* 공대공 레이더 *

프로펠러 전투기와 제트 전투기로 전투를 할 때의 가장 큰 차이점은 레이더와 미사일이다. 속도와 엔진 추력 등의 항공기 성능은 적기도 같이 좋아지기 때문에 막상 그 자체만으로는 조종사에게 특별히 새로운 과제가 되지는 않는다. 하지만 레이더와 미사일은 프로펠러기에는 극히 예외적인 경우를 제외하면 없는 것이기 때문에 이를 사용하기 위해서 완전히 새로운 지식과 기술이 필요하다.

적어도 같은 나라의 비행기에서는 기종이 다르더라도 레이더 시스템의 원리나 구조가 대개 비슷하다. 그래서 어느 한 전투기의 레이더 조작법을 이해한다면 같은 세대의 다른 전투기의 시스템이나 혹은 더 구형이거나 더 신형인 다른 세대의 전투기 레이더를 이해하는데도 도움이 될 수 있다. 이 강좌에서는 현 세대에 보편적인 항공전자 시스템을 가진 기종이라고 할 수 있는 F-16을 기본으로 설명을 해나간다. 그리고 이를 위해 앞서 예고한 대로 팰콘 4.0 얼라이드포스 버전을 교재로 사용한다.

1. 레이더의 기본 작동 원리
레이더는 기본적으로 전방으로 전파를 쏘아 그 전파가 어디엔가 부딪혀 되돌아오면 그 반사 신호를 읽어서 전방의 물체를 인식하는 장비이다.

레이더는 흔히 손전등에 자주 비유된다. 어두운 방에서 직선으로 빛을 비추는 손전등을 들고 있다고 해보자. 여러분은 손전등이 비추는 방향을 볼 수 있다. 한 쪽 구석에 서서 방 전체를 넓게 둘러보려면 손전등을 이리저리 돌려보아야 할 것이다. 이와 같이 레이더도 거의 직선으로 방출되는 레이더 빔을 이리저리 움직이면서 비행기 전방의 일정한 구역을 탐색한다. 그런데 무작위로 손전등을 움직인다면 방 전체를 골고루 보기 힘들다. 그래서 전방의 일정한 영역을 골고루 효과적으로 살펴보려면 손전등을 일정한 규칙에 따라서 돌려야 할 것이다. 레이더도 이와 같이 레이더 빔이 움직이는 일정한 규칙을 가지고 있다. 다음의 삽화를 보자.

(삽화 출처: Art Of The Kill)

기본적으로 레이더 빔은 좌우로 움직인다. 이렇게 좌우로 움직이는 것을 바(Bar)라고 표현한다. 그리고 이 바를 몇 층으로 쌓아서 위아래 두께를 만든다. 이렇게 바를 몇 층으로 쌓는지에 따라서 1바, 2바, 4바 식으로 표현한다. F-16에서는 최대 4바 설정까지 가능하다.

그리고 레이더가 탐색하는 좌우 폭은 아지무스(Azimuth)라고 한다. 탐색 폭은 필요에 따라 늘리고 줄일 수 있으며, F-16은 최대 탐색 폭이 좌, 우로 각각 60도, 도합 120도이다. 그리고 이 탐색 구역의 방향을 위아래로 기울일 수 있는데, 이를 엘리베이션(Elevation) 또는 틸트(Tilt)라고 한다. 탐색 구역을 넓힐수록 더 넓은 영역을 감시할 수 있지만, 그러면 레이더 빔이 다시 처음 위치로 돌아오는데 까지 더 오랜 시간이 걸리기 때문에 탐색 영역 내에 있는 표적을 놓칠 가능성이 더 커진다.

2. B-스코프 (B-Scope)
레이더 빔은 비행기 기수 부분에서 좌우로 회전을 하면서 탐색을 하므로 레이더가 탐색하는 영역을 위에서 보면 부채꼴 모양이 된다 그런데 레이더 화면은 다기능 시현장치(MFD)에 사각형으로 나온다. 따라서 레이더가 실제 탐색하는 영역과 레이더 화면의 모양이 정확히 일치하지 않고 그 대신 레이더 화면은 실제 레이더가 탐색하는 부채꼴 모양을 일정하게 변형시켜서 사각형으로 바꾸어서 표시한다. 이렇게 변형된 레이더 화면을 B-스코프라고 한다.

B-스코프 화면 (삽화 출처: 팰콘 4.0 매뉴얼)

부채꼴을 사각형으로 바꾸면 물체가 표시되는 위치도 달라지는데 왜 굳이 실제 위치를 변형시켜서 사각형으로 표시를 할까? B-스코프는 전방의 물체의 정확한 위치를 실제대로 보여주지는 못하지만, 그 대신 전방에 있는 물체의 각도를 쉽게 알 수 있도록 해준다. 다시 말해, 사각형의 B-스코프 화면에서 같은 수직선상에 있는 물체는 내 비행기에서 같은 각도에 있는 것이다. 만약 어떤 물체가 B-스코프 화면의 위에서부터 수직으로 밑으로 내려온다면 그 물체는 나에게 곧장 다가오는 것이다. 그렇지 않고 레이더 화면에서 대각선으로 움직인다면 그 물체는 내 앞을 가로지르거나 나에게서 멀어지는 것이다. 때문에 B-스코프에서는 어떤 물체가 나에게 공격적인 행동을 하는지를 파악하기가 더 쉽다.

