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DQS 매거진

K9자주포, Global No.1을 향한 끊임없는 도전!

국내외 자주포 개발현황 및 차기 기술발전 방향

2022. 08. 17

글. 한화디펜스 종합연구소장 김태형 상무

전쟁의 흐름을 바꿀 수 있는 수단으로 핵과 생화학 무기를 제외하고 미사일과 전차 등이 스포트라이트를 받는 전쟁도 있었으나, 우크라이나 전쟁의 양상이 대화력전으로 진행되는 상황으로 볼 때 포병화력은 개전초기 주도권 확보 및 장기화된 전장을 해결할 수 있는 가장 핵심 열쇠임이 증명되고 있다. 최근 K-방산의 주요 수출품목인 K9자주포는 세계 자주포시장에서 Global No.1 으로 점유율 50% 이상을 차지하는 등 좋은 소식이 계속 들리고 있다. 그러나 미국, 유럽 등 전통적인 화포 강국을 중심으로 다음 세대를 위한 자주포 개발 경쟁이 치열하게 진행되고 있고, 다양한 전장상황에 대비한 신기술도 개발되고 있다. 여기에 우리도 첨단기술을 접목하여 현재의 성능을 기술개발과 지속적 성능개량이 따르지 않으면 현재 K9의 영광은 계속되기 어려울 것이다. 필자가 가장 우려하는 것은 아무리 기술적 난이도가 높고 최신기술이 접목되더라도 첨단 무기체계로 분류되지 못하면 재래식 무기로 낙인 찍혀 성능개량 시기를 놓치고 전투력의 극대화나 해외장비와 경쟁에서 어려움이 예상된다는 것이다. 자주포의 사거리연장, 자동화, 무인화 기술은 물리, 화학, 기계 및 SW 분야가 망라된 종합예술이다. 그래서 미국, 독일과 같은 선진국에서도 수년간 많은 비용을 들여 사거리연장 및 자동화를 위해 매진하고 있는 것이다. 그래서 이 글에서는 포병화력의 중심인 자주포의 개발현황과 기술 발전방향을 제시하였고, 범정부차원의 지원도 요청하였다. 물론 여기에는 일부 개인적인 의견도 있음을 감안해 주길 바란다.

서론

K9 자주포는 국방과학연구소와 체계업체인 한화디펜스를 비롯한 약 100여개의 군·산·학·연이 참여하여 국내 독자기술로 개발한 연구개발 노력의 결정체로 국방과학기술의 혁신적 발전이 자주국방과 민간경제 활성화에 기여한 대표적 사례이고 개발당시 기동성과 사거리 등의 혁신적인 목표성능은 현대전의 요구성능에 부합하였다. 2000년대 K9 자주포가 전력화된 이래 20년 이상의 시간이 흐르는 동안 정부 품질보증기관인 국방기술품질원의 구성품 국산화 추진, 지속적인 품질개선(Quality Improvement) 및 수출을 위한 국제품질보증협력과 더불어 사용군, 체계 업체 등의 각고의 노력으로 자주포의 신뢰성 및 운용성은 극대화되어 글로벌 수출전략에 좋은 성과로 이어지고 있다.

최근에 이르러 병력수가 줄어들고 넓어진 작전반경과 다영역 작전임무 수행을 위해 자동화/장사정/초정밀/고위력 무기를 실시간 동시·통합 운용하는 것이 필수적으로 대두 되고 있다.

또한, 4차 산업혁명으로 탐지기술, 통신, 로봇, 인공지능 기술의 발전과 함께 전투주체가 유인에서 유·무인 복합으로 운용되도록 변화하는 추세이다. 이러한 패러다임의 변화에 맞춰 화력전을 수행하는 자주포 분야도 미래전 수행에 적합하도록 발전되어야 한다.

국내·외 자주포 개발 현황

미국은 과거 크루세이더 자주포 등을 개발했으나, 여러 가지 이유로 전력화를 중단함으로서 답보상태에 있다가 최근에 사거리가 연장된 ERCA1) 자주포 사업을 진행중에 있으며, 독일/러시아/중국 등은 꾸준히 자주포의 성능개량을 진행하여 사거리 증대와 포탑의 자동화/무인화 분야 기술을 개발하고 있다.

