[매드사이언티스트2021] 전투병은 전쟁 소모품 오명 벗나...병사 생존력 높이는 스텔스 기술 개발중

< 조형희 연세대 교수가 24일 열린 '코리아매드사이언티스트콘퍼런스'에서 스텔스 기술에 대해 발표하고 있다. 영상 캡처. >

항공기나 군함, 유도탄 등 군용 무기체계를 만들 때 적의 레이더 전파를 흡수해 감시망에서 탐지되지 않도록 하는 기술을 ‘스텔스’ 기술이라고 한다. 레이다 전파를 흡수하는 구조나 소재가 활용된다. 그동안 전투기 위주로 적용됐던 스텔스 기술이 최근 들어 육군 무기체계에도 적용되고 있다. 열을 감지하는 적외선과 전자파를 활용한 레이더를 한꺼번에 회피할 수 있는 스텔스 기술 필요성도 커지고 있다. 

24일 서울 성북구 소재 한국과학기술연구원(KIST) 존슨강당에서 열린 ‘코리아 매드 사이언티스트 콘퍼런스’에서는 스텔스 기술을 주제로 전날에 이어 세 번째 세션이 진행됐다. 주제발표에 나선 스텔스 관련 전문가들은 육군 무기체계에 적용될 수 있는 스텔스 기술을 소개하고 적외선과 전자파 탐지를 동시에 피할 수 있는 스텔스 기술의 육군 무기체계 적용 필요성이 커지고 있다고 목소리를 냈다.

육군과 국가과학기술연구회가 공동 주최한 이번 행사는 미 국방부가 과학자들이 소개하는 첨단 기술을 듣기 위해 여는 ‘매드 사이언티스트 콘퍼런스’를 모델로 삼고 있다. 2019년 첫 개최 이후 네 번째로 열린 이번 행사는 ‘미래전의 게임체인저를 주제로 진행돼 군 관계자와 연구자들 50여 명이 참석했다.

기존 육군 무기체계에서 스텔스 기술은 병사가 적의 눈에 띠지 않도록 하는 데 집중됐다. 적외선 카메라나 야시경 등이 나오면서 병사를 쉽게 인지할 수 있게 됐기 때문이다. 병사의 몸에서 나오는 열로 방출되는 적외선을 어떻게 감추느냐가 관건이다. 탱크나 장갑차, 무인기, 헬기 등 육군 무기체계가 다양화하면서 전자파 기반의 레이더 탐지를 피하는 스텔스 기술도 중요해졌다.  

발표에 나선 조형희 연세대 기계공학부 교수는 “육군 무기체계에서 스텔스는 병사, 전차, 비행체 관련 스텔스 기술로 각기 다르게 개발되고 있는데 각 분야 특성을 반영해 적합한 스텔스 기술을 개발해야 한다”며 국내에서 개발된 주요 스텔스 기술을 소개했다.  

병사들을 대상으로 한 스텔스 기술은 병사 인체의 각 부위가 발산하는 열에너지 영역을 분석하는 수준까지 진보했다. 신체의 모든 부분마다 모델링을 통해 체온이 어떻게 바뀌는지를 분석하고 수분 증발, 땀 배출, 혈관 확장, 혈액 이동 등의 변화를 고려한다. 기초 대사량과 운동량을 계산해 신체 각 부위의 온도 변화를 모델링하는 것이다. 이를 통해 병사의 군복 착용에 따른 온도 변화를 분석하고 방출되는 적외선을 줄이는 방사율 저감 코팅 기술을 개발했다. 

조 교수는 또 무인기 등 비행체의 경우 실제 비행시 각 부위별 온도를 분석해 적외선 신호 특성을 파악했다. 분석 결과 적외선 신호가 가장 크게 나오는 곳은 곡면부였다. 엔진에서 발생한 열이 배출되는 흡배기구도 마찬가지다. 흡배기구 최적 형상설계 연구와 적외선 저감 물질로 만들어 붙일 수 있는 패치 기술을 개발했다. 여기에 적의 레이더가 쏘는 전자파를 교란시키는 메타물질을 적용해 적외선 감시와 레이더 탐지를 동시에 회피할 수 있는 ’스텔스 메타물질‘을 개발했다. 메타물질이란 자연적으로 존재하지 않는 특성을 구현하기 위해 설계된 물질로 흔히 인위적으로 빛을 굴절시켜 사물을 보이지 않도록 하는 ‘투명망토’ 구현이 가능한 물질로 알려져 있다.

조 교수는 “결국 레이더와 적외선 감시를 회피하는 스텔스 메타물질 개발 필요성이 커질 수밖에 없다”며 “개발한 스텔스 메타물질의 경우 레이더 전자파를 90% 이상 흡수하고 적외선 신호를 95% 이상 줄이는 성능이 나오고 있는데 이를 업그레이드해 군이 사용할 수 있는 기술이 될 수 있도록 할 것”이라고 밝혔다. 

최태인 한국기계연구원 파동에너지극한제어연구단 연구위원은 연구단이 개발한 전자파 흡수 기술을 소개했다. 최 연구위원은 “지상무기체계는 은폐나 엄폐가 용이한 지상 환경으로 스텔스 기술 적용 요구가 상대적으로 적었지만 공격헬기, 무인기, 대전차유도무기 등 위협에 대비해 육군무기체계 스텔스 기술 적용 필요성이 커지고 있다”며 “특히 전자파 레이더의 경우 레이더 신호 반사 방향을 바꾸는 구조 설계와 전자파 흡수체 구조 개발이 동시에 이뤄져야 한다”고 설명했다. 

연구단은 전도성 잉크를 이용한 전자파 흡수체 구조를 2018년에 개발했다. 이 기술은 레이더에서 나오는 전자파를 96% 가량 흡수할 수 있다. 전도성 잉크 대신 꿈의 소재로 불리는 그래핀 패턴을 사용해 새로운 구조를 개발하는 동시에 메타물질의 기술적 어려움을 해결하는 연구도 진행중이다. 

최태인 연구위원은 “결국 전자파 반사를 다른 방향으로 보내거나 흡수하는 물질과 구조 연구, 적외선 감시와 전자파를 동시에 감쇄할 수 있는 기술이 구현돼야 스텔스가 가능할 것”이라고 강조했다.