레이다 화면에 점 하나가 떴다고 해 봅시다. 같은 시각 근처의 카메라도 무언가를 잡았고, 무선 신호 감지기도 신호를 하나 받았습니다. 셋은 같은 물체일까요, 서로 다른 셋일까요?
방공은 날마다 이런 물음을 풉니다. 센서는 저마다 하늘의 한 조각만 보기 때문에, 여러 센서가 본 것을 맞춰 한 장의 그림으로 만들어야 합니다. 이 글은 그 생각, 곧 센서 융합(sensor fusion)과 통합방공(integrated air defense)이 무엇인지 공식 자료로 살핍니다.
센서 하나로는 왜 모자랄까
센서마다 잘 보는 것이 다릅니다. 전자광학 카메라는 모습을, 적외선 센서는 열을, 음향 센서는 소리를 잡습니다. 여기에 레이다와 무선 신호 감지기가 더해집니다. 미 의회조사국(Congressional Research Service, CRS)의 대드론 입문서가 드는 감지 방법들입니다.
어느 것도 혼자서는 충분하지 않습니다. 작은 드론처럼 신호가 약하고 크기가 작은 상대는 이 방법들로 늘 잡히지는 않습니다. 그래서 여러 방법을 묶어 더 효과적인 다층 감지를 만드는 경우가 많습니다.
하나의 그림으로 합친다는 것
사고 현장의 목격자 여러 명을 떠올려 봅시다. 한 사람은 차의 색을, 다른 사람은 달아난 방향을, 또 다른 사람은 소리를 기억하고, 경찰은 이것을 맞춰 한 장면을 그립니다. 실제 센서 융합은 다릅니다. 사람의 기억 대신 기계가 잰 위치와 시간을 쓰고, 물체가 움직이는 동안 그림을 계속 고쳐 그려야 합니다.
도입의 물음으로 돌아가 봅시다. 레이다의 점, 카메라에 잡힌 무언가, 무선 신호가 같은 물체인지는 센서 하나만 보고는 알 수 없습니다. 센서마다 잰 위치와 시각을 한자리에 놓고 서로 맞는지 견줘 봐야 합니다. 맞으면 세 보고를 물체 하나의 정보로 묶고, 맞지 않으면 서로 다른 물체로 따로 둡니다.
한 번 견주고 끝나지도 않습니다. 물체는 움직이므로, 새 보고가 들어올 때마다 앞의 위치에 이어 붙여 길을 그립니다. 이렇게 시간을 따라 이어 그린 길을 항적(track)이라고 부릅니다. 미 미사일방어청(Missile Defense Agency, MDA)이 센서의 일로 꼽는 탐지, 추적, 식별 가운데 추적이 바로 이 일입니다.
합치면 빈칸도 메워집니다. 레이다는 거리와 움직임을, 카메라는 모습을, 무선 신호 감지기는 조종 신호를 잡습니다. 한 방법이 놓친 작은 상대를 다른 방법이 잡을 수 있습니다. 이렇게 모인 정보는 그 점이 진짜 위협인지 가려내는 식별(discrimination)의 바탕이 됩니다.
그러니 도입의 세 신호는 물체 하나일 수도, 서로 다른 셋일 수도 있습니다. 어느 쪽인지 정하고, 정한 물체마다 항적을 이어 가는 것이 센서 융합이 하는 일의 뼈대입니다.
미사일 방어에서는 지휘·통제 네트워크가 이 일을 맡습니다. 효과적인 다층 방어에는 모든 비행 단계에서 위협을 따라갈 여러 종류의 센서가 들어가고, 지휘·통제·전투관리·통신(C2BMC)이 이것들을 하나로 묶습니다. 미국은 땅·바다·우주의 센서를 네트워크로 엮고, 지휘·통제·전투관리 네트워크로 그 센서를 요격미사일에 잇습니다. 비행 단계마다 겹을 나눈 방어는 「다층 미사일 방어: 왜 방어체계가 여러 겹일까」에서 봅니다.
미군은 이 생각을 모든 군으로 넓히려 합니다. 2022년 CRS 입문서를 기준으로 보면, 합동전영역지휘통제(Joint All-Domain Command and Control, JADC2)는 공군, 육군, 해병대, 해군, 우주군의 센서를 하나의 네트워크로 잇는 미 국방부의 구상입니다. 그전까지는 각 군이 다른 군과 맞지 않는 자기 전술 네트워크를 따로 만들어 왔습니다.
서두르는 까닭은 시간입니다. 국방부 관계자들은 앞으로의 분쟁에서 결정을 몇 시간, 몇 분, 어쩌면 몇 초 안에 내려야 할 수 있다고 봅니다. 지금은 작전 환경을 분석하고 명령을 내리는 데 며칠이 걸린다는 것이 이들의 설명입니다.
2019년 12월의 첫 JADC2 연습에서는 여러 군의 항공기와 함정, 지상 레이다, 민간 센서가 자료를 실시간으로 모으고 나눠 작전 환경을 더 온전하게 그려 보였습니다.
국방부는 JADC2가 닿으려는 모습을 승차 공유 서비스 우버에 빗댑니다. 승객 앱과 기사 앱의 위치 정보로 가장 알맞은 짝을 찾아 주듯, 센서가 본 것과 그것을 다룰 수단을 이어 주겠다는 뜻입니다. 실제 방공은 사정이 다릅니다. 우버는 평소의 휴대전화·와이파이 망에 기대지만, 방공 네트워크는 상대가 방해하려 드는 환경에서도 끊기지 않아야 합니다.
