음파탐지기(SONAR)의 원리와 종류 - 잠수함 탐지 장비

잠수함 탐지 장치

음파탐지기(SONAR)의 원리와 발달

　  물은 전파 및 빛을 급격히 감쇄 시키나 음파의 전달은 공기중 보다 4배의 빠른 전달력를 갖는다. 그러므로 수중에서의 물체을 탐지를 위하여 오래전부터 음파가 연구되었다.

 

SONAR의 원리

 

　수중에 관(대롱)을 통하여 음파가 전달되고 되돌아 오는 [도플러 효과]의 연구하게 되었다. 이 결과물이 음파탐지기( SONAR )이다. 음탐기의 연구는 음파를 전기적으로 바꾸고( MIC 역활 ). 반대로 전기를 음파로 바꾸는 ( SPEAKER 역활 ) 장치인 TRANDUSER의 개발과 함께 수중상태의 이해와 연구로 가능하게 되었다. 그럼, 음탐기의 발달과정을 알아보도록하자.

SONAR (음파 탐지기)은 수중의 음파을 전기로 바꾸어 음파의 전달 방향과 크기를 분석하는 것으로 수동적으로 들려오는 음파만을 분석하는 방향, 특성을 알 수 있는 수동 음탐기와 전기을 음파로 변환시켜 수중으로 전달시키고 음파가 수중에서 물체에 부딪쳐 되돌아오는 것을 분석하여 방향, 거리, 특성을 알 수 있는 능동 음탐기로 구분된다.

 

초기 음탐기 [ 에즈딕 ]은 '서치 라이트'처럼 일정한 각을 가지고 있어 회전시켜 360도를 탐색하는 방식이었으나 현재에 이르러 다양한 연구로 발전하게 되었으며, 앞으로도 구준한 연구가 계속될 것이다.

 

음탐기: 물속의 상황을 음파로 탐지하는 방식은 두 가지 기능으로 대변 된다.

　수동(수신 전용) : 수중에서 발생하는 소리를 듣고 볼 수 있도록 화상처리하여 주는 장비로 소리의 방향은 알 수 있으나 거리 분석은 안된다.

　능동(수/발신) : 음파를 발생시켜 그 음파가 수중 물체에 부딪쳐 되돌아오면 방향과 시간을 계산하여 소리를 듣고 볼 수 있도록 화상처리하여 주는 장치로 방향 및 거리분석이 가능하다.

 

 

수상함 음탐기 :

 

                                                                    Variable Depth Sonar and its winch

 

 

　 수상함의 음파를 발생하고 감지하는 Transducer 위치에 따라 군함의 머리쪽(bow), 바닥(hull) 등 부착 하는 방식과 수중에 길게 느려트려 끄는 방식(VDS)이 있다. 음파의 송신,수신 방식 수동/능동을 겸 할 수 있도록 되어있다. 또한, 용도에 따라 사용 주파수도 달리하게 된다.

 

　잠수함을 탐지 표적으로 하는 음탐기는 낮은 주파수( 1 ~ 20 kHZ )의 음파를 고출력으로 전 방향(360도)으로 송신하여 먼 거리에 있는 큰 표적에 부딪쳐 되돌아오는 음파를 분석, 방향과 거리을 산출, 탐지하므로 송신 간격이 길다 (수중의 음파전달 속도 : 4500 FEET (1,500 m) / SEC ( 15도 수온에서)).

 

잠수함 음탐기 :

 

 

    잠수함의 선체에 음파를 감지 할 수 있는 장치를 길게 부착하여 잠수함 선수에서 감지한 음파의 각도와 잠수함 선미(꼬리)쪽에서 감지한 음파의 각도을 삼각법에 의하여 계산, 음파의 발생 거리를 계산하는 수신 전용 음탐기(수동 음탐기), 또는, 트랜스듀서 배열을 길게 느려트려 끄는 방식으로 하는 예인 음탐기와 어뢰 공격 단계에서 정확한 거리와 방위 정보을 얻기 위한 능동 음탐기 등으로 구성되어 있다.

