레이저 무기는 드론의 적이 될 수 있다 

현대 세계의 국지전 전장에서 군인부터 중무장한 주력 전차, 벙커부터 클러스터 표적까지 가장 위험한 무기는 각종 드론과 순항 미사일입니다. 특히, 소위 "1인칭 관점", 즉 마이크로 FPV 드론은 비행 속도가 더 빠르고, 제어 능력이 매우 유연하며, 비용이 상대적으로 저렴하기 때문에 "군집" 전술을 사용하여 대상이 완전히 파괴될 때까지 다양한 대상에 대해 차례로 강력한 공격을 가할 수 있습니다. 이 경우 여러 국가의 군사 및 군사 전문가들이 거의 어디에나 존재하는 드론 위협에 맞서기 위해 새로운 드론 대응 시스템을 적극적으로 개발하고 있습니다. 그중 가장 유망하고 비용 효율적인 안티드론 시스템은 고에너지 레이저 무기이다.

냉전을 시작한 기술

1960년 미국의 과학자 마이먼(Maiman)이 세계 최초의 루비 레이저 개발에 성공하고 인류 역사상 최초로 레이저빔을 생산한 이후, 세계 군사강국들은 방향성이 강하고 단색성과 일관성이 뛰어나며 극도로 높은 휘도와 에너지 밀도를 지닌 이 인공빔을 군사적 목적으로 활용하자는 아이디어를 내놓았다. 세계 최초로 레이저를 발명한 국가인 미국은 자연스럽게 레이저 무기 개발에 앞장섰고, 냉전의 라이벌이었던 소련이 바짝 뒤따랐다.

그러나 동서양의 긴장된 대결 시기에 미국과 소련 모두 미사일 방어와 대위성 방어를 위한 대규모 전략 고출력 레이저 무기에 집중했다. 특히 미국 레이건 행정부는 매우 야심찬 '스타워즈' 계획을 제안했는데, 그 주요 내용은 소련의 각종 중·장거리 탄도미사일과 대륙간탄도미사일을 요격하기 위해 고에너지 레이저 무기를 우주, 지상, 군함에 배치하는 것이었다.

이후 냉전이 끝나자 특히 미사일 방어 기술의 성숙도가 높아짐에 따라 미국은 기술적 복잡성이 높고 비용이 극도로 높은 전략급 고에너지 레이저 무기 개발을 대부분 포기하고 전체 크기와 무게가 훨씬 작고 기술적 복잡성이 낮으며 상대적으로 저렴한 비용을 갖춘 전술급 고에너지 레이저 무기 개발에 눈을 돌렸습니다. 그중 가장 활발하게 활동하는 곳은 미 해군이다. 국방부 연구기관 및 국내 주요 방산업체와 협력해 해군 레이저 무기체계(LaWS), 해상 레이저 실증기(MLD), 전술 레이저 체계(TLS) 등 다양한 기술 방향으로 다수의 전술 고에너지 레이저 무기 연구개발 사업을 시작했다.

21세기 초 이러한 전술적 고에너지 레이저 무기 연구개발 활동은 차례차례 차량에 대한 실제 시험 단계로 옮겨갔다. 예를 들어, 미국 회사인 Raytheon이 개발한 LaWS 레이저 무기는 Phalanx 근접 방어 시스템과 결합되어 6연장 20mm 개틀링포의 한쪽 측면에 장착됩니다. 최대 출력 전력은 33kW입니다. LaWS는 2008년부터 2010년까지 수많은 해상 시험에서 여러 차례 드론 격추에 성공했다. 특히 2010년 5월 시험에서 LaWS는 3km 거리에서 매우 짧은 시간에 소형 드론 7대를 격추해 드론 전투에서 레이저 무기의 엄청난 잠재력을 충분히 입증했다.

드론과 효과적으로 싸울 수 있다

작동 원리 측면에서 드론 레이저 무기의 손상 형태는 크게 열절제 효과, 충격파 손상 효과, 방사선 손상 효과로 구분됩니다. 그 중 레이저 무기의 가장 중요한 파괴적 특징은 열절제 효과이다. 레이저 빔이 드론에 닿으면 피부 물질 내부의 전자가 레이저 에너지를 받아 격렬한 충돌을 일으키고 열에너지로 변환됩니다. 레이저 조사 부위의 온도가 급격하게 상승하기 때문에 온도가 녹는점을 초과하면 드론의 표피 물질이 녹거나 심지어 증발하게 됩니다.

일반적으로 초소형, 중소형 드론은 기체 무게를 최대한 줄이기 위해 주로 비금속 복합재료를 사용해 외피를 만든다. 상대적으로 저렴한 재료에는 유리 섬유, 에폭시, PE/PP(폴리에틸렌/폴리프로필렌) 등이 포함되며 일부 고급 재료에는 탄소 섬유, 아라미드 섬유 등이 사용됩니다. 이러한 복합 재료는 강도, 경량 및 내식성이 우수합니다. 드론 스킨 제조는 비행 성능, 중량 감소 및 적절한 강도에 대한 요구 사항을 더 잘 해결할 수 있습니다. 가장 고급스러운 대형 및 중형 드론은 일반적으로 유인 항공기에 일반적으로 사용되는 스킨 재료와 기본적으로 동일한 고성능 알루미늄 합금 재료를 스킨으로 사용합니다.

