전투기 F-104J 업그레이드 제안

[백선호]

1966년 10월호 일본 항공정보에 나온 기사인데 이 기사를 쓴 아오키 히데오가 비밀보호법 위반 죄로 불구속 입건된 바로 그 기사입니다.

F-104J에 달린 NASARR F15J 레이다의 신호 처리 능력을 개량해 탐지 거리를 늘리고, IRST를 추가하고, 다가오는 적기의 앞으로도 쏠 수 있는 적외선 유도 미사일을 장비하자는 주장입니다.

사실 1960년대의 마하 2급 전투기들 F-104, F-105, F-106, Lightning, Mirage III, J-35 Draken, Su-9 Fishpot, MiG-21 Fishbed 모두 자기보다 낮은 고도에 있는 표적을 레이다로 탐지할 수 있는 능력이 없었는데

이들은 1980년대에 대부분 퇴역했고 구닥다리 MiG-21을 계속 개량한 중국 J-7의 파키스탄 수출형 F-7PG는 표적의 속도를 측정해서 자기보다 낮은 고도에 있는 표적도 탐지/추적할 수 있는 이탈리아제 Grifo 7 펄스-도플러 레이다를 달고, 다가오는 표적의 앞으로도 쏠 수 있는 AIM-9L로 무장해서 아오키 히데오가 1966년에 제안한 능력을 갖추게 되었습니다.

FCS의 향상은 경제적으로

F-104J에 장착된 NASARR (North American Search And Ranging Radar) F15J에는 유감스럽게도 이러한 자동 방위 결정이라든가, 자동 항행의 기능은 없다. 수색, 추적, 발사에 대한 자동기구도 필요한 최소한으로 그쳐 있다. 이 때문에 F-104J의 요격은 지상의 요격 관제 기관(GCI)으로부터의 지령을 받아 조종사가 일일이 조작을 하지 않으면 안 되는 불편함이 있다.

그러나 이것은 당초부터 각오를 하고 있던 것으로, F-104J와 같이 소형이고 가볍고 민첩한 전투기의 특성을 살리기 위해서 복잡한 기능을 요구하지 않고 소형·경량의 화기 관제 장치로 하는 것에 철저했기 때문이며, 사실 레이다 부분의 중량이 약 70 kg, 용적 약 65,000 cm3이라고 하는 경이적인 것이 되어 부속 설비를 포함한 화기 관제 장치 전체의 중량도 160 kg에 지나지 않는다. 이것만으로는 좀 알기 어렵겠지만, 항공자위대가 사용하고 있는 전천후 전투기 노스 어메리컨 F-86D의 E-4 화기 관제 장치가 peak 출력 159 kw, 최대 탐지 거리 25~30 NM의 능력으로 (표적의 RCS는 얘기하지 않음) 중량 230 kg이나 되는데 출력 220 kw, 탐지 거리 40 NM이라고 (바로 이 부분이 비밀보호법 위반으로 걸렸음 - RCS 5 m2인 표적을 40 NM에서 탐지한다면 1 m2의 표적은 26.75 NM에서 탐지) 하는 NASARR가 160 kg밖에 되지 않는다고 하면, 그 차이가 이해될 것이다. 기능상으로 말해도 NASARR는 E-4와 비교할 수 없을 정도의 다양한 능력을 가지며 부품의 수도 많다. 진공관, 트랜지스터 등의 수를 봐도 E-4는 457개인데 NASARR는 1,175개나 사용하고 있다. 그러면서 중량은 2/3에 불과한 것이다.

이렇게 경량 소형화에 성공했지만, 그러기 위해서 앞서 말한 자동 기구뿐만 아니라 레이더 능력도 희생되고 있다. Peak 출력 220 kw라고 하는 것도 현재의 제1선 전천후 화기 관제 장치로서는 작은 편이고, 기수가 가늘기 때문에 안테나도 소형인 것으로 되어 있다. 상식적으로 화기 관제 장치의 자동 추적 조준 가능 거리는 안테나 지름 1 인치(2.54 cm)당 1 NM 정도로 되어 있기 때문에 안테나가 소형이 되면 그만큼 능력이 작아졌다고 해도 좋을 것이다. 이런 점에서 NASARR 그 자체의 능력에 의문을 가지고 완전히 새로운 장비로 바뀌었으면 하는 의견도 있다. 예를 들어 스위스 공군의 Mirage IIIS 전투기가 사용하고 있는 (미국 Hughes) TARAN 18 화기 관제 장치라면 출력도 NASARR보다 크고, 표적이나 귀환 기지 자동 표시 장치도 있으며, 게다가 소형으로 되어 있기 때문에 적당하지 않을까 하는 설이다.