[ 에즈딕 ]은 '서치 라이트' 처럼 일정한 각을 가지고 있어 회전시켜 360도를 탐색

 

제1차대전말, 프랑스 극초주파수( 25KHz )

 

제2차대전, 미해군은 수동형 ( JK , JP ),능동형 WCA (JK 와 QC 혼합형)
* JT : 8 노트 잠수함을 3,600 ~ 6,400 m , 정숙 소음상태로 11,000 m 탐지가능

 

[참고] 명명법
1. AN : 미국 제식화,
2. 대상: A( 항공기), B(잠수함), S (수상함)
3. 목적 : Q ( 특수,다목적), G ( 발사지휘), N (항해), R (수동형), S ( 수/능동 수색용)
4. 숫자 : 제식화 순서
5. AX : 개량형

 

1950년 초반 ( 100 KM 이하 탐지)

 

BQR-4 : U-BOAT 의 GHG 토대로 개발 ( 크기 : 6.1 x 3.1 x 3.1 m)
JT ( BQR-3 : 수동형 )
BQB-2 : 고주파 정밀공격( 방위정확도 0.1도)용 ( 크기: 지름1.5 x 높이 1 m )

 

1960년대

 

BQQ - 2 소나체계
BQS - 6, 11, 12, 13 (크기 : 4.6 m), 조작인원 7 ~ 9명

BQQ - 5 , BQQ -6 소나체계
BQQ - 5 : BQQ-2 에 예인형 추가 형태
BQQ - 6 : BQQ-5의 능동기능 제거


* BQR-7 , BQR -21 형
* BOQ-2B 탐지거리 130 KM

 

TASS : 예인소나

 

BQR - 15, BQR -18 , BQR - 25 등으로 최대 탐지 거리 ( 130 ~ 190 KM 가능)

 

기뢰 탐색함 음탐기 :

 

기뢰(MINE)탐색 또는 어군 탐지를 위해서는 높은 주파수(100 ~ 300 KHz)를 낮은 전력으로 송신하여 근거리에 있는 작은 표적까지 탐지가능 하며, 음파가 되돌아오는 시간이 짧기 때문 송신 간격을 짧게하여 일정한 각도( 10 ~ 20도 )만을 집중 탐지할 수 있는 음탐기로 전 방위을 반복 검색한다.

(MINE의 처리 : EOD(폭발물 제거요원), 또는 MDV(수중유도 로보트), 함포 등을 이용하여 안전하게 폭발(처리)시킨다.)

 

 

대잠헬기 및 대잠 항공기의 탐지장비

 

                                                    AN/AQS-13 Dipping sonar deployed from an H-3 Sea King.

 

Dipping Sonar : 대잠헬기에서 소형 능동 음탐기를 바다에 내려 탐지하는 음탐( SONAR )장비

Sonobuoy : Battly를 전원으로 동작하는 초소형 음파감지기( SONAR )를 해상에 투하시켜 탐지하는 장치.

RADAR : 부상한 잠수함이나 잠망경, 스노클 등을 탐지하거나 해상 상태를 파악하는 등 복합적인 용도로 쓰인다.

ESM : (Electronic Support Measure ) : 잠수함의 레이더, 통신기 등의 전파을탐지파악하는 장비.

MAD : ( Magnetic Anomaly Detector ) : 대잠 항공기에서 대형 잠수함(철제)의 이동시(특히, 동서) 지구 자장에 변화에 나타나는 미세한 자장 반응를 응용하여 탐지하는 장비로 탐지거리가 수백 미터에 불과하다.

FLIR : 적외선을 이용하여 야간 및 시아 확보가 어려운 상황에서 사용하는 장비.

