`21년 미래국방혁신기술개발사업

미래국방혁신기술개발사업은 과학기술정보통신부에서 혁신적 미래국방기술의 확보를 위해 추진하고 있는 국방과학기술 분야의 기초원천기술 연구개발 사업이다.

추진목적, 과제 발굴 및 연구수행 방식 등에 따라 '기술주도형'과 '수요견인형'으로 구분된다.

방호용 특수소재 원천기술 개발

방호용 특수소재 기술은 미래전장의 첨단무기체계 공격으로부터 전투원 및 아군 무기체계의 손상을 최소화하고, 지속적인 운용을 가능하게 하며 생존성/안전성을 극대화할 수 있음. 기능화·첨단센서화가 예상되는 미래 전장의 주도권 확보에 핵심 기술요소로 활용하기 위해 개발이 필수적임.

다양한 첨단무기체계의 공격(레이저/전자기펄스/충격파/방사선 등)으로부터 개인 및 무기체계의 생존과 안전성을 극대화하는 혁신적인 차세대 방호용 기초원천 기술을 개발함.

비(非) 유리섬유 계열을 활용한 고강도/고강성 전파흡수구조체 개발

종래의 RAS는 전파흡수 기능을 부여하기 위한 기판의 역할 소재로 유리섬유 강화플라스틱(GFRP) 계열을 주로 활용함. 이는 전자기적 물성은 만족하나 상대적으로 구조가 강건하지 못하여 RAS를 주 구조물에 적용하기에는 한계가 존재함. 상대적으로 약한 구조적 특성을 지니고 있는 RAS는 활용이 제한적이므로, 이를 극복하기 위해 구조적으로 더욱 강건하면서 전자기적 성능을 만족할 수 있는 비(非)유리섬유 계열 고강도/고강성 RAS 개발이 필요함.

내부 구조의 제한적 하중 상황에서만 쓸 수 있는 RAS를 주 구조물에 적용할 수 있게 함으로써 다양한 상황에서의 은밀성을 증대시킬 수 있고, 중량 증가량을 제어할 수 있으므로 더욱 고성능의 스텔스 무기체계를 확보할 수 있음.

전파흡수체의 전자기적 성능 품질 확인을 위한 성능평가 기술 개발

스텔스 무기체계 핵심기술인 RAS의 저피탐 성능 안정화를 위하여 전자기 특성을 정량적으로 측정/평가할 수 있는 검증기술이 필요함. 대부분의 RAS 개발 과정에서는 평면(2D) 시편의 전파흡수율 측정값이 주요 성능지표가 되며 복잡한 형상의 구성품 단위 구조에 대한 성능평가 방법 및 성능지표 관련 연구가 부족함. 유무인 항공기 개발과정에서 RAS 적용이 지속적으로 확대되고 있으며, 해당 구조물의 구성품 단위 품질 평가 및 관리방안이 요구되는 실정임. 따라서 복잡한 형상을 갖는 RAS의 전자기 성능평가 기술 개발이 필요함.

대상체의 전자기 성능 측정 장치를 구성하고 구성품 단위 구조물의 전자기 특성을 가시화하는 기술을 개발하여 해당 정보에 대한 인공지능 기반의 전자기적 성능분석/자동판단 기술을 확보하고자 함. 이를 통해 스텔스 비행체의 저피탐 성능 안정화, 품질 관리수준 향상 및 유지보수 효율성 증가를 통한 관리비용 절감 등의 파급효과를 기대할 수 있음.

레이저빔에 대응한 무기체계 능동방호 기술 개발

국내에서는 미래형 방호 분야로 고에너지 레이저를 이용한 중장기 기술발전 방향을 수립하여 미래 공중·미사일 방어 무기체계로 레이저 관련 연구를 수행하여 향후 20년 후 응용연구 수준의 국내 기술기반을 확보할 예정임. 이와 동시에 군에서는 고출력 레이저 무기로부터 국내 감시정찰 자산 및 무기체계를 보호 또는 사전에 무력화 할 수 있는 방호체계를 원하고 있으나, 적절한 방호 수단을 보유하지 못하여 향후 요구되는 기술에 대해 선제적으로 기술개발이 필요함.

레이저(1~2μm 파장대역) 무기체계에 대응할 수 있는 최소 3종 이상(레이저를 이용한 파면왜곡 제어 및 플라즈마 흡수 포함 추가 1종)의 레이저빔 방호기술을 연구하고, 모의시험을 통한 레이저빔 대응 방호 가능성 확인 및 분석을 수행함.

