[고든 정의 TECH+] 하늘에서 잠수함 감지?…공중 소나 기술 개발

1, 2차 세계대전 당시 독일 U보트는 연합군을 여러 차례 궁지로 몰아넣었습니다. 초기 잠수함은 이름과는 달리 사실 물속에서 오랜 시간 숨을 수 없었지만, 보이지 않는 수중에서 상대를 일방적으로 기습하고 달아날 수 있다는 큰 장점이 있었습니다. 물론 이에 대응해서 잠수함을 탐지할 수 있는 기술 역시 크게 발전하게 됩니다. 어떤 탐지 수단에도 걸리지 않는 스텔스 잠수함과 이런 잠수함을 찾아낼 수 있는 탐지 기술은 서로 경쟁적으로 발전해왔습니다.

물속에 숨은 잠수함을 찾는 가장 대표적인 방법은 음파를 이용하는 것입니다. 소나(Sonar)는 수중에 음파를 발사한 후 돌아오는 음파를 분석해 물체의 존재를 증명합니다. 그런데 소나에는 한 가지 큰 단점이 있습니다. 음파는 공기 중이나 물속에서 모두 잘 전파되지만, 공기 중에서 물속으로 들어갈 때는 에너지의 99.9%가 사라집니다. 사실 그 반대도 마찬가지입니다. 이 이야기는 소나를 사용하기 위해서는 일단 물속에 접촉해야 한다는 이야기입니다.

본래 물과 접촉할 수밖에 없는 구축함이나 잠수함은 문제없지만, 대잠 헬기나 대잠초계기의 경우 소나를 사용하기 위해서는 별도의 장비를 이용해서 소나를 물에 띄워야 합니다. 헬리콥터의 경우 소나를 케이블에 매달아 바다에 투하하는 디핑 소나(디핑 소나)를 사용하고 항공기의 경우 무선 소나인 소노부이(sonobuoy)를 바다에 투하합니다. 전자는 여러 번 사용이 가능하지만 대신 바다 위에서 잠시간 멈춰야 하고 후자는 작은 크기 소나 여러 개를 소모품처럼 사용한다는 문제가 있습니다. 그런데 미국 스탠퍼드 대학 연구팀이 이 문제를 근본적으로 해결할 수 있는 새로운 소나 기술을 선보였습니다.

스탠퍼드 대학 연구팀이 개발 중인 PASS(Photoacoustic Airborne Sonar System)는 광음향(photoacoustic) 기술을 응용한 소나입니다. 광음항은 특정 파장의 레이저가 다른 매질에 닿으면 음파를 발생하는 원리를 이용한 것으로 최근 의료용 이미지 기술 분야에서 주목받는 신기술입니다. 연구팀은 드론에서 바다 표면으로 레이저를 발사한 후 레이저가 초음파로 바뀔 수 있다는 점에 주목했습니다. 이 초음파가 다시 수중에서 물체에 반사된 후 공기 중으로 나오면 드론에서 이를 음파를 탐지하는 것입니다. (개념도 참조) 물론 이 경우에도 수중에서 공기 중으로 이동할 때 에너지 손실을 피할 순 없지만, 최소한 레이저가 물속에서 초음파로 변하는 과정에서는 에너지 손실이 크지 않다는 장점이 있습니다. 연구팀은 얕은 수조 속에 넣은 S자 모양 구조물을 프로토타입 PASS 장치로 감지할 수 있다는 것을 입증했습니다. 이 연구는 저널 IEEE 엑세스 (IEEE Access)에 실렸습니다.

현재는 작은 수조 속에 있는 물체의 윤곽을 감지한 정도이기 때문에 당장 이 기술을 대잠초계기나 헬리콥터에 적용할 순 없지만, 만약 실용적인 수준까지 기술을 발전시킬 수 있다면 대잠전 분야에서 큰 변화를 가져올 것으로 생각됩니다. 굳이 바다에 접촉할 필요가 없다면 빠른 속도로 넓은 지역을 탐사할 수 있는 항공기의 이점이 커지기 때문입니다. 또 여러 대의 드론을 사용하면 비용 효과적으로 탐지 가능성을 높일 수 있습니다. 물론 공중 소나 기술은 군사적 목적만이 아니라 어군 탐지나 난파선, 조난 항공기 동체 탐지 등 여러 분야에 활용될 수 있을 것입니다.

다만 실제로 공중 소나가 널리 사용되기 위해서는 적어도 수십m 이상 고도에서 수심 수백m 이내의 바다에 있는 물체를 감지할 수 있는 수준까지 기술이 발전해야 합니다. 지금 단계에서는 상용화 가능성을 쉽게 예측하기 어려운 이유입니다. 신기한 기술적 도전에서 끝날지 아니면 21세기 대잠전 방식을 바꿀 획기적인 변화가 될지 미래가 궁금합니다.

고든 정 칼럼니스트 jjy0501@naver.com