연구 배경

개발단계부터 양산단계까지 발생하지 않은 사격 RISK가 22년 11월에 발생하였다. 군 주관 사격훈련 시 교전명령에 따라 유도탄이 발사관에서 사출된 뒤 표적을 향해 비행 중 유도탄이 자폭이 되었다. 유도탄이 자폭이 되면 고가의 유도탄이 소실되는 실패비용이 발생되고 군 작전성에 영향을 주게 되기 때문에 빠른 해결이 요구되고 있는 상황이다. 이에 현실태를 파악하고 개선점을 찾아내어 조치 및 재발방지대책을 수립해야했다.

또한 불안정한 대외상황 속 천궁의 사격소식이 언론에 보도되어 혼란스러운 상황이었다. 신속한 해결이 되어야 할 필요가 있었다.

현실태

유도탄 자폭 현상은 크게 두 가지의 현실적 문제를 가지고 있었다. 첫 번째는 사격전 점검절차 및 기준의 부재였다. 사격전 부체계 단위 (통제소, 레이더, 발사대, 유도탄)의 점검한 뒤 체계 단위 점검을 수행해야 한다. 이때 유도탄과 레이더의 통신 점검을 수행해야 하는데 이 점검이 표준화된 절차와 기준이 미흡했다. 사격전 점검을 명확하게 수행하기 위해서는 공통적인 점검절차와 기준이 필요하다고 판단했다. 두 번째는 고장 현상에 대해 탐지할 수 있는 기능의 부재였다. 레이더의 구성품이 정상기능을 하지 못하였을 시 이에 대한 탐지능력이 있어야 하는데 탐지하지 못했고 결과적으로 유도탄 자폭으로 이어지게 되었다. 따라서 고장 현상에 대한 Testability Engineer 관점에서 접근할 필요가 있다고 판단했다.

연구 결과

원인 추정과정

유도탄 발사 후 유도 비행 중 약 20초 후에 자폭 되었다는 현상에서 방향을 잡았다. 20초라면 중기유도 비행단계라 판단하였고 여러 자폭조건 중 ‘00초 동안 유도탄/표적 정보 최신화가 되지 않을 경우’ 가 가능성이 높았고, 자폭의 원인으로 1)유도탄, 2)레이더, 3)설정 및 세팅 이 3가지로 추정하였다. 유도탄은 소실되었기에 레이더와 설정/세팅을 집중적으로 점검하였다.

고장 원인분석

천궁 사격에 특이 사항이 발생 한 것이 처음이라 군에서 현장보존을 하지 못했다. 그래서 특이사항 발생 된 포대를 가서 통신 점검을 재수행하였다. 1차 점검 시는 환경조건이 불안정하여 결과를 얻을 수 없었고 2차 점검 시 레이다 송신 신호에 RLRT¹⁾파형의 Key code가 누락되어 있는 것을 확인할 수 있었다. 결함이 발생된 구성품은 레이더-송신세트-파형발생장치-회로카드조립체 RLRT 파형발생용으로 확인되었다. 3차 시험 시 정상품 교체 후 검증 시험해보니 RLRT 파형이 정상적으로 출력이 되었고 Key code도 생성이 되었다.

결함 원인분석

회로카드조립체 RLRT 파형발생용의 Key code신호를 출력하는 집적회로(DDS : Direct Digital Synthesizer)의 결함으로 확인되었다.

그림 4. 회로카드조립체 및 DDS 형상

제작업체 입고하여 입/출력 데이터 확인 시 입력신호를 넣어도 출력이 없음을 확인하여 DDS 단품 결함으로 확인되었다.

후속 점검을 통해 납품된 전체수량대비 0개가 고장이 식별되었고 8년간 고장률이 약 0% 수준을 확인할 수 있었다. 또한 이 업체의 집적회로는 수많은 무기체계에 사용이 되고 있고 고장률이 높지 않기 때문에 해당 DDS의 대체품을 찾아 검증을 하는 것은 시간과 비용의 제약이 컸다. 또한 DDS는 해외 도입된 상용품이고 정비가 불가능한 품목이었기 때문에 FRACAS²⁾에 따라 정비 가능한 교체품목인 회로카드조립체 RLRT 파형발생용에 고장탐지기능을 구현하여 레이더 단위 점검 시 고장탐지율을 향상 시키는 방법을 고려하게 되었다.

재발방지대책

이번 유도탄 자폭 현상에서 가장 중요한 것은 재발방지대책이다. 유도탄은 고가이고 중요한 전략자산이며, 대한민국 국방력에 큰 영향력을 가지기 때문에 3중으로 확인 할 수 있게 재발방지대책을 수립하였다.

1) MFR 자체파형점검 절차 수립

이슈가 발생되었고, 군 자체적으로 해당 현상에 대한 식별이 가능할 필요가 있었다. 현재 교범 상 레이더 RLRT 파형에서 다른 항목은 볼 수 있게 되어있는데 Key code를 볼 수 있는 항목이 반영되어있지 않았다. 따라서 군에서 직접 확인할 수 있는 자체파형 점검절차를 수립하여 군에 제공하였다.

