Q-36 차폐각을 제거하는 방법

 

미포병지 1999. 1 - 2

번  역 : 김 여 홍

Q-36 차폐각을 제거하는 방법

(Un-Masking the Q-36 Mask Angle)

합동 준비태세 훈련소(JRTC : joint readiness training center)에서는 탐지-타격작전을 하는 동안 적 박격포에 대해 효과가 있는 훈련을 하였다. 화력지원 협조관은 Q-36 대박격포 탐지 레이더를 여단을 위해 적 박격포를 격멸하는데 사용해야 한다. 이와 같은 무성한 수목 환경속에서 레이다 위치를 주의깊게 선정하면 생존성을 극대화하면서 적 박격포를 획득하는 능력을 개선한다. 결과적으로 여단에 대한 부대 보호를 증가한다.

이 연구서는 수목 지형에서 적 박격포에 대한 탐지확률을 증가할 수 있도록 Q-36을 위치시키는 방법에 대해 설명한다.

진지 선정

화력지원 협조관은 Q-36이 임무를 완수할 수 있도록 위치를 시켜야 한다. 참모장교가 진지선정에 대한 이해가 부족하고 계획수립 과정에서 레이다 준사관을 통합하는데 실패하여 난해한 과업이 되었다.

또한 그럼에도 불구하고 포병집단은 레이더에 근접해 있는 단일 박격포를 탐지하는 것과 같은 미약한 저강도 작전에서 발견된 많은 임무에 대한 Q-36의 운용에 관한 요구사항을 정의해야 한다. 대신에 전통적인 선형 전장과 접촉선 훨씬 너머에 있는 간접사격 무기체계를 탐지하는데 집중하였다. 전통적인 전장에 의거 레이더 진지는 성공적인 운용을 위해 기술적인 요구사항을 확실하게 충족해야 한다고 레이더 기술요원과 화력지원 협조관에게 가르쳐 왔다. 실제, 레이더는 이와 같은 “선형 전장”의 요구사항을 충족하지 않고서, 종종 가벼운 수목 환경에서도 (다소 저하된 탐지 확률과 증가된 표적위치오차에도) 임무를 완수할 수 있다.

전통적인 경보병 탐색-타격작전 동안, 화력지원 협조관은 사거리가 대략 3,400m인 82밀리 박격포 탐지를 기본적으로 요구한다. 통상 게릴라 습격형태에서 사용된 이 박격포는 레이더로부터 7～8km이내에 종종 위치한다. 울창한 작물, 소규모 작전지역, 지형에 대해 경쟁하는 많은 다른 자산은 교리적으로 “완벽한“ 레이더 진지의 수를 감소시킨다. 삼각법과 레이더 임무에 대한 지식을 사용하면, 실제 위치 선정시 요구사항을 결정하고 대대의 가용한 레이더 기지의 수를 증가할 수 있다.

레이더 기술요원이 레이더를 위치시킬 기지를 조사할 때에는 각종 레이더 진지선정 방안 또는 Q-36 레이더 시방서와 미 야교 6-121 야전포병 표적획득에서 알게 된 요구사항을 고려하여 레이더의 수행을 극대화하려고 한다. 하나의 방안으로 레이더의 거리와 정확도를 감소시키는 다중경로 오차를 최소화하기 위해 레이더를 최근접한 차장물로부터 200m이상 이격시키고 레이더 전방까지 약간 오르막을 유지한다. 레이다를 200m 이내에 위치시킨다면, 이 다중경로 오차는 증가되며, (탐지 확률을 저하하고 표적위치오차를 증가시키는) 저하된 레이다 운용을 받아 들여야 한다.

200m는 레이더 작동을 멈추게 하는 마술 거리가 아니라, 레이더 수행을 극대화하기 위해 부여된 “자동 선택치"이다. 미야교 6-121에서는 레이더의 차폐각을 최소하는 방안을 포함하는 진지선정 방안을 논의할 때 “자동 선택치" 같은 사고를 사용한다.

미야교 6-121에서는 차폐각을 “부여진 방위각에서 레이더에서 차폐물 또는 차폐정까지의 수직각”리고 정의한다. 미야교 6-121에 의하면 차폐각은 30밀을 초과해서는 안되며 22밀리가 최적이다. 하지만 교범에서는 이에 대한 이유를 설명하지 않는다. 30밀 이하에서 차폐각은 최대 24km까지 레이더 수행을 최적화한다. 22밀에 근접한 차폐각은  최적 수행을 허용하지만 그럼에도 불구하고 여전히 적 지상기지 전자첩보체계의 탐지와 전파방해로부터 레이더 보호에 충분한 차장을 제공한다.

울창한 수목지역에서 작전을 하는 동안, 레이더는 종종 개척지에 종종 설치된다. 이러한 개척지에서는 전체 레이더의 탐지구역에 걸쳐 일정한 차폐각이 발생한다. 미야교 6-121에 의하면 차폐각이 크면 대체로 Q-36의 효과를 저하한다.

