대잠전에서의 견인 어레이 소나의 역할

[위종민]

선체장착 소나는 스스로 내는 소음에 취약한데, 견인형 어레이 소나는 선미 뒤쪽 멀리 센서를 두고, 수온약층 아래로 센서를 내릴 수 있어 잠수함 탐지에 유리하다고 합니다.

23형은 20노트로 항해하면서 어레이를 전개할 수 있다고 하네요. 

기사에 워커 스파이 사건이 나와서 찾아보니 1967년부터 1985년까지 미해군 통신부사관 출신 존 앤서니 워커, 그의 아들 마이클 워커, 형 아서 워커, 친구 제리 휘트워스 등이 SPY RING을 만들어 암호 키와 암호 장비 매뉴얼, 통신 음향관련 문서를 KGB에 유출한 사건이었네요 @.@  ( https://en.wikipedia.org/wiki/John_Anthony_Walker) 

예인형 어레이 소나의 진화와 대잠전에서의 역할 증대

예인형 어레이 소나는 군함과 잠수함의 선미 뒤로 끌고 다니는 길고 유연한 수중음향 센서 케이블로, 대잠전을 근거리의 추측성 수색에서 장거리 추적의 영역으로 끌어올린 기술이다. 여기서는 이 핵심 센서와 그 발전을 살펴본다.

음향 전장

예인형 어레이 소나를 이해하려면, 특히 가혹한 고위도 북극해 환경에서 바다가 지닌 층상 복잡성을 파악해야 한다. 바다는 수온, 염분, 압력에 의해 구획된 층으로 성층화되는데, 이는 수중 위협을 숨기기도 드러내기도 하며, 소리를 프리즘을 통과한 빛처럼 굴절시킨다. 바람과 파도에 뒤섞이는 표층 혼합층은 소리의 빠른 전파를 돕지만, 기포와 난류 속에서 신호를 산란시킨다. 그 아래에는 수온약층이 있어 수온이 급격히 떨어지며 음향 경로를 아래로 굽게 만들고, 따뜻한 표층 혼합수를 차갑고 안정된 심층과 분리한다. 수온약층의 깊이는 계절과 해역에 따라 상당히 달라진다. 해군은 대잠 작전 시작 전에 소모식 수심수온계(XBT)나 전도도·수온·수심(CTD) 센서로 이를 직접 측정하는데, 수온약층 깊이의 작은 변화만으로도 탐지 거리가 극적으로 달라질 수 있기 때문이다.

그 아래 약 300~500미터에는 해양 생물이 풍부한 심해 산란층(DSL)이 있어, 특히 황혼과 여명 시간대에 반향을 확산시킨다. 심해 음로(DSC), 또는 SOFAR(음향 고정 및 거리 측정) 채널은 중위도에서 보통 600~1,200미터 사이에 존재하며, 더 추운 극지방에서는 얕고 열대에서는 훨씬 깊어진다. 이 층은 저주파 소리를 수천 킬로미터에 걸쳐 손실 적게 전달할 수 있어, 장거리 잠수함 탐지에 중요하다.

이러한 층들은 잠수함이 심도를 바꿔 수온약층을 활용해 탐지를 회피할 수 있게 하므로, 대잠전을 다차원적 난제로 만든다. 군함의 선체장착 소나는 자가 소음 문제를 겪고, 성층한 해수에서는 전파 손실 때문에 탐지 거리가 수해리로 제한되기도 한다. 예인형 어레이는 센서를 선미 먼 뒤쪽, 프로펠러 난류에서 떨어진 곳에 두고, 수온약층 아래로 내릴 수 있어 명료도를 높여 이러한 문제를 피한다. 표적의 기계 소음이나 공동현상 같은 방사 서명을 수동으로 탐지할 수 있다. 현대 잠수함이 이러한 방사를 점점 최소화함에 따라, 최초 탐지나 보다 정밀한 위치 확인을 위해서는 능동 소나가 필요할 수도 있다.

