폭탄 한 발이 구름 위에서 떨어집니다. 아래의 표적은 보이지 않습니다. 그래도 이 폭탄은 정해 둔 곳으로 갑니다. 표적을 보고 가는 것이 아니라, 하늘의 위성 신호로 자기가 지금 어디에 있는지를 알고 가기 때문입니다.
위성유도 폭탄은 보통 폭탄의 몸통을 그대로 두고 꼬리에 키트 하나를 더한 것입니다. 그 키트 안에서 무슨 일이 일어나는지, 걸프전 뒤 미군이 왜 이 방식에 기댔는지, 그리고 이 생각이 작은 폭탄과 포탄, 로켓으로 어떻게 번졌는지를 차례로 봅니다.
표적을 보지 않는 폭탄
레이저(laser) 유도 폭탄은 표적 위에 비춘 빛 한 점을 앞쪽 탐색기로 보고 따라갑니다. 위성유도 폭탄은 다릅니다. 앞에 표적을 보는 눈이 없습니다. 대신 표적의 위치를 미리 받고, 날아가는 동안 자기 위치를 셈해 그 둘의 차이를 줄입니다.
1995년 미 회계감사원(GAO) 보고서는 정밀유도무기(precision-guided munition, PGM)가 쓰는 정보를 이렇게 나눴습니다. 사람 지시자가 준 표적 위치 정보, GPS 위성, 관성항법, 탄에 달린 종말 탐색기, 또는 이것들의 조합입니다. JDAM(Joint Direct Attack Munition)은 GPS 기술을 기존 무유도 폭탄에 더해 탄이 스스로 표적 지역으로 가게 하려는 계획이었습니다.
길 안내 앱을 켠 자동차와 비슷합니다. 목적지를 넣어 두면 차는 바깥 풍경을 알아보지 않고도 지도 위의 자기 점을 보며 길을 고칩니다. 실제로는 폭탄에 운전하는 사람이 없고, 목적지가 정확하지 않으면 그 틀린 곳으로 정확히 갑니다. 이 차이는 한계를 다룰 때 다시 중요해집니다.
위성 신호로 자기 위치 알기
GPS의 우주 부문은 기준 24기의 위성입니다. 위성들은 지금 자기의 위치와 시각을 담은 신호를 한 방향으로 내보냅니다. 수신기는 그 신호를 받아 자기의 3차원 위치와 시각을 셈합니다. 위성은 고르게 떨어진 여섯 궤도면에 놓여 있어, 지구 거의 어디서나 적어도 네 기가 보입니다.
시각이 왜 이렇게 중요할까요? 위성마다 여러 개의 원자시계가 실려 있고, 신호에는 매우 정밀한 시각 정보가 담깁니다. GPS에서 시각은 경도·위도·고도에 이은 넷째 차원입니다. 수신기는 이 신호를 풀어 위성의 원자시계에 자기 시계를 맞춥니다.
GPS 서비스는 민간용과 군용으로 나뉩니다. 군용 서비스는 미군과 동맹군, 승인된 정부 기관이 씁니다. GPS 말고도 여러 나라의 위성항법시스템(global navigation satellite system, GNSS)이 있다는 이야기는 관성항법과 위성항법: 자기 위치는 어떻게 알까에 정리돼 있습니다.
꼬리 키트 안의 두 항법
위성유도 꼬리 키트에는 GPS 수신기만 들어 있지 않습니다. 2005년 미 국립학술원 보고서는 JDAM의 새 꼬리 부분에 관성항법 장치와 GPS 유도 제어 장치가 함께 들어 있다고 설명했습니다. 이 꼬리를 더하면 무유도 범용 폭탄이 어떤 날씨에서도 더 정확해지고, 한 발 한 발이 따로 표적을 정해 스스로 갑니다.
