[단독] 마스트 온도 조절로 ‘적외선 포착 차단’…한화시스템, 스텔스 잠수함 앞당긴다

▲마스트 내부 이중 재킷 구조를 통해 냉각수를 순환시켜 표면 온도를 주변 해수와 0.1도 오차 내로 동기화 하는 스텔스 메커니즘. 인포그래픽=구글 생성형 AI 제미나이 생성

한화시스템이 차세대 잠수함(장보고-III 배치-II 및 수출형)의 생존성과 작전 효율을 극대화하기 위한 핵심 특허기술을 대거 확보했다.

적의 최첨단 감시 자산을 따돌리는 능동형 '스텔스' 기술과 복잡한 수중전장 정보를 직관적으로 통합해 지휘관의 결심을 돕는 '디지털 지휘통제' 시스템까지 아우르며 잠수함의 생존 본능과 두뇌를 재설계했다는 평가다.

◇“보이지 않는 위험을 본다"…항재밍 GPS와 고도화된 음향 분석

9일 본지 취재 결과, 한화시스템은 지식재산처(구 특허청)으로부터 마스트(잠수함 외부 상단 수직기둥 부분)의 능동 냉각·항재밍 기술과 전투 효율을 극대화하는 직관적 지휘 통제 등 차세대 잠수함 기술을 인정받은 것으로 확인됐다.

잠수함이 가장 취약한 순간은 통신이나 정밀 위치 보정을 위해 잠망경 심도나 수면 가까이 부상할 때다. 이때 적의 강력한 전파 방해(Jamming)나 정교한 기만 신호(Spoofing)에 노출되면 잠수함은 자신의 위치를 오인해 작전에 실패하거나 적의 함정에 빠질 수 있다.

한화시스템의 '잠수함 마스트 냉각 시스템'은 스텔스 기술의 정점을 보여준다. 마스트 표면 온도가 주변 해수 온도보다 높을 경우 적의 적외선 센서에 '핫스팟'으로 감지되는 것을 원천 차단하는 기술이다. 시스템은 마스트 외부에 부착된 온도 센서와 해수 온도 센서를 통해 실시간으로 온도 차이를 감시한다.

마스트 온도가 해수보다 높게 감지되면 제어부는 즉시 마스트 선체 내부에 설치된 '냉각수 순환관'을 가동한다. 이를 통해 마스트 표면 온도를 해수 온도와 0.1도 오차 범위 내로 동기화시킨다. 열 감지 측면에서는 '투명한 마스트'를 구현해 적의 감시망을 무력화하는 것이다.

▲신호 세기와 위치 오차를 이중 검증해 재밍 여부를 판단하고 빔 포밍을 통해 정상 위성 신호만을 추출하는 지능형 GPS 항재밍 프로세스. 인포그래픽=구글 생성형 AI 제미나이 생성

'수중 선박 환경에서의 항재밍 장치 및 이를 이용한 항해 방법' 특허(등록 번호 10-2859750) 기술은 잠수함이 부상해 GPS 신호를 수신하면 '신호 판단기'는 먼저 신호의 세기를 분석한다. 통상적으로 재밍 신호는 일반적인 위성 신호보다 훨씬 강력한 출력으로 송출돼 수신된 신호가 기준치보다 비정상적으로 강하다면 이를 1차적으로 재밍으로 의심한다.

'데이터 판단기'는 2차 정밀 검증을 수행한다. GPS로 계산된 선박의 위치 좌표와, 잠수함 내부의 관성 항법 장치(INS)가 자체 센서로 추정한 위치를 비교하는 것이다. 관성 항법은 시간이 지날수록 오차가 누적되지만 급격한 위치 변화는 발생하지 않는 특성이 있다. 따라서 GPS 위치와 INS 위치의 차이가 물리적으로 불가능한 범위라면 시스템은 이를 기만 신호로 판단하고 GPS 데이터를 차단한다.

이후 시스템은 내부 관성 항법 모드를 유지하며 승조원에게 경보를 울린다. 반대로 정상이 확인되면 신뢰할 수 있는 GPS 데이터를 이용해 누적된 INS 오차를 초기화 해 항법 정밀도를 회복한다. 이러한 지능형 항재밍 기술은 잠수함의 안전한 작전 수행을 위한 필수적인 안전 장치다.

◇“지휘관 결심, 데이터로 보좌"…통합 전술 콘솔과 디지털 블랙박스

▲AI가 분석한 표적 정보·무장 상태·UUV 제어 화면이 하나의 대형 디스플레이에 통합된 디지털 콕핏 개념도. 인포그래픽=구글 생성형 AI 제미나이 생성

기술이 아무리 발전해도 결국 최종적인 교전 결심을 내리고 방아쇠를 당기는 것은 사람이다. 한화시스템의 기술 포트폴리오는 첨단 센서와 무장 이상으로 이를 운용하는 지휘관의 인지 능력을 극대화하는 휴먼-머신 인터페이스(HMI) 분야로 확장되고 있다.

또한, 특허 내용에는 잠수함 전투 지휘실의 핵심인 '커멘더 스테이션'과 '전술 스테이션'의 통합 운용 설계도 포함돼 있다.

기존 재래식 잠수함의 전투지휘실은 소나·레이더·무장 통제·항해 콘솔이 개별적으로 분산돼 있어 지휘관이 정보를 통합적으로 인지하기 위해 끊임없이 이동하거나 구두 보고에 의존해야 했다.

이에 착안해 한화시스템은 전동형 의자에 통합된 제어 장치와 다기능 파노라마 디스플레이를 통해 지휘관이 착석한 상태에서 함의 항해 정보, 전술 상황, 무장 상태를 한눈에 파악하고 즉각적인 명령을 내릴 수 있는 '조종석' 개념을 도입했다.

조종석은 좌현의 다기능 콘솔과 우현의 함조종 콘솔, 중앙의 전술테이블을 유기적으로 연동해 지휘관의 불필요한 동선을 제거하고 의사결정 속도를 높이는 데 초점을 맞추고 있다.

또한 '함정 및 함정의 전술 평가 방법' 특허는 잠수함 운용의 '블랙박스' 역할을 수행한다. 이 시스템은 작전 중 발생한 모든 데이터를 타임라인에 맞춰 동기화 해 저장한다. 훈련이나 실전 종료 후, 이 시스템은 당시 상황을 그대로 재생할 수 있게 해준다.

이를 통해 소나 탐지 시점과 지휘관의 발사 명령 사이의 지연 시간을 초 단위로 분석하고, 당시 지휘관의 육성 명령이 센서 정보와 일치했는지를 데이터에 기반해 포렌식 수준으로 검증할 수 있다. 이는 주관적인 기억에 의존하던 사후 강평을 객관적인 데이터 분석의 영역으로 끌어올려 승조원의 전술적 숙련도를 비약적으로 향상시키는 훈련 도구이자 전술 개발의 핵심 자산이 된다.

하드웨어 플랫폼(선체)을 만드는 한화오션의 건조 능력에 결합될 것인 만큼 소프트웨어(두뇌)를 만드는 한화시스템의 초격차 기술은 현재 진행형인 캐나다 잠수함 사업(CPSP) 등 대형 수주전에서 경쟁력을 입증하게 될 것으로 예상된다.

이같은 마스트 능동냉각 기술의 최신모델 적용과 차기 잠수함의 커멘더 스테이션 표준 채택 여부에 대해 한화시스템측은 “군사정보 보안상 확인해줄 수 없다"고 밝혔다.

박규빈 기자 kevinpark@ekn.kr