전자적 ‘끈’

기본적으로 예인형 어레이 소나는 길게 늘어뜨린 유연한 관으로, 내부에는 압력 변동을 전기 신호로 바꾸는 압전 소자형 수중음향 센서(하이드로폰)가 들어 있다. 보통 수상함에서 부력 케이블을 통해 수심 100~500미터로 전개되며, 어레이는 직선으로 정렬되고 요소들을 간격을 두고 배치해 빔포밍을 가능하게 한다. 이를 통해 건설적 간섭으로 신호 방향을 정확히 특정할 수 있다.

변형으로는 직경 50mm 미만의 씬라인(thin-line) 어레이가 있어, 저주파(10~100Hz)에서 2km를 넘는 장거리 수동 탐지로 잠수함 진동을 잡는다. 직경 최대 90mm의 팻라인(fat-line) 유형도 있다. 1917년 구축함이 끌던 원시적 하이드로폰 연쇄 ‘일렉트릭 일(Electric Eel)’ 같은 초기 어레이는 수동 권취와 꼬임에 취약한 전선에 의존했다. 1950년대에 들어 동축 케이블과 광섬유가 전선을 대체하며 전자기 간섭 없이 데이터 전송이 가능해졌다. 오늘날에는 다이니마 같은 합성 섬유가 10톤을 넘는 인장 강도를 보장하고, 내장된 중성부력 모듈이 처짐을 방지한다.

신호처리는 아날로그에서 디지털로 발전해, 해양 생물·지진·비잠수함 인공 소음 등 배경 소음을 제거하는 적응형 필터를 사용하고, 50해리 떨어진 거리에서 1km 내의 위치 특정이 가능해졌다. 해수 중 음속(약 1,500m/s)은 심도에 따라 변하므로, 수층별 음속 변화를 보정하는 실시간 굴절 알고리즘을 적용할 수 있다.

수상함 측면에서는, 타입 23 프리깃 같은 함정이 최대 20노트 속도로 안전하게 어레이를 전개할 수 있지만, 길이 1km가 넘는 ‘끈’을 뒤로 내보내면 함의 기동 여유는 크게 제한된다. 잠수함을 장거리에서 탐지하면, 멀린 헬리콥터를 유도해 정확한 위치 특정과 잠재적 무력화를 시도할 수 있다.

소나 2087은 취급 장치와 어레이를 포함해 30톤이 넘는 함내 탑재량을 차지한다.

수상함 어레이

원래 잠수함용으로 개발된 예인형 어레이는 1980년대에 성숙기에 접어들며 대잠 프리깃의 효율성에 큰 영향을 주기 시작했다. 영국 해군(RN)의 최초 수상함용 시제품 예인 어레이(소나 2031X)는 시험함 HMS 로우스토프트에 탑재되어 시험되었다. RN의 최초 실전 배치형 예인 어레이는 소나 2031I로, 길이 1,800미터, 5옥타브 대역의 하이드로폰 어레이였으며 리더급 프리깃 4척에 장착되었다.

이어 컴퓨터 소형화의 혜택을 본 대폭 개선형 소나 2031(Z)이 뒤따랐다. 들어오는 음향 신호에 푸리에 변환을 적용해 생성한 ‘워터폴’ 디스플레이가 작전실 스크린에 표시되어 표적의 시각적 표현을 더 선명히 제공했다. 취급 장치도 재설계되어, 넓은 윈치가 낮은 높이로 함미 갑판의 보호 아래, 비행 갑판 밑에 자리해 항공 운용과 간섭이 없도록 했다. 이 시스템은 타입 22 프리깃 2·3차 생산분 전량과 초기 타입 23에 장착되었다. 2031은 ‘임계각’ 어레이로, 어레이의 심도가 예인함의 속도로 결정되어 정밀성이 부족했다.