통합방공의 뼈대: 센서, 지휘·통제, 무기
북대서양조약기구(NATO)의 통합 방공·미사일 방어(Integrated Air and Missile Defence, IAMD)는 이 구조를 잘 보여 줍니다. NATO의 정의로 IAMD는 평시·위기·분쟁 때 동맹의 영토와 주민, 군을 모든 공중·미사일 위협에서 지키는 끊이지 않는 임무입니다.
이 임무를 실제로 맡는 것은 NATO 통합 방공·미사일 방어 체계(NATINAMDS)입니다. NATINAMDS는 장비 하나가 아니라 연결망입니다. 각국과 NATO의 체계가 서로 이어져 있고, 그 안에는 센서, 지휘·통제 자산, 무기 체계가 들어 있습니다.
이 생각은 새것이 아닙니다. NATO의 통합 방공은 1961년 NATO 통합 방공 체계(NATINADS)로 처음 시행되었습니다. 냉전 동안 이 체계는 소련의 유인 항공기라는 한 방향의 뚜렷한 위협을 향해 띠 모양으로 늘어선, 대체로 고정된 체계였습니다.
지금의 NATINAMDS는 다릅니다. 덜 예측 가능한 환경에서 모든 방향의 공중·미사일 위협을 다룰 수 있도록 발전했습니다. 한 방향의 띠에서 사방을 보는 원으로 바뀐 셈입니다.
무기 칸에는 레이저도 들어올 수 있습니다. 미 육군의 여섯 층 방공·미사일 방어 개념에는 차세대 사격 레이다와 다목적 고에너지 레이저(high-energy laser, HEL)가 함께 들어 있습니다. CRS 대드론 입문서에 따르면 이 체계들은 아직 개발 중입니다. 레이저와 요격미사일, 방공포가 이 그림 안에서 어떻게 일을 나누는지는 「레이저, 요격미사일, 방공포: 서로 어떤 역할을 나눌까」에서 이어집니다.
그림이 하나로 모여도 마지막에는 무기 하나가 물체 하나를 겨눠야 합니다. 레이저 무기가 그림 속 점 하나를 찾고, 따라가고, 겨누는 과정을 포착·추적·조준(acquisition, tracking and pointing, ATP)이라고 부릅니다. 그 과정은 「김발과 조준·추적: 빔을 한 점에 붙들어 두는 일」에서 봅니다.
군끼리, 나라끼리 잇는 일
센서와 무기를 잇는 선은 기술만의 문제가 아닙니다. NATO는 통합이 쓸 수 있는 모든 방공·미사일 방어 능력을 조율해 주기 때문에 IAMD에 꼭 필요하고, 통합의 핵심 전제 조건이 상호운용성(interoperability)이라고 설명합니다. 그 상호운용성은 절차, 기술, 사람의 세 면에 걸쳐 있고, 훈련과 연습이 큰 몫을 합니다.
나라 사이에 일을 나누기도 합니다. 전투기를 가진 나라들이 홀로 또는 여러 나라 팀으로 전투기가 없는 나라의 영공을 지키도록 돕습니다. 그 덕분에 작은 동맹국은 비싼 자국 공군 대신 다른 능력에 투자할 수 있습니다.
규모도 큽니다. NATO의 항공 지휘통제(Air C2) 체계는 배치형 능력을 빼고도 8,100만 km²의 작전 구역을 덮습니다. 동맹에 하나의 통합된 항공 지휘통제 체계를 주려는 사업(ACCS)은 1999년 11월에 정식으로 세워졌습니다.
한 나라의 군 안에서도 잇는 일은 쉽지 않습니다. 미 해군은 JADC2를 돕는 핵심 과제 가운데 하나로 독자 네트워크 규격을 없애 다른 군과 서로 통하게 하는 일을 꼽았습니다. 장비마다 쓰는 말이 다르면, 같은 하늘을 보고도 그림을 나눌 수 없습니다.
아직 어려운 점
모두가 낙관하는 것은 아닙니다. CRS 입문서는 JADC2에 회의적인 분석가들의 물음을 정리했습니다. 기술이 충분히 성숙했는지, 비용을 감당할 수 있는지, 그리고 전자전이 심한 위험한 환경에서 센서와 사격 수단을 안전하고 믿을 만하게 잇는 네트워크를 정말 배치할 수 있는지가 그것입니다.
사람의 몫도 쟁점입니다. 영역을 넘나드는 결정의 권한을 누가 갖는지, 실시간 결정에 사람이 얼마나 필요하고 사람의 개입을 줄이는 것이 적절한지를 묻는 목소리가 있습니다. 그림을 빠르게 합치는 기술과, 그 그림을 보고 판단하는 책임은 별개의 문제입니다.
미사일 방어 쪽의 숙제도 같은 결입니다. 2019년과 2022년의 미사일 방어 검토는 모두 체계 통합과 회복력 있는 센서 네트워크를 강조했습니다. 의회가 물을 만한 질문으로 CRS가 드는 것도, 통합되고 효과적인 미사일 방어에 필요한 센서 네트워크와 자료 전송 체계를 갖추려는 노력이 충분한지입니다.
다음에 읽을 글
- 레이저, 요격미사일, 방공포: 서로 어떤 역할을 나눌까: 하나의 그림 아래에서 무기들이 일을 나누는 방식을 봅니다.
- 김발과 조준·추적: 빔을 한 점에 붙들어 두는 일: 그림 속 점 하나를 레이저가 끝까지 따라가는 과정을 봅니다.
- 다층 미사일 방어: 왜 방어체계가 여러 겹일까: 센서와 지휘·통제가 이어 주는 방어의 겹을 봅니다.
- 드론과 새의 구분: 센서는 무엇을 보고 판단할까: 센서가 잡은 작은 점이 무엇인지 가리는 문제를 봅니다.