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진병관 (floycrim)
[정보]잠수함 5.소나,ESM,통신 & 레이더.. 12/19 03:04 186 line


       잠수함의 탐지장치

       수중은 그야말로 암흑세계이다. 수중생물의 다큐멘터리에서 보던 남태평 양의 투명한 해중은 기껏 30~40미터 이내의 수심일 뿐이다. 빛은 물속에서 거의 모두 산란되어버리므로 직진을 하지못한다. 전파도 마찬가지이다. 일반적인 통신과 수색레이더에 사용되는 메가,기가헤르쯔의 단파장은 더더 욱 물속에서 빨리 산란되며 소진되어버리고 만다. 수중에선 레이더란 무용 지물이고 일반적으로 사용하는 주파수대역으론 통신도 불가능하다. 결국 수중에선 볼 수도 없고 레이더를 이용한 탐지도 불가능하다. 이때문 에 수중에서의 탐지와 수색에는 음파가 사용된다. 그리고 그것이 소나(SO NAR-SO'und NA'vigation R'anging)이다.



       - 소나

       공기중에서의 음파의 속도는 기압과 고도, 온도에따라 다르지만 대략 초 당 360미터정도이다. 수중에서는 이보다는 빠르게된다.초당 1500미터 정도 가 되는데 이 수중음파의 속도를 전파에 비교하면 20만분의 1정도의 속도 이다. 탐지를 위한 매체로서 이런 속도는 상당히 느리므로 여러문제가 생 긴다. 만약 목표가 60킬로를 떨어져있다면 음파가 진행해오는 시간은 40 초가 걸린다. 여기서 접수한 적의 위치정보는 이미 40초가 지난것이되며 그 사이에 그만큼 이동해버리고 만다. 여기에 또한 온도층으로 부르는 변 수가 있다. 온도분포에 따라 음파의 차단벽이 생기게 되는데 파장에 따라 사용할 수 있는 대역이 다르게된다. 표면층 덕트(Surface Duct- 수면에서 수심 100여미터까지, 1차 온도층), 사운드 채널(Sound Channel-수심 100여 미터~500여미터, 2차 온도층), 그리고 딥 사운드 채널이 500여미터~1600여 미터 정도에 걸쳐 존재한다. 위의 수속대의 음파들은 각각의 수심층에서 sin-cos 곡선처럼 파동하며 진행하는데 다른층으로의 전달율이 떨어지는것 으로 보인다.


       이것과 함께 전 수심에 걸쳐 진행하는 장파장의 CZ(Convergence Zone)와 해저반사음인 BB(Bottom Bounce)등이 있는데 이 복잡한 모드의 파장들과 그 차단층이 온도에 밀접한 관계가 있는데다 음파의 전달속도도 수심에 따 라 차이가 나게된다. 표면층에서부터 수심 1000미터를 기점으로 점차 속 도가 느려지며 다시 1000여미터부터 심해에 이를수록 속도가 빨라지게 되 는데 수심의 온도를 항상 측정할 수 있는 잠수함탑재의 소나가 이 모든 변 수들에 즉각적인 대처를 할수 있으므로, 일정시간 해수온도를 측정해야 하 는 수상함의 소나에비해 유리하다고 한다.

       이런 복잡한 변수들로 수중에서의 음파를 이용한 탐지는 복잡해지며 이 런 모든 것들을 적절히 필터링하기 위해서는 고도의 계산시스템이 추가된 전투 정보 시스템이 갖추어져야만 소나의 정보를 정확히 활용할 수 있게된 다.



      - 소나의 종류.

       소나는 탑재위치와 모양에따라서 여러가지가 있다. 잠수함으로서는 함수 에 장비하는 대형의 원통형, 혹은 반구형으로 소나를 평면배열한 함수소나 가 있고 측면에 배치하는 평면배열의 측거 Array소나, 측면에 소나 트랜스 듀서를 길게 직렬형으로 배치한 Frank Array소나, 그리고 후방의 추진노이 즈를 피해 긴 케이블에 매단 예인소나(Towed Array)등이 있다. 현재의 함 들은 위의 것을 조합해서 모두탑재한다. 일반적으로 함수소나가 액티브의 공격수색 모드를 가지고 있으며 그외의 소나들은 패시브 수색전용의 소나 이다.