후속작 소나 2087 예인 어레이는 HMS 웨스트민스터에 최초 장착되었고, 2005년 취역 후 타입 23 여덟 척에 장착되어 RN의 주력 대잠 센서로 남아 있다. 2087은 탈레스(CAPTAS-4) UMS 4249 복합 능동·수동 예인 어레이 소나 계열의 영국형이다. 2087의 능동 요소는 32기의 송신기를 갖고 저주파(0.5~5kHz) ‘핑’을 방사해 수온약층을 뚫을 수 있으며, 조건에 따라 100km가 넘는 탐지 거리를 제공한다. 어레이 말단의 유체역학적 본체로 심도를 정밀 제어하는 ‘다운드(depressed)’ 어레이다. 공개 정보에 따르면 이 시스템은 세계 최고 수준에 속하며, 적절한 조건에서 150km가 넘는 거리의 잠수함을 탐지할 수 있다.

RN의 대잠 우위를 유지하기 위한 장기 ‘스피어헤드(SPEARHEAD)’ 프로그램의 일환으로, 2087은 2017년에 기술 갱신을 거쳐, 잠수함용 소나 2076에서 개발된 수동 소나 알고리즘과 인간-컴퓨터 인터페이스(HCI) 기능을 추가했다. 2076과 2087은 공통의 개방형 아키텍처를 사용하며, 반복적인 소프트웨어·프로세서 업그레이드로 지속 개선되어 왔다. 탈레스는 2022년 9월 1억1천만 파운드 규모의 추가 업그레이드 계약(S2087 DA-CIP, 설계기관 역량 삽입 프로젝트)을 수주했으며, 2026년까지 진행된다. 첫 해상 시험은 2023년 1월에 종료되었고, 업그레이드는 함대 전체에 점진적으로 적용될 예정이다.

예인 어레이의 장점은 분명하지만, 뛰어난 대잠 전투함에는 여전히 선체장착 소나가 필요하다. 탐지 거리는 상당히 짧지만, 고정 어레이는 번거로운 예인 어레이 전개 없이 24시간 상시 능력을 제공한다. 선체장착 어레이는 기뢰·장애물 회피, 우군 잠수함과의 수중 통신, 자동 어뢰 탐지·분류/위치 특정, 해양 포유류 탐지 등 여러 중요한 능력을 더한다. 타입 23 프리깃에는 이제 초기에 장착된 탈레스 소나 2050을 대체해 울트라사(社)의 선수 장착 소나 2150이 탑재되었고, 최초 장착함 HMS 포틀랜드는 초도 운용 능력을 달성했다. S2150은 타입 26 프리깃에도 장착되며, 예인 어레이와 선수 장착 소나 양쪽의 데이터를 결합하는 전투체계의 핵심 요소다.

아스튜트급 예인 어레이

잠수함을 사냥하는 가장 좋은 방법은 또 다른 잠수함을 쓰는 것이다.

잠수함 어레이

잠수함의 거의 유일한 수중 감각 기관인 소나는 수상함 장비보다 훨씬 크고 복잡하다. 예인 어레이는 이 복합 통합 센서군의 한 부분일 뿐이다. 예를 들어, RN의 S2076 체계에는 최소 13,000개의 개별 하이드로폰 요소가 있는 것으로 여겨지며, 선수 곡면 어레이만 해도 무게가 약 25톤이다. 주요 측면 어레이는 5m×1m 패널 20개로 구성된다.

잠수함 뒤로 긴 음향 어레이를 끌자는 발상은 1950년대 말 미국에서 석유 산업의 탄성파 탐사 센서를 군사용으로 전용하면서 처음 탐구되었다. 1960년대 중반에는 미 SSBN들이 상시 어레이를 장착했다. 예인 어레이 회수는 수상함보다 잠수함에서 더 위험한데, 와류가 라인을 걸리게 할 수 있기 때문이다. 잠수함은 순찰의 시작이나 끝에 항구 바로 바깥에서 지원함을 이용해 어레이를 연결·분리해야 할 때가 있다. 일단 전개되면, 잠수함은 예인 어레이의 모든 이점을 얻고, 특히 추진기 소음과 난류로 인해 감시 사각이 생기는 선미 방향에서의 매복을 피하는 데 도움이 된다.