비선형 음향을 이용한 능동탐지 표적 심도 추정 기법 연구

수중표적 탐지를 위해 수동소나가 많이 운용되고 있으나 잠수함의 정숙화기술 발전에 따라 최근에는 능동형 소나의 적용이 확대되고 있는 추세임. 하지만, 수중/수상 표적 구분 및 허위 표적 여부 식별에 필수적이고 신속한 대응을 가능하게 해주는 정보인 표적의 심도는 탐지가 불가능한 상태임. 따라서 능동형 소나의 신호처리/탐지 과정에 표적의 심도를 추정할 수 있는 기술 개발이 요구됨.

지형, 조류, 온도 등의 복잡한 수중환경과 다양한 주변소음으로 인해 정확한 표적의 위치 탐지가 어려운 해양의 특성상 고주파 및 저주파의 특성을 모두 활용할 수 있도록 차주파수(Freq.-Difference)를 이용하여 고주파 대역의 송수신 신호로부터 저주파 대역 탐지 분석을 수행하는 기법의 개발이 필요함.

표적의 심도 추정 기술 연구를 통해 수중 능동 감시체계에서 표적 분류/식별의 오경보율을 최소화할 수 있고, 향후 통합 해양감시체계에 포함되는 양상태/다중상태 소나의 표적 탐지 알고리즘 기술 확보에 기여할 수 있음. ‘환경적응 양상태소나기반 표적심도추정 기술(`25~`28)’과 연계성을 강화하여 기술개발 활용성을 향상시킬 수 있음.

메타 구조를 활용한 전투차량 소음감소 기술

K2계열 전차 등 지상전투차량용 메타물질 기반 소음기를 개발하고, 소음 저감 성능을 확인함. 소음기 단품의 음향삽입손실 30 dB 이상(현재 수준 20 dB). 단위체의 반복 배열로 단순한 내부 구조 설계. K1전차 소음기 대비 중량 80% 이하. 배기계의 소음 저감 장치로 인한 엔진 출력 저하수준 감소.

가스터빈 내 고압 터빈 슈라우드 블레이드의 누설 유동으로 인한 손실 예측 기술

가스터빈의 터빈부 팁 끝단의 누설은 터빈성능 저하에 큰 요인으로 작용하며, 블레이드 팁에 슈라우드를 부착하면 상대적으로 터빈효율을 증가시킬 수 있는 것으로 알려져 있음. 저압터빈과 같이 단당 팽창비가 작고 세장비가 큰 터빈블레이드의 경우 누설유동의 감소와 블레이드 진동에 대한 강인성 확보를 위해 슈라우드를 채용하여 터빈의 효율과 구조적 안정성을 높일 수 있으며, 무인항공기용 터보팬 엔진의 저압터빈에 현재 적용 중임.

고압터빈의 경우 단당 팽창비가 높고, 팁 끝단의 높은 온도로 인해 슈라우드를 적용할 경우 냉각설계 구현 측면에 어려움이 있으나, 터빈블레이드 소재 및 냉각채널설계 기술의 발전으로 슈라우드형 고압터빈 설계적용이 가능할 것으로 판단됨.

고압터빈 블레이드에 슈라우드가 적용되지 않은 경우와 적용한 경우에 따른 터빈의 누설유동 감소효과와, 이에 따른 터빈성능의 개선 및 팁 슈라우드의 누설특성 인자들의 영향을 연구하고, 무인항공기용 터보팬, 무인항공기용 터보샤프트 엔진의 터빈 팁 슈라우드 적용설계를 위한 기준자료를 제시함.

우주무기체계 수명주기 환경프로파일 설계 및 모사기술

방위산업, 항공우주, 부품소재 등 다양한 산업군에 따른 복합환경시험 및 내환경 신뢰성 평가 프로그램이 운영되고 있으며, 복합환경에 대한 고장물리(Physics of Failure) 분석이 활발히 이루어지고 있음. 그러나, 우주무기체계에 대한 관련 연구 및 시험인프라 구축수준은 타 산업군에 비해 현저히 낮은 상황임.

또한, 우주무기체계 개발단계에서 환경시험 시, 현재까지는 단일 환경에 대한 단편적인 시험 수행에 그치고 있음. 이는 무기체계 실전 배치 후 개발단계에서 예상치 못한 결함을 야기할 수 있음. 이에 따라 복합 환경 신뢰성 시험평가의 필요성이 지속적으로 제기되고 있으나 체계적인 관련연구가 부족한 실정임.

따라서 우주 무기체계 및 구성품이 수명주기 동안 경험하는 우주환경(극한온도, 플라즈마, 열진공 등)의 강도와 노출시간을 결정하고, 이러한 수명주기 우주환경 프로파일에 따라 각 환경요소를 모사하는 기법을 개발함.

출처