어뢰 범상어 백상어 청상어

ㅁ 어뢰 

중어뢰는 중간 유도 단계에서 항법 유도(navigational guidance)를 사용하고 표적 탐지 후에는 능동 또는 수동형의 탐색 유도(homing guidance) 방식을, 경어뢰는 ASROC 또는 헬기를 운반체로 사용하는 방식의 중간 유도와 표적 탐지 후 주로 능동형 소나로서 표적을 탐지하는 탐색 유도 방식을 사용하는 유도 무기다. 

어뢰는 일반적으로 중(重·heavyweight) 어뢰, 경(輕·ligh-weight) 어뢰로 구분되기 시작했다. 중어뢰는 중량 1∼1.5톤, 지름 533∼650㎜, 길이 6∼7m 정도의 어뢰로서 일반적으로 수상함을 대상으로 파괴하기 위해 250kg 이상의 충분한 폭약량을 가지며, 장사거리를 위해 추진부의 크기가 상대적으로 크다는 특징을 갖는다.

경어뢰는 중량 300㎏, 지름 324㎜, 길이 3m 이내로서 수상함 및 항공기에 탑재하여 근거리의 잠수함을 대상 표적으로 공격한다. 

ㅁ K761 중어뢰 범상어

함정들은 수상함과 잠수함을 막론하고 점점 속력이 빨라지고 있을 뿐 아니라 가장 큰 생존 위협이 되는 어뢰를 회피하기 위한 기만 능력을 강화하고 있다. 이에 따라 적의 함정들에 효과적으로 대응, 공격할 수 있도록 성능이 향상된 중어뢰를 확보할 필요성이 높아졌다. 

중어뢰 범상어(K761)의 모형도. 이미지=국방기술품질원

중어뢰 범상어(K761 Heavy Weight Torpedo, Tiger Shark)는 이렇듯 더욱 빨라진 적의 함정과 발전된 어뢰 대항 능력에 효과적으로 대응하기 위해 국방과학연구소(ADD)가 중어뢰 ‘백상어’에 이어 ‘중어뢰-Ⅱ 사업’으로 개발한 선(線)유도 방식의 고성능 수중유도무기이다. 

범상어는 손원일급(1800t급)과 도산안창호급(3000t급) 잠수함에 탑재된다. 명중률을 극대화하는 유도통제 능력을 비롯해 광대역 음향센서를 통해 강화된 탐지능력, 고정밀 항법유도조종, 실시간 데이터 처리 기술, 고속 추진 기술, 적의 기만과 항적추적 기능 등을 보유하고 있다. 개발 과정에서 99%의 높은 국산화율을 달성했다. 

지름은 533mm(21인치), 길이는 6.5m이며 약 1톤 가량의 무게를 지녔다. 사정거리는 약 50㎞, 속도는 50~60노트로 알려져 있다. 

2015년 12월부터 2018년 6월까지의 개발 및 운용시험평가에서 요구성능을 만족함으로써 2018년 11월 합동참모본부로부터 ‘전투용 적합’ 판정을 받아 2020년 방위사업추진위원회에서의 양산 결정과 함께 LIG넥스원이 생산을 시작했다. 해군 배치에 앞서 국방기술품질원 주관으로 2022년 3월과 5월에 손원일급(배수량 1800t급) 잠수함과 도산안창호급(배수량 3천t급) 잠수함에서 각각 실시한 품질인증사격시험에서 지정된 표적을 모두 명중시켰다.

목표물을 향해 발사관을 통해 발사되고 있는 범상어. 국방과학연구소

선유도 방식의 어뢰는 발사플랫폼인 잠수함과 어뢰를 광섬유 통신선(線 wire)으로 연결, 전투체계를 통해 유도명령과 통제를 받는데, 어뢰의 침로·속력·심도 등을 조종하면서 표적으로 직접 유도, 적의 수상함과 잠수함을 공격한다. 

범상어는, 표적 탐지가 어려운 수중 환경에서는 원거리에서 아군 잠수함의 소나(SONAR)를 이용하여 표적을 탐지·추적하고 어뢰를 발사하며, 어뢰가 표적 근처로 유도된 후 어뢰 자체 소나를 이용해 표적을 탐지·추적한다. 표적함의 항적(수상함이 기동하면 발생하는 기포)을 탐지 추적하는 기능도 갖추고 있으며, 표적함이 기만기를 사출하거나 회피 기동을 하더라도 발사함의 통제로 침로를 변경해 추적, 공격할 수 있어 명중률이 높다.  / 국방일보 2023.2 신인호기자

ㅁ 백상어 (K731·White Shark)

설계부터 시험평가까지 국방과학연구소를 비롯한 국내 기술진의 힘으로 1998년 개발에 성공한 국산 중어뢰(Heavy Weight Torpedo 重魚雷)이다. 백상어 개발로 우리나라는 미국, 영국, 독일 등에 이어 세계 여덟 번째로 어뢰 독자 개발국 반열에 올랐다.