RN은 미국이 기술을 선도한 지 약 10년 뒤에 예인 어레이를 채택하기 시작했다. 레졸루션급 SSBN이 최초의 영국 잠수함 예인 어레이(미국 공급, 소나 2023)를 장착했다. 곧 영국 산업계도 자체 설계를 내놓았다.

소나 2024는 1970년대 영국의 집중 연구의 산물로 스위프트슈어급 공격잠수함에 장착되어, 높이 평가되는 자주 소나 개발 기반을 확립했다. 2000년대 초에 이르러 소나 2074는 선수·측면·예인 센서를 통합하고 다중 주파수 대역을 결합한 대폭의 도약을 이뤘다. 스위프트슈어·트라팔가급 모두를 위해 설계되었고, 권취형·클립온 어레이를 도입했다.

워커 스파이 사건으로 소련에 서방의 핵심 음향 성능이 유출된 이후, 2074 후속 개발이 시작되었다. 산업 재편과 탈냉전 ‘평화배당’으로 개발은 지연되었으나, 2076은 후기 트라팔가급과 후속 아스튜트급에 탑재되었다. 2009년 완전 운용 능력에 도달했으며, 개량형이 현재까지 운용 중이며 매우 높은 평가를 받는다.

아스튜트급은 클립온과 권취형 예인 어레이를 모두 운용할 수 있다. 필요 시, 선체 상부 A프레임이 받치는 급전관을 통해 내부 적치 어레이를 수분 내에 전개할 수 있어, 추진기와의 간섭을 피한다. 급수 추진 시스템이 전개를 개시해, 어레이 전단을 서서히 선미 방향으로 밀어낸다. 약 100미터가 전개되면, 뒤따르는 길이에서 발생하는 유체 저항이 나머지 어레이를 빠르게 끌어내기에 충분한 힘을 제공한다. 이 방식은 캡스턴이나 직선 구동기 같은 기계적 견인 장비의 사용을 피하고, 어레이 손상 위험을 줄이며, 음향 서명을 최소화한다.

예인 어레이는 직경 약 50mm, 길이 600m의 예인 케이블로 잠수함에 연결되어, 어레이가 잠수함의 한참 뒤쪽에서 전개되고 자체 음향 방사에서 벗어나도록 한다. 핵심 하이드로폰 구역은 길이 약 120m로, 잠수함 자체보다 큰 개구 길이를 제공한다. 원치 않는 진동이 소나 데이터를 왜곡하는 것을 막기 위해, 하이드로폰 구역 양끝에 진동 차단 모듈이 배치된다. 어레이 끝에 달린 드로그는 전개 중 직진성을 유지하도록 돕는다. 클립온과 내부 예인 어레이 모두 비상 시 어레이를 절단·투하할 수 있는 커터를 갖춘다.

전체 어레이 길이는 1km를 넘으며, 안전한 전개·회수에는 숙련된 함 조종이 요구된다. 선회는 초당 약 1.5도 이하로 제한되며, 신뢰할 수 있는 데이터를 위해 어레이가 곧게 펴져 있어야 한다. 기동을 하면 어레이가 휘어 성능이 저하되며, 다시 안정될 때까지 시간이 걸린다. 최적 성능은 낮은 속도에서 나오는데, 어레이가 팽팽해질 만큼은 빠르되, 유동 소음이 표적 신호를 가리지 않을 정도여야 한다. 보통 12노트 이상에서는 성능이 저하되지만, 필요하면 약 25노트까지 안전 전개가 가능하다. 대비책으로, 선체 외갑 상의 트로프에 적치하는 예비 클립온 어레이도 탑재한다.

SEA ‘크레이트 센스’ 시스템(사진: Systems Engineering & Assessment Ltd, DSEI 2025 전시).

