차세대 전투기 테스트베드 개발

GCAP(Global Combat Air Programme)

대한민국 공군은 '차세대전투기' 사업을 추진하여, 2040년대 중·후반에 6세대 전투기와 경쟁할 수 있는 한국형 차세대 전투기를 확보하고자 한다. 한국형 차세대 전투기는 광대역 스텔스 기술을 바탕으로 생존성을 확보하고, 센서 융합 기능을 적용하여 전장 내에서 상황판단 및 통제 임무를 수행하면서 표적지역 내에서 체공하며 공대공/공대지 임무를 수행한다. 또한, 다목적무인항공기 및 무인전투기를 체계통합하여, 유·무인항공기의 통합 운용능력을 확보하는 것으로 계획하고 있다. 이와 관련하여, '26년 착수되는 한국형 차세대 스텔스 전투기 개발 연구용역에 24억원이 배정되어 추진될 예정이며, '26년도 미래도전국방기술개발사업의 일환으로 스텔스 브릿지 프로그램에 636억원이 투입될 예정이다.

스텔스 브릿지 프로그램은 차세대 전투기 개발에 소요되는 구조, 소재, 센서 기술을 통합하는 테스트베드(Testbed) 개발 프로그램이다. 차세대 전투기는 F-16을 대체하는 전투기로써, 미래 전장에서 생존성을 확보하기 위해 KF-21 전투기보다 고도화된 광대역-전방위각(All spectrum-All azimuth) 스텔스 성능 확보가 요구되고 있다. 공군본부 기획관리참모부에서는 미래지향적인 무미익 전투기와 같은 차세대 형상 연구가 필요하다고 요청하였으며, 스텔스 뿐 아니라 비행성능과 조종안정성 등을 종합 검토하고, 개별 구성품 단위가 아니라 체계 통합을 수행하여 기술을 검증할 것을 요청했다. 이에 따라 실기체급 테스트베드를 구축하고 종합 시험평가를 수행한다는 계획이다. 다만, 테스트베드는 기술실증기와 달리 실제 비행 가능한 기체는 아니며, 엔진이 없는 지상시험기로 제작하고, 시뮬레이션(M&S)으로 비행성능을 확인하게 된다.

스텔스 브릿지 프로그램은 크게 "스텔스 기체구조 설계 및 핵심 분야 통합 검증 기술", "항공용 다기능 복합소재 및 저피탐 센서 기술", "RCS 통합 제어를 위한 스텔스 기반 기술"로 분할되어 추진된다. 각 과제는 4년(48개월) 동안 진행되며, 사전타당성조사, 예비타당성조사 등을 면제받기 위해 예산을 500억 미만으로 분할하여 투입한다고 한다. 국방과학연구소는 올해 12월 기획연구 결과를 바탕으로 과제가 선정되면 '26년 2월에 제안서 공모 및 평가를 추진하며, 연구개발계획서 작성, 비용분석 등을 진행하여 연구개발 계획이 승인된 이후 '26년 9월에 본격적으로 착수하는 것을 목표로 진행하고 있다고 밝혔다. 국방과학연구소와 산업체 간의 기술 연계를 통해 테스트베드 항공기를 공동으로 제작하고 운용하며, 도출된 핵심기술은 산업체로 이전하는 스핀오프를 진행하여 차세대 전투기 개발사업을 지원할 예정이다.

차세대 전투기 핵심 기술분야. 미 해군 F/A-XX 상상도를 가져온 것이고, 개발 예정인 차세대 전투기의 형상은 아니다.

개발하는 차세대 전투기 테스트베드는 경계층 분리기가 없는 초음속 DSI(Diverter-less Supersonic Inlet) 흡입구를 적용하고, 내부무장창과 저피탐 3D 추력편향노즐 등을 통합하여 Cavity(흡입구/배기노즐) 제외 전방위각 LO급(-7dBsm) 광대역 저피탐 성능을 확보한 형상을 구현하고자 한다. 또한, 저피탐 기술을 적용하여 Cavity 포함 광대역(L~X-Band 이상), 전방 LO~VLO급, 측후방 LO급 스텔스 성능을 확보한다는 계획이다. 또한, 레이다/전자전 모드를 동시에 운용 가능한 광대역 AESA 레이다와 전자광학추적장치(EOTS) 및 EO-DAS 등의 차세대 전투기용 센서와 저피탐 편대 통신기술을 개발하여 시연할 예정이며, 이를 48개월 이내에 신속하게 통합하여 차세대 전투기 테스트베드에서 공력/RCS/임무효과도를 동시에 검증하는 것을 목표로 한다.