미국, 독일 자주포 개발현황

2020년 이전부터 미국과 독일은 사거리 증대 및 포탑자동화 기술을 지속적으로 개발하여 왔고, 미국은 사거리 70km급 58구경장 무장을 M109 자주포에 적용하여 ‘23년 전력화 평가를 목표로 개발 진행 중에 있으며, 독일은 사거리 76km급 60구경장 무장을 차륜형 자주포에 탑재하여 사격시험을 수행하고 각종 전시회에서 홍보를 진행하고 있다. 그리고 포탑은 자동으로 장전 및 사격이 가능하도록 자동화된 포탑을 적용하였다.

표 1. 미국, 독일 자주포 개발 현황

구분 미국 독일
모델명 ERCA RCH155 -
구경/구경장 155/58 155/52 155/60
사거리 70km 40km 76km
발사속도 6∼10발/분 8발/분 -
승무원 3명 2명 2명
그림1.  ERCA 자주포(XM1299)
그림2.  독일 라인메탈사 자주포

러시아, 중국 자주포 개발현황

러시아는 무인포탑을 적용한 사거리 70km급 2S35 자주포를 개발하였고, 중국은 사거리 53km 급 PLZ05 신형자주포를 개발하여 2008년 전력화하여 운용중이다.

표 2. 러시아, 중국 자주포 개발 현황

구분 러시아 중국
모델명 2S35 PLZ 05
구경/구경장 152/52 155/52
사거리 70km 53km
발사속도 10발/분 8발/분
승무원 3명 4명
그림3.  러시아 2S35 자주포
그림4.  중국 PLZ-50 자주포

국내자주포 개발현황

국내자주포는 선도형 핵심기술로 “고반응화포자동화 과제”를 ‘16년 ~ ’21년까지 수행하여 포탑자동화 및 발사속도를 증대하는 핵심기술을 확보하였고, 이 기술을 활용하여 K9 2차 성능개량에서는 방열, 탄약이송 및 장전, 신관장입과 사격까지 거의 모든 과정이 자동화된 무인포탑으로 구성될 예정이다. 또한 둔감장약을 적용하여 안전성이 향상된 자주포 개발을 추진하고 있다.

표 3. 국내자주포 개발 현황

고반응화포 자동화과제
자동화화포 시스템통합 포탑 원격운용
발사속도 0발/분(포탑 자동화)
포신마모수명 0,000 발(EFC)
둔감장약 모듈형 단위장약
그림5.  고반응화포자동화 과제 사격

이와 병행하여 ‘22년부터 무장의 구경장을 현재 52구경장을 더 길게 늘이고 사거리를 최대한 증대하기 위한 핵심기술 개발이 착수될 예정이다.

자주포 기술 발전방향

자주포 기술은 크게 네가지 방향으로 동시다발적으로 발전하고 있다.

첫째는 현존 자주포 포탑 내부의 탄약 이송/장전 및 신관 장입을 완전 자동화하는 기술이다. 이를 통해 발사속도의 향상과 운용인원을 최소화한 자주포로 성능개량 함으로써 기술적 과도기에 전력우위를 확보하는 것이 필요하다.

둘째는 화포의 핵심성능인 원거리 화력지원을 위한 사거리를 증대시키는 기술이다. 사거리증대 기술은 끊임없이 개발되어 미사일과 다연장포의 근접 사거리를 대체할 것으로 예상되며, 해외자주포와 경쟁할 경우에도 세계 1등 지위를 지속적으로 유지하는 핵심요소이다.

셋째는 인공지능, 통신, 원격/자율 주행 등의 4차 산업혁명 기술이 접목된 무인화 기술이다. 가까운 미래에 자주포는 무인화 기술이 적용되어 점점 유·무인 전투가 가능한 방향으로 발전될 것이다. 또한 이러한 기술들은 현용 K9 플랫폼의 성능개량을 통해 능력을 극대화 하는 방향으로 추진될 것이다.

표 4. 현존자주포 성능개량 예상 현황

구분 K9A1 K9A2 K9A3
구경/구경장 155/52 155/52 155/00
사거리 40km 00km 00km
발사속도 6발/분 0발/분 0발/분
승무원 5명 0명 0명

넷째는 앞서 세가지 기술을 종합한 차세대 자주포이다. 차세대 자주포는 아직 개념이 정립되지 않았지만, 예상컨대 완전 무인화로 운용되며 기동성, 화력, 생존성을 모두 갖춘 경량형의 자주포이며, 전차/장갑차/자주포의 기능을 모두 수행 가능한 형태의 자주포가 아닐까 한다.