그러나 실제로 기술면이나 경비면에서 이것은 불가능에 가까울 것이다. F-104J의 기체를 그대로 쓰는 한 안테나를 대형화할 수 없으며 전원의 용량에도 콕핏의 표시 장치 여유에도 한도가 있다. 설령 5%나 10%의 능력 향상이 가능하다고 해도, 이것에 필요한 경비가 방대해지면 새로운 전투기를 사는 편이 오히려 유리하다. 기체의 특성을 해치지 않고, 게다가 적은 경비로 화기 관제 장치의 능력을 높여야 하는 것이다.

(중간 생략)

제1의 화기 관제 장치의 능력은 그 출력과 안테나 이득, 거기에 수신기 감도의 3가지 요소에 거의 결정적인 영향을 받는다. 앞서 언급했듯이 현재의 NASARR를 생각하면 출력의 대폭적인 증가라든가 안테나를 극단적으로 대형화한다는 것은 용적과 중량의 점에서 불가능에 가깝다. 당연히 남겨진 해결책은 수신기의 감도를 증가시킨다는 점에 있으며 이것이 가장 실현 가능성이 높다.

그 방법으로서는 최근 급속히 발달해 실용화해 온 패러매트릭 증폭기의 추가가 적당할 것이다. 필요한 신호만 골라 이를 증폭하는 패러매트릭 방식은 신호와 잡음의 레벨 차이(S/N 비)를 현저히 개선하기 때문에 탐지거리를 증대하기 위해서 지극히 간단하고 유리하다. 실제로 NASARR에 이런 종류의 증폭기를 어댑터로 부가하면 약 50%나 탐지 가능 거리를 늘릴 수 있음이 확인되어 서독 공군도 F-104G에 이 어댑터의 채용을 고려하고 있다.

(중간 생략)

레이더식이냐 적외선식이냐

마지막 전주 (360도 전방위, all aspect) 공격의 기능이라는 것은 본질적으로 공대공 미사일 선정의 문제다. 현용 (AIM-9B) 사이드와인더 1A가 상대 항공기 꼬리 부분에서 발생하는 적외선을 감지하여 이를 추적하는 형식을 취하고 있으므로 상대의 후방으로 돌아가지 않으면 공격을 할 수 없다는 단점이 있고, 또 태양이라든가 태양 광선을 반사하는 구름 등 적외선 source를 피해야 한다는 제한이 있다. 특히 표적이 전투기와 같은 경쾌한 운동을 하는 항공기일 경우에는 이 적외선 노이즈에 의한 영향이 커지는 동시에 미사일을 발사할 때의 기동 G 제한이나 미사일의 운동 특성, 미사일 및 화기 관제 장치의 유효 사거리 등이 문제가 되어 명중률이 극단적으로 저하될 것임은 베트남의 실전 사례를 보아도 분명할 것이다.

그래서 전주 (360도 전방위, all aspect) 공격이 가능하고 발사할 때의 기동 G 제한이 적고 운동 특성이 좋으며 태양 등 방해물이나 ECM 등의 전자 방해에도 강해 명중률이 좋은 공대공 미사일이 필요하다는 것이다. 여기서 좀 주의가 필요한 것은 미사일의 발사할 때의 기동 G 제한이나 운동 특성에는 그 크기도 밀접한 관계가 있다는 것으로 원칙적으로 작고이고 전체 길이가 짧을수록 이 특성은 좋아진다는 것이다. 또 기체의 운동성이나 탑재 능력이라고 하는 것에서는 가능한 한 경량인 것이 좋다. 이런 점에서 공대공 미사일은 능력이 뛰어난 동시에 소형 경량이어야 한다는 것도 무시할 수 없는 일인 것이다.

공대공 미사일 문제에서 가장 논란이 되는 것은 레이다에 의한 세미-액티브 호밍이 좋은지 적외선 호밍이 좋은지 여부일 것이다. 전천후 능력을 준다는 의미에서 레이더 호밍 AAM의 가치가 높다는 것은 논할 나위가 없다. 그러나 일면 이 형태의 미사일은 그 자체가 대형화되는 것과 취급이 어려워지는 것, 게다가 가격이 상당히 비싸지는 것도 사실이다. 그리고 전투기 요격이 특별한 조건 하에서만 적외선 호밍 AAM을 사용할 수 있는 조건에서 이루어지는 경우가 비교적 많은 것도 베트남의 실전 사례에서 알 수 있다.

