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작성일 : 21-02-20 17:05
[기타] ICBM 과 육분의, 시계
 글쓴이 : archwave
조회 : 1,764  

대항해시대, 제국주의가 가능하게 했던 기술적 진보는 육분의(Sextant) 와 시계 (chronometer) 였습니다.

육분의에 의해 위도를 정확히 파악할 수 있었고, 크로노미터와 조합해서 경도를 파악할 수 있었죠.

이 기술은 현재에도 계속 사용되고 있고, 항해 계기로 쓰는 육분의는 1/10 분까지 읽을 수 있도록 되어 있습니다.

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1960년대 중반부터 전자 기술의 발전으로 인해 천문 항법을 자동적으로 구사할 수 있게 되었다. 이러한 기계식 천문 항법 장비는 주간에도 주요 천체 11개의 위치를 파악해 오차 범위 90m 이내로 자신의 위치를 파악할 수 있었다.

이 장비들은 선박은 물론 일부 군용기에도 탑재되었다. 심지어는 ICBM(Intercontinental ballistic missile, 대륙간 탄도 미사일)도 지구 대기권 밖을 비행할 때 기계식 천문 항법을 이용해 자신의 위치를 파악한다.

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흔히 위도, 경도 몇 도 라고 말하는데,
지구를 360 도로 나누고 1 도를 60 등분한 1 분이 1 해리 ( 1852 미터 ) 가 됩니다.
1 분을 또 60 등분한 1 초는 30.866666 미터이고요.

항해용으로 쓰는 육분의는 1/10 분 ( 6 초 ) 단위이니 최대 185.2 미터 단위로 현재 위도를 파악할 수 있고요.
( 적도 기준이고, 북극이나 남극쪽으로 가까워질수록 거리 단위가 대폭 줄어듭니다. )

경도는 그리니치 천문대 시각과 현재 위치 (태양 움직임을 기준으로 한) 시각의 차이로 구할 수 있는데,
시계의 오차 1 초는 경도로 15 초, 거리로는 적도 기준 463 미터에 해당합니다. ( 적도에서 멀어질수록 짧아짐 )

만약 ICBM 에 탑재한 시계가 날아가는 도중에 1 초 오차가 나면 목표물에서 최대 463 미터 벗어난다는 얘기가 됩니다. 물론 기계식 시계보다 못 한 시계를 달리는 없겠고요.

참고로 흔해빠진 1 PPM 정밀도 시계는 한 시간에 0.0036 초 ( 거리로는 최대 1.6668 미터 ) 오차입니다.
( PPM 수치가 작을수록 정밀 )

1755 년에 만들어진 크로노미터 H4 의 경우 81 일동안 겨우 5.1 초의 오차 (0.73 PPM) 만 발생했다네요.

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지구의 중력 가속도 세기가 위치에 따라 다 다르다는 점을 이용해서 중력 지도를 만들고,
중력 센서를 이용해서 자신의 위치를 파악해나가는 기술도 쓰였습니다.

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천체를 측정해서 위치를 파악하는 것을 Celestial navigation (천문항법, 직역하면 천체 항법) 으로 부르는데요.


As early as the mid-1960s, advanced electronic and computer systems had evolved enabling navigators to obtain automated celestial sight fixes. These systems were used aboard both ships and US Air Force aircraft, and were highly accurate, able to lock onto up to 11 stars (even in daytime) and resolve the craft's position to less than 300 feet (91 m). The SR-71 high-speed reconnaissance aircraft was one example of an aircraft that used a combination of automated celestial and inertial navigation. These rare systems were expensive, however, and the few that remain in use today are regarded as backups to more reliable satellite positioning systems.

Intercontinental ballistic missiles use celestial navigation to check and correct their course (initially set using internal gyroscopes) while flying outside the Earth's atmosphere. The immunity to jamming signals is the main driver behind this seemingly archaic technique.

무려 1960 년대에 11 가지 천체 ( 태양, 달, 화성, 금성, 목성, 토성, 북극성.. ) 관측하는 방식으로 선박/항공기에서 91 미터 미만의 정확도로 위치 확인했다고 나와있네요.

