A Study on the Development of Test Evaluation in the Naval Ship Survival Field through the Analysis of Russia-Ukraine War Cases

러시아-우크라이나 전쟁사례 분석을 통한 생존성 분야 함정 설계 및 시험평가 발전방안

Abstract

Since the positive viability field remains the way it was in the 2010s, the ship test evaluation in the viability field is being applied to withstand the attack on an extremely limited kind of weapon system even the latest ship. In response, this paper analyzed and considered maritime warfare during the Russia-Ukraine War, which is an example of the latest war paradigm shift, and diagnosed the status of test evaluation in the field of Naval ship survivability to derive realistic development measures such as reflecting threat development trends, strengthening attack and damage control evaluation, confirming ship viability limits, and realizing test evaluation plans.

1. 서론

최근 러시아-우크라이나 전쟁에서 우크라군의 터키제 드론이 러시아 해군 경비정을 격침시키고 Neptune 초음속유도탄이 모스크바함(러시아 미사일순양함)을 침몰시키는 등 무인무기체계와 첨단 신무기체계를 활용하여 함정을 공격하고 이로 인해 함정이 침몰하는 사례가 다수 있었다. 이처럼 최근 전장 양상은 4차 산업혁명 신기술에 힘입어 그림 1과 같이 등장한 미래화 된 전장의 새로운 전투수단(무인체계, 레일건 등) 및 첨단 신무기체계(극초음속미사일, 정밀유도폭탄 등)로 인해 패러다임의 변화를 맞고 있으며, 러-우 전쟁 사례에서 볼 수 있듯이 해상전 양상 역시 다양하게 변화하고 있다. 반면 이에 대응한 함정 생존성에 대한 인식은 상대적으로 저조하여 함정 생존성 분야에 대한 설계 및 그에 관한 시험평가는 최신 함정조차도 극히 제한적인 무기체계(4~5종)에 대해서만 피격을 견디도록 적용하고 있는 실정이다. 이에 본 논문에서는 최신 전쟁 패러다임의 전환 사례인 러-우 전쟁에 대해 해상전을 중심으로 분석하여 함정 생존성 분야에서의 시험 평가 실태를 진단하고 발전방안을 제시하고자 한다.

[Figure 1] New means of combat in the sea battlefield(New weapon system)

2. 러-우 해상전 사례 고찰

러시아-우크라이나 전쟁은 비교적 최근에 발생한 이라크전과 비교시 다소 변화된 양상으로 전개되고 있음이 확인되고 있다. 이라크전(‘03-’11)은 현대화 무기의 시험대로써 현대전의 전형을 보여준 전쟁이었다면 러-우 전쟁은 드론을 해상/공중에서 적극적으로 활용하여 공격하는 등 미래전의 양상을 일부로나마 보여준 전쟁이라고 할 수 있겠다. 따라서 장차 미래전에 대비한 함정 생존성 분야 시험평가 발전방안을 모색하기 위해서는 러-우 전쟁 사례를 분석하는 것이 바람직하다고 볼 수 있다. “조성진(2022)” 등에 따르면 개전 초 러시아의 해상전력은 우크라이나 비해 압도적으로 우월하여 우크라이나 해군의 최대 기함인 Hetman Sahaydachniy 함이 침몰했고 ‘22년 8월 14일에는 베르단스크항을 러시아가 점령하며 정박해있던 12척의 우크라이나 중소형 함정들이 나포되었다. 이에 우크라이나는 열세의 해군력을 극복하기 위해 비대칭 전략을 펼쳐 미사일, 드론 등의 전력으로 러시아를 곤경에 몰아넣고 있다.[1] 이는 북한과 유사한 전략이라고 간주할 수 있어 우리 군은 주시할 필요가 있는 사항이다. 표 1은 함정 생존성 관점에서 러-우 전쟁의 해상 교전 사례를 중심으로 대표적인 공격사례를 조사하여 정리한 결과이다. 우크라이나 해군은 전통적인 함정 전력 대신 무인체계, 초음속 대함미사일 등 비대칭 전력을 활용한 대함전을 수행하였으며, 소형 저가 무인체계인 드론을 운용하여 러시아 기함을 격파하는 대함전 능력을 발휘하여 러시아 흑해함대 전투력 소모를 지속적으로 강요하고 있다.

