본문 바로가기

잡상253

레이더 개발 이야기 (11) - 항공기 탑재용 레이더의 난관들 1935년 로열 에어포스의 레이더 연구팀이 발족되면서, 그 팀장인 왓슨-왓(Robert Watson-Watt)이 직접 뽑은 5명의 연구원 중 한명이 흔히 'Taffy' (웨일즈 사람이라는 뜻인데 다소 멸칭으로 쓰임, 한국어 느낌으로는 경상도 문딩이 전라도 하와이 정도의 어감)라고 불렸던 보웬(Edward George Bowen, 아래 사진). 당시 24세의 새파란 젊은이였던 보웬은 바로 작년에 박사 학위를 딴 상태였는데, 박사 학위 과정에서 전파 방향 탐지 관련한 연구를 진행하다 왓슨-왓의 눈에 들었던 것. 지상 레이더, 즉 Chain Home 시스템 연구가 어느 정도 진행되자 젊은 보웬은 곧 항공기에 장착할 레이더가 필요하다고 생각하고 스스로 항공 레이더 연구팀으로 옮겨 거기에 매진. 그가 주도한 항공.. 2022. 12. 1.
레이더 개발 이야기 (10) - 대공포 레이더의 공헌 방공포용 레이더는 그 부족한 성능과 기능에도 불구하고 공군의 항공기 탑재용 레이더 개발에 결정적인 기여를 함. 가장 큰 기여는 안테나의 길이. 거대한 구조물로 만들어진 공군의 Chain Home 레이더와는 달리 방공포용 안테나는 적 폭격기의 방향 탐지를 위해 송수신 안테나를 포가 위에 올려놓고 회전시켜 가며 써야 했으므로 안테나가 비교적 짧아야 했음. 이를 위해서 육군 연구실인 Army Cell은 1930년대 중반에 개발된 NT57D 진공관(사진1)을 사용하여 45MHz의 주파수를 만들어냄. 이 NT57D 진공관은 영국내 제조업체들에게조차 1938년에야 그 존재가 공개된, 당시로서는 가장 최신인 기밀 전자부품. 그리고 그 기술의 핵심은 텅스텐 전극과 함께... 외외로 밀봉 기술. 진공관이 제 성능과 기능.. 2022. 11. 24.
핵어뢰와 SLBM 개발 이야기 이번에 러시아가 뜬금없이 세계를 멸망시킬 수 있는 초장거리 핵어뢰를 테스트한다는 뉴스를 듣고 생각난 일화. 세계 최초의 SLBM인 UGM-27 Polaris 미쓸의 핵탄두는 원래 핵어뢰 개발에서 시작된 것. 세계 최초의 핵잠함인 USS Nautilus는 1954년에 진수되었으나, 이때만 하더라도 핵잠함은 '잡아내기 어려운 잠수함'이었을 뿐 아무런 전략 가치가 없었음. 무장이 어뢰 뿐이었기 때문. 당시엔 아직 핵탄두가 너무 컸기 때문에 미쓸 등에 핵탄두를 넣는다는 생각을 못하고 있었음. 거기에 대해 '적 함대 전체를 궤멸시킬 궁극의 무기'를 제시한 사람이 바로 Edward Teller(사진1). 지금도 미국 핵연구소로 위명을 떨치고 있는 Lawrence Livermore National Laboratory.. 2022. 11. 17.
레이더 개발 이야기 (9) - 공군은 하는데 육군은 왜 못해? 영국 육군이 육군 소속 레이더 연구팀인 Army Cell 에게 요구한 spec은 매우 간단. 약 13km 거리에 떨어진 항공기까지의 거리를 50 야드 (46m) 오차 이내로 알아내라는 것. 실은 그것이 초창기 레이더가 가장 잘 할 수 있었던 것이었으므로 이 과제는 어렵지 않게 1939년까지 해결하여 최초의 이동식 대공포용 레이더인 GL (Gun Laying) Mark I이 양산에 들어감. GL Mk I은 송신용 안테나와 수신용 안테나, 그리고 야전용 발전기가 분리되어 각각 별도의 야포용 포가 위에 얹을 수 있도록 만들어졌으므로 가벼웠고 전기도 50kW 정도 밖에 먹지 않았음. (이건 1940년 이후에 나온 개량형 레이더 GL Mk II의 송신 안테나 장치) 그러나 사실 대공포가 정확한 사격을 하기 위해서.. 2022. 11. 10.