이러한 클래딩 재료의 융점은 다릅니다. 탄소 섬유 재료의 녹는점은 약 300℃인 반면, 알루미늄 합금 재료의 녹는점은 일반적으로 약 600℃에 이릅니다. 그러나 온도가 섭씨 수천도, 심지어 수만도에 달하는 레이저 빔은 다양한 드론의 피부를 녹이고 기화시키는 데 1000분의 1초밖에 걸리지 않습니다. 피부가 녹아 증발하면서 레이저 빔이 드론 내부 구조물과 하드웨어에 계속해서 조사돼 다양한 상황에 따라 더 큰 피해와 파괴를 일으키게 된다. 예를 들어, 레이저 빔이 드론의 제어 시스템에 닿으면 내부 회로 기판과 칩이 타서 자동 비행 및 충돌 기능이 완전히 상실됩니다. 일부 자살 드론의 탄두에 방사선을 조사하면 내부 전하가 폭발하여 드론이 완전히 폭발할 수 있습니다. 드론의 배터리나 연료탱크에 방사선을 조사하더라도 화재가 발생할 수 있습니다.

또한, 고에너지 레이저 빔이 만들어내는 충격파 피해 효과와 방사선 피해 효과도 드론에 큰 피해를 줄 수 있다. 예를 들어, 충격파 피해 효과는 주로 드론의 피부나 신체 구조 물질이 녹아 기화한 후 발생하는 고속 플라즈마 제트를 의미합니다. 발생하는 엄청난 충격력은 드론의 내부 구조를 더욱 손상시켜 기체와 날개가 부서지고 심지어 공중에서 분해될 수 있습니다. 방사선 손상 효과는 플라즈마가 방출되어 충돌할 때 X선도 방출하여 전자기 펄스와 유사한 손상 효과를 형성하여 드론의 제어 시스템 칩이 고장나는 것을 의미합니다.

실제로, 레이저 빔이 드론의 피부를 손상시킬 수 없는 일부 저출력 레이저 무기도 목표물에 도달할 수 있으며, 드론의 가장 취약한 부분인 광전 센서를 조사하여 드론이 전투 효율성을 잃게 만들 수 있습니다. 테스트 결과, 드론 광전 센서의 광학창에 레이저 빔을 조사하면 렌즈를 통해 CCD(전하결합소자, 즉 이미지 센서)나 CMOS(센서) 등 이미지 센서 칩에 빔이 직접적으로 집중되는 것으로 나타났다. 빔 조사로 인한 표면 온도가 약 200℃에 도달하면 이미지 센서 칩이 영구적으로 손상되어 완전히 작동하지 않게 될 수 있습니다.

미 해군이 고에너지 레이저 무기가 드론과 효과적으로 싸울 수 있음을 입증한 후, 다른 미국 군대와 더 많은 국가가 그러한 새로운 무기를 개발하기 시작했습니다. 예를 들어, 미 육군도 드론과 순항 미사일의 위협에 직면해 있어 최대 출력이 50kW인 Stryker 8x8 장갑차의 바퀴 달린 섀시를 기반으로 하는 M-SHORAD(이동 단거리 지향성 에너지 대공 방어) 시스템을 개발했습니다. 또한 영국은 선박이나 다양한 바퀴 또는 궤도 차량에 장착할 수 있는 최대 출력 50kW의 코드명 "Dragon Fire"라는 전술 레이저 무기를 개발했습니다.

이스라엘은 레바논에서 하마스와 헤즈볼라가 발사한 로켓, 박격포탄, 드론에 맞서기 위해 아이언빔(Iron Beam)이라는 전술 레이저 무기를 개발했는데, 이 무기는 미사일을 사용해 요격하는 아이언돔(Iron Dome) 대공방어 시스템과 연결된다. 이스라엘은 아이언빔에 대한 작전 요구사항이 더 높고 탄약으로 목표물을 요격할 수 있어야 하기 때문에 최대 출력이 100kW로 증가되었습니다. 2023년 5월 아이언빔(Iron Beam) 전술레이저 무기가

향후 발전 방향

향후 개발 측면에서 드론을 요격하는 데 사용되는 전술 레이저 무기에는 두 가지 방향이 있습니다.

그 중 하나는 소구경 자동포, 기관총, 대공미사일 등 다른 무기와 결합해 종합적인 드론 파괴 시스템을 구성하는 것이다.

레이저 빔은 기상 조건에 크게 의존한다는 치명적인 결점을 갖고 있기 때문에 비, 눈, 안개, 먼지 등의 불리한 조건에서는 레이저 빔에서 방출되는 에너지가 공기 중의 입자, 수증기, 에어로졸에 의해 흡수되고 분산되어 출력과 범위가 크게 줄어듭니다. 이 경우 드론 요격 임무는 소구경 자동대포, 기관총, 대공미사일 등 다른 무기로 이관된다. 현재 외국에서는 소위 "경대포 결합" 무기 시스템을 다수 개발했습니다. 레이저 무기의 사거리는 일반적으로 1.5~7km인 반면 소구경 자동포의 사거리는 3~4.5km이다. 두 종은 공격 영역이 겹치고, 거리를 두고 서로 보완할 수 있어 1+1>2 효과를 얻을 수 있습니다.

둘째, UAV에 대한 전술 레이저 무기는 더욱 소형화되거나 심지어 소형화됩니다. 현재 미국의 M-SHORAD와 영국의 "Dragon Fire"라는 두 가지 전술 레이저 무기를 차륜형 장갑차 섀시에 장착할 수 있는데 이는 실로 엄청난 발전입니다. 전술 레이저 무기가 무게와 부피를 더욱 줄일 수 있다면 원격 무기 스테이션과 결합하여 더 많은 중소형 차량에 대중화되고 더 많은 보병을 보호할 수 있습니다. 한 걸음 더 나아가, 병사 개개인이 자동 소총 정도의 크기와 무게를 지닌 드론에 맞서 레이저 대포를 장착할 수 있다면 보병의 안전은 새로운 차원으로 끌어올릴 수 있을 것이다.