관성항법은 관성 측정 장치(inertial measurement unit, IMU)로 바깥을 보지 않고 자기 움직임을 셈합니다. 존스홉킨스 응용물리연구소(APL)의 글에 따르면, 오늘날 대부분의 미사일은 관성항법장치로 자기 위치를 스스로 따라가고 이 장치는 비행 내내 바깥 기준, 가장 흔히 GPS로 맞춰지고 갱신됩니다. 폭탄의 꼬리 키트도 같은 짝을 씁니다. 관성항법이 쉬지 않고 위치를 셈하고, 위성 신호가 그 값을 바로잡습니다.
셈한 결과에 따라 꼬리가 비행 중의 어긋남을 고쳐, 폭탄이 정해 둔 위치 쪽으로 가게 합니다. 폭탄 몸통은 처음 만들어진 그대로입니다. 오늘날의 JDAM은 500·1,000·2,000파운드급의 여러 무유도 폭탄 꼬리에 붙는 키트이고, 미국의 모든 고정익 타격 플랫폼에 통합됐습니다.
구름 아래로: 왜 위성유도였나
1991년 사막의 폭풍 작전의 경험은 그 뒤 고른 무기에 흔적을 남겼습니다. 그 경험을 정리한 1997년 GAO 평가에는 이런 대목이 있습니다. 국방부와 각 군의 조달 계획에 GPS 유도 체계를 갖춘 새 탄이 들어 있고, 그 근거의 일부는 사막의 폭풍에서 드러난 중고도의 부족함과 악천후 한계를 줄이면서 조종사와 항공기의 생존성을 높이는 능력이라는 것입니다.
JDAM의 목적도 같은 쪽에 있었습니다. 기존 무기를 대신하려는 것이 아니라 악천후에서 범용 폭탄을 정확히 떨어뜨리려는 것이었습니다. 그보다 앞서 B-2 폭격기를 위한 임시 탄으로 GPS 보조 탄(GPS Aided Munition, GAM)도 개발되고 있었습니다. 2,000파운드 범용 폭탄에 맞춘 꼬리 키트였고, 나중에 JDAM으로 바뀔 예정이었습니다.
미 공군과 해군은 1980년대 "첨단 폭탄 계열(Advanced Bomb Family)" 사업에서 이런 무기를 연구하기 시작했습니다. 첫 JDAM은 1997년에 인도돼 1998~1999년에 운용 시험을 거쳤고, 공군은 1999년 얼라이드 포스 작전에서 처음 썼습니다. 이 흐름의 앞뒤, 곧 2차 세계대전과 베트남 전쟁의 유도 폭탄은 정밀유도폭탄: 평범한 폭탄에 무엇이 더해질까에서 볼 수 있습니다.
폭탄이 작아지다
정확도가 높아지자 생각이 하나 따라왔습니다. 더 가까이 떨어진다면 꼭 그렇게 큰 폭탄이어야 할까요? 미 의회조사국(CRS)에 따르면 1997년 공군은 GPS로 좋아진 정확도에 맞춰, 부수적 피해를 줄이려고 더 작은 폭탄이 필요하다고 밝혔습니다.
그렇게 나온 것이 250파운드급 유도 폭탄인 소구경 폭탄(Small Diameter Bomb, SDB)입니다. 공군은 2006년 SDB I을 배치하기 시작했습니다. SDB I은 GPS의 도움을 받는 관성항법으로 유도되고, 주로 고정 표적을 노리게 만들어졌습니다.
크기에는 다른 뜻도 있었습니다. SDB는 F-22와 F-35가 몸속에 싣고 낮은 피탐지 특성을 지킬 수 있도록 그 공간에 맞춰 설계됐습니다. 기체 안의 무장 칸은 내부 무장창(internal weapons bay)이라 부르며, 내부 무장창: 무기를 왜 기체 안에 숨길까에서 자세히 다룹니다. 뒤의 SDB II는 밀리미터파 레이다와 적외선 센서가 든 다중 모드 탐색기를 더했습니다.
포탄과 로켓으로 번지다
위성유도는 하늘에서 떨어뜨리는 폭탄에만 머물지 않았습니다. 땅에서 쏘는 포탄과 로켓에도 같은 생각이 들어갔습니다.