레이더이 올바르게 지향한다고 가정하면, 3가지 다른 요인(관측된 간접화력 무기체계까지 거리, 이것이 사격한 최대 좌표, 레이더 전파에서 포탄에 보낸 시간량)이 적 포탄에 대한 레이더 관측여부에 영향을 준다. 만일 지형이 30밀 이하로 차폐각을 허용한하면, 이 요인들에 의해 최대 거리까지 레이더는 중요한 영향을 받지 않는다.

Q-36은 단지 750m에서 12km 사이에 있는 박격포를 추적하여 획득하도록 설계되어 있다. 이 보다 거리가 멀수록, Q-36은 더 적은 발수를 탐지한다. 탐지한 포탄에 대한 표적 위치오차는 더 클 것이다. 이 효과가 돌아오는 레이더 신호의 강도가 감소하는데 기본적으로 기인한다. 30밀보다 더 큰 차폐각을 가진다면, 저하는 되었지만 레이더는 여전히 포탄을 관측할 것이다.

차폐각이 작전을 얼마나 저하시키는지를 결정하기 위해서는 언급된 3가지 다른 요인을 분석해야만 한다. 이를 위해 야교 6-121의 부록 H에 있는 추적량 계산 수정판을 사용한다. 추적량 계산은 레이더 기술요원이 Q-36 차폐각, 포구초속, 사격한 사각을 알고 있거나 가정한다면, 레이더가 포탄을 관측할 수 있을 지를 레이더 기술요원에게 알 수 있게 한다. 계산에 대한 수정은 박격포에서 주로 사용되며 약간 다른 가정사항을 사용한다.

박격포 탐지 계산

먼저 간접화력 무기체계까지의 거리와 METT-T에 의거 사격한 세로 극좌표를 가정한다. 경작전에서 82밀리 박격포의 최대 사거리는 3,040m를 사용하고 전형적인 세로 극좌표는 1,000m로 선택한다. 레이더 전파에서 포탄에 소비하는 시간에 대해서는 거의 모든 간접화력 무기체계에 적용하는 최악의 상황을 가정한다. Q-36이 무기의 위치를 정확하게 결정하기 위해서는 상승탄도로 비행하는 포탄에 대략 2～6초 동안 추적이 필요하다. 레이더가 포탄을 높은 탄도에서 추적할수록, 표적위치오차는 더 커질 것이다.

Q-36 시방서에는 사태를 더 악화하기 위해, 레이더 정보 혼란상태로부터 포탄을 분리하기 위해 포탄이 전파내에 6초간 있는 동안 초속 50m이상을 얻기 위해서 수직으로 (동일 수평속도을 얻기 위해) 초속 100m 정도로 비행하면서 전파에 들어가야 한다고 주장한다. 이로 인해 추적의 수직길이를 대략 최소한 400m 연장되게 한다.

박격포 포탄의 속도에서 중요한 수평적인 속성은 통상 이 보다 약간 더 긴 추적길이를 발생하게 한다는 것을 기억하는 것이 중요하다. 최악의 시나리오로 400m 추적길이를 추적한다.

필요로 하는 공식은 탄젠트 함수인 tan()를 포함한다.(그림1) 삼각법에서는 탄젠트를 어떤 각 x의 대변을 직각 삼각형에 있는 각 x의 인접한 변으로 나눈 값으로 정의한다. 만일 대변과 인접한 변의 길이를 알고 있다면 역탄젠트 또는 아크탄젠트 함수 tan-1(), 여기서는 x= tan-1(대변/인접한 변)을 사용하여 x의 값을 결정할 수 있다. 전부는 아니지만 간단한 계산기도 이 함수를 계산할 수 있다.

	x				대변
			인접변
		tan(x) =	대변/인접변

그림1 : 탄젠트 함수 공식

지금 질문을 “수용할 수 있고 82밀리 박격포를 탐지할 수 있는 차폐각은 얼마인가?” 그림2처럼 대략 박격포까지의 거리라고 간주하는 박격포 포탄의 최대 극점까지의 거리를 그림1의 공식에 대한 인접 변으로 표시한다. 평탄도를 가진 포병 무기체계에 대해서는 최대 극점이 무기의 사거리와 대략 같다고 가정할 수 없다.

				400m
	레이더 전파 상단부    레이더 전파 하단부                            차폐각  15밀				최 대 극 점
Q-36		나무       피탄				박격포
		최대 극점까지 거리

그림2 : 시나리오 (예). 82밀리 박격포 최대 사거리는 3,040m, 전형적인 최대 극점인 1,000m에서 사격하여 400m Q-36 추적거리 결과를 나타낸다.

포탄이 전파내로 역상승하는 400미터를 감한 포탄의 극점은 그림1에서의 대변이 된다. 이 변은 포탄의 최대 극점까지의 거리에서 레이더 전파의 하단부 높이와 같다. 레이더는 자동적으로 입력된 차폐각에 15밀을 더하여 모든 차폐정을 승인하는 것을 보장하도록 전파의 하단부를 이각에 둔다. 빔의 하단부에 대한 각을 각 x로 표시한다.

역탄전트 공식을 사용하여 받아들일 수 있는 차폐각을 15밀로 결정한다.