<Table 1> A representative example of the Russia-Ukraine war at sea

특히 주목할 만한 부분은 우크라이나 군은 ‘레이버드3’ 감시정찰 드론(우크라이나 스카이톤사)을 이용하여 정찰 후 Neptune 초음속미사일로 러시아의 기함인 모스크바 미사일순양함을 침몰시키고,[2] 저비용 고효율의 무기체계인 “바이락타르 TB2” UAV(튀르키예 바이카르사)를 이용하여 수상 함정에 대한 공대함 유도탄 공격을 수행하였으며,[3] “매트리스 M80T” 드론(중국 DJ사)을 이용한 자폭 공격을 수행하였다는 점이다. 또한 폭약을 탑재한 고속 소형 수상드론을 원격으로 조정하여 러시아의 해군 기함인 ‘마카로프 제독’ 함을 공격하였다는 점도 주목해야 한다.[4] 러-우 해상전에 사용된 우크라이나 드론 조사결과는 표 2와 같다.

<Table 2> Ukrainian drone weapon system used in naval warfare during Russia-Ukraine war

3. 함정 생존성 분야 시험평가 현 실태 및 발전방안

함정 생존성 분야(그림 2)에 대한 설계 및 그에 관한 시험평가는 최신 함정조차도 극히 제한적인 무기체계(4~5종)에 대해서만 피격을 견디도록 적용하고 있는 실정이다. 이에 한국 함정에 대한 생존성 설계가 미흡한 것이 아니냐는 의문을 가질 법도 하지만 아닌 것이 한국 해군은 천안함 피격사건(2010년) 이후 함정 생존성능 보장에 대한 필요성이 부각되어 미 Alion사의 해외기술 도입을 기반으로 함정 설계에 통합생존성을 적용하고, 미 해군 해상 체계 사령부의 생존성 정책(Survivability Policy)[6]을 기반으로 함정설계/건조기준인 “함정 통합생존성 관리지침(2014)”을 제정하였다.[7] 또한 “함정 전투 손상통제 관리 SW” 핵심기술 개발을 완료(2015)하였고 한국형 함정 손상통제체계에 대한 단계적 구축을 2015년도부터 2020년도까지 완료한 바 있다. 그럼에도 불구하고 아쉬운 점은 현재의 생존성 설계 및 평가의 수준이 2010년대 초반에 도입되어 정착해온 그 시기의 수준에 머물러 있다는 것이다. 반면 4차 산업혁명 신기술에 힘입어 함정에 대한 위협무기체계는 정밀/원거리/다각화/다원화되는 등 발전되고 있는 바, 이에 대응하여 “서정관(2023)” 등이 언급한 바와 같이 함정 생존성도 현실화가 이루어져야 한다는 점이 지적되고 있다.[8]

[Figure 2] Components of Naval ship Survivability

3.1 위협 발전추세 반영 필요성

현재 함정 생존성 분야에 대한 설계 및 시험평가는 최신 함정조차도 극히 제한적인 무기체계(4~5종)에 대해서만 피격을 견디도록 적용하고 있는 실정이며, 2030년대 이후에 건조되어 해군에 인도될 함정들은 이런 위협 무기체계의 발전추세를 반영하여 그림 3과 같이 설계되고 있는 추세이므로 이에 대한 시험평가 방안도 모색할 필요가 있다. 이러한 발전추세를 그림 3에 나타내었으며, 그림의 좌측은 제한적인 무기체계를 고려한 함정을 나타내었으며, 그림의 우측은 위협 무기체계 발전추세를 고려하는 함정을 나타내었다.

