AI 생성 이미지: 해 질 녘 풀 언덕 위 하늘을 가로지르는 긴 빛의 호. 가운데 토막만 밝고 양 끝은 점선으로 흐려지며, 아래 작은 상자 모양 장치에서 둥근 전파 무늬가 올라갑니다.. 실제 장비가 아니다
실제 장비를 그린 것이 아닙니다(AI 생성 이미지)

공을 던지는 사람을 보지 못했어도, 공중에 뜬 공을 잠깐만 보면 어디서 날아왔는지 대강 짐작이 갑니다. 날아가는 방향과 휘어지는 모양이 그 공의 앞뒤 길을 말해 주기 때문입니다.

대포병레이다(counter-battery radar)는 이 짐작을 전파와 계산으로 하는 장비입니다. 날아오는 포탄이나 로켓의 길 가운데 일부를 재고, 그 길을 앞뒤로 이어 쏜 곳과 떨어질 곳을 계산합니다. 이 생각을 이해하는 출발점은 물리 교과서의 포물선 운동입니다. 다만 교과서의 포물선은 공기 저항을 뺀 모형이라, 실제 하늘에서는 계산이 더 복잡해집니다.

레이다가 포탄에서 읽는 것

미 육군은 이 장비를 대포병 표적 획득 레이다(counterfire target acquisition radar)라고 부릅니다. 상대는 로켓(rocket), 포병(artillery), 박격포(mortar)의 사격입니다.

레이다의 기본 원리는 다른 레이다와 같습니다. 전파를 짧은 펄스로 한 구역에 보내고, 물체에 부딪혀 돌아온 작은 에너지를 받습니다. 운용자는 이 반사로 날아오는 발사체의 거리, 고도, 크기, 속도를 알아냅니다. 펄스의 왕복 시간으로 거리를 재는 원리는 레이다: 전파로 거리와 움직임을 어떻게 알까에 있습니다.

대포병레이다가 다른 레이다와 갈리는 곳은 그다음 단계입니다. 2012년 10월 육군 기사에서 레이다 사업 책임자는 이 레이다가 날아오는 탄의 탄도(ballistic trajectory)를 계산해 탄착 지점을 예측한다고 말했습니다. 특별히 만든 컴퓨터 알고리즘으로 얻은 이 정보로 운용자는 적 사격의 발사 지점(point of origin)과 예상 탄착 지점(point of impact)을 정합니다.

그러니 이 레이다가 포탄에서 읽는 것은 한 점이 아닙니다. 여러 순간의 위치와 움직임이 모여 한 줄의 길이 되고, 그 길이 양 끝을 가리킵니다.

포물선: 길의 일부로 양 끝을 안다

포탄이 그리는 길의 기본 모양은 교과서에 있습니다. 공중에 던지거나 쏜 물체가 중력에 의한 가속만 받으며 움직이는 것을 포물체 운동(projectile motion)이라 하고, 그 물체가 지나는 길을 궤적(trajectory)이라 부릅니다.

이 운동은 둘로 나누면 쉬워집니다. 옆으로 가는 움직임과 위아래 움직임은 서로 독립이라 따로 볼 수 있습니다. 공기 저항이 무시할 만하면 옆 방향으로는 가속이 없어 같은 빠르기로 나아가고, 위아래 방향만 중력이 바꿉니다. 이 두 움직임을 합친 궤적은 포물선이 됩니다.

포물선은 아무렇게나 휘는 곡선이 아닙니다. 모양이 정해진 곡선이라서, 이 모형에서는 그 가운데 한 토막을 정확히 알면 나머지를 앞뒤로 이어 그릴 수 있습니다. 대포병레이다의 개념을 그림으로 보면 이렇습니다.

땅 위에 큰 포물선 하나가 그려진 개념 도표. 가운데쯤의 짧은 구간만 굵은 파란 선과 동그라미 네 개로 표시되어 레이다가 본 부분이고, 땅 위 가운데의 레이다에서 그 구간으로 점선이 이어진다. 나머지 곡선은 회색 점선으로 앞뒤로 이어져 왼쪽 끝은 추정한 발사 지점, 오른쪽 끝은 추정한 탄착 지점이다. 축척·거리·각도가 없는 개념 그림이라는 메모가 있다
레이다가 본 짧은 구간에서 곡선을 앞뒤로 이어, 쏜 곳과 떨어질 곳을 추정한다는 개념 (도표)(도표)

분수대의 물줄기를 떠올려 보면 됩니다. 물줄기 가운데 한 토막만 보여도, 물이 어느 구멍에서 솟았고 어디쯤 떨어질지 눈으로 그어 볼 수 있습니다. 실제로는 다릅니다. 레이다는 눈이 아니라 전파로 위치를 재고, 포탄이 날아가는 하늘에는 교과서가 지운 것이 하나 남아 있습니다.

실제 하늘은 교과서와 다르다

교과서의 포물체 운동은 처음부터 공기 저항의 효과를 무시하고 시작합니다. 같은 절도 불꽃놀이 예를 풀고 나서, 실제로는 공기 저항을 완전히 무시할 수 없다고 덧붙입니다. 같은 높이까지 올리려면 처음 속도가 계산보다 조금 더 커야 한다는 것입니다.

공기 저항이 들어오면 탄의 길은 교과서의 포물선에서 벗어납니다. 공기 저항을 따지면 가장 멀리 가는 발사 각도도 조금 작아집니다. 교과서의 포물선은 생각의 출발점이고, 실제 하늘을 나는 탄의 길은 그보다 복잡합니다.

