현재의 AESA 레이더 다음에 나올 차세대 레이더로
광자레이더, 양자레이더가 언급이 많이 되던데요.
저도 이게 원리가 뭔가 어느정도 발전되었나 궁금해서 웹서핑을 좀 해 봤는데요.
공부삼아 간단히 서머리 해 보았습니다.
1. 광자레이더(Photonic Radar)
번역을 광자레이더로 하지 않고 광학레이더로 하는게 더 정확하지 않나 하는 생각이 들었습니다.
2015년 경을 기점으로 군사용 레이다로서의 장점을 언급하는 논문들이 보이기 시작하던데, 최근에는 러시아에서 시제품까지 만들어서 테스트하는 수준까지 왔나 보더군요. 미국에서는 보안상 공개는 안 하는 것 같지만 러시아 이상으로 진전을 보고 있을 확률도 높죠.
현재의 전투기용 AESA레이더는 전통적인 발진자와 앰프로 전류를 제어하고, 안테나를 통해 전자기파를 발생시키는 방식인데요. X밴드 대역은 파장의 길이가 약 2.5cm 부근이라고 하죠. 이것도 전파 중에서는 엄청 짧은 파장이죠.
그런데 현대 스텔스 기술이 이 대역의 레이더에 주로 대응하여 개발되어 있기 때문에, 스텔스를 탐지하기에는 불리한 대역인 것도 사실이고요.
그런데 이 광자레이더(광학레이더)는, 전파를 만들어내는 원천이, 안테나가 아니고 레이저더군요.
레이저로 만들어낼 수 있는 일반적인 파장대는 적외선 영역일 것이고, 그렇다면 대략 1미크론 정도의 파장 길이가 나올 겁니다. 이 빛을 변조시켜 파장을 좀 더 잡아늘려서 마이크로파(수십~수백 미크론) 대력의 전파로 만들어서 쏴 주는 방식 같네요. 그리고 이것을 AESA 처럼 최대한 많은 갯수로 한꺼번에 쏴 주도록 되어 있더군요.
마이크로파 영역이라면, 공기중의 수증기도 잘 통과하기 때문에 장거리 탐색용으로 충분히 쓸 수 있습니다.
이때 사용하는 레이저는 공업용 이산화탄소 레이저 같은 것은 못 쓰기 때문에(설비가 거대해 지고 내구성이 약함), 반도체 기반의 솔리드 스테이트 레이저광을 씁니다. 솔리드 레이저는 대출력을 만들어내는데 불리하기 때문에, 현재 봉착한 기술적 장벽은 이 레이저의 출력인 것 같습니다. 출력이 충분치 않아서 아직은 멀리 볼 수 없다고 하네요.
대신 레이저이기 때문에 에너지 효율은 더 좋아져서, 기존의 안테나 방식보다 10~20% 가량 효율을 더 높일 수 있습니다. 즉 그정도 더 적은 전력만 공급해 줘도 동급의 탐지거리를 얻을 수 있다는 이야기겠죠.
아무튼 부족한 레이저 출력 문제만 해결되면 장거리 탐색이 가능해지고, 5세대 스텔스기도 그대로 볼 수 있으며, 적외선과 가까운 파장이므로 심지어 IRST도 불필요해질 수 있습니다. 게다가 매우 파장이 짧기 때문에 고해상도 적외선 카메라로 보는 것 처럼 엄청난 퀄리티의 화면도 얻을 수 있고요.
따라서 사실상 전파공학 보다는 광학적인 영역에 더 가까운 특성이 더 강한 것 같습니다.
2. 양자레이더(Quantum Radar)
이건 빛을 만들어낼 때 양자얽힘 상태로 만들어낸 후, 하나는 대상물로 쏘아보내고, 여기에 얽혀있는 다른 하나는 감지기로 보내서, 쏘아보내졌던 놈이 물체에 부딪혀 상태가 변하면, 감지기에 있는 얽혀있는 광자의 상태도 변하므로, 그것을 감지한다는 개념이더군요.
양자얽힘 상태의 광자쌍을 만드는 방법은
(1) 레이저광을 소스로 하고, 프리즘을 이용해서 얽혀있는 광자를 분리하는 방법
(2) 퀀텀닷(나노단위 반도체)에서 양자얽힘 상태의 광자쌍을 직접 얻어내는 방법
크게 2가지 있는 것 같습니다. 실험에서는 어떤 쪽을 쓰는지는 잘 모르겠네요. (알려진 정보가 거의 없음)
다만, 앞서의 광자(광학)레이더에 비해서는 아직 실용화까지는 가야할 길이 매우 먼 것 같습니다.
다만 원리적으로, 이 방식으로 레이다를 만들면, 쏘아보내는 광자의 갯수 자체가 엄청나게 적기 때문에, 많은 에너지가 필요하지도 않을 것이고, 상대방의 센서가 알아챌 수도 없을 것이라고 합니다. 극단적으로 말해 수만개 정도의 광자만 쏘아보내도 충분히 화면으로 재구성 가능할테니까요. (반면, 기존의 레이더나 광자레이더 같은 경우에는 천문학적으로 많은 엄청난 갯수의 광자를 쏘아보내는 경우가 되겠죠)
중국에서 실험 성공했다는 기사가 뜨긴 했었는데 증거나 논문 같은 것이 없으므로 믿기 힘들고 의미도 없는 것 같고..
미국의 경우에는 아이디어가 MIT에서 2015년도에 논문으로 제시된 후, 갑자기 미국발 관련정보가 뚝 끊긴걸로 봐서 극비리에 연구중인가 봅니다.
우리나라에서는 올해 7월에 위의 광자(광학)레이더와 양자레이더 둘 다를 연구하는 팀을 만들었더군요. 물리적 원리는 아주 클리어하게 나와 있기 때문에, 전적으로 공학적인 과제가 될 것 같습니다.
다만 이와 비슷한 분위기를 예전 2000년대 중반에 봤던 데자뷔가 하나 떠오릅니다.
그때는 밀리미터 레벨의 파장대가 유행이었죠. 밀리미터파 연구 어쩌구 하면서요.
모든 물체가 고유의 밀리미터파를 발신하기 때문에, 패시브 디텍터를 만들수 있다고 검증도 하고 막 그랬었죠.
좋은 예로, 콩크리트벽 너머에 있는 병사의 실루엣을 투시해서 보는 데모도 있었거든요.
그런데 노이즈 문제라던가 화면으로 재구성해 내는 프로세스 문제 등등 난이도가 굉장히 높았었는데, 실증단계 연구까지 우리나라 ADD에서 진행하고 그랬었거든요. 그런데 결국 실용성이 낮다(군사적으로 쓰기에는 좀 애매하다)는 이유로 연구가 사실상 중단되었던 것을 보았었습니다.
이런 것 처럼, 광자레이더나 양자레이더도 연구 되다가 장벽에 부딪혀 결국 나가리 될 확률도 있습니다.
다만 광자레이더의 경우에는 여러나라에서 미친듯이 붐인 것으로 보아, 레이저 광원의 출력문제만 해결하면 상당히 희망적이라는 평인가 보더군요.
* Ref
1. http://fullafterburner.weebly.com/next-gen-weapons/radio-optic-phased-array-radar-a-comprehensive-study
2. 생략...