein’의 합성어로 ‘회전을 본다’라는 의미를 가지고 있으며, 차체운동에 영향을 받지 않고 회전축을 중심으로 균형을 유지해 차체가, 기준좌표계로부터 얼마나 틀어진 방향으로 진행하는지 알 수 있는 원리를 활용합니다.

*링 레이저 자이로(Ring Laser Gyroscope): 레이저를 이용한 자이로. 삼각형 또는 사각형으로 된 자이로의 표면을 따라 상호 반대 방향으로 동일 주파수의 레이저 빔을 발사하여 되돌아오는 주파수를 비교한 후 각 가속도를 산출하여 이를 1차 적분하여 속도를 산출하고, 2차 적분하여 거리를 산출한다.


결론:

국내에서는 규제에 묶여, 관련 연구조차 수월하지 못합니다. 국내 신형군 장비 즉 전투기, 미사일, 이지스함등과 보잉747등은 항재밍 장치를 갖추고 있으나 구형장비나, 민간장비 및 통신 보호에 Fig.7.과 같은 한 예로, 일반상용 기기는 단 몇십불($)이면 구매할 수 있으나 아래와 같은 문제가있다.
전파법 58조에 따라 다른 통신에 방해를 주지 않을 경우에만 전파 발생 설비를 허가 받을 수 있기 때문입니다. 현행 전파법에 따르면 GPS 전파 교란과 같이 무선기기에 혼선을 일으키는 기기를 수입 제작 판매하거나 이러한 장치로 다른 무선기기에 영향을 주면 3년 이하의 징역에처해지거나 2000만 원 이하의 벌금을 물 수 있다.
만약 한국의 민간 비행기가 피해를 받았을 때는 국제법에 의해 큰 제재를 받게 된다고 합니다
전문가들은 현행 전파법과 함께 GPS에 대한 별도의 대책도 검토할 필요성도 제기했다 합니다.
신호 교란의 경우, 예방하는 것이 최선책이나, 정부의 허가 없이 전파 교란을 일으킬 수 있는 유사 장비를 소유하거나 사용하는 것은 확실히 규제해야 한다고 전해집니다.
GPS 신호를 생성할 경우에 기존의 다른 상용 시스템에 영향을 줄 수 있고, 그렇기 때문에 허락을 못 한다고 합니다, 국민 안전을 위한 제도가 전파 교란이라는 공격 앞에서는 오히려 걸림돌이 되고 있어 이에 대한 해결대책이 시급한 것으로 사료되며 논의되고 있다고 합니다. 적으나마 현사태의 이해에 도움이 되셨기를 바라는 바입니다.

*필자가 공군항공학교에서 배운, 조그마한 배경으로 최선을 다해 기술해 보았습니다만, 급개발되는 정보를 이해하고, 또 통제 관계로, 자료수집에 제안을 받아야 했슴을 이해해 주시면 고맙겠습니다. 이번에도 독자의 요청에 응답하느라 재미있는 역사를 다음호에 연재하게 되었음을 양지해 주시기 바랍니다.


Views: 395   

contact info : leech@thegrapevinetimes.com








일본군 위안부 문제 해결을 위한
세계 1억인 서명 운동

참여하기 : MORE DETAIL =>