SR-71 정찰기가 천체 항법과 관성 항법 장치를 동시에 사용했다 하고, ICBM 에도 사용되었고요.
물론 사람이 일일이 계산하는 것이 아니라 항법 계산기가 알아서 계산해주는 것입니다.

육분의, 정밀 시계, 항법 계산기를 통합한 digital sextant 를 개발한 국내업체도 있네요.
GPS 가 먹통인 상황에서도 언제 어느때라도 1 초내로 현재 위치 파악 가능하다는 장점을 내세우는 모양입니다.

참고로 구름이 없고 빛을 산란시킬 공기가 없는 대기권 밖에서는 대낮에도 태양 이외의 천체들도 충분히 관측 가능합니다.

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관성항법장치 (Inertial navigation system) 의 정밀도도 옛날과 달리 지금은 1 시간 날아가도 200 ~ 300 미터 오차밖에 안 난다고 하죠.

일반적인 탄도 미사일은 관성항법장치를 주장치로 쓰고 관성항법장치의 시간이 지남에 따라 누적되는 오차를 GPS 로 보정합니다만, ICBM 은 관성항법장치가 주장치이고, 오차 보정을 천문항법장치, 중력센서등을 활용해서 합니다.

상호확증파괴 ( https://namu.wiki/w/%EC%83%81%ED%98%B8%ED%99%95%EC%A6%9D%ED%8C%8C%EA%B4%B4 ) 라는 무시무시한 상황에서 GPS 가 방해받지 않고 동작할리가 없겠죠. 따라서 GPS 의 도움을 받을 수 없다고 가정해야 하니까요.

ICBM 과 한 형제라 할 수 있는 인공위성은 매우 장기간에 걸쳐 오차 보정을 하니 좀 더 다양한 장치들을 씁니다만, 기본은 육분의 방식을 좀 더 발전시켰다 할 수 있는 star sensor 를 씁니다. ( https://think-tank.tistory.com/113 )

** 오해의 소지가 있어서 추가합니다. 전통적인 천문항법장치는 기계적인 부분을 포함하고 있기 때문에 장기간 사용시 마모등의 이유로 오차가 발생할 수 있습니다. 그래서 사실상 무한 수명의 반도체 소자인 star sensor 를 이용하는 것입니다. 소비전력 문제도 있겠고요. 기계적 수명 문제가 없다면 천문항법장치는 언제 어디에서나 심지어 우주공간에서도 오차 범위는 항상 동일합니다.

star sensor 라 해서 거창할 것 같지만, 천문항법장치의 일종이고, 외형만 보면 휴대폰이나 CCTV 에서 볼 수 있는 카메라와 뭐가 다른가 싶을 정도입니다. 별등을 찍은 이미지를 처리하는 기능이 붙어있다는 것만 다르죠.

좀 과장해서 말하면 휴대폰 카메라 정도만 달아놔도 ICBM 이 자신의 위치를 파악하고 궤도 수정을 해나갈 수 있다는 의미도 됩니다.

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핵군축협상 때문에 ICBM 의 개선 기회가 사라지고 최신기술이 적용되지 못 하고 있으니,
탄도미사일의 사거리가 길어지면 공산오차(CEP) 가 커진다는 미신 아닌 미신이 통하는 상황인데요.

사실 핵탄두를 CEP 몇십미터, 몇미터 이런 수준으로 투발할 필요성이 없으니 굳이 예산 들여서 CEP 개선해야만 할 이유도 없겠죠.

출처 : 해외 네티즌 반응 - 가생이닷컴https://www.gasengi.com


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singularian 21-02-20 18:44
   
설명중에 그걸 빼놓으셨네요.
...
육분의가 북두칠성 꼭지별이 생기고 나서 생겼다는 것...
별이 먼저 생기고 육분의가 생겼습니다.