Sniffer : 디젤잠수함의 배기가스을 탐지하는 장치로 P-2J에서 사용.

 

P3 Sonobuoy Deployment

 

 

 

수로,항만, 섬 등 고정장소(육상)를 탐색할 수 있는 장비:

 

MIL : 자력 감지선을 항만, 수로, 해안에 설치하여 자력의 변화로 탐지하는 장치.

청음소 : 수동음탐기를 항만, 수로, 해안에 설치하여 들려오는 음파를 간지 분석, 선박, 잠수함의 이동을 탐지하는 장치.

 

 

잠수함의 탐지 회피장치

잠수함의 최대 장점은 은밀성이다. 잠수함은 적의 탐지로부터 회피하기 위한 것으로는 소음의 최소화(정숙), 과 적의 음파회피을 위하여 음역구역(수온층의 변화로 음파가 도달하지 못하는 지역)으로 도피 와 적의 자력 탐지장치로부터 회피를 위한 소자장치 (자력을 소거 시키는 장치)등을 이용한다.

잠수함의 음향 방어 대책 : Stealth

 

[출처 : http://www.roknavy.com/joypark/asw-search.htm]

 

 

잠수함의 천적 대잠 항공기

잠수함의 제일 임무는 해상수송로의 봉쇄이다. 대잠항기기는 잠수함으로부터 해상수송로을 확보하는 최선의 방안이다. 제2차대전에서 독일잠수함의 해상 봉쇄 작전에 영국 항공기의 대잠작전이 가장 적절했음은 두 말할 가치가 없다. 독일의 U-boat 는 재래식 잠수함으로서의 단점인 부상 및 스노켈 항해시에 레이더 탐지능력을 갗은 대잠계기는 B-24, B-25 등폭격기였으며, 미국의 PV-1, PV-2가 대전 후 대잠초계기의 효시가 되었다. 또한, 일본은 전쟁의 패인을잠수함의 가치를 제대로 평가하지 못한 데 있다는 결론을 내리고 전후 해상자위대의 90%을 대잠수함작전에 집중하였다. 미국의 대전 후 대잠초계기 P-2V(Neptune), AF-2(가디안),S-2F(Tracker) 등은기상레이더를 탐지센서로 사용하였으며 무한한 잠수능력과 고소음의 핵잠수함을 효율적으로 탐지하기 위하여 음탐기을 기반으로 하는 각종 탐지기를 창착한 전문 대잠항공기로 발전하였다.

 

탐지장비

 

RADAR: 부상한 잠수함이나 잠망경, 스노클등을 탐지하는 하거나 해상 상태를 파악하는 등 복합적인 용도로 쓰인다.

 

ESM : Electronic Support Measure ): 잠수함의 레이더, 통신기 등의 전파을탐지파악하는 장비.

 

Sonobuoy : battly를 전원으로 동작하는 초소형 음파감지기를 해상에 투하시켜 탐지하는 장치.

* Passive : 10 Hz이하 저주파를 포착, 수 마일 당 1개 투하하여 광역 탐색 가능.
* Active : 2,000 ~ 3,000 야드의 탐지능력늘 갗은 AQA-1, ASA-20 등 3개 이상을 사용하여 위치를 산출.
* P-3C 는 DICASS( 수/능동형), CASS 을사용.

 

MAD :( Magnetic Anomaly Detector ):대잠 항공기에서 대형 잠수함의 이동시(특히, 동서) 지구 자장에 변화에 나타나는 반응를 응용하여 탐지하는 장비로탐지거리가 200 ~ 500미터에 불과하여 공격단계에 사용 한다.

 

Dipping Sonar: 대잠헬기 및 일본의 대잠비행정(PS-1)이 정지상태에서 소형 능동음탐기를 바다에 내려 탐지하는 장비

 

FLIR : 적외선을 이용하여 야간 및 시아 확보가 어려운 상황에서 사용하는 장비로 P-3C에서 사용.