[Figure 3] The trend of ship survivability design threat reflection in the event of threat attack

위협무기체계에 대한 피격 시 함정의 생존성은 함정의 크기와 재질에 따른 구조가 결정을 하고 함정의 크기/재질/구조는 함정의 임무특성에 따라서 달라진다. 제한된 경하중량 내에 탐지센서와 무장을 탑재하고 이후 승조원과 연료유, 청수, 주・부식 등을 유동중량으로 운용하여 중량의 한계와 압박을 상시로 받고 있는 함정 특성상 위협무기체계에 견딜 수 있는 취약성(Vulnerability) 설계는 중량/공간 측면에서 제한사항이 많은 것이 당연지사이므로 시험평가 단계에서는 모든 위협에 견딜 수 있는지를 확인하기 보다는 운용개념/임무를 고려시 함정이 운용되는 작전환경에서 받을 수 있는 위협이 무엇인가를 식별하여 임무수행이 가능토록 설계를 했는가에 대한 확인을 하는 것이 현실적이라고 할 수 있다. 위협은 지속적으로 다양하게 발전하고 있으므로 세상의 개발되고 있는 모든 위협을 고려하는 것은 현실적으로 불가능하므로 위협의 종류(기존 4~5종) 보다는 위협이 가지고 있는 폭발량(설계적 관점에서는 등가 TNT라고 함)을 표 3과 같이 어디까지 견디도록 설계했는지를 확인하여 임무수행 가능 여부를 평가하는 것이 중요하다고 할 수 있다.

<Table 3> Threats tolerable by ships, examples of excessive threat ranges (for anti-ship missiles)

또한 이에 못지않게 중요한 사항으로 해당 함정을 침몰시킬 수 있는 크기의 위협(견딜 수 있는 위협의 등가 TNT량 이상의 폭발량을 가진 위협)은 과도한 위협으로 분류하여 전술적으로 레이더 등 탐지센서 및 MASS 등 Soft Kill 수단, CIWS 등 Hard Kill 수단을 활용해 회피 또는 격파하거나 우군 세력을 활용하여 대응하는 방안을 함운용지침서 및 관련 교리 등 전투발전 지원요소에 반영했는지를 시험평가 시 반드시 확인해야 한다.

3.2 피격성(Susceptibility) 및 손상통제 평가 강화, 함정 생존성 한계 확인 필요성

러-우 전쟁에서 우크라이나의 Neptune 초음속 미사일의 공격을 받아 침몰한 러시아의 모스크바함의 경우 미사일 피격 위치는 표 4와 같이 RCS/IR(피격성)이 취약한 연돌 및 엔진룸 인근으로 보여지며,[9] 조선공학적으로는 침몰이 미사일 피격으로 인한 주수밀격벽 2~3개 범위의 파괴 손상과 침수로 인한 복원성 상실에 의해 발생한 것으로 추정된다. 이러한 사례로 비추어봤을 때 일단 피격을 회피할 수 있는 스텔스 성능에 대한 평가와 피격 시 침수 등 손상에 버틸 수 있는 설계 및 손상통제에 대한 평가가 중요한 것으로 보여지나, 최근까지의 함정 시험평가는 표 5와 같이 RCS/IR 측정 신호에 대해 위협(유도탄) 기반이 아닌 해석결과로 설정한 기준값 만족여부를 평가토록 되어 있고, 손상 시 평가는 단순하게 침수 Volume에 따른 복원성 평가토록 되어 있으며 손상통제의 경우 한국형 손상통제 체계에 관한 H/W, S/W, 교육/훈련 등 손상통제 전반에 대한 평가 없이 H/W 자산을 중심으로 국부적인 확인만 하도록 되어 있다.

<Table 4> Analysis of Moscow Naval Ship (Russia) Shot Cases[USNI News(2022. 5. 5.) 참고]

<Table 5> Recent ship test assessment cases (centering on items)

모스크바함 침몰 사례와 최근 함정 시험평가 사례를 비교한 결과 시험평가 단계에서 함정의 스텔스 신호(RCS/IR, URN, Magnetic 4개) 분야에 대해서는 대형 함정일수록 강화(위협 기반, 오차 범위 등 검토 강화)하여 평가가 필요함을 확인할 수 있으며, 위협무기에 대한 피격 이후 회복할 수 있는 회복성(Recoverability)을 향상시키기 위해 손상통제 분야에 대해서는 승조원이 손상통제가 가능하도록 그림 4와 같은 손상통제 구성요소들이 함정설계에 반영되었는지에 대해 평가가 이뤄지도록 해야 함을 확인할 수 있다. 또한 3.1.절에서 언급한 바와 같이 함정이 위협 무기체계에 피격 시 생존성 한계와 전술적 권고사항이 반영되어 있는지에 대한 확인이 필요한 것으로 분석되었다.