그 이름도 출생후 42억년이나 지난 후에나 붙혔죠
북극성이라고.
     
archwave 21-02-20 19:20
   
태양이 섭섭해합니다.

태양이 나오고 육분의가 나왔다라고 외치네요.
아무 21-02-20 19:35
   
과거 대륙간탄도미사일이 사거리에 따라 공산오차 커지는 것은 명백한 사실이었는데 그걸 미신이라 비웃는 건...

현재 기술로 과거의 무기를 재단하면 어쩌자는 겁니까?
일부 팩트를 나열하면서 사실관계를 뒤트는 것처럼 보이는군요.
     
archwave 21-02-20 19:41
   
과거에도 위치 파악 기술은 있었습니다.

기본적으로 위치 파악 기술이 있고, 궤도 수정할 수단이 존재하는 이상,
CEP 는 사거리와는 관계없습니다.
오로지 위치 파악 기술 정밀도, 궤도 수정 수단의 성능에 좌우되었을뿐입니다.

기술 발전 정도, 기술을 실제로 적용하는 비용, CEP 달성해야 할 목표등의 트레이드오프 관계였을뿐이었죠.

메가톤 단위 핵탄두의 CEP 가 km 에 달해도 문제될 것은 없었죠.

ICBM 이 아니라 단거리 탄두 미사일이라 해도 메가톤 단위 핵탄두를 달았다면 CEP 줄이겠다고 비싼 기술 넣지 않았을 것입니다.
     
archwave 21-02-20 19:44
   
위력이 큰 핵탄두를 쓴 전략무기이니 CEP 를 낮추지 않았다. --- 공교롭게도 이런 것들은 죄다 장거리 탄도 미사일이다.

핵탄두를 달아도 kt 급 전술핵탄두인 경우는 CEP 를 낮춰야 했다. --- 공교롭게도 이런 것들은 죄다 단거리 탄도 미사일.

옛날 것들은 단거리 탄도 미사일도 CEP 컸습니다.

기술이 발전되어도 ICBM 들은 핵군축협상 때문에 개선의 기회가 없었다. --- ICBM 은 CEP 가 큰 상태 그대로 남고 협상의 제약을 받지 않는 단거리 탄도 미사일들은 CEP 를 개선할 신기술 듬뿍 투입.
     
archwave 21-02-20 20:24
   
CEP 와 직접적으로 관련이 되는 것은 탄두의 돌입속도입니다.

탄두의 돌입 속도가 높으면 높을수록 위치 파악 기술 난이도가 올라가고 궤도/탄도 수정 정확도가 떨어지기 마련이죠.

아울러 탄두의 형상 역시 CEP 와 관련이 깊고요.

공교롭게도 ICBM 들은 하나같이 돌입 속도가 빠릅니다.
만약 ICBM 탄두의 돌입 속도를 낮춘다면 CEP 를 단거리 탄도 미사일만큼 개선할 수 있다는 말도 됩니다.

물론 일부러 낮출 이유가 없죠. 메가톤급 탄두이기 때문에 필요성 자체가 없으니까요.
아무 21-02-20 21:27
   
과거 위치파악 기술이 있었던 걸 부정한 적 없어요.

근데 육분의 쓸 줄 알아요? 별 보고 위치 파악 가능하세요?

그게 가능하다와 그걸 실행한다는 전혀 다른 차원입니다.

탄도탄에 육분의 쥐어준 사람을 앉혀 놓을 건가요? 아님 별 보라고 망원경이라도 안겨줄거예요?

지금 당연한 기술이 당시에는 극복할 수 없는 높은 벽이었을 수도 있어요.

과거 그런 기술이 있고 가능했다고 해서 공산오차가 낮아지는 거 아니예요.

본인이 지적했듯이 위치파악 기술의 정밀성과 궤도수정수단의 성능에 좌우되요. 그런데 그게 거리가 늘 수록 오차가 커지는 사실은 왜 외면하는거죠?

