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레이다

last modified: 2019-05-09 01:57:45 Contributors


Contents

1. 개요
2. 레이다 밴드와 주파수
3. 레이다의 문제점
4. 기타
5. 상배열 레이다
5.1. PESA
5.2. AESA
6. 3차원 레이다
7. 2차원 레이다
8. 대상별 레이다
9. 참고 항목

1. 개요

RAdio Detection And Ranging; Radar

허공에다 전자파를 쏜 다음, 어떤 물체에 부딪혀 돌아오는 반사파를 측정하여 탐지된 물체의 방향, 거리, 속도 등을 파악하는 시스템이다. 본래 Radio Detection and Ranging (전파를 이용한 탐지 및 거리측정)의 약자이므로 대문자로 RADAR라 쓰는 것이 맞지만, 현재는 그 자체로 별도의 단어로 인정받는 경우도 많다보니 Radar라 쓰기도 한다.

Radar란 이름은 1941년 영국에서 시작되었다. 그 이전에는 RDF(Radio Direction Finder) 등으로 불렸다.[1]

제2차 세계대전 당시 영국이 최초로 사용했으며, 레이다의 존재 덕분에 영국은 압도적인 공군력을 자랑하던 독일을 상대로 영국 본토 항공전에서 승리를 거둘 수 있었다. 그 외에도 태평양 전쟁 당시 우수한 레이다를 장비한 미국 전함들에 비해 일본해군은 레이다 장비가 없거나 엉망이었던 탓에 눈 뜬 장님마냥 두들겨 맞았다. 그 대표적인 예가 바로 미드웨이 해전이다. 미국, 일본 양쪽다 기습적인 공격을 당했으나 일본은 그야말로 앉은 채로 당했지만 미국은 레이다 덕분에 어느정도 대비를 할 수 있어서 결과적으로 요크타운은 1차 공격당시 침몰을 피할 수 있었다.[2]

덧붙여 일본군이 이렇게 얻어터진 이유는 일본군 자신의 병크 때문이기도 하다. 도호쿠 대학의 공학자들이 개발한 획기적인 지향성 안테나인 야기-우다 안테나를 미군, 영국군, 독일군은 2차대전 내내 엄청나게 써먹었으나 정작 일본군은 무시해버렸다. 자세한 건 일본군의 무기체계를 참조하자.

그 이전까지는 비슷한 장비체계조차 없었기 때문에 여러모로 전쟁의 형태 자체를 바꾼 의미있는 발명품이기도 하다. 그 이전까지는 적의 이동이나 탐지를 전적으로 사람의 감각(시각은 망원경, 소리는 청음기)에 의존해야 했으며 당연히 한계가 있었지만, 레이다 개발 이후로는 적이 언제 어디로 어떻게 오는지를 수십~수백키로미터 밖에서 알 수 있게 됨에 따라 그에 대한 군의 대처속도도 대폭 올라갔고 공격자와 방어자의 전술도 더욱 다양해지고 전쟁의 양상도 더욱 복잡하게 변해갔다.

기본적 원리는 말그대로 반사되는 시간을 측정하여 레이다와의 거리, 속도, 방향, 속력 등을 구분할 수 있으며, 비유해서 설명하자면, 태양빛이 물체에 쬐어 반사광이 사람의 눈을 통해 들어와 신경을 거쳐 뇌에서 판독하는 경우와 거의 동일하다.[3]

레이다 안테나에서 출력시 빵 하고 쏜 RF를 해당 물체가 부딪쳐 반사되어 다시 돌아오는 시간차를 계산하여 해당물체와의 거리를 계산하고, 반사되어 돌아온 RF의 세기와 크기, 모양을 판독하여 고정된 물체인지 움직이는 물체인지, 움직인다면 이동속도는 어떻게 되는지 등을 알 수 있다.

F-22에 탑재된 레이다의 경우는 상세한 형체를 구분할 수 있을 정도로 해상도가 높으며 이러한 기술은 하드웨어적인 게 아닌 소프트웨어적인 것으로, 현재 대한민국과 미국의 차이는 20년 이상의 넘사벽이 가로막고 있다. 그리고 유럽 및 기타 선진국들에서도 도저히 미국을 따라올 수 없는 게 레이다이다. 그리고 그런 소프트웨어는 당연히 군사기밀이다. 20년후에는 따라잡을지도 모르겠지만 그만큼 앞서나가겠지

스카이라이프 접시모양처럼 생긴 파라볼릭 안테나에서부터, 넓덕하게 생긴 평면주사안테나가 있고, 산꼭대기에서 해당범위지역을 커버하는 장거리 레이다에서부터 방공포 및 유도미사일을 위한 사격통제레이다, 전투기 및 항공기 코앞에 붙어 불가시거리의 상황을 알아보는 탑재레이다도 있다.