 

Sniffer : 디젤잠수함이 배기가스을 탐지하는 장치로 P-2J에서 사용.

 

공격무기

능동 호밍어뢰 : 호밍능력 저하로 조준투하 필요.
대잠로켓탄 및 대잠폭탄 : 현재는 거의 안씀.
미사일 : P-3C 는 대함 하픈 미사일공격 능력 보유

 

대잠항공기 종류

P-3C ( Orion )
제작 : 1958년 록키드사 일렉트라개조 P-3A,B형
1968년 개선 되면서 I, II, III 등으로 향상
제원: 각종센서, 무장, 항법, 통신 등을 고성능의 컴퓨터로 통합한 자동화통합무기체제 와 항속력과 저공에서의 기동성 확보.
음파센서: DIFAR(AQA-7),CASS,DICASS
승무원 : 조종사, 부기장, 기상정비원(FE),전술통제사(TACCO),항법통신사(NAVCOMM),대잠요원( 센서조작) 3명, 전자기기정비원(IFE), 기상무장사 등 10명
운용: 대잠전지휘소, 지상지원컴퓨터(GSCC)와 음파데이터 와 해양데이터축적
사용국 : 미국,일본(II형),오스트레일리아(B,C), 뉴질랜드(B),캐나다 (C,CP-140 )

 

Nimrod
제작 : 영국 , 1967년 록키드사 일렉트라 개조
제원: 각종센서, 무장, 항법, 통신 등을 고성능의 컴퓨터로 통합한 자동화통합무기체제 와 고속력의 제트기로 기동성 확보, 대공미사일 탑재.
음파센서: BARA SYSTEM
사용국 : 영국

 

Atlantique
제작 : 1961년 프랑스, 독일( NATO 의 표준기)
1973년 ATL2 개조
제원: 각종센서, 무장, 항법, 통신 등을 고성능의 컴퓨터로 통합한 자동화통합무기체제.
무장: 어뢰4발 , 엑조세 대함미사일4발
사용국 : 프랑스, 독일,이탈리아

 

P-2J ( Neptune )
제작 : 1960년 P2V-7개조
제원: 각종센서, 무장, 항법, 통신 등을 고성능의 컴퓨터로 통합한 자동화통합무기체제 와 항속력과 저공에서의 기동성 확보.
음파센서: DIFAR(AQA-7)
사용국 : 일본

 

PS-1 대잠비행정
제작 : 1967년
제원: 단거리이륙성, 해면이착륙
음파센서: 디핑소나 와 P-2J과 동일
사용국 : 일본

 

IL-38 ( May )
제작 : 소련의 주력대잠초계기 1968년 IL-18 4발 터보프롭 여객기 개조
음파센서: RADAR, MAD, ESM, SONBUY
사용국 : 소련

 

S-3A ( Viking )
제작 : 1972년
제원: 각종센서, 무장, 항법, 통신 등을 고성능의 컴퓨터로 통합한 자동화통합무기체제. 하픈 개조(B형)
음파센서: 7종의 탐지장비 보유
승무원: 4명의 소형
사용국 : 미국, 프랑스

 

대잠헬기

소련 : Ka-25호믄,
미국 : SH-3D , Lnxys 등

 

Lynx-helikopter

 

 

대잠항공기 작전

기본 : 광역 초계 - 수색 - 탐지 - 식별 - 위치파악 - 공격 - 평가

광역초계 : 레이더 , 전파탐지장비, 수동형 Sonbuy
- Sonbuy : AQA-5, DIFAAR
탐지 : 음문분석 후, 능동형 사용 줄리, 핑거, CASS, DICASS
승무원 : PPC : Patrol Plan Commander (조종사), 전술통제 ( TACCO )
기동법: Race Track , Clower Lap, lagy-8 등 평가 : 최종 평가

 

[출처 : http://www.roknavy.com/joypark/asw-air.htm]