서울공대 웹진(133호)

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• 고온 초전도 자석 기술 및
  응용 동향
• 무장·표적 할당 문제의 관점에서 바라본
  현대전의 패러다임 변화와 인공지능의 역할
• 미래국방을 준비하는
  최신 전자전 기술

전자전(Electronic Warfare, EW)은 현대 방위산업의 핵심 분야 중 하나로, 전자기 스펙트럼을 활용하여 적의 전자 시스템을 무력화하거나 아군의 전자 시스템을 보호하는 기술이다. 전자전은 적외선(IR), 라디오 주파수(RF), 마이크로파 등 다양한 주파수 대역에서 작동하며, 점차 정밀화되고 복잡해지는 위협에 대응하기 위해 기술의 진화가 요구되고 있다. 최근 방위산업에서 주목받고 있는 전자전 기술로서, 액정(Liquid Crystal) 기반 안테나 기술, 스텔스 메타표면(Stealth Metasurface), 투명 안테나(Transparent Antenna), 그리고 고출력 마이크로파(High Power Microwave, HPM) 기술이 있다. 이 글에서는 각각 전자전 기술들의 개념과 응용, 그리고 미래 발전 방향을 살펴본다.

1. 액정(Liquid crystal) 기반 안테나 기술

액정은 전기장 또는 자기장에 따라 광학적, 전기적 특성을 변화시킬 수 있는 물질로서 기존에는 LCD TV에 사용되는 재료로만 알려졌으나, 최근에는 재구성 가능한 위상 배열 안테나(Reconfigurable Phased Array Antenna)와 같은 응용 분야에서 전파를 동적으로 제어하는 데 사용되고 있다. 미래 전장 전자전 중 하나인 우주 기반 전자전(Spaced-Based Electronic Warfare)은 우주 공간에서 이루어지는 전자전을 의미한다. 이는 위성과 같은 우주 자산을 이용하여 적의 통신을 방해하거나, 적의 위성을 공격하는 등의 활동을 포함한다. 최근 해외에서는 액정을 활용한 이러한 위성통신용 안테나를 개발하는 사례가 보고되고 있다. 액정 기반 스마트 안테나는 기존 Bulky한 위성 통신용 리플렉터 안테나를 대체하여 평면형 구조로 구현이 가능하다. 또한 선박, 항공기 및 다른 운송 수단에 탑재가 용이하며 물리적으로 이동시킬 필요없이 원하는 방향으로 전자적으로 빔을 제어하기 때문에 미래 우주 기반 전자전에서 활용 가능성이 높다.

2. 스텔스 메타표면(Stealth Metasurface)

메타표면(Metasurface)은 전자기파(EM파)의 전파 특성을 조작하기 위해 설계된 인공적인 초박형 구조로, 기존 자연 물질로는 불가능한 전자기적 성질을 구현할 수 있다. 스텔스 메타표면은 이러한 메타물질을 활용해 레이더 흡수 구조(Radar Absorbing Structure)를 형성하거나, 적의 탐지를 회피하는 스텔스 기술의 핵심 요소로 사용된다. 스텔스 메타표면은 육안으로 확인이 어려워 무기 체계의 동작 및 적기 감지 등을 전자파를 이용한 레이다에 의존하는 전투기 분야에 주로 활용이 된다. 무인기 기술의 도래로 스텔스 무인기 기술도 활발히 연구가 진행되고 있으며, 국내에서는 방위사업청 주도하에 2022년부터 다목적 스텔스 무인기 개발이 진행되고 있다.

3. 투명 안테나(Transparent Antenna)

투명 안테나는 광학적으로 투명하면서도 전파를 송수신할 수 있는 기술로, 미래 국방 전자전 기술의 핵심 요소로 주목받고 있다. 스텔스 및 위장 기술이 중요한 현대 전장에서, 투명 안테나는 군용 차량, 항공기, 함정에 적용되어 적의 탐지를 회피하는 데 기여한다. 공간 제약이 큰 전자전 장비에 광학 및 전파 기능을 동시에 제공함으로써, 효율적 설계와 복합 임무 수행이 가능하다. 최근에는 그래핀 및 ITO(Indium Tin Oxide) 기반 소재를 활용해 높은 투명도와 성능을 제공하는 기술이 발전하고 있으며, 소형 UAV 및 군사 위성에도 적용되고 있다. 발전 방향으로는 소재의 내구성과 대역폭을 향상시키는 연구, 전술적 유연성을 위한 다중 대역 설계, 극한 환경에서의 성능 유지 기술 개발이 요구된다. 투명 안테나는 미래 전자전에서 위장성과 기능성을 동시에 충족하는 필수 기술로 자리 잡을 전망이다.

4. 고출력 마이크로파(High Power Microwave, HPM)

고출력 마이크로파(High Power Microwave, HPM)는 높은 전력의 전자파를 송신하여 대상의 전자 장비에 유도 전류를 발생시켜 파괴하거나 무력화하는 비살상 무기(Non-Lethal Weapon) 기술이다. HPM은 적용 장비에 따라 다르지만 수십~수백 kW까지의 송신 전력을 요구하기 때문에 고출력 송신 회로 기술, 높은 전력에 견딜 수 있는 안테나 기술, 높을 발열을 최소화할 수 있는 방열 구조 설계 기술 등이 요구된다.

전자전 분야에서 HPM은 표적과 직접 접촉하지 않고 원거리에서 적용 가능하다는 점, 물리적 폭발 없이 특정 전자장비를 무력화할 수 있다는 점, 주변 환경이나 인명 피해를 최소화할 수 있다는 점에서 많은 관심을 받고 있다. 특히 방위산업 분야의 통신, 타격, 보급 등 모든 분야에서 드론이 활용되고 있으며, 다수의 드론을 활용하는 군집 드론(Drone Swarm) 공격에 대응할 수 있는 새로운 방어 체계로 HPM이 주목받고 있다. 최근 미국에서는 군집 드론 공격에 대비하기 위해 HPM 장비를 개발 및 도입하고 있으며, 국내에서도 HPM 장비를 개발하기 위해 국방과학연구소와 군 관련 연구기관에서 개발을 검토하고 있다.