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213. 국산무기개발 비화 - 어뢰 백상어·청상어 (56)

청상어 개발 과정에서 가장 큰 특징은 군의 요구 성능에 대한 분석에서부터 설계와 가상시제 제작과 시험평가에 이르기까지 전 순기에 걸쳐 독자적인 모델링-시뮬레이션(M&S)을 가졌다는 점이다.

미 국방부는 M&S에 대해 “관리 또는 기술적 판단의 근거가 될 수 있는 자료를 얻기 위해 정적으로 또는 시간상에서 에뮬레이터·시뮬레이터 등의 모델을 사용하는 것”으로 정의하고 있다.

미국은 M&S의 중요성을 인식한 1990년대부터 무기체계 개발·획득에 드는 비용 감축을 위해 M&S를 기반으로 무기체계를 개발·획득할 것을 적극 권고해 왔다. 무기체계를 설계·개발하는 개발자 입장에서 볼 때 시뮬레이션은 시스템의 운용 환경·조건에 따른 운용성과 성능에 대한 기술적 자료를 획득하는 것이 목적이라고 할 수 있다.

이렇게 시뮬레이션에 기반을 둔 무기체계의 설계(SBD: Simulation Based Design 시뮬레이션 기반 설계)는 전문 지식과 기술에 의해 개발되고 검증된 모델로 시뮬레이션을 수행해 기능과 성능을 검증함으로써 시제와 시험에 필요한 비용을 감소시킬 수 있다.

또 실전 상황과 같은 실현이 불가능한 환경과 조건을 가상 환경으로 구현하고 체계의 성능을 확인할 수 있도록 함으로써 운용성이 충분히 고려된 무기체계의 개발이 가능토록 하는 장점이 있다.

연구팀은 백상어 개발 과정에서 M&S의 개괄적 아키텍처(하드웨어와 소프트웨어를 포함한 컴퓨터 시스템 전체의 설계 방식)를 정립했지만 중어뢰와 달리 수중의 적 잠수함을 수상에서 공격하는 청상어에 대한 모델링을 위해서는 새로운 문제들을 해결해야 했다.

예를 들어 어뢰에 장착한 낙하산을 공중에서 편 후 수중으로 입수시키는 운동·기동 모델, 신호 크기뿐만 아니라 주파수 분리에 의한 탐지가 더 중요한 진보된 음향탐지기 모델 등의 난해한 요소들에 대한 모델링과 검증이 필요했던 것이다.

해군이 필요로 하는 경어뢰 청상어에 대한 요구 성능을 분석하고 개념 설계를 하는 과정에서는 SOPA(System Operational Performance Analysis)라는 다양한 운용 환경과 조건 속에서 탐지 효과도를 계산하는 소프트웨어가 사용됐다. 목표 성능을 확보하기 위해 체계와 부체계가 가져야 하는 목표 성능과 설계 파라미터들을 도출했다.이렇게 성능이 식별되면 일반 배치와 형상에 대한 기본 설계를 수행하는 데 운용 개념에 따라 설계에 제약조건이 따르게 된다.

기존 어뢰의 설계 데이터베이스와 안정성·동특성에 대한 경험식 모델을 이용한 TORCAD(Torpedo Computer Aided Design)는 시스템을 어떻게 구성하고 구성품 등을 어떻게 집적해야 하는지 그 방법을 도출하는 데 유용한 프로그램이다. 설계의 기본 조건이 되는 형상과 중량은 물론 요구 속도와 유도제어 성능을 만족할 수 있는 형상, 추진기·제어판 등에 대한 기본 설계를 수행했다.

기본 설계가 완료되면 그 결과를 가지고 상세 설계를 한다. 이 단계에서는 청상어의 두부·후부 등의 몸체와 추진기, 제어판에 대한 형상 설계와 구성부들의 전기적·기구적 설계가 수행된다.

형상 설계를 위해 CFD(Computational Fluid Dynamics, 전산유체역학)를 이용한 유동 해석과 수조·풍동모형 시험을 갖고 구성부들의 기능 구현을 위한 센서·신호처리·제어 등을 위한 소자·회로 설계가 이루어진다. 유동 현상에 대한 모델, 전기 신호 등에 대한 모델 등 일반적인 공학적 모델과 학술, 상업기술적으로 검증된 시뮬레이션이 이용됐다.

< 출처 : 국방일보 신인호, 2006. 6. 12 >　- 무단전재 및 재배포 금지 -

2006-06-12 18:50:05