씬라인

팻라인 예인 어레이는 여전히 대잠전에서 강력한 우위를 제공한다. 높은 감도와 장거리, 저주파 능동 소나 탑재 능력 덕분에, 이들은 중량급 대잠 플랫폼의 중추로 남아 있다. 그러나 크기·전력 요구·취급 요건 때문에, 상당한 온보드 처리·지원 인프라를 갖춘 대형 유인 플랫폼의 영역에 속한다. 이러한 시스템은 앞으로 수십 년간 유의미하겠지만, 대잠 ‘탐지’ 기능은 점차 무인 수상정(USV)과 초대형 무인 잠수정(XLUUV) 등 더 넓은 플랫폼 조합에 분산되고 있으며, 더 넓은 범위의 선박에 유사 능력을 제공할 수 있는 더 작고 민첩한 예인 어레이에 대한 수요가 커지고 있다.

SEA ‘크레이트 센스’는 직경 20mm 씬라인 예인 어레이를 기반으로 한 영국 개발 솔루션으로, 대잠뿐 아니라 해저 및 인프라 모니터링 임무 전반에도 적합하다. 크레이트는 컨테이너화해 선박과 무인 플랫폼에서 모두 전개할 수 있다. 각 어레이 모듈은 보통 길이 50미터이며, 통합 요구에 따라 중앙 디지털화(CD) 또는 로컬 디지털화(LD) 구성을 선택할 수 있다. 두 변형 모두 동일한 하이드로폰과 구조 부품을 사용하므로, 필요 시 모듈을 추가해 유연하게 확장할 수 있다. 독립 센서(크레이트 어레이)로도, 처리 장치·소형 윈치·예인 케이블·제어 인터페이스를 포함한 완전 종단 간 능력(크레이트 센스)으로도 제공할 수 있다.

크레이트 센스는 이미 다양한 유인·무인 수상·수중 플랫폼과 통합되었고, 여러 국가 해군에서 운용 사례가 있다. 낮은 항력과 전력 소모, 그리고 GPU 기반 콘솔에서 구동되는 고성능 수동 소나 처리군의 결합이 매력 포인트다. 동일 소프트웨어 스택이 유인·무인 구성 전반에서 작동하며, 접촉 탐지, 표적 추적, 협대역·광대역 시각화, 기초 분류를 지원한다.

전개 가능한 자율 대잠 체계에 대한 요구가 커짐에 따라, 씬라인 어레이에 대한 수요는 빠르게 증가하고 있다.

이 글의 모든 정보는 이미 공개된 출처에서 수집되었다.

The evolution of towed array sonar and its growing role in anti-submarine warfare - Navy Lookout

The evolution of towed array sonar and its growing role in anti-submarine warfare - Navy Lookout

The evolution of towed array sonar and its growing role in anti-submarine warfare

Towed array sonar is a sinuous cable of hydrophones trailed astern of warships and submarines, a technology that has taken ASW from speculative hunting at short range to a long-distance pursuit. Here we look at this key sensor and its development.

The acoustic battlefield

Understanding towed array sonar demands a grasp of the ocean’s layered complexity, especially in the High North’s harsh environs. The sea stratifies into zones dictated by temperature, salinity, and pressure, a vertical mosaic that both conceals and reveals submerged threats, refracting sound like light through a prism. The surface mixed layer, churned by winds and waves, facilitates rapid sound travel but scatters signals amid bubbles and turbulence. Below lies the thermocline, a steep temperature drop that bends acoustic paths downward, separating the warmer, mixed surface waters from the colder, more stable deep waters. The thermocline varies considerably depending on the season and different parts of the ocean. Navies measure this directly using expendable bathythermographs (XBTs) or conductivity–temperature–depth (CTD) sensors before beginning ASW operations, since even small changes in the thermocline’s depth can dramatically alter detection ranges.

Below this, the Deep Scattering Layer (DSL) at about 300–500 metres is teeming with marine life, diffuses echoes, especially at dusk and dawn hours. The Deep Sound Channel (DSC), or SOFAR channel (Sound Fixing and Ranging), typically lies between 600 and 1,200 metres in mid-latitudes, shallower in colder polar waters, and much deeper in the tropics. This layer can funnel low-frequency sounds across thousands of kilometres with little loss and is critical in long-range submarine detection.

