진화하는 KF-21의 눈 'AESA 레이더'

한화시스템 용인연구소, AESA 레이더 시험장 현장 취재
모듈 1000개 동시 다발적으로 표적 실시간 추적 가능

1935년 영국의 로버트 왓슨 와트(Rovert Watson Watt) 연구팀은 전자파를 이용해 거리 60여㎞, 고도 300m에 비행하고 있는 항공기를 추적하는 데 성공했다. 미 해군도 이 기술을 활용했다. 레이더(radar) 개발의 시초다. 지상에서 항공기를 감시하는 영역 외에도 다양한 레이더 기술은 개발됐다. 초음속으로 비행하는 전투기에도 레이더를 달아 지상과 해상의 다양한 무기체계를 포착해야 했다. 우리 정부는 2012년 차세대 전투기 도입사업(FX사업)으로 미국산 스텔스 전투기 F-35A를 들여오면서 레이더 기술 이전을 미국에 요구했다. 미국은 단숨에 거절했다. 우리 정부는 KF-21전투기 개발사업을 추진하면서 능동형 위상 배열(AESA) 레이더를 개발하기로 했다. 미국, 이스라엘, 일본 등 세계 11국만 보유하고 있는 레이더 기술을 개발하는 데 결국 성공했다. 내년부터 배치된다. 레이더 국내 기술을 보기 위해 한화시스템 용인연구소를 찾았다.

AESA 레이다는 지금까지 공중에서 200회 이상 테스트를 거쳤다. 성능은 완벽했다. 지난해에는 방위사업청으로부터 '잠정 전투용 적합' 판정을 받아 양산을 시작했다. 올해부터 AESA 레이더를 한국항공우주산업(KAI)에 보내 KF-21 전투기에 탑재할 예정이다. (사진제공=한국항공우주산업)

레이더는 전파를 보내 표적을 맞고 돌아오는 시간 등을 측정해 표적의 위치, 거리, 크기를 알아낸다. 레이더의 전파는 직진으로만 향한다. 사방을 경계하기 위해 레이더가 360도로 회전하는 이유다. 하지만 한화시스템이 개발한 AESA 레이더는 다른 각도를 볼 수 있는 모듈이 1000여개가 달렸다. 사람으로 비유하자면 눈이 1000여개가 달린 셈이다. 레이더를 회전하지 않고도 1000여개 모듈 하나하나가 움직여 다수의 표적을 동시에 찾을 수 있다. 처리 속도도 빠르다. 마하 1(시속 1224㎞)의 속도로 비행하는 전투기에서 100만분의 1초(1마이크로초) 단위로 정보를 처리한다.

레이더는 크게 안테나장치, 송수신 처리장치, 전원공급장치로 나뉜다. 과거에는 별도의 컴퓨터까지 추가로 달았다. 하지만 AESA 레이더는 송수신 처리장치에 컴퓨터를 삽입해 크기와 무게까지 줄였다. 핵심 기술은 모두 국내 개발했다. 고주파(RF) 신호를 송수신하는 송수신모듈(TRM)과 증폭기(MMIC)를 개발해 수입품보다 단가를 30% 이상 줄였다. 자체 정비도 수월해졌다.

엄광식 레이더시스템기술팀장은 "AESA 레이더의 모듈은 각자 다른 주파수를 쓰기 때문에 적의 방해전파로부터 벗어난다"며 "실시간으로 상황이 공유해야 하는 '네트워크전'에서는 최적의 레이더"라고 말했다.

1층 시험장에서는 무반향챔버(Anechoic chamber)라고 불리는 전자파 시험장 4곳이 동시에 가동됐다. AESA 레이더의 양산이 시작되면서 시험 기간을 줄이기 위해 시험장을 늘렸다. 각 모니터에는 AESA 레이더의 모듈의 보정작업이 한창이었다. 모듈 1000개의 초점을 각각 맞추는 작업이다. 1대의 AESA 레이더 보정작업에만 2개월이 걸린다. 챔버 내부 벽에는 나뭇가지에 가시가 자란 듯 탄소섬유 재질의 전자파 흡수체 수백 개가 붙어 있었다. 시험 도중 외부 전자파의 방해를 받지 않기 위해서다. 전자파 흡수체의 크기는 주파수 범위에 따라 다르다. 주파수가 높을수록 파장이 짧아지고, 직진성이 좋아진다. 레이더를 1시간 정도 가동하면 자체 온도는 170도까지 올라간다. 레이더의 온도도 올라가기 때문에 냉각수로 열을 식힌다. 전투기가 높이 비행하면 자체 온도가 떨어져 걱정할 필요는 없다. 다만 온도가 극한의 저온으로 떨어지는 경우가 있다. AESA 레이더는 영하 40도에서 영상 70도인 극한 환경에서도 정상 작동할 수 있도록 설계되어 있다.

용인연구소 언덕길에 위치한 항전모의시험장에서는 완성된 AESA 레이더를 시험 중이었다. 실제 수도권 지역 상공을 날고 있는 항공기들이 실시간으로 포착됐다. AESA 레이더는 초고해상도 합성개구레이더(SAR)를 탑재했다. 전투기가 지상의 표적을 폭격한 뒤 피해 여부를 실시간 영상으로 볼 수 있다. AESA 레이더는 지금까지 공중에서 200회 이상 테스트를 거쳤다. 성능은 완벽했다. 지난해에는 방위사업청으로부터 '잠정 전투용 적합' 판정을 받아 양산을 시작했다. 올해 AESA 레이더 양산 1호기를 한국항공우주산업(KAI)에 보내 KF -21 전투기에 탑재할 예정이다.

김성태 항공레이더체계팀 팀장은 "지상 레이더와 달리 KF-21 전투기에 탑재된 AESA 레이더는 초음속의 속도에서도 더 넓은 구역을 탐색할 수 있을 것"이라면서 "해상이나 지상무기와 연계해 다양한 정보를 공유시킬 것"이라고 말했다.

AESA 레이더는 해외에서도 인정받고 있다. 지난해 5월에는 이탈리아 방산 기업 레오나르도에 '경공격기 AESA 레이다 안테나'를 수출하기도 했다. 한화시스템은 레오나르도의 공급망인 이탈리아를 포함한 유럽 외에도 아시아·태평양 지역 등으로도 경공격기용 AESA 레이더의 수출이 가능할 것으로 기대하고 있다.

진화도 이어진다. 전투기 레이더는 냉각수로 온도를 내리는데 앞으로는 공기를 이용할 예정이다. '공랭식' 방식이다. 전투기 내부에 냉각수가 차지하는 공간까지 없애겠다는 것이다. 모니터에 비유하자면 그동안 기계식레이더가 브라운관 수준이었다면 AESA 레이더는 발광다이오드(LED) 급에 해당한다. 앞으로는 알루미늄 가공처리 대신 신소재를 활용한 AESA 레이더를 개발할 예정이다. 유기발광다이오드(OLED) 급이다. 크기와 무게를 모두 줄여 무인항공기에도 장착할 예정이다.

박혁 한화시스템 DE 사업부장은 "지난해 국방과학연구소가 주관하는 '무인편대기용 AESA 레이더 기술개발' 과제를 수주해 국내 첫 공랭식 AESA 레이더 제작에 돌입했다"며 "레이더 시장에 새로운 기술을 선보일 예정"이라고 말했다.

양낙규 군사 및 방산 스페셜리스트 if@asiae.co.kr