백상어는 잠수함에 탑재해 적의 수상 및 수중전력을 공격하는 중어뢰로서 전기추진에 의해 작동되며 잠수함에서 발사한 뒤에는 함에서 목표물을 계속 추적/유도할 필요 없이 어뢰 스스로 목표물을 찾아가 호밍 타격하는 발사 후 망각형(fire and forget)의 유도방식을 적용하고 있다. 파괴력은 TNT 200kg 이하인 하픈의 두 배에 가까운 370kg이다.

설계기술에서 전자제어 기술, 탐지기술, 고성능 모터생산기술 등 대부분을 국내에서 개발해 국산화율이 94.3%에 달했다. 특히 개발 및 시험평가 단계에서 방식을 채택해 개발소요기간(8년)과 개발비(300억 원)를 크게 줄였다. 중어뢰는 대체로 직경이 533mm이지만 백상어의 직경은 483mm로서 소형 잠수함(정)에서도 운용할 수 있다. 길이 6m, 중량 1,100kg.

백상어 시제. 사진=국방과학연구소

국방과학연구소가 중어뢰 ‘백상어’의 연구개발에 나선 것은 1990년이다. 해군의 소형 잠수함인 ‘돌고래’ 국내 개발에 이어 독일 209급 잠수함의 확보 계획에 따라 해군에서는 중어뢰 국내개발을 의욕적으로 제기했다. 

당시 해군에서는 미국의 Mk 37 중어뢰를 확보하고자 했으나 미국은 판매불가 통보를 보내왔다. 이를 계기로 국방과학연구소는 Mk 37의 성능을 기본 요구성능으로 한 중어뢰 연구개발을 서두르는 한편, 해군은 독일의 SUT 중어뢰를 도입하기로 결정했다. 국내 개발할 어뢰와 병행 탑재하여 표적에 따라 선별 공격을 하기 위해서였다.

1980년대는 전자공학, 특히 컴퓨터가 급속히 발전했던 시기였다. 국방과학연구소는 컴퓨터를 어뢰에 접목함으로써 백상어가 Mk 37 이상의 성능을 갖도록 설계에 착수하면서 독자개발을 위한 인프라 구축을 위해 국내 유수 대학의 관련 분야 교수진과 여타 연구기관 및 업계의 유사 분야 연구 인력을 총결집하는 산·학·연 협력체제를 구축했다.

백상어의 개념 설계 과정에서 최우선적으로 이뤄진 것은 군 요구 사양을 분석하고 기본적인 제원 설계를 위한 시뮬레이션 프로그램의 개발과 기본설계 및 상세설계를 위한 프로그램의 개발이었다. 이러한 소프트웨어의 개발을 통해 획득한 기술을 기반으로 가상현실 속에서의 실시간 육상 실험이 가능한 HILS(Hardware In the Loop Simulation) 시스템이 개발되었다.

백상어의 성능을 육상에서 테스트하는 HILS장비. 사진=국방과학연구소

연구팀은 유도무기 개발에서는 빼놓을 수 없는 필수적인 성능검증 시스템인 HILS 시스템을 이용한 가상 발사를 수없이 많이 수행하여 설계 제작 과정에서의 오류를 확인·수정함으로써 발사에 따르는 많은 시간과 비용을 절감할 수 있었는데 1993년 9월 21일 실시한 최초의 해상발사시험에서 HILS 시스템을 이용한 가상발사시험과 유사한 결과를 얻는 성공을 거두었다.

그러나 백상어 연구개발의 순항은 오래가지 못했다. 1994년 2월 3일 2차 발사시험을 할 때였다. 시험선에서 발사된 ‘백상어’가 예정된 주행시간 4분20초를 채우지 못하고 3분 8초 만에 해수면 위로 솟구쳤다. 그때부터 수면 밑으로 들어갔다 나왔다를 반복하며 내달리더니 22노트의 속도로 달리는 시험선의 추격을 물리치고 끝내 어디론가 사라지는 사건이 벌어졌다. 대마도 앞쪽 일본 영해 가까이에서 찾아내어 이른바 ‘백상어의 대마도 원정사건’으로도 불린다.

이때의 원인은 발생할 가능성이 1%도 안 되는 인터페이스 오류 탓이었다. 이 같은 실패를 딛고 수차에 걸친 해상발사시험을 통해 연구팀은 군이 요구한 작전운용성능보다 성능이 우수한 개발 결과를 얻음으로써 백상어의 개발 성공 가능성이 어느 정도 가시화되었다.