레이더 개발 이야기 (8) - 왜 육군에 레이더가 필요했나? 당시 고사포는 본질적으로 눈과 손으로 조작하는 것이지만, 항공기의 속도가 수백 km/h로 빨라질 뿐만 아니라 고도가 수km로 높아지면서 대충 눈짐작만으로는 명중이 거의 불가능하게 되었음. WW2 당시 독일군의 유명한 88mm 고사포 (사진1) 의 포구 속도는 840m/sec. 포탄이 5km 상공까지 올라갈 때 평균 700m/sec의 속도를 낸다고 하면 약 7초가 걸리는 셈. 350km/h의 속도로 날아가는 B-17이라면 그 7초 동안 거의 500m를 이동. 그러니 적 폭격기의 속도는 물론 고도를 아주 정확하게 파악하지 못한다면 열심히 쏘아대는 포탄들은 적 폭격기는 건드리지도 못한 채 그냥 헛되이 뜨겁고 치명적인 파편이 되어 아군의 머리 위에 떨어진다는 뜻. 특히 적 폭격기의 고도를 정확히 포착하는 것은 .. 2022. 11. 3.
레이더 개발 이야기 (7) - 영국에는 육군도 있다! 로열 네이비가 모든 주요 군함에 레이더를 달기로 결정한 것이 1939년 8월 10일. 전에 언급했듯이 항공모함들은 워낙 바빠서 레이더를 달 짬을 내지 못했으나, 막 진수된 HMS Illustrious (사진1, 39년 4월 진수, 2만8천톤, 30노트)를 비롯한 신형 항모들에게는 레이더를 당연히 장착했고, 기존 항모들에게도 시간이 나는 대로 레이더를 장착. 이러고나자 1939년 9월 3일 WW2가 터짐. 당시 로열 네이비는 HMS Illustrious를 포함한 신규 항모들의 비행갑판을 3인치 두께의 장갑판으로 입혔음. 이유는 아무리 머리를 굴려보아도 아군 함대를 향해 날아오는 적 폭격기들을 원거리에서 포착할 방법이 없으니 제때 막아낼 방법이 없었던 것. 그래서 일단 내습하는 폭격기들의 폭탄을 두꺼운 장갑.. 2022. 10. 27.
레이더 개발 이야기 (6) - 왜 기함에는 안 달지? 1935년, 로열 에어포스의 레이더 개발 소식에 자극을 받아 시작한 주제에 '멍청한 공군놈들 ㅋㅋㅋ'이라며 공군 레이더의 모든 문제점을 해결하겠다며 호기롭게 시작한 로열 네이비는 곧 문제에 봉착. 일단 브리튼 섬 전체를 루프트바페로부터 지켜야 하는 공군과, 우리 배만 지키면 되는 해군의 압박감이 같을 리가 없었음. 레이더 개발에 정말 전폭적인 지원을 해주는 공군에 비해 로열 네이비 수뇌부의 레이더 개발 지원은 상대적으로 빈약. 해군 연구팀의 연구원은 정말 1명 뿐이었는데, 이들은 포츠머스에 있는 해군 기지 HM Barracks의 해병대 막사 옆 오두막 같은 것을 연구실로 받음. 곧 1명을 더 받기는 했으나, 2명이서 할 수 있는 것은 많지 않았음. 이 두 명의 팀은 근 10개월만에 오두막 연구소 안에서 .. 2022. 10. 20.
레이더 개발 이야기 (5) - 공군과는 달랐던 해군 로열 에어포스가 레이더라는 것을 만들고 있다는 소식을 접한 로열 네이비는 곧장 독자적인 레이더 개발을 시작. 외부의 시각으로 보면 '로열 네이비가 자존심 때문에 공군이 개발해놓은 것을 쓰지 않고 독자 개발을 선택하여 아까운 예산을 2배로 낭비한다'라고 볼 수 있는 대목. 그러나 이건 공군과 해군이 근본적으로 다른 환경에서 다른 방법으로 싸우는 조직이라는 것을 모르기 때문에 나오는 오해. 일단 공군 레이더는 부동산 가격이나 전기 요금 신경을 안쓰고 원하는 대로 자원을 펑펑 쓰는 물건. 전파의 파장 길이를 탐지하려는 항공기 날개폭에 맞추는 것이 좋다? 그럼 그에 맞춰 25m짜리 안테나를 쓰면 됨. 높은 곳에 설치하는 것이 좋다? 높은 탑을 만들면 됨. 레이더 하나에 350kW의 전력이 필요하다? 메가와트급 .. 2022. 10. 13.