실제 물체의 위치와 B-스코프의 위치 관계 (삽화 출처: 팰콘 4.0 매뉴얼)

3. 작동 모드
F-16의 공대공 레이더는 용도에 따라서 다음과 같은 몇 가지의 작동모드를 가진다.

1) RWS (Range While Scan) 하위모드
가장 기본이 되는 탐색 모드이다. 탐색 영역 내에 있는 물체의 2차원 위치 정보를 알 수 있다. 레이더 커서를 하나의 물체에 올려놓으면 그 물체의 고도도 알 수 있다. 아래 삽화에서 흰색의 작은 수직선 2개가 레이더 커서를 의미하며, 16과 03은 각각 탐색 고도의 상하 한계를 나타낸다. (여기서는 16,000피트와 3,000피트) 레이더 커서와 겹쳐 있는 노란색 물체 밑의 10이라는 노란색 숫자가 이 물체의 고도를 나타낸다. (10,000피트)

RWS 모드

RWS 모드에서 하나의 표적을 선택하여 지정하면 RWS-SAM 모드가 된다. 이 모드에서는 기본 RWS 모드의 정보에 더해서 지정한 표적의 1) 에스펙트 앵글(TAA), 2) 헤딩, 3) 속도, 4) 상대속도 를 알 수 있다. (아래 그림 참조) 아래 삽화에서 삼각형으로 표시된 것이 지정된 표적이며 삼각형 모양에 달린 작은 작대기는 표적의 비행 방향을 나타낸다.

RWS-SAM 모드

2) LRS (Long Range Scan) 하위 모드
LRS 모드는 대형 표적을 더 멀리서 탐색하기 위한 모드이다. 레이더 빔이 더 느리게 움직인다는 점을 제외하고는 RWS 모드와 외형적으로는 같다.

3) VRS (Velocity Search with Ranging) 하위 모드
다른 모든 공대공 레이더 모드에서는 물체가 위치에 따라 표시된다. 즉 멀리 있는 물체가 레이더 화면의 위쪽에 나온다. 그러나 이 모드에서만은 접근 속도에 따라 표시된다. 즉 나와 빠르게 가까워지는 물체일수록 레이더 화면의 더 위쪽에 나타난다. 여러 대의 물체가 뒤섞여 있을 때 나에게 빠르게 다가오는 물체가 더 위험할 것이므로 그러한 물체를 골라내는 용도로 사용할 수 있다.

 
VRS 모드

4) TWS (Track While Scan) 모드
TWS 모드는 탐색 영역 내의 여러 개의 물체에 대해 좀 더 자세한 정보를 준다. 즉 RWS 모드에서는 알 수 없는 이동 방향과 고도를 알 수 있다. 단 RWS 모드에 비해서 탐색 영역이 더 좁다.

TWS 모드

TWS 모드에서 하나의 표적을 지정하면 RWS-SAM 모드에서와 비슷하게 해당 표적에 대한 추가 정보가 제공된다. 지정된 표적에는 삼각형에 원이 표시된다.

TWS 모드에서 표적을 지정한 상태

5) STT (Single Target Tracking) 모드
RWS 모드나 TWS 모드에서 하나의 표적을 2번 연달아 지정하면 레이더가 그 물체에 락온이 되는 STT 모드가 된다. STT 모드에서는 다른 물체들은 나오지 않고 락온된 표적 하나만 화면에 나타난다. 그리고 해당 표적에 대한 세부 정보가 나타난다. STT 모드에서는 레이더가 하나의 표적만 추적하기 때문에 가장 확실하게 락온이 된다. 그래서 다른 이유가 있지 않는 경우 보통 STT 모드로 표적을 락온하고 미사일을 발사한다.

STT 모드

6) ACM (Air Combat Maneuvering) 모드
ACM 모드는 급박한 공중전 도중에 조종사가 레이더를 조작하는 수고를 덜어주기 위해 근거리의 표적을 자동으로 락온해주는 모드이다. 탐색 영역에 따라서 다음과 같은 하위모드로 나뉜다.

보어사이트 모드: 레이더 빔이 기축선을 따라 직선의 좁은 구역으로만 나간다. 특정한 표적을 정확하게 락온하고 싶을 때 유용하다.
HUD 스캔 하위 모드: HUD 폭에 해당하는 영역을 탐색하고 가장 처음 발견되는 물체를 자동으로 락온한다. 가로 30도, 세로 20도의 탐색 영역을 가진다.
버티컬(Vertical) 스캔 하위 모드: 가로 10도, 세로 60도(-6도~+52도)의 세로 형태 탐색 폭을 가진다. 10x60 모드라고도 한다. 공중전 도중에는 표적을 내 머리 위쪽에 놓고 기동하는 경우가 많으므로 이런 경우 머리 위쪽의 표적을 락온하는데 유용하다.
슬루어블(Slewable) 모드: 다른 ACM 하위 모드들은 탐색 영역이 고정되어있지만 슬루어블 모드는 탐색 영역의 방향을 상하좌우로 조금씩 움직일 수 있다.

표적을 락온한 ACM 모드

ACM 모드에서 하나의 표적이 자동으로 락온되면 레이더는 STT 모드로 바뀐다.

팰콘4.0 얼라이드 포스에서 쓰이는 레이더 관련 주요 키를 간단하게 정리하면 다음과 같다.

* 레이더 화면이 나오는 MFD의 버튼을 마우스로 눌러도 일부 기능을 조정할 수 있다.

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