여기에 209급 잠수함의 전투체계인 독일의 ISUS-83 시스템에 백상어를 연동시키는 문제도 해군(조함단)의 적극적인 지원 아래 성공적으로 이루어졌다.

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1998년 봄, 잠수함 이종무함과 돌고래를 이용한 백상어의 운용시험(발사시험)이 성공적으로 수행됨으로써 한국 최초의 독자적인 어뢰 개발을 성공적으로 완료하는 쾌거를 올렸다. 이로써 한국은 어뢰 개발 가능성 검토 후 25년 만에 미국, 영국, 독일 등 선진국에 이어 세계에서 여덟 번째로 어뢰 독자개발 국가의 대열에 합류한 것이다.

하지만 양산에 이어 실전배치 후 백상어는 해군에서 실시한 실탄사격훈련에서 크나큰 소용돌이에 휘말리게 되었다. 2003년 8월 동해 해역에서 실시된 퇴역 함정을 표적함으로 한 사격훈련에서 표적함 전방 약 200m에서 조기 폭발하는 등의 불명중 사태가 발생한 것이다.

국방과학연구소는 관련 기관과 함께 원인을 분석하면서 해군이 보유한 전체 중어뢰 물량에 대한 정밀 재점검에 나섰다. 국정감사에서 국회의원들이 질문 공세를 하고, 일부 언론에서는 어뢰 자체에 불신을 보이는 등 문제는 심각했다.

어뢰 연구팀은 근접자기센서의 수면감지에 의한 오폭발 가능성이 높다고 진단했다. 발사 시 백상어가 수면에서 그리 깊지 않게 항주(航走)했기 때문인데, 본래 백상어는 흘수(吃水)가 깊은 대형 함정을 주 목표물로 삼아 수면 깊이 주행하게 되어 있다. 연구팀은 해군의 지원을 받아 백상어가 수면 근처로 주행할 때 근접신관의 작동이 어느 정도 영향을 받는지 분석하고, 이 경우 어느 정도 보완해야 하는지에 대해 연구했다.

약 9개월에 걸쳐 분석과 실험을 실시한 결과, 수면 근처에서의 백상어 주행 로직(logic)을 미세하게 조정하고 근접신관의 작동 범위를 조절하면 해결이 가능할 것으로 보았다. 소프트웨어의 수정만으로도 백상어의 성능 보완과 개선이 가능하다고 결론을 내렸던 것이다.

백상어 성능 개선 전.후의 수면 근처 주행 비교 그림이다. 백상어가 잠수함 발사 후 최종 주행 수심 이상으로 솟아오르는 오버슈트 현상은 최초 실사격에서 불명중의 원인으로 판단됐다.

2004년 5월, 동해에서 실시된 2발의 실탄 사격에서 백상어는 표적함인 소형 퇴역함을 모두 명중시켰다. 이 사격은 단지 백상어의 성능개선 확인뿐만 아니라 흘수가 깊은 대형 함정은 물론 흘수가 낮은 소형 선박까지도 공격해 격침시킬 수 있도록 성능을 향상시켰음을 보여준 것이었다. / 국방일보 2022.8 신인호기자

ㅁ SUT(Surface and Underwater Target) 

독일 AEG사(社)에서 자국용이 아닌 수출용으로 개발한 직경 533mm의 중어뢰이다. 수상함과 잠수함 등 목표물에 대해 발사 후 선유도(wire-guided) 방식으로 항주, 공격한다. SUT에는 3가지 버전이 존재한다. 최초 개발된 ‘Mod 0’는 인도네시아와 그리스에 수출되었으며 Mod1은 구매국가인 인도와 칠레의 해역에 적합하게 개량한 것이다. Mod2는 한층 향상된 버전으로서 항주하는 동안 자체적으로 획득한 음향신호 데이터를 발사 모함으로 전송시킨 후 모함에서 수정된 공격정보를 수신해 목표물에 대한 타격 정확도를 높였다.

해군의 장보고급 이천함(SS-062)은 1999년 3월 25일 괌 인근에서 있었던 서태평양훈련(Tandem Thrust)에서 SUT어뢰를 발사, 미 해군의 퇴역 순양함 오클라호마시티(OKLAHOMA CITY 1만2000톤급)를 격침시켰다.

길이 : 6,150mm (유도선 케이스 포함 6,620mm) / 직경 : 533mm / 무게 : 1,414kg / 탄두 : 260kg / 운용수심 : 2~ 600m(+)  / 최대 속도 : 35노트 / 국방일보 2021.3

ㅁ Mk-44 어뢰

Mk-44 어뢰는 1950년대 미 해군의 새로운 대(對)잠수함 경어뢰 프로그램에 의해 개발돼 미 해군이 1956년부터 운용을 시작한 능동형 호밍어뢰이다. Mk-44는 해수전지를 이용하는 최초의 어뢰로서, 길이 2.56m, 직경 324mm, 중량 233kg이며 30노트의 속력으로 5km의 사거리를 갖고 있다. 