이 장비를 어느 쪽으로 해야 하느냐는 이론적인 문제는 간단한 논의로 결정되는 것이 아니다. 이것은 또한 기회를 재차 거론해야 할 일이라고 생각하지만, F-104J의 가급적 소규모 업그레이드라고 한다면 결론은 간단하다. 만약 레이더 호밍 AAM을 채택한다면 레이더 화기 관제 장치에 CW 인젝션의 (Continuous Wave Injection) 추가는 절대적으로 필요하다. 당연히 이것에 따라 안테나의 교체, 출력의 증대, 미사일 유도 컴퓨터의 장비가 필요하게 되어 화기 관제 장치의 대폭적인 업그레이드가 필요하게 되고 말 것이다.

이에 반해 적외선 호밍 AAM이라면 현용 사이드와인더 AAM과 동일하므로 거의 리모델링이 필요 없다. 적외선 호밍에서는 대체하지 않는다고 생각할지 모르지만 최신형 미사일은 적외선 호밍에서도 획기적인 진보를 보이고 있으며 냉각형 탐지 장치를 사용하여 전주 (360도 전방위, all aspect) 공격이 가능해지고 있으며 탐지 거리도 정확도도 비약적으로 향상되어 있기 때문에 이를 대체하는 것만으로 현용 사이드와인더보다 현격히 진보된 요격 능력을 기대할 수 있는 것이다.

나쁜 일은 숨기지 않고

이상에서 언급한 바를 정리해 보면, F-104J를 가장 쉽게 업그레이드하여 그 요격전투기로서의 기능을 향상시키기 위해서는

(1) NASARR 화기 관제 장치에 패러매트릭 증폭기를 부가하여 능력을 약 50% 향상한다.

(2) 적외선 탐지 장치를 NASARR 화기 관제 장치와 연동시켜 장비하고 대전자방해기능(ECCM)을 부여해 아울러 저공 요격 능력을 향상한다.

(3) 전주 (360도 전방위, all aspect) 공격이 가능한 적외선 호밍 AAM을 채용하고 이를 활용할 수 있도록 기체와 화기 관제 장치를 업그레이드한다.

이 세 가지 방법으로 가능하다는 얘기다. 가능하면 레이더에 의한 세미 액티브 호밍 AAM을 채용하고 싶지만, 여기에는 앞선 말한 바와 같은 많은 어려움이 여기서는 다루지 않기로 하자.

언뜻 보기에 별 변화가 없는 업그레이드같지만 지금까지 설명한 대로 이로 인해 F-104J에서 문제가 되는 결함은 모두 해결할 수 있고, 지난 10년간의 장래에 대해서도 충분히 적응할 수 있는 근대화가 가능한 것이다. 딱히 이 구상을 파는 것은 아니기 때문에 정확히 계산한 것은 아니지만, 이 정도의 리모델링이라면 대당 5,000만엔만 들이면 충분할 것이다. 그것으로 근대화를 할 수 있고 F-104J의 수명을 연장할 수 있다면, 지극히 저렴하다고 해도 좋을 것이다.

물론 미사일에도 1발에 500만엔 정도는 들겠지만 싸다는 사이드와인더도 1발에 100만엔이나 200만엔은 들 것이고 대신 사들이기만 하니 그렇게 비싸게 되는 것도 아닐 것이다. 대당 4발씩 장비해도 차액은 1,000만엔~1,500만엔 정도일 것이다.

여기서 말하고 싶은 것은 경비가 얼마나 드느냐 하는 것이 아니다. 차기 전투기 F-X가 무엇이 되든, 그 시기가 언제가 되든 F-104J는 앞으로 오랫동안 일본의 주력 요격 전투기로서 국방의 1선에 서야 한다. 그러기 위해서는 필요한 근대화로의 업그레이드를 추진해야 한다는 것이다. 종래 걸핏하면, 외부의 비판을 우려해 F-104J의 결함이라든지, 컨디션 불량이라든지 하는 문제를 감추려는 기미가 보였다. 그러나 그런 태도로는 일본 방위의 완전을 기할 수 없을 것이다. 항상 바라고 있는 것은 쓸모있는 방위력이며, 현재 있는 것을 100% 완전한 것으로서 유효하게 사용하도록 하는 것이다.

https://cafe.daum.net/NTDS/515G/2080

AIM-9L의 시험사격 시나리오

https://cafe.daum.net/NTDS/515G/4030

AWACS와 룩다운/슛다운이 나타나자 안먹힌 전술

[위종민]

위키를 보니 퇴임한 다음달에 기밀로 지정됐네요 ㅎㅎ

[백선호]

しかしながら、この部分が防衛機密に指定されたのは1966年2月であり、1月31日付けで退職していた青木は知る由も無かった。

그러나 이 부분이 방위기밀로 지정된 것은 1966년 2월이었고, 1월 31일자로 퇴직한 아오키는 알 길이 없었다. ㄷㄷㄷ