미국에는 OTH(Over The Horizon)라고 불리는 ICBM 및 전략핵병기 탐지용 초장거리 레이다가 있다. 해당 레이다의 경우는 방향이 고정되어있고 엄청난 출력으로 항시 감시가 가능하다.

참고로 이렇게 좋은 레이다지만 기본적으로 레이다로 알 수 있는 정보는 어디에 뭔가 있다 뿐이다. 즉 뭔지는 안 가르쳐 주고 당연히 적군, 아군을 구분할 순 없다.

1950년대 말부터 미국에서 레이다에 잘 잡히지 않도록 하는 스텔스 비행기에 대한 연구가 시작되어 1970년대 말 이후로는 레이다의 RCS(Radar Cross Section : 레이다 반사 면적)의 값을 낮추기 위해 스텔스 비행기/선박 기술이 발달하기 시작했다.

2. 레이다 밴드와 주파수

밴드 주파수 파장 범위 기타
HF 3–30 MHz10–100 m 연안 레이다 시스템, OTH 레이다
P < 300 MHz1 m+
VHF 0–300 MHz 1–10 m 매우 긴 거리
UHF 300–1000 MHz 0.3–1 m 매우 긴 거리
L 1–2 GHz 15–30 cm 장거리 항공 교통 제어 및 감시
S 2–4 GHz 7.5–15 cm 보통 감시 범위, 일반 선박에서도 쓰인다.
C 4–8 GHz 3.75–7.5 cm 위성 신호 응답
X 8–12 GHz 2.5–3.75 cm 미사일 방어, 항공기 정밀 추적, 미사일 유도, 일반 선박에서도 쓰인다.
K(u) 12–18 GHz 1.67–2.5 cm
K 18–24 GHz 1.11–1.67 cm
K(a) 24–40 GHz 0.75–1.11 cm 단거리 정밀추적, 공중수색, 미사일 자체 레이다
mm 40–300 GHz 7.5 mm – 1 mm 지상 표적 탐색
V 40–75 GHz 4.0–7.5 mm
W 75–110 GHz 2.7–4.0 mm
UWB 1.6–10.5 GHz 8.75 cm–2.8 cm

3. 레이다의 문제점

레이다는 자경단원의 횃불과도 같습니다. 어두운 밤중 주위를 밝게 비추지만 상대는 더 멀리서도 자경단원을 볼 수 있습니다.
-팰콘4.0 얼라이드 포스의 메뉴얼 레이다 개념 설명中

레이다는 '전파쏜다 -> 반사된 전파를 분석한다.'가 기본 원리이다. 즉 제아무리 좋은 레이다라도 전파를 일단은 쏘아야 하는데 적이 이 전파를 수집하는데 성공한다면 적에게 아군의 레이다가 작동중이라는 것을 알리는 꼴이다. 그리고 적이 그 전파의 특성을 분석하여 '구체적으로 어떤 레이다에서 나오는 전파 인지'까지 식별할 능력을 갖췄다면 아군레이다는 적에게 아군의 행동을 완전히 까발리는 역할을 한다. 간단히 말하자면 적이 쓰는 레이다신호만 잘 수집해도 적국의 전술기 활동사항, 미사일 기지 활동사항, 전함들의 활동사항 등등을 모조리 파악할 수 있다는 것이다.[4] 굳이 레이다가 아니더라도 전파를 보내는 형태의 전자장비를 쓰는 무기들은 비슷한 방식으로 적에게 아군정보를 제공할 수 있다. 물론 전자장비를 다 끄고 활동한다면 정보제공 염려 같은건 없다. 근데 현대전에서 그딴게 가능할리가....해군의 경우 함대에서 함정 한척을 차출하여 레이다를 켜고 통신기로 자신의 상태를 송신을 하면서 적이 있으리라 예상되는곳으로 접근을 하고 다른 함정들은 뒤에서 무선침묵상태(레이다Off,각종 통신기 only수신모드)로 접근하는 전술도 있다.