본인도 알고 있잖아요? 관성항법장치는 거리가 멀어질 수록 오차가 커진다는 걸. 그걸 관성항법장치의 정밀도로 극복할 수 있다고 해도 결국 거리 때문이 오차가 생기는 사실은 왜 모르쇠 하는건지?

팩트를 열거하고 사실관계를 뒤튼다는 말이 이런 논조를 말하는 겁니다. 왜 동전의 양면의 관계에 있는 걸 한 면만 강조하고 왜곡해요?

그 뿐만 아닙니다. 비거리가 늘어날 수록 비확정성은 늘어납니다.

단적인 예로 음속 이상으로 운동하는 비행체는 공기 밀도에도 큰 영향을 받아요.

고작 15킬로미터 비거리를 가진 포병도 탄이 날아가는 동안의 바람과 공기 밀도, 기온 등에 영향을 받는 걸 알아 이런 기상을 중요시 합니다만, 그건 초탄 명중을 노릴 때의 이야기고 현실은 일단 얼추 맞춰 쏘아본 다음에 좌로 200미터 당겨 100미터 이런 식으로 수정보는 게 예전 포병의 현실이었어요.

그 정도 사거리를 거진 포병은 그래도 지역 기상만 알면 되지만 대륙간탄도탄 정도 되면 날아가는 동안 발생되는 불확정 요소는 당시 기술로 어떻게 해볼 수 있는 게 아니예요.

이런 요인들 때문에 발생하는 복합적인 오차를 당시에는 기술적으로 극복할 수 없어서 공산오차, 그것도 정하진 거리 안에 탄이 10발 다 들어가는 것도 아니고 5발 들어가는 거리를 공산오차로 정한 거예요.

거리가 멀수록 당시의 기술적 한계로 공산오차가 커질 수 밖에 없었는데 그걸 미신이라고 하는 건 현대 가술로 과거를 재단하는 실수를 하는 겁니다.

현대에 와서 이런 복합적인 비확정성을 씹어 먹을 정도로 위치파악 기술과 궤도수정 수단이 발달해서 공산오차를 백미터 단위가 아니라 5미터 단위로 이야기 하는 겁니다.
그러니 중단거리 탄도탄은 재래식 탄두도 사용할만큼 경제성이 나오는 거구요.

왜 여전히 대륙간탄도미사일에는 재래식 탄두를 사용 안하겠어요? 거리가 멀어질 수록 커지는 오차를 보정할 수 있는 비싼 장치를 달아야는데 그럼 가성비가 안나오니 안다는 겁니다.

게다가 이것도 고정표적 이야기예요. 표적이 이동한다? 이걸 따라잡으려면 또 이야기가 달라져요.

공산오차가 돌입속도에 종속 된다는 것도 동의할 수 없네요. 예를 들어 돌입 전 이미 34킬로 어긋난 상황에서 탄두가 물리적으로 제어할 수 있는 범위가 30킬로 밖에 안된다면 이 탄두는 아무리 측추력이고 날개를 꺽어 봐도 400미터 어긋나는 겁니다.

이 때 명중률을 높이려면 지적한 것처럼 탄두 속력을 낮추는 수 밖에 없죠. 그런데 무슨 수로요?

다시 말하지만 가능하다와 실행한다는 전혀 다른 차원의 문제입니다.

게다가 명중률을 형상시킬만큼  속도를 늦춘다?
종말단계의 탄두를 현대 대공방어체계가 요격할 수 없는 지 그 이유를 모르는 건 아니겠죠?
     
archwave 21-02-20 21:36
   
ICBM 에 천문항법 (육분의가 기본이죠) 을 적용한 것이 1960 년대라는데요.
그건 사람이 ICBM 에 타서 하는건가요 ?
이미 오래전에 ICBM 에도 들어간 기술입니다.

그리고 돌입전에 34 킬로미터나 어긋난다고요 ? 무슨 대포를 쏜겁니까 ? 왜 이리 엄청난 오차가 발생하는건가요 ?

다른 수단없이 순수하게 관성항법장치만 썼어도 34 킬로미터씩이나 오차가 날 수 없습니다. 커봐야 킬로미터죠. ICBM 이 민항기마냥 대륙 횡단하는데 하루 걸리기라도 합니까 ?