엑스칼리버(Excalibur)는 GPS를 바탕으로 한 155 mm 곡사포용 정밀 포탄 계열입니다. 2010년 GAO 평가는 이 포탄을 쏜 뒤 따로 이끌 필요가 없는 "발사 후 망각형"으로 적었고, 거의 수직으로 떨어지는 각도가 부수적 피해를 줄여 도시 환경에서 더 효과적일 것으로 기대한다고 했습니다.
개발은 1997년에 시작됐고, 2005년 5월 부수적 피해를 줄일 더 정확한 포병이 이라크에서 급히 필요해 첫 단계의 생산 승인을 받았습니다. 이 포탄을 쏘는 포의 이야기는 자주포: 포가 스스로 움직이면 달라지는 것에 있습니다.
로켓 쪽에는 다연장로켓(multiple launch rocket system, MLRS)의 유도형인 GMLRS(Guided MLRS)가 있습니다. 미 육군 레드스톤 역사실은 GMLRS를 사거리를 늘린 MLRS 로켓의 사거리와 정확도를 더 높이려는 개량형으로 소개합니다. 육군은 2003년 GMLRS의 저율 초도 생산을 승인했습니다. 발사대 이야기는 다연장로켓(MLRS): 한 차량에 여러 발사관이 있는 이유에서 이어집니다.
한계: 신호 방해와 좌표의 질
위성 신호는 먼 하늘에서 오는 전파입니다. 1997년 GAO 평가는 토마호크 순항미사일에 GPS를 넣은 일을 다루며 장점 하나와 걱정 하나를 들었습니다. GPS를 쓰면 경로 계획이 지형에 묶이지 않고 계획 시간이 줄지만, 일부 전문가는 GPS 유도가 재밍(jamming, 전파 방해)에 약할 수 있다고 우려했습니다. 미사일 항법을 다룬 APL 글은 비행 중 일부 구간에서 적이 GPS를 방해할 수 있다고 짚습니다.
신호와 수신기도 바뀌어 왔습니다. Block IIR-M 위성부터 방해에 더 강한 군용 M 코드 신호가 들어갔습니다. 공군에 따르면 최신 JDAM은 방해받는 환경에서 쓰도록 M 코드 GPS 수신기를 갖췄습니다. 방해와 속임이 어떻게 다른지는 재밍과 스푸핑: 방해와 속임수는 어떻게 다를까에 있습니다.
다른 한계는 폭탄 밖에 있습니다. 위성유도 폭탄은 받은 위치로 갑니다. 그 위치가 맞는 표적인지는 키트가 알 수 없습니다. CRS는 "정밀"이라는 말이 시간이 지나며 특정 유도 방식이나 정확도 수치보다, 그 사용을 받치는 정보·계획·의사 결정의 질과 더 이어지게 됐다고 정리합니다.
레이저와 맞닿는 점
두 방식은 서로의 빈자리를 메웁니다. 레이저 유도는 빛이 표적에 닿아야 하고, 위성유도는 미리 받은 위치에 기댑니다. 실제로 둘을 함께 담은 키트도 나왔습니다. JDAM의 큰 개량 하나가 GPS 유도에 레이저 유도를 더한 것이고, 레이저를 더하면 고정 표적뿐 아니라 움직이는 표적도 칠 수 있게 됩니다.
레이저 빛은 표적까지 가는 동안 공기를 지나야 합니다. 이 조건은 레이저 무기에도 똑같이 따라붙습니다. 공기 속에서 빛이 줄고 흐트러지는 까닭은 대기 전파: 흡수, 산란, 난류, 열 블루밍에서 이어서 읽을 수 있습니다.
다음에 읽을 글
- 관성항법과 위성항법: 자기 위치는 어떻게 알까: 꼬리 키트 안의 두 항법이 왜 짝을 이루는지 봅니다.
- 레이저 유도폭탄: 반사된 레이저 점을 따라가는 원리: 표적 위의 빛 점을 따라가는 다른 방식을 봅니다.
- 재밍과 스푸핑: 방해와 속임수는 어떻게 다를까: 위성 신호를 막는 일과 속이는 일의 차이를 봅니다.