같은 곳에서 출발한 두 곡선을 겹친 도표. 회색 점선은 공기 저항이 없는 교과서 모형의 포물선이고, 파란 실선은 공기 저항이 있을 때의 곡선으로 포물선과 모양이 달라진다. 값이 없는 모양 설명용 그림이라는 메모가 있다
공기 저항이 없는 교과서 모형과 공기 저항이 있는 실제 곡선. 모양만 보여 주는 그림입니다 (도표)(도표)

대포병레이다의 탄도 계산에는 특별히 만든 컴퓨터 알고리즘이 쓰입니다. 그 알고리즘이 무엇을 어떻게 계산하는지는 공개된 기사에 나오지 않습니다.

미 육군 대포병레이다의 세대

미 육군의 앞 세대 장비는 AN/TPQ-36과 AN/TPQ-37, 이름하여 파이어파인더(Firefinder)였습니다. 지금은 AN/TPQ-53, 줄여서 Q-53이 이 자리를 대신합니다. 2022년 육군 기사는 Q-53도 앞 세대처럼 적의 공격을 탐지하고, 분류하고, 추적하고, 위치를 찾는다고 설명합니다.

Q-53의 뿌리는 여러 임무를 한 레이다로 하려던 과학기술 사업, 다목적 레이다 첨단 기술 목표(Multi-Mission Radar Advanced Technology Objective, MMR ATO)입니다. 목표는 방공 감시, 방공 사격통제, 대포병 표적 획득, 항공 교통 업무를 동시에 하는 이동식 레이다 하나였습니다. 사업의 시작은 2012년 10월 기사에는 2002년으로, 같은 해 11월 기사에는 2001년부터 5년간의 개발로 적혀 있습니다.

그 뒤로는 2006년에 육군 연구소가 이 사업의 시연으로 Q-53 기술 개념을 처음 보였고, 신속 대응(quick reaction capability) 체계가 2010년에 처음 배치됐습니다. 2012년 2월에는 저율 초기 생산을 승인하는 마일스톤 C 결정이 났습니다.

가로 연표 도표. 앞 세대 AN/TPQ-36/37 파이어파인더, 2001~2002년 다목적 레이다 과학기술 사업 시작(기사마다 연도가 다르다는 별표), 2006년 Q-53 기술 개념 첫 시연, 2010년 Q-53 신속 대응 체계 첫 배치, 2012년 2월 Q-53 생산 승인과 10월 Q-53·Q-50 공개. 아래 상자에 Q-53은 트럭 탑재·360도·파이어파인더를 대신함, Q-50은 Q-48·Q-49 다음의 세 번째 경량 대박격포 레이다라는 설명이 있다
미 육군 대포병레이다의 주요 연도. 미 육군 기사에 적힌 것만 옮겼습니다 (도표)(도표)

2012년 10월 국방부 전시에는 두 레이다가 함께 나왔고, 이때 배치가 시작됐습니다. 육군은 이 새 세대 레이다들이 로켓·포병·박격포 사격에 대해 360도 보호 범위나 경보 능력을 준다고 설명했습니다. Q-53은 트럭에 얹고 C-130 수송기로 옮길 수 있으며, 360도에서 오는 위협을 탐지하도록 구성됐습니다. 당시 사업 책임자는 Q-53이 소프트웨어 개량으로 무인기, 순항미사일, 회전익·고정익 항공기 같은 더 큰 위협까지 탐지하게 될 가능성도 말했습니다.

다른 하나는 경량 대박격포 레이다(Lightweight Counter Mortar Radar, LCMR) AN/TPQ-50, 곧 Q-50입니다. 앞 모델 Q-48과 Q-49에 이은 세 번째 판으로, 험비(HMMWV)에 얹거나 삼각대에 세울 수 있습니다. 원통 모양의 레이다가 전파 펄스를 전자적으로 돌려 360도를 덮습니다. 안테나를 돌리지 않고 방향을 바꾸는 원리는 위상배열과 AESA 레이다에서 볼 수 있습니다.

두 레이다는 한 팀으로 움직이도록 만들어졌습니다. Q-50은 트럭에 얹는 Q-53과 함께 일하며, Q-53 탐지 범위에 생길 수 있는 빈 곳을 메우도록 설계됐습니다.

레이저와 맞닿는 점: 먼저 찾아야 막는다

대포병레이다의 정보는 쏜 곳을 찾는 데에만 쓰이지 않습니다. 미 육군에 따르면 Q-50과 Q-53은 전진 작전 기지를 지키는 로켓·포병·박격포 방어(Counter Rocket, Artillery and Mortar, C-RAM) 체계와 통합되도록 구성됐습니다. C-RAM은 날아오는 적 사격을 탐지하고, 추적하고, 파괴하도록 만든 사격통제 레이다를 갖춘 통합 체계입니다. 센서와 무장을 잇는 이 구조는 사격통제체계에서 더 자세히 다룹니다.

이 C-RAM 임무는 레이저 무기가 쓰일 수 있는 자리로도 꼽힙니다. 미 의회조사국(CRS)의 2026년 지향성 에너지 무기 입문 자료는 지상군이 고에너지 레이저(high-energy laser, HEL)를 단거리 방공, 대드론, C-RAM 임무에 쓸 수도 있다고 적었습니다. 미 육군은 2014년에 시연 체계가 고에너지 레이저로 박격포탄과 무인기를 떨어뜨리는 단계에 이르렀다고 밝힌 바 있습니다.

여기서 눈여겨볼 점은 탐지, 추적, 파괴가 한 체계로 묶여 있다는 것입니다. 마지막 단계를 무엇이 맡든 그 단계가 앞의 탐지·추적과 이어져 있다는 점을 C-RAM의 구성이 보여 줍니다. 레이저, 요격미사일, 포가 방어에서 어떻게 일을 나누는지는 레이저, 요격미사일, 방공포: 서로 어떤 역할을 나눌까에서 이어집니다.

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