그리고 제가 말하는 탄두 속력 늦춘다는 것은 마하 10 이하 ? 이 정도 수준을 말하는겁니다.

필요하면 충분히 마하 10 정도로 낮출 수 있는 부분이죠.
이미 말했듯이 메가톤급 핵탄두가 속도를 일부러 늦추면서까지 CEP 개선할 이유가 없으니 안 할 뿐임.
     
archwave 21-02-20 21:40
   
위치 확인 기술과 궤도 수정 수단은 사거리 멀어진다고 비싸지는 것이 아닙니다.

위치 확인하기 위한 천문항법장치가 사거리 늘어난다고 더 비싸집니까 ? 아니죠.

위 글 링크에도 있듯이 91 미터 미만 정밀도 천문항법장치는 아무리 사거리가 길어져도 계속 91 미터 미만 정밀도인겁니다. ICBM 이 비행하는 거리와 상관없이 천체/지구의 움직임은 일정합니다.
( 물론 굉장히 긴 천문학적 기간을 두고 보면 약간은 변하긴 하겠지만요. )

궤도 수정 수단 역시 마찬가지입니다. 측추력장치의 경우 연료 소모량이 있겠죠. 대형 로켓이면 그만큼 연료량도 많이 실을 수 있을테니 역시 사거리와는 별 관련이 없는 부분입니다.
     
archwave 21-02-20 21:45
   
대기권과 달리 우주 공간에서는 딱히 불확정성이라 할 것도 없습니다.

사거리 멀든 가깝든 단거리 탄도 미사일이 아닌 이상, 일단 대기권 밖에 나갔다가 들어옵니다.

ICBM 이든 아니든 대기권내에 있는 시간은 마찬가지라는 얘기죠.
ICBM 의 재돌입 속도가 높은 만큼 ICBM/틴두가 대기권 안에 있는 시간이 더 짧겠네요.
각도도 더 가파른 경향이기 때문에 시간이 더욱 짧아지겠고요.

시간만 갖고 따질 일은 아니겠지만, 오히려 단거리 탄도 미사일에 비해 ICBM 이 대기의 불확정성의 영향을 더 적게 받을 수 있다는 의미도 되겠죠.
     
의자늘보 21-02-20 22:19
   
관성항법은 사거리가 늘어날수록 오차가 커지지만
천문항법은 사거리랑 오차랑은 별 관계 없습니다.
아무 21-02-20 22:20
   
과거 탄도탄이 사거리에 따라 공산오차가 큰 사실부터 한번 설명해 보세요.

본인의 주장처럼 그런 기술이 다 들어 갔는데 왜 공산오차가 그렇게 나온 겁니까?

거리에 따라 공산오차가 큰 현실을 무시하고 그걸 미신이라고 하니 그걸 반박하는 건데 왜 자꾸 딴 소릴 해요?

천문항법이고 자이로스코프를 이용한 관성항법장치고 간에 당시기술로는 정밀도가 떨어지고 이 떨어지는 정밀도 때문에 비거리가 길수록 오차가 감당안돼 공산오차가 커지는 거라는데 왜 자꾸 딴 소릴 하세요?

그리고 34킬로미터는 ‘예’를 들었다고 했잖아요? 알기 쉽게 예로 든 겁니다. 탄두가 제아무리 제어 기능을 가졌어도 낙하 시간 동안 탄두가 가진 측추력 연료와 날개 크기나 꺽임 정도라는 물리적 한계 내에서 궤도 수정이 가능하고 그 범위 내에서 이동이 가능한 건데 그 범위를 벗어나면 제어 기술이 아무리 좋아도 안되는 건 안되는 거예요.

위치정보기술이 정밀하고 제어기술이 좋아도 두 요인이 정확히 맞물려 돌아가야 하는 거고 그건 결국 상당한 기술적 뒷받침이 되어줘야 해요.