These layers make ASW a multidimensional challenge as submarines can exploit the thermocline by changing depth to avoid detection. Hull-mounted sonars on warships struggle with self-generated noise, and the propagation losses in layered waters can limit range to a few miles. Towed arrays avoid these problems by extending sensors far astern, free from propeller turbulence, and positioning them below the thermocline for superior clarity. They can be used passively to detect radiated signatures from the target, such as machinery noise or cavitation. As modern submarines are increasingly minimising these emissions, active sonar may be required to achieve either initial detection as well as more precisely locate a target.

Electronic string

Fundamentally, towed array sonar comprises a flexible tube, often more than a kilometre in length, housing hydrophones, piezoelectric devices converting pressure fluctuations into electrical impulses. Usually deployed from surface ships at between 100-500 metres deep via buoyant cables, the array aligns linearly, its hydrophone elements spaced apart to enable beamforming, which allows constructive interference to pinpoint signal directions accurately.

Variants include thin-line arrays (under 50mm diameter) for passive, long-range (over 2 km) low-frequency (10–100 Hz) detection of submarine vibrations, and fat-line types (up to 90mm). Early arrays, like the 1917 ‘Electric Eel’, a rudimentary hydrophone chain towed by destroyers, relied on manual reeling and electrical conductors prone to twisting. By the 1950s, coaxial cables and fibre optics supplanted wires, enabling data telemetry without electromagnetic interference. Today, synthetic fibres like Dyneema ensure tensile strength exceeding 10 tonnes, while embedded neutrally buoyant modules prevent sagging.

Signal processing has advanced from analogue to digital, employing adaptive filters to remove background noise such as marine life, seismic or non-submarine man-made activity, achieving localisations within 1 km at 50 nautical miles. Sound speed in seawater (circa 1,500 m/s) varies with depth; real-time refraction algorithms can be applied to adjust for variable sound speeds in different layers of the water column.

On the surface, vessels like Type 23 frigates can safely deploy the TA at speeds up to 20 knots, but when more than a kilometre of ’string’ is being streamed astern, this severely limits the ship’s manoeuvring envelope. A submarine may be detected at a long distance, and the Merlin helicopter can then be vectored in to precisely localise and potentially neutralise threats.

Sonar 2087 has a significant shipboard footprint with the handling system and arrays weighing over 30 tons.Surface ship arrays

Developed initially for submarines, Towed Arrays really began to mature in the 1980s, with a big impact on the effectiveness of ASW frigates. The RN’s first surface ship prototype TA (Sonar 2031X) was tested aboard the trials ship, HMS Lowestoft. The RN’s first operational TA was the Sonar 2031I, consisting of a 1800-metre, 5-octave hydrophone array fitted to 4 Leader-class frigates.

This was followed by the much-improved Sonar 2031(Z), which benefited from computer miniaturisation. ‘Waterfall’ displays generated by applying a Fourier transform to incoming acoustic signals were presented on screens in the ops room that provided a clearer visual representation of contacts. The handling system was also redesigned, with a wider winch, low enough in height to be placed in the shelter of the quarterdeck under the flight deck, clear of flight operations. The system was fitted to all the Batch 2 and 3 Type 22 frigates and initially to the Type 23 frigates. 2031 was Critical Angle TA, where the depth of the array is determined by the speed of the towing vessel, which lacked precision.

The successor Sonar 2087 TA was first fitted to HMS Westminster and went to sea in 2005, eventually fitted to 7 other Type 23s and remains the RN’s primary ASW sensor. 2087 is the British variant of the Thales (CAPTAS-4) UMS 4249 Combined Active and Passive Towed Array Sonar series. The active element of the 2087 has 32 projectors that emit low-frequency (0.5–5 kHz) pings that can pierce thermoclines with detection ranges of over 100km in some conditions. It is a ‘depressed’ array, which uses a hydrodynamic body on the far end to precisely control depth. This system is probably amongst the best TAs in the world and according to open source information, in the right conditions, can detect submarines at a range of more than 150km.