레이더 개발 이야기 (4) - 로열 네이비, 레이더에 눈을 뜨다 WW1 중 1916년 5월 말의 유틀란트 해전에서 당시 세계 최강이던 로열 네이비를 상대로는 역시 답이 나오지 않는다는 것을 확인한 독일은 하늘에서 길을 찾음. 우월한 성능의 Gotha 폭격기를 이용해 1917년 6월 13일 백주 대낮에 런던을 폭격한 것. 당시 영공 방어를 담당하던 육군항공대의 비행단에서 총 92대의 전투기들이 날아올라 고타 폭격기들을 막으려 했으나 그 중 일부만 고타 폭격기에게 총격을 가할 수 있었을 뿐 대부분은 고타 폭격기에게 접근하지도 못함. 이 공습으로 런던에서는 총 162명의 사망자와 432명의 부상자가 발생. (런던을 대낮에 폭격한 독일 폭격기, Gotha G.IV.) 독일군의 고타 폭격기들은 전쟁의 방향을 바꾸지는 못했으나 영국의 군 편제는 바꿈. 이 폭격 사건에 충격을 받.. 2022. 10. 6.
레이더 개발 이야기 (3) - 컴퓨터가 없던 시절, 방공망의 두뇌 WW2 초기 영국공군 전투기 사령부는 제한된 수의 전투기 편대로 독일공군 폭격기를 막아내기 위해 레이더를 적극 활용. 그러나 당시의 기술적 제한 때문에, 아무리 노력해도 레이더 화면에 최초로 독일 폭격기가 포착된 이후 방위각과 거리, 고도를 계산하여 그걸 음성 전화로 전투기 사령부에 전달하고, 그걸 다시 적정 위치의 공군 편대에게 보내어 그 편대장이 해당 좌표를 무전기에서 들을 때까지는 최소 3분이 걸림. 당시 He-111 폭격기 최대 속도가 440km/h 였으니, 그냥 360km/h로 계산해도 3분이면 약 20km를 이동할 수 있는 거리. 그 정도면 아무리 눈이 좋은 조종사라고 해도 목표물을 놓치기 좋을 정도의 오차. (하인켈 (He-111) 폭격기) 따라서 레이더 관제소가 계속 그 폭격기를 추적하며 .. 2022. 9. 29.
레이더 개발 이야기 (2) - 어려움과 극복 솔까말 난 잘 이해가 안 가는데 아무튼 Wilkins는 강렬한 반사파를 얻기 위해서는 폭격기 날개폭에 맞춰 약 25m 장파를 사용해야 한다고 주장. 실제로는 꼭 그렇지는 않았으나, 파장이 cm 단위인 단파를 얻기 위해서는 고주파를 생성해야 했지만 어차피 당시 전자 소재 기술로는 그런 고주파 생성이 어려웠으므로 장파를 써야 했음. 문제는 수신 효율이 좋으려면 안테나의 길이는 파장 길이의 1/4이 제일 좋았다는 점. 그러니 25m 장파를 위해서는 안테나 길이가 6m가 넘었고, 대지로부터의 반사파 간섭을 피하려고 높은 곳에 여러 개를 매달아야 하다보니 엄청난 송전탑 같은 레이더 타워를 세워야 했음. 특히 수신 안테나는 금속 소재로부터의 간섭을 피하기 위해 목재로만 만들었음. 그런데 수신 안테나는 특히나 높이가.. 2022. 9. 22.
레이더 개발 이야기 (1) - 레이더 없는 레이더 실험 뉴튼 이후 가장 위대한 업적을 세운 물리학자라는 맥스웰(James Clerk Maxwell)은 1864년 전가지장에 대한 역학이론 (A dynamical theory of the electromagnetic field)라는 유명 이론을 발표. 그러나 그를 실험으로 입증은 못(안) 함. 이 이론을 읽고 깊은 감명을 받아 이걸 실험으로 입증한 사람이 바로 헤르츠(Heinrich Hertz). 그는 1886년 spark-gap transmitter (그림1)에 교류 전류를 가한 뒤, 완전히 분리된 다른 spark-gap receiver에서 똑같은 주기의 spark를 관찰함으로써 전자파라는 것이 실존한다는 것을 실험으로 입증 (그림2). 그런데 이렇게 역사적인 큰 발견을 해놓고도 당시 29세의 젊은 교수였던 헤.. 2022. 9. 15.