[Figure 4] Naval Ship Damage Control Components

3.3 시험평가 방안 현실화 필요성

이상의 시험평가 강화를 위해서는 시험평가 방안에 대한 현실화가 필요하다. 현재 함정 시험평가는 실선시험을 원칙으로 하고 시험시설 미비, 인명 안전, 함 안전, 시험환경 불가 등으로 실선평가가 제한된 항목의 경우에는 M&S, 자료 등을 활용토록 시험평가 방침에서 규정하고 있다. 함정 생존성 분야 시험평가는 피격성, 취약성, 회복성의 카테고리 하에 표 6과 같이 분야를 구분할 수 있는데, 위협 무기체계 피격 시 견디는 취약성의 경우에는 방탄 분야를 제외하고는 국내 여건 상 함정 실물을 대상으로 직접 폭발물을 활용한 실선시험 수행은 제도/예산/장소/민원 등의 사유로 불가능한 상황이다. 따라서 취약성 분야의 실선 시험을 대체하기 위한 활동으로 인해 국내 M&S 기술 수준이 향상될 수 밖에 없었는데 이러한 국내 기술 성숙도를 고려하여 취약성 분야의 시험평가는 M&S 및 자료로 평가토록 방침에서 규정하고 동시에 M&S로 할 수 있는 모든 역량을 동원하여 함정 운용 시 전시에 예상되는 위협을 고려하는 등 평가가 되도록 해야 할 필요가 있다.

<Table 6> ~Test and Evaluation of Vessel Survivability (proposed)

3.4 시험평가 방안 구현을 위한 제도적 한계 극복 필요성

“3.1”에서 “3.3”까지 분석한 함정 생존성 분야 시험평가 현 실태와 제시된 방안을 시험평가 계획 수립단계에서 구현하는 것은 거의 불가능하다. 표 7과 같이 국방전력발전업무훈령에 명시되어 있듯이 시험평가의 목적은 해당 무기체계에 대한 소요 확정시 설정된 원요구조건(ROC, TLR, ORD)에 대해 획득 단계에서 무기체계 시제품에 구현 여부를 확인하는 것이기 때문에 시험평가 단계에서의 현실화는 사전에 소요기획 단계부터 출발하여 획득단계에서 설계 결과물로 구현이 되어야 시험평가가 가능하기 때문이다. 하지만 현실적으로 소요기획을 관장하는 소요군/합참 부서와 획득을 관장하는 방위사업청 부서, 그리고 시험평가를 관장하는 합참 부서가 각 단계별로 구분되어 주관 업무를 수행하고 있어 그 중 최종 단계라고 할 수 있는 시험평가 단계에서의 요구사항이 소요기획 및 획득 단계에 유기적으로 환류・반영되기가 현실적으로 제한되는 상황이므로 이를 극복하기 위한 제도적 발전방향이 뒷받침되어야 한다.[10]