As part of the RN’s long-running SPEARHEAD programme to maintain its ASW edge, 2087 underwent a technical refresh in 2017, adding a suite of passive sonar algorithms and Human-Computer Interface (HCI) features originally developed for the Sonar 2076 fitted to its submarines. Both 2076 and 2087 use a common open architecture and have been continually improved through iterative software and processor upgrades. Thales was awarded another £110M upgrade contract in September 2022 – the Design Authority Capability Insertion Project (S2087 DA-CIP) runs until 2026 and includes further improvements. First sea trials were concluded in January 2023, and the upgrades will be gradually rolled out across the fleet.

The TA obviously has major advantages, but a good ASW combatant still needs a hull-mounted sonar. Although detection ranges are considerably less, the fixed array provides a baseline 24/7 capability without the need to deploy the cumbersome TA. The hull-mounted array adds several other important capabilities, such as mine and obstacle avoidance, underwater communications with friendly submarines, automatic torpedo detection, classification/localisation and marine mammal detection. Type 23 frigates have now been fitted with bow-mounted Sonar 2150 made by Ultra, replacing the Thales Sonar 2050 originally fitted. The first ship to receive the new set, HMS Portland, achieved Initial operating capability. S2150 will also be fitted to the Type 26 frigates and is an integral aspect of the combat system, which combines data from both the TA and bow-mounted sonar.

There is no better way to hunt submarines than with another submarine.Submarine arrays

As almost its sole means of operating underwater, submarine sonars are considerably bigger and more complex than those of surface ships. Towed arrays are just one part of this complex integrated suite of sensors. For example, it is believed the RN’s S2076 system has at least 13,000 separate hydrophone elements and the conformal bow array alone weighs around 25 tonnes. The main flank arrays are made up of 20 5m x 1m panels. 

The idea of towing a long acoustic array behind a submarine was first explored in the US during the late 1950s by adapting oil-industry seismic sensors for naval use. By the mid-1960s, American SSBNs were routinely fitted with arrays. Retrieving an array is riskier for a submarine than for surface ships as eddies can snag the line. Submarines may have to utilise tenders to assist with clipping on or removing the arrays just outside port at the start or end of a patrol. Once streamed, the boat benefits from all the advantages of a TA and, importantly, it helps the boat avoid being ambushed from the stern, where propulsor noise and turbulence create a blind spot in coverage.

The RN began to adopt TAs about a decade after the US pioneered the technology. The Resolution-class SSBNs were the first British submarines fitted with a towed array, designated Sonar 2023 and supplied by the US. British industry rapidly followed with its own designs. 

Sonar 2024, was the result of intensive UK research during the 1970s and equipped the Swiftsure-class attack submarines, establishing the foundation of a highly regarded sovereign sonar development capability. By the early 2000s, Sonar 2074 represented a major advance, combining multiple frequency bands and an integrated suite of bow, flank and towed sensors. Designed for both the Swiftsure and Trafalgar classes, it introduced reelable and clip-on arrays.

Work on a successor to 2074 began in the aftermath of the Walker spy ring revelations, which had exposed key details of Western acoustic performance to the Soviet Union. Development was slowed by industrial restructuring and the post-Cold War ‘peace dividend’, but 2076 was fitted to the later Trafalgar-class boats and the subsequent Astute-class. Reaching full operational capability in 2009, an updated version remains in service today and is very highly regarded.

The Astute-class can deploy both clip-on and reelable towed arrays. When needed, the internally stowed array can be deployed in a matter of minutes through a feed pipe supported by an A-frame above the hull, keeping it clear of the propulsor. A water-flushing system initiates deployment by gently driving the forward end of the array astern. After approximately 100 metres have been streamed, the resulting hydrodynamic drag from the trailing length provides enough force to draw out the rest of the array rapidly. This method avoids the use of mechanical traction equipment such as capstans or linear actuators, reduces the risk of damage to the array, and operates with minimal acoustic signature.

