3. 현대판 창과 방패, 레이다와 스텔스 장치

※ <비행의 시대 미리읽기>는 (주)사이언스북스에서 출간한 『비행의 시대』의 4부 '아무도 가르쳐 주지 않는 항공 과학 11대 비밀' 중 일부 파트를 게시하는 연재입니다. 연재일은 매주 금요일이며 7월 17일부터 8월 14일까지 총 5편으로 연재될 예정입니다. 한국항공대학교 항공운항학과 장조원 교수님의 『비행의 시대』를 맛보고 싶은 분들은 매주 금요일에 <비행의 시대 미리읽기>를 기억해주시기 바랍니다.

아무도 가르쳐 주지 않는 항공 과학 비밀

3. 현대판 창과 방패, 레이다와 스텔스 장치

모순(矛盾)은 중국 초나라의 상인이 창(矛)과 방패(盾)를 팔면서 창은 어떤 방패로도 막지 못하고, 방패는 어떤 창으로도 뚫지 못한다고 해서 유래된 말이다. 즉 어떤 사실의 앞과 뒤가 서로 맞지 않아 어긋나는 경우를 말한다. 레이다는 전파의 직진성과 재반사 특성을 이용해 되돌아오는 전파를 통해 물체를 탐지하는 것으로 현대판 창이라 할 수 있다. 또한 스텔스 기술은 상대방의 레이다, 적외선 추적기, 음파탐지기 등으로부터 숨을 수 있는 것으로 현대판 방패라 말할 수 있다. 

현대판 창, 레이다

레이다(Radar, RAdio Detection And Ranging, 무선 탐지와 거리 측정)는 전자파를 대상물에 발사한 후 반사해 되돌아오는 전자파를 분석하는 것으로서, 대상물과의 거리를 파악하거나 형상을 측정하는 장치로 비행기의 위치를 파악할 수 있다. 기상 레이다(weather radar)는 전파를 발사해 구름 의 물방울에 부딪혀 되돌아오는 반사파 강도의 양(밀도)을 파악해 강우 량을 검출할 수 있는 장비로 악기상을 조기에 탐지한다.

레이다는 1930년에 영국과 독일 등 유럽에서 실용화되어, 1940년 대에 공군 공습을 대비해 항공기 요격에 사용되었다. 파장의 긴 저주파를 사용하면 전파의 감쇠가 적어 먼 곳까지 탐지할 수 있지만, 정밀하게 측정되지 않아 해상도는 좋지 않다. 그러나 파장의 짧은 고주파를 이용하면 저주파를 이용하는 레이다보다 높은 해상도를 얻을 수 있다. 그렇지만 공기 중에 포함되는 수증기, 비, 눈 등에 흡수되거나 반사되기 쉬워서, 감쇠가 크고 먼 곳까지 탐지할 수 없다. 따라서 저주파 레이다는 원거리의 물체를 발견할 필요가 있는 경우에, 고주파 레이다는 대상 물체의 형태나 크기 등을 정밀하게 측정할 때 사용한다. 

레이다에서 발사되어 돌아오는 전파는 상대방 항공기의 크기, 형태, 표면 재질, 진행 방향 등에 따라 반사되는 신호가 다르다. 예를 들어 에어버스 A380과 같은 대형 여객기는 반사되는 전파의 양이 많지만, 세스나와 같이 소형 경비행기는 반사되는 전파의 양이 적어 서로 구분된다. 또 F-117과 F-22와 같은 스텔스 전투기는 레이다에 잡히지 않도록 비행체의 형태와 재질을 특수하게 설계했기 때문에 잘 포착되지 않는다. 따라서 스텔스기는 상대방보다 먼저 적기를 발견해 공대공 미사일을 발사함으로써 적기를 격추할 수 있다.

NASA 랭글리 연구 센터의 B737에 장착된 레이다

레이다는 항공기와 같은 특정 물체만 감지하는 것이 아니라 전파를 반사하는 모든 물체를 감지하지만 그중에서 특정 물체만 스크린에 표시할 수 있도록 설계된다. 특히 영상 레이다(SAR, Synthetic Aperture Radar) 는 일반적인 광학 센서와 달리 전자파를 이용하는 능동 센서이므로 카메라로 사진을 찍은 것과 같은 고해상도 영상을 획득할 수 있으며, 악천후나 주야간에 관계없이 목표물 탐지가 가능하다. 또 좁은 특정 지역에 전파를 집중 조사해 정밀 영상을 형성하는 스포트라이트 (spotlight) 모드를 사용해 특정 목표물이나 물체를 식별할 수 있다. 따라서 레이다는 전파를 발사해 물체에서 반사되는 전파를 수신해 물체와의 거리, 고도, 방향 등을 파악할 수 있는 무선 감시 장치라 할 수 있다.

※ '현대판 창과 방패, 레이다와 스텔스 장치' 의 '현대판 방태, 스텔스 기술은 『비행의 시대』에서 읽을 수 있습니다.

장조원, 『비행의 시대』

4부 아무도 가르쳐 주지 않는 항공 과학 11대 비밀

42: 현대판 창과 방패, 레이다와 스텔스 장치 중에서..

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『비행의 시대』 [도서정보]