스텔스 기체구조 설계 및 핵심 분야 통합 검증 기술(PM1)

차세대 스텔스 전투기 개발을 위해 임무에 따른 형상을 신속하게 설계하고, 스텔스 요소 기술을 기체구조에 통합하여 기술을 검증하는 프로그램이다. 차세대 전투기의 광대역-전방위각 스텔스 형상설계를 신속하게 진행하고, 성능 요구도 및 임무효과도 분석 등 체계종합 기술을 바탕으로 M&S를 수행한다. 국방과학연구소에서는 레이돔, 광학계, 흡기구, 배기노즐 등을 포함하는 통합 기체구조 설계를 추진하며, 프로그램에 참여하는 산업체에서는 저피탐 초음속 흡입구(DSI)와 내부무장창, 저피탐 조종면, 매립형 대기센서(FADS, Flush Air Data System) 관련 핵심기술을 구현하고, 저피탐 핵심 요소기술 구성품과 테스트베드 제작 및 통합, 기반소재 물성 확보, 전자기 특성 평가 및 DB 구축을 진행한다. 이외에도 실기체급 내부무장창의 개발을 위한 고속 대용량 무장도어 작동기/기구, 대용량 작동기 및 패키징, 구성품(EHA, RGA) 연구개발을 진행한다.

항공용 다기능 복합소재 및 저피탐 센서 기술(PM2)

스텔스 전투기 기체구조와 배기노즐 등에 적용되는 복합소재를 개발하고, KF-21 전투기의 APY-016K AESA 레이다보다 성능이 고도화된 저피탐·다기능·광대역 AESA 레이다를 개발한다. 특히, 차세대 전투기용 AESA 레이다는 전자전 기능을 동시에 제공하는 광대역 송수신모듈과 AESA 레이다를 개발하고, 실기체에 적용 가능한 크기로 개발해서 레이더 및 전자전 동시 운용모드의 기능 및 성능을 시연한다는 계획이다. 소재 분야에서는 국산 항공용 T1100급 고인성 탄소섬유 복합재와 저유전손실 레이돔의 국산화 개발을 진행하며, 배기노즐에 적용되는 내열 유전체 탄화규소(SiC) 섬유로 제작하는 저피탐(X-Band) 복합소재와 초고내열 메타표면 전파흡수체를 개발하고, 소재 특성 평가(열유동/열구조/고온 전자기)를 진행하여 DB 구축을 진행할 예정이다.

차세대 전투기용 레이다는 최근 "소형 비행체 탐지 및 식별을 위한 AI 광자레이다 기술('22.07~'25.06)" 과제에서 실증한 마이크로웨이브 포토닉스(MWP, Microwave Photonics) 기술을 적용할 것으로 예상된다. 라이다(LiDAR)와는 다른 개념으로, RF 신호를 방사하여 표적과의 거리 및 속도를 측정하는 원리는 일반적인 레이다와 동일하지만, 레이다 시스템의 전자 소자를 광소자로 대체하여 광대역 및 저잡음 특성을 확보한 차세대 레이다 기술이다. 광대역 RF 신호로 고속 광변조가 가능하면서도 높은 신호대잡음비(SNR) 특성을 얻을 수 있으며, 향상된 탐지 성능을 확보할 수 있다. 또한, 위상값을 일치시켜 코히런트(Coherent) 특성을 갖도록 함으로써 대역 합성으로 서로 다른 특성을 갖는 2개 이상의 주파수 대역을 단일 레이다에서 운용할 수 있고, 레이다 및 신호처리 시스템의 소형·경량화가 가능하다.

RCS 통합 제어를 위한 스텔스 기반 기술(PM3)

PM3 과제에서는 스텔스 성능 확장을 위해, RF/IR 스텔스 융합 복합소재와 경량 유전체 기반 복합재료 및 고손실 기반소재(유전/자성손실재료), 다기능성 소재/구조를 개발하고, EOTS, EODAS, 캐노피 등의 광학 센서와 통신장비에 대한 저피탐 기술을 개발한다. 또, 전기체 대형 구조물의 전자기 특성(RCS, ISAR) 평가 및 분석기술을 국산화하고, 고속 평가 및 자동화(AI/Robotics) 기술을 개발하여 스텔스 성능 분석 및 평가 기술을 확보하고자 한다.

그간 국내에서는 군 요구도가 명확하게 확정되지 않은 상태에서 다수의 과제를 반복적으로 진행하면서 핵심기술을 개발하는 경향이 있었으며, 그렇게 개발한 핵심기술 과제의 시제품도 실제 체계개발 단계에서는 진부화되거나 군 요구도에 부합하지 않는다는 이유로 인해 신규 개발하는 사례가 많았다. 스텔스 브릿지 프로그램은 차세대 스텔스 전투기에서 필요로 하는 핵심기술을 도출하면서 중장기 로드맵을 작성하고, 실기체급 테스트베드에서 형상/구조/소재/센서 기술을 통합 개발하여 시스템 단위에서 성능을 평가할 예정이다. 이를 통해 향후 개발 가능한 차세대 스텔스 전투기의 수준을 제시하여 공군의 사업추진 간 의사결정을 지원하고, 보완이 필요한 기술을 식별하여 진화적 개발 전략 수립 및 추진이 가능할 것으로 기대된다.

출처

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