<Table 7> Purpose and items of Naval ship test and evaluation

4. 함정 생존성 분야 시험평가의 제도적 발전방향

함정 생존성 분야 시험평가 발전을 위해 표 6에서 제시한 방안이 구현되기 위해서는 TEMP 및 DT/CT/OT Plan 등의 시험평가 계획서만 수정해서는 안된다. 시험평가란 그림 5와 같이 요구조건을 평가하는 단계이므로 결국 앞단의 소요기획 단계에서 요구가 되고 획득단계에서 설계/건조를 통해 구현이 되어야만 시험평가가 가능해지는 것이다. 따라서 앞장에서 진단한 함정 생존성 분야 시험평가 발전방향 각론이 구현될 수 있도록 시험평가 정책적인 방향을 수립하여 단계별 로드맵 수립을 통해 소요기획(건조가능성 검토, 개념설계)부터 획득 단계(기본설계, 상세설계/함건조)를 거쳐 시험평가 단계로 이어질 수 있도록 종합적인 고려가 필요하다. 함정 취약성(생존성) 분야의 시험평가는 ORD에서 규정한 운용개념-임무-작전환경-위협에 대해 M&S로 평가토록 정책적 방향을 설정해야 이러한 사항이 군요구조건을 도출하는 개념설계에도 포함되어 “ORD 부록2 함정 요구조건”에 반영되고 중기전환 이후 소요가 결정되면 획득단계에서 사업추진 기본전략에도 반영되어 기본설계 및 상세설계 시 시험평가를 받을 수 있도록 설계 결과가 산출될 수 있을 것이다.

[Figure 5] Schematic Ship Acquisition Phase (BV Chart ; Bar-Vee Chart)

또한 함정 생존성 분야에서 ORD에서 규정된 운용개념-임무-작전환경-위협에 대해 M&S를 활용하여 적극적으로 생존성을 평가한다면 해당 M&S Tool의 경우에는 시험평가의 Tool이 아닌 설계영역의 Tool이 될 것이므로 M&S Tool은 시험평가 측면의 VV&A 검증이 아닌 시험평가 이전의 단계에서 소요기획과 운용개념을 관장하는 소요군에서 인정한 프로그램을 사용토록 해야 할 것이다. 다만, 소요군은 M&S Tool에 대한 전문기관이 아니므로 M&S Tool에 대한 인정을 위해서는 소요군 주관으로 전문기관이 참여하에 M&S Tool 유효성 검증 위원회를 개최하여 검증하고 유효성을 확보하도록 제도적 장치를 마련해야 할 것이다.

5. 결론

그림 6과 같이 연합뉴스(2022)에 따르면 북한 무인기 1천여 대를 보유한 것으로 추정되면 이를 테러·정찰 등에 활용 가능할 것으로 판단하고 있고,[11] 오세연(2014), 강호증(2023) 등은 북한은 다양한 정찰 및 공격용 다목적 무인기를 보유 중이며 유사시 폭탄 등을 장착하여 공격이 가능하다고 판단되어 함정에 대한 무인기 자폭/화생방 공격, 군집드론 공격에 대한 대비가 필요하다고 주장하고 있다.[12],[13]

[Figure 6] North Korea’s UAV Threat Provocation and Development Trend(연합뉴스 2022.12.26.)

이처럼 북한은 무인기 및 미사일 도발, 핵개발 실험 등 지속적인 도발을 진행 중인데다 러-우 전쟁 사례를 고려시 강대국을 상대하기 위해서는 무인체계 등 비대칭 신무기 개발이 필요함을 느껴 이미 개발 중일 가능성이 농후함을 인식하여 우리군은 미리 대비해야 한다. 이는 비단 북한 뿐만 아니라 불안정안 동북아 정세 하 주변국과의 분쟁 상황과도 직결되기 때문이다. 함정 생존성 업무는 국민을 수호하는 해군 창끝부대 승조원의 생명과 국가 전략자산인 함정을 보호하고 살리는 업무로 핵심기술 개발, 함정 설계/건조 업무뿐만 아니라 시험평가 분야에서까지 본 논문에서 제시한 위협 발전추세 반영, 피격성(Susceptibility) 및 손상통제 평가 강화, 함정 생존성 한계 확인, 시험평가 방안 현실화, 방안 구현을 위한 제도적 한계 극복 등에 대한 지속적 발전이 필요하다.

러-우 전쟁사례를 교훈삼아 4차 산업혁명으로 전쟁의 패러다임이 바뀌고 있음을 인식하는 순간 이미 전쟁에 대비는 늦었다고 생각하고 지금이라도 대비하려는 노력이 필요한 시점임을 강조하며 본 고를 마친다.