레이더 BIT 점검기능 개선

가장 확실한 방법은 레이다 전원을 킬 때마다 자동적으로 수행되는 BIT(Built in Test)에서 고장을 탐지할 수 있게 하는 것이다. 또한 고장을 탐지했다면 운용자가 이를 모니터링 할 수 있게 화면에 보여주는 것이 효율적이다. 이를 구현하기 위하여 회로카드조립체 RLRT 파형발생용의 S/W와 capacitor 1개의 용량을 변경하였으며 회로카드조립체 제어인터페이스용의 S/W를 변경하여 교전통제소와 레이더 화면에 실시간 모니터링 할 수 있게 조치하였다.

사격전 점검절차서 신규제정

앞에 언급했듯이 표준화되지 않은 사격전 점검 절차서에 대해 표준화를 수행하였다. 사격전 점검에 소요되는 시험장비, 구성, 점검항목, 세부점검절차, 점검기준을 넣었고 S/W 버전 확인, 체계연동, 발사절차, 레이더와 유도탄의 통신상태점검을 수행하고 합/불에 대한 명확한 기준을 수립하였다.

유효성확인

사격전 점검 절차서를 신규 제정을 하였기 때문에 이에 대한 검증이 필요하였다. 군에서 ’23.5.3 검증 사격을 수행하였고 2발 사격 2발 명중하여 사격전 점검절차서에 대한 유효성을 확인하였다. 사격전 점검은 ‘23.4.29 ~ 5.2 까지 수행하였으며 점검절차와 점검결과에 대해 합동 점검형태로 군, 기품원, 업체 입회하에 수행하였으며 모든 점검결과에 대한 합동 점검 결과는 아래 그림 8 형태로 기록하였다.

사격업무 수행 Flow 정립

운용 유지 단계 때 처음으로 발생된 사격RISK다 보니 전반적으로 대처하는 것이 미흡하였다. 그래서 사격 업무 Flow 정립을 통해 향후에 발생 될 수 있는 RISK를 대비할 필요가 있다. 계획수립부터 장비이동, 설치, 점검, 사격, 철수까지의 사격업무 Flow와 업무분장을 통해 사격업무가 원활히 진행될 수 있도록 하였다. 특히 특이사항 발생 시 사격장에 장비를 현장 보존하는 것은 정확한 원인분석을 위해 반드시 필요한 부분이다. 향후에는 이런 부분이 반드시 지켜져야 할 필요가 있다.

파급효과

1) 기술적 효과 : 기술변경을 통해 개발 단계 때의 규격화보다 동등이상 수준의 신뢰성이 향상된 천궁체계에 기여하였다.

2) 사회적 효과 : 언론 보도를 통한 불신을 낮추고 수출품 사격에 활용할 예정이다.

3) 경제적 효과 : 사격 실패비용 및 후속 조치에 발생 되는 비용을 예방할 수 있다.

4) 군수지원 효과 : 향후 후속 계약 및 수리부속 계약, 정비계약 등 천궁의 군수지원 효과는 상당히 있을 것으로 예상된다.

결론

1) 사격 시험시 식별된 사격 RISK 제거

개발, 양산단계의 약 20년 동안 식별되지 못한 RISK를 제거했다는 것에 큰 의미가 있다. 결함 구성품이 발생 시 이를 탐지할 수 있는 점검기능이 추가되었고, 군에서 자체적으로 파형을 측정할 수 있게 절차서를 제공하였으며 사격전 점검절차를 연구 개발하여 신규제정함으로써 모든 국방 관련기관이 명확한 절차와 기준으로 점검할 수 있게 하였다. 따라서 천궁 체계에 대한 신뢰성이 향상되고 또한 사격 실패를 예방함으로써 유도탄 자폭으로 발생되는 파편의 2차 피해의 가능성을 줄인만큼 안전성을 향상시킬 수 있었다.

2) 사격전 점검절차 신규제정

사격 RISK에 대한 연구를 수행하였고 사격전 점검절차서 신규 제정을 하였다 준비하는 과정에서의 시행착오와 경험, 노하우를 통해 성공적인 사격시험을 할 수 있는 기반을 다졌다고 판단된다. 유도무기 사격 전 점검 절차이기 때문에 명확한 절차와 기준이 중요하였고 검증시간이 크게 단축되었다는 것 (기존 8~10시간 개선 후 2~3시간)은 표준화된 사격전 점검절차의 효과가 크다는 것으로 볼 수 있다.

3) KAMD의 초석

천궁은 대한민국 중거리이상 지대공 유도무기의 첫 시작이다. 사격전 점검절차 신규제정은 앞으로 양산단계로 넘어오는 지대공 유도무기이자 대한민국 KAMD³⁾의 주역인 (L-SAM, 천궁III, L-SAMII) 품질인증 사격시험 및 군 주관 실사격훈련에 활용될 수 있다. 또한 양산 진행 중인 천궁II에도 적용할 수 있게 천궁II 사격전 점검절차서를 신규제정하였고 천궁II 실사격훈련에 적용해서 절차서에 대한 유효성을 확인할 수 있었다. 마지막으로 천궁II는 해외 수출 계약이 체결되었고 상대국가에서 사격시험을 요구하고 있다. 천궁II 수출 시 이 사격전 점검 절차서가 활용될 예정이라 국가 수출 경제에도 긍정적인 기여를 할 것으로 판단된다.