다시 한번 말하지만 댓글을 단 이유는 사거리에 따라 공산오차가 커지는 걸 미신이라고 해서 반박한 겁니다.

관성항법장치가 오차가 생기는 게 거리 때문이라고 자신이 말하고서 또 거리에 따라 공산오차가 커지는 건 미신이라는 자신의 말이 모순이라고 생각되지 않나요?

오늘날 기술 발전으로 그게 극복 된 것을 부정하는 게 아니란 말입니다.
     
archwave 21-02-20 22:38
   
모든 기계류에서 누적 오차는 발생하기 마련인데, 보정을 해주면 정상화되는 피드백 과정이 있기에 대부분의 기계를 문제없이 사용할 수 있죠.

관성항법장치의 누적 오차는 위치 확인 기술에 의해 보정이 이뤄지면,
오차는 리셋되고 다시 오차 누적이 시작되는겁니다.

위치 확인 기술에 의해 끝없이 보정되고, 심지어 관성항법장치 고유의 오차까지도 보정 가능하게 되는 것이고요.

천문항법 장치는 구름이나 공기의 영향이 없는 대기권 밖에서는 아무런 방해없이 실시간 위치 확인이 가능합니다.

따라서 관성항법장치의 누적오차는 사실상 제로가 된다고 봐도 무리가 아니고,
언제나 현재 위치, 궤도를 정확히 파악할 수 있고,
현재 위치, 궤도가 계획에 비해 기준 이상 차이가 생기면 궤도 수정 장치를 동작시키죠.

이건 사거리와 관계없이 이뤄지는겁니다.

이 기술은 옛날에도 있었고요.

옛날 관성항법장치의 정확성은 지금에 비하면 굉장히 낮았을텐데, 위치 확인 기술에 의한 보정이 없었다면 ICBM 의 CEP 는 킬로미터 단위를 넘었을 수도 있었을겁니다.
     
archwave 21-02-20 23:31
   
천문항법장치는 우주의 온갖 천체들의 움직임이 하루 아침에 바뀌지 않는 이상, 설계시에 고려한 오차 이상이 발생할 수 없습니다.

언제 어디에서나 우주 공간에서도 언제나 일정한 오차 범위내로 정확한 결과를 내줍니다.

인공위성에서 star sensor 를 쓰는 것은 전통적인 천문항법장치가 포함하고 있는 기계적 부분의 마모등의 원인에 의한 약간의 오차도 없애기 위한 것이고요. ( 이 설명을 위 글에 추가했음 )

위치 확인 기술이 일정한 오차 범위내에 있는 한, 관성항법장치의 누적오차는 문제가 안 됩니다.

물론 대기권내에 돌입해서 천문항법장치가 제대로 동작할 수 없는 환경일 경우, 드디어 관성항법장치의 오차가 문제가 되겠죠. 즉 ICBM 이든 단거리 탄도 미사일이든 대기권에 돌입한 이후에 문제가 발생하기 시작하기 때문에 사거리는 문제가 안 된다는 것입니다.

이건 현재에 와서야 그런 것이 아니라, 옛날부터 그랬습니다.

이런 기술이 없었다면 과연 iCBM 이 가능했을까요 ? 메가톤급 핵탄두를 쐈는데 엄한 곳에 떨어질지도 모른다면 ? 아무리 미쳐돌아갔던 냉전시대라 하지만 과연 ICBM 배치가 가능했을까요 ?
이름없는자 21-02-21 00:18
   
GPS 나오기 전에도 장파를 이용한 Loran-C 측위 기술이 널리 쓰였습니다. GPS 가 널리 쓰인건 80년대 부터라 그 이전에는 전략폭격기들의 대륙간 비행이나 ICBM 의 유도에도 로란 기술이 사용되었죠. 아마 옛날 여객기 승무원이나  외항선 선원 하신 분들은 로란 장비가 익숙하실 겁니다. 1960년대 기술이라 오차가 수백미터 씩 되긴 하지만 그당시 ICBM 에는 충분한 기술이었죠.