현대에는 이를 막기 위해 주파수 도약 방식의 레이다가 일반화 되어있다. 초당 수십~수백번 이상 주파수를 왔다갔다 널뛰기 시키면서 상대방의 전파 수신기가 아군 레이다의 전파를 제대로 탐지하지 못하게 하는 방식. 하지만 그만큼 짧게 끊어지는 신호를 탐지하는 수신기들도 발전하고 있다. 방패의 싸움은 끝이 없다.

4. 기타

레이다는 현대전에 있어서 눈 그 이상의 의미를 가지는 아주 중요한 장비이다. 아무리 강력한 힘이 있어도 발휘하기 이전에 파악해버리면 당연히 가만히 있을리 없으니.

외계인이 나오는 영화에서는 이것만 보다가 죽는 사람이 많은 것 같다. 농담이 아닌 게 현대전에 있어서 레이다는 눈 그 자체이기 때문이다.

소위 레이다에서 나오는 RF를 맞으면 새나 작은 동물, 사람은 엄청난 전자파에 익어버린다거나, 남성의 경우 y 염색체가 죽어서 딸만 내리 낳는다거나 하는 이야기가 있지만, 이런 이야기는 주로 대형 대출력 레이다에만 해당되는 것이고, 애초에 이런 레이다는 대개 사람이 빔에 맞을 만한 위치에 설치되어 있지도 않다. 참고로 Mythbusters에서 레이다로 칠면조 구이를 할 수 있을까 해서 위성 송신차량과, 배 레이다에 칠면조를 묶어놓은 적이 있었는데, 둘다 구워지지 않았다.[5] 사실 레이다에서 나오는 빔 자체보다는 빔을 생산하면서 형성되는 X선 같은 방사선의 잠재적 위험성이 더 큰데, 이건 진공관 쓰던 시절에나 해당되는 이야기.

참고로 웬만한 가정에도 한대씩은 있는 전자레인지가 바로 이 초창기의 레이다 주사 방식을 응용한 것이다. 레이시온에 근무하던 퍼시 스펜서라는 사람이 전자기파를 방출하는 마그네트론 옆에 알짱이고 있다가 주머니에 있던 초콜릿이 녹아버린 걸 발견한 것에서 비롯되었다.주머니에 초콜릿을 넣고있었는데 안녹는게 이상하지만.

상대방을 파악하는 눈 속성에는 레이다 이상을 따를자가 없으나 현대에 있어서 초월한 것이 바로 인공위성.[6]

해군의 전탐직별 부사관의 경우 레이다의 전자파때문에 아들을 못낳는다는 풍문이있다.[7] 타군도 마찬가지로 비슷한 소문이 있다. 육군의 해상 감시 레이다 기지나 공군 방공 레이다 사이트에서도 아들 못낳는다는 소문이 퍼져있다.

5. 상배열 레이다

5.1. PESA

5.2. AESA

6. 3차원 레이다

MW-08 광개토대왕급, 충무공 이순신급, 시그마급 9113
Pozitiv-ME1.2 Project 21630; 부얀급[8] 고속함(550톤), 초계함(949톤), 함상용 능동 위상배열 공중/수상 레이다

7. 2차원 레이다

  • LW-08

8. 대상별 레이다

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  • [1] 현재 RDF라는 단어는 레이다가 아니라 전파발신원을 찾는 장비의 명칭으로 쓰이고 있다.
  • [2] 미드웨이 해전 당시 요크타운은 이후 2차 공격에 회복 불가 판정을 받고 예인중에 일본 잠수함의 공격으로 침몰했다.
  • [3] 여러가지를 감안하자면 사람이 물체를 인식하는 방법과 동일하다
  • [4] 오늘날 전자전의 한 분야가 이렇게 적국의 전자신호를 수집해서 분석하는 것이다. 이 분야의 본좌는 당연히 미국.
  • [5] 애초에 이런 이야기는 옛날 구형 레이다에 속한다.
  • [6] 아예 인공위성에 레이다를 탑재해서 더 넒은 영역을 감시하게 한 물건도 있다. 대표적인게 소설 붉은 폭풍에 나오는 소련의 RORSAT.
  • [7] 이거랑은 별개로 전탐 부사관은 어두운 곳에서 레이다 보는 일이 많다보니 포갑부에 비해 상대적으로 피부가 희고 덜 까칠한 편이다. 그리고 30대 중반을 넘어서면 스트레스성 탈모가 오는 경우가 많다.
  • [8] Buyan class corvette