차폐각 = 17.78 tan-1{(최대 극점-400m)/최대 극점까지 거리}-15밀

17.78을 도에서 밀단위로 변환한다. 예에서 값을 대체하면 허용할 수 있는 차폐각은  183밀이다.

허용할 수 있는 차폐각 = 17.78 tan-1{(1000m-400m)/3040m}-15밀 =183밀

 이것은 차폐각이 183밀 이하인 어느 곳이나 레이더를 두고서 거리 3,040m까지 박격포를 여전히 탐지한다는 것을 의미한다.

또는 “레이더가 얼마의 차폐각을 가질 때, 얼마 거리에 있는 박격포를 탐지할 수 있는가?”에 대해 궁금해 할 것이다. “허용할 수 있는 차폐각"을 위한 등식을 전환하고 최대 극점까지의 거리가 박격포까지의 거리와 대략 같다는 것을 상기하면서 다음과 같은 공식을 얻는다.

최대 극점까지 거리 = {(최대 극점-400m)/tan[(차폐각+15밀)/17.78]}

예에서 레이더 기술요원이 차폐각이 120밀인 진지를 찾았다고 가정하면, 4,500m 거리까지 박격포를 탐지할 수 있다.

탐지할 수 있는 박격포까지 대략 거리 =  {(1000m-400m)/tan[(120밀+15밀)/17.78]} = 4,500m

만일 최대 극점과 차폐각를 위한 다양한 값을 Spread Sheet에 이 공식을 입력하여 간접화력 무기에 대한 탐지거리에 대한 도표를 얻는다.(표3 참조) 레이더 기술요원과 화력지원 협조관은 레이더 임무가 주어진 다양한 레이더 기지의 적용을 결정하기 위해 이 도표 또는 이와 비슷한 것을 사용할 수 있다.

도표가 추적량을 계산하기 위해 미야교 6-121나  1999년 중간에 야전에 배치될 신 화력탐지기 위치 분석체계(FFPAS : firefinder position analysis system)를 사용하여 자신의 기지에 대한 철저한 분석을 수행하는 것을 보장해야 하는 레이더의 요구를 제거하지 않는다. 화력탐지기 위치 분석체계는 운용자에게 지형 데이타베이스, 다양한 위협무기 특성, 레이더 운용 조건 등을 기초로 자신의 진지를 완전하게 분석 가능하게 하는 전산 프로그램이다. 이것은 레이더가 각 기지에서 기대할 수 있는 기대 탐지확률과 표적위치오차에 대한 추정치를 매우 정확하게 제공한다. 그러나 표3의 도표에 있는 수치는 대략적인 계산치로서 화력탐지기 위치 분석체계와 같이 완벽한 정확성을 제공하지 않을 지라도, 자신의 진지에서 적 박격포를 탐지할 수 있는가를 레이다 준위가 신속하게 결정할 수 있게 한다. 이로써 레이더를 위치시키는데 많은 융통성이 허용되고 표적을 획득하는 능력을 심각하게 저하시키지 않고서도 레이더의 생존성을 증가시킨다.

차폐각(밀)	최대 극점(m)
	500	1000	2000	3000	4000
10	4.07	24.00	24.00	24.00	24.00
30	2.26	13.57	24.00	24.00	24.00
50	1.56	9.39	24.00	24.00	24.00
70	1.20	7.17	19.13	24.00	24.00
90	0.97	5.80	15.47	24.00	24.00
110	0.81	4.86	12.97	21.08	24.00
130	0.75	4.19	11.16	18.14	24.00
150	0.75	3.67	9.79	15.91	22.03
170	0.75	3.27	8.71	14.16	19.60
190	0.75	2.94	7.84	12.74	17.65
210	0.75	2.67	7.13	11.58	16.03
230	0.75	2.45	6.52	10.60	14.68
250	0.75	2.25	6.01	9.77	13.52
270	0.75	2.09	5.57	9.05	12.53
290	0.75	1.94	5.18	8.42	11.66
310	0.75	1.82	4.84	7.87	10.90
330	0.75	1.70	4.54	7.38	10.22
350	0.75	1.60	4.27	6.94	9.61

표3 : 간접 사격무기에 대한 Q-36 레이더 탐지 가능한 거리(km).

Q-36의 최대 거리는 24km 이지만, 레이더는 750m부터 12km에서만 82밀리 박격포를 신뢰할 수 있게 탐지할 수 있다. 표에서 음영부분은 박격포 탐지에 대한 시방서 밖에 있는 매우 증가된 표적위치오차와 감소된 탐지확률을 가지고서 박격포를 기술적으로 탐지할 수 있는 거리를 표시한다. 이 표는 대략적으로 사용한다. 교범(추적량)과 자동화 방법(FFPAS)을 사용하는 철저한 기지 분석을 대체하지는 않는다.

Q-36 진지 선정시 요구사항은 레이더의 기술적인 면에서 레이더의 생존성과 잠재력을 대단히 증가시킬 수 있다. 레이더 준사관은 임무를 완수하기 위해 레이더를 위치시킬 때 제약을 덜 받는다. 동시에 박격포를 탐지하고 부대를 보호하는 레이더의 확률을 증가시킨다.