The towed array is connected to the submarine via a 600m towing cable, roughly 50mm in diameter, ensuring the array streams well behind the boat and remains clear of its own acoustic emissions. The vital hydrophone section is about 120m in length, giving an aperture length greater than the submarine itself. To prevent unwanted vibration from distorting the sonar data, vibration-isolating modules are located at both ends of the hydrophone section. These decouple the sensitive hydrophones from any movement in the towing cable or drogue as they pass through the water. A drogue fitted to the end of the array helps keep it straight during deployment. Both the clip-on and internal TAs have cutters to detach the array in case of emergency.

The full array length exceeds one kilometre, and safely streaming and recovering it demands skilled boat handling. Turning is limited to a maximum of about 1.5º per sec and the array must remain straight to provide reliable data, manoeuvres cause it to bend and degrade performance until it resettles. Best results are obtained at low speeds, fast enough to keep it taut, but not so fast that flow noise masks target signals. Performance tends to degrade above about 12 knots, although the array can remain safely deployed up to about 25 knots if required. As a contingency, a secondary clip-on array is also carried, stored in a trough on the casing. 

SEA Krait Sense system on display at DSEI 2025 (Photo: Systems Engineering & Assessment Ltd).Thinlines

Fat line towed arrays continue to offer a formidable advantage in anti-submarine warfare. Their sensitivity, range, and ability to host low-frequency active sonar make them the backbone of heavyweight ASW platforms. But their size, power demands, and handling requirements mean they remain the preserve of large, crewed vessels with substantial onboard processing and support infrastructure. These systems will remain relevant for decades ahead, but the ASW ‘find’ function is increasingly dispersed across a wider mix of platforms, including USVs and XLUUVs and there’s growing demand for smaller, more agile TAs that can bring similar capabilities to a broader range of vessels. 

The SEA Krait Sense is a UK-developed solution built around a (20mm) thin-line towed array, suitable not just for ASW but for broader seabed and infrastructure monitoring missions. Krait can be containerised and deployed from both ships and uncrewed platforms. Each array module is typically 50 metres long, with either centrally-digitised (CD) or locally-digitised (LD) configurations, depending on integration requirements. The system uses the same hydrophones and structural components in both variants, enabling flexible scaling by adding more modules if required. It can be delivered either as a standalone sensor (Krait Array) or as Krait Sense, a complete end-to-end capability with processing, compact winch, tow cable, and control interface. 

Krait Sense has already been integrated with a wide range of uncrewed surface and sub-surface vessels and has seen operational use with international navies. Its appeal lies in the low drag and power demands of the array, combined with a high-performance passive sonar processing suite running on a GPU-based console. The same software stack works across crewed and uncrewed configurations, supporting contact detection, target tracking, narrowband and broadband visualisation and basic classification.

As the requiremnet for deployable, autonomous ASW systems grows, the demand for thinline arrays is rapidly increasing.

All information in this article was gathered from sources already in the public domain

[백선호]

비슷한 얘기가 있었죵.

https://cafe.daum.net/NTDS/5q1/633

"... the SSN (and even more so, the SSBN) had won the passive sonar battle against surface hunters. The surface ASW fleet was moving away from traditional passive back to active detection methods, but using active towed arrays rather than hull-mounted arrays. S2016 was thus a legacy that had little or no practical application. "

[위종민]

원잠은 저거 끌고다니면 기동하는데 꽤 방해될 것 같은데 영 급하면 끊어버리려나요..

[강준구]

변변한 헐마운티드 소나가 없던 한국 해군이 예인소나 도입에 집중한 게 오히려 잘한 일이었네요.

[위종민]

천안함 사례 보면 어뢰나 기뢰 경보용으로라도 어느 정도 수준 이상 되는 헐마운티드, 바우 소나는 필수인 것 같은데 수준향상이 이뤄졌는지 모르겠네요. 별개로 예인소나는 사실상 필수인 것 같긴 합니다.