한국형 어뢰 개발의 모방모델이 되었던 Mk-44경어뢰

1950년대 초 배치된 수상함과 항공기에서 발사하는 Mk-43어뢰 보다 속력과 주행거리, 호밍 능력이 우수한 것으로 평가됐다.  Mk-44는 국방과학연구소(ADD)가 한국형 어뢰를 개발을 하면서 모방한 모델이었으며, ADD가 KT-75 등 연구용 시제 개발이 거듭하면서 완성도가 높아지자 미국이 대한민국 해군에 상당량을 판매했다.

ㅁ K745 lightweight torpedo Blue Shark

어뢰 ‘청상어’는 국방과학연구소(ADD)가 어뢰 국산화를 위해 30여 년간 각고의 노력 끝에 수확한 값진 결실로서 미국, 영국, 독일, 프랑스, 이탈리아, 중국, 일본에 이어 세계에서 7번째로 개발한 수중 유도무기체계이다.

청상어는 빔 조향기술을 적용한 능동형 소나(SONAR)로 적 잠수함을 탐지 추적하며, 1.5m의 철판을 관통할 수 있는 지향성 탄두를 적용해 이중선체의 잠수함을 타격한다. 길이 2.7m, 무게 280㎏.

개발 단계에서 완성된 청상어 시제. 사진=국방과학연구소

청상어는 구축함 등 수상함과 대잠 헬리콥터, 해상초계기(P-3C)에서 발사가 가능하며 어뢰에서 직접 음파를 쏘아 목표물을 탐지·추적, 공격한다. ‘간담을 서늘케 한다’는 어뢰(torpedo)의 어원적 의미 그대로 청상어는 수적으로 위협이 돼 온 북한 해군의 잠수함 전력을 억제할 수 있는 핵심이다.

시험평가 당시 해군 링스에서 발사되고 있는 청상어. 사진=국방과학연구소

ADD는 1970년대 초 창설 초기부터 어뢰 국산화에 돌입, 1976년에 미국산 Mk-44 어뢰를 모방한 무유도 직진어뢰 KT-75(일명 ‘상어’)의 시제를 개발한 데이어 80년대 말에는 심해용 Mk-44 어뢰를 우리나라 천해(淺海)에 적합한 경어뢰 K744로 개조·개선한 바 있다.

청상어는 중어뢰 ‘백상어’에 대한 연구개발이 한창이던 1993년부터 2년간 탐색개발을 수행한 후 1995년 8월부터 본격 개발에 들어가 넥스원퓨처(현 LIG넥스원), 세방하이테크 등의 방산업체가 시제업체로 참여한 가운데 연구개발을 진행했다.

백상어 개발에 따른 인력난으로 잠시 연구개발이 미뤄지기도 했던 청상어는 체계개발에 따른 시제품으로 2004년 6월까지 탐지-추적-유도-조종-추진과 관련된 성능시험을 50여 회에 걸쳐 수행하며 성능을 검증했다.

해군 원주함(PCC) 승조원들이 경어뢰 청상어를 발사하고 있다. 국방일보DB.

특히 2004년 7월부터 해군 주관으로 실시하는 운용시험에서는 우수한 성능과 구축함 등 발사 플랫폼과의 연동성을 그대로 입증해 보였다. 수상함 3회, P-3C 4회, 링스헬기 1회 등 8차례의 발사시험에서 목표물을 100% 명중시켰다. 이 중에는 2회의 전투탄 실사격이 포함됐다.

청상어는 해군의 대잠수함 전력 향상에 기여할 첨단 무기 체계로서 선진국 최고 수준의 어뢰와 동등한 성능을 자랑한다. 한국 해양 특성에 적합할 뿐만 아니라 어뢰운용 기법 역시 독자적으로 개발해 공격성공률이 향상된 것이 장점이다.

국방과학연구소의 국방과학관에 전시된 모형들로 청상어(아래 절개모형)의 지향성 탄두가 관통시킨 철편 모습. 청상어 너머로 백상어 절개모형이 자리해 있다. 국방일보DB.

빔 조향기술을 적용한 능동형 소나의 탐지거리는 세계 최고 수준이며, 이중선체를 파괴할 수 있는 지향성 탄두는 1.5m의 철판을 관통할 수 있다. 고밀도 알루미늄 산화은 전지는 세계에서 2번째로 개발된 핵심부품이다. 부품(레벨 Ⅳ) 기준 91%, 가격 기준 85%의 높은 국산화율을 보이고 있다. / 국방일보 2022.8 신인호기자

경어뢰 (tistory.com)

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