       액티브와 패시브 소나는 레이더에서 이야기하는 그것과 같다. 소나에 있어서도 최초의 소나는 음을 발진하여 반사음으로 목표의 존재를 확인했 었다. 하지만 상대의 잠수함,혹은 수상함이 소나를 장비한다면 자신의 존 재를 먼저 발각당하게 된다. 이 때문에 수색에 있어서는 이런 액티브 발 진을 하지 않는다. 알다시피 발신원의 한점을 삼각측량이 아닌 고정된 한 점에서는 정확하게 위치와 방위를 측정할 수 없다. 이때문에 많은 청음기 와 트랜스듀서를 위상 배열하여 각 청음쎌간의 위상차를 이용하여 거리와 방위를 측정하지만 근본적으론 청음기 쎌간의 거리가 떨어져 있을수록 정 확한 방위를 얻을 수 있게된다. 이런 점들이 함측면에 길게 늘여진 함 측 면의 측거소나를 장비하는 이유이기도하며 목표에 대한 최종공격시에 보다 정확한 데이터를 위해 액티브 발진을 하기도한다. (톰 클랜시의 '레드 스톰 라이징'에서는 양키 써치'라는 이름으로 묘사가 되기도 했었지요..)

       그럼 위치별로 차이가 있는 각 소나에 대해 알아보기로한다,



       - BOW SONAR

       음파의 주파대역에따라 고주파와 중주파, 저주파로 나뉘는데 탐지가 원 거리에서 가능한 것이 저주파이다. 그렇기 때문에 저주파 탐신용 소나는 정확한 위치측정을 위해서 대형화되고 수많은 청음기(Hydrophone)와 트랜 스듀서들이 표면을 가득 덮고있다. 전파에서와 마찬가지로 파장이 길수록 원거리를 진행하지만 그것을 통한 위치 측정등의 집속효율은 떨어지기때문 이다.


       일반적으로 얘기하자면 소형소나, 즉 측거소나, 예인소나등이 중주파수 대역을 쓰고 2차대전형과 구형의 소나들이 고주파대역을 쓰는 반면 현재의 함수소나는 대부분이 저주파대역의 소나들이다. 현재 씨울프급과 로스앤젤 리스급이 장비하는 BQQ-5E의 경우는 함수소나의 원구형 소나돔의 지름이 거의 7~8미터에 육박한다. 이 함수소나들의 탐지거리는 대충 얼마나될까? 제인연감 수중무기편에는 탐지거리에 대한 자료는 없다. 세계의 함선지는 추측성으로 보이는 데이터를 싣고 있는데 탐지거리라는게 사실 특정거리에 서 특정레벨의 노이즈를 수신할수 있다' 이런식으로 나와야하는데 너무 개 략적이라 정확하다고는 할 수 없지만, 오하이오급이 장비하는 BQQ-6과 로 스엔젤리스 후기함, 씨울프의 BQQ-5E의 탐지거리가 200여 킬로미터라고 한 다. (아마도 액티브 탐신일 경우의 성능으로 보인다.)



       - 예인소나 Towed Array Sonar

       수상함정의 예인 소나와 마찬가지이다. 미국은 함의 측면에 수납구획이 길고 볼록하게 튀어나와 있는데, 여기에 수납되며 러시아의 잠수함은 함미 의 수직안정타의 끝부분에 배출구를 만들어서 이부분으로 예인소나가 나오 고 함의 내부에 수납된다. 잠수함도 6'방향이 취약한데 그것은 추진노이 즈와 후방의 기관음들 때문이다. 이때문에 후방을 커버하기위해 사용하는 것이 예인소나이고 길이는 75미터에 청음기를 직렬로 연결했고 직경은 9.5 센티, 예인 케이블의 길이는 800미터,직경 8.25센티이다.(미국 로스엔젤리 스 탑재의 TB-16기준)



       - Frank Array Sonar

       구조는 예인소나와 비슷하다. 하지만 함측면에 길게 삽입되어 측면으로 의 음파를 수신하는 소나시스템이다. 이런 목적의 소나는 미국이 시울프 에 본격적으로 장비하는 측면 위상배열소나와 목적은 같은데 후자가 평면 형으로 트랜스듀서를 밀집배열하는 반면에 전자는 트랜스듀서를 직렬로 길 게 연결한 줄과같은 모양이다. 이 소나의 목적은 함측면의 경계탐지와 길 게 늘여진 트랜스듀서를 이용한 목표물과의 거리측정이다. 측거 Array라 고 부르기도한다. 독일의 209급이 측면소나로 이런 류를 장비하는데 독일 제 FAS 3-1소나의 사양을 보면 길이 20~48미터로 잠수함의 길이에따라 달 라지며 10Hz~20KHz 대역의 탐지능력, 288개의 청음기로 구성된 96조의 막 대형 케이스에 장비된다.

       특이한 모양으로 함측면에 각 3기씩 불거져나온 씨울프급의 측면소나는 폭과 길이가 각각 3,4미터정도가 넘게보이는 대형인데, 청음기가 평면위에 밀집배열되어있다. 함측면에 장비하는 소나로는 가장 대형이 이것이다. 구체적인 형식명은 알 수 없고 BQQ-5E 소나 자체가 측거소나를 포함하는 통합소나이기때문에 여기에 종속되있는 시스템으로만 소개되어있다.

       (위의 내용은 97년 기준임)

       '밀리터리'(GO SG214)'





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