현존 자주포 발사속도 향상

국내 K9 자주포는 1998년 개발된 이래 약 10년이 지난 2017년 1차로 경미하게 성능개량개발을 완료했으며, 현재 2차 성능개량을 추진하고 있다. 기존 포탑의 유압식 포/포탑구동장치를 전기식으로 교체하고, 화력분야에서는 신형 둔감장약을 적용하여 사격 안전성을 향상하고, 탄약 이송 및 장전 장치를 자동화함으로써 최대발사속도를 향상하면서도 운용인원은 감소할 것이다. 또한, 포신도금을 통해 수명을 증대하고, 냉방장치, 자동소화장치, 승무원 무선헬멧 및 사주경계시 승무원의 생존성 보장을 위해 RCWS도 적용 예정이다. 운용분야에서는 승무원이 포탑 외부에서도 유·무선으로 원격사격(방열·장전·격발)이 가능토록 개발될 것이다.

사거리증대 화포기술 개발

앞에서 언급한 대로 K9 자주포가 2차 성능개량까지 된다고 하더라도 화포의 핵심 성능인 사거리 분야에서는 20년 이상 핵심기술 개발 없이 정체된 상태로 이어져 왔다. 이제까지는 경쟁사와 동일한 52구경장, 40Km급 사거리로 가성비와 틈새시장을 통해 세계정상의 위치를 지키고 있으나, 앞으로 미국과 유럽 등에서 현재 개발 중인 사거리 70km 이상급 자주포를 전력화한다면, 머지않아 K9의 수출경쟁력은 약화될 수밖에 없을 것이다. 다행히 금년부터 국방과학연구소 주관으로 산/학/연/군이 참여하는 사거리증대 핵심기술 개발이 시작될 것이다. 이를 통해 수년 안에 먼저 시작한 미국, 독일과 동등 이상 수준의 사거리와 정밀도를 달성하고, K9 3차 성능개량 체계개발로 이어져야 한다. 이러한 기술을 바탕으로 미래 자주포시장 1등 지위를 계속 유지할 수 있기를 희망한다.

독일의 경우 라인메탈에서 사거리 증대 기술을 주관하여 개발했으며, 무장, 탄, 장약을 하나씩 개발하여 통합하는 과정을 거쳤고, 지금은 플랫폼에 탑재하여 시험하는 단계에 이르렀다.

반면, 미국은 차체플랫폼, 무장, 탄, 장약, 장전자동화 기술을 한번에 통합하여 개발을 진행하였다. 우리도 미국의 방법을 따라 개발하는 방안이 시간 및 경제적으로도 나을 것으로 생각된다. 또한 무장, 탄, 장약, 플랫폼은 상호간에 연관되어 있어 통합 및 설계하고 시험하는 방안이 최소한 시간에 목표를 달성하는 지름길이다. '이러한 체계통합은 국방과학연구소와 체계업체가 협력하여 추진 예정이다. 이번 개발을 통하여 기계설계, 소재, 구조, 강내·외 탄도학, 탄약개발, 사표개발 등의 세부 분야에서 참여한 기관 모두가 한 단계 성장할 것으로 예상된다.

그림6.  사거리 증대 자주포 개념도

유·무인 자주포 기술 개발

4차 산업혁명기술과 인명중시 및 인구감소로 인하여 무인화는 시대의 요구가 되고 있으며, 이미 무인화 기술은 빠르게 준비되고 있다. 1단계로 원격주행 기술은 2020년부터 “K9 자주포 원격 무인화 적용기술 응용연구 과제”에서 진행이 되고 있고, 원격으로 사격하는 기술은 “고반응화포 자동화 과제”로 진행을 했다. 2단계 시험개발에서 원격주행, 360도 상황인식, 자율배치, 종속주행 등의 기술이 추가로 개발된다면 빠르면 K9 3차 성능개량에서 제한적이지만 유·무인으로 운용되는 자주포가 등장할 수 있다고 본다.

그림7.  유·무인자주포 형상(안)

이렇게 하려면 2단계에서 라이다, 카메라 등 센서의 통합운용 지연시간 최소화, 고용량 데이터 전달 및 처리 기술이 개발되어야 하고, AI 기술이 접목된 환경인식, 장애물회피 및 경로주행 등의 자율주행기술과 내부 구성품들이 쉽게 업그레이드 가능토록 자주포 체계내부에 GVA(Gene ric Vehicle Architecture) 소프트웨어 및 하드웨어 구조도 병행하여 개발해야 한다.

그림8.  자주포 무인화 운용개념(안)

차세대자주포 기술 개발

차세대자주포의 개념은 아직 공식적인 논의가 없으나, 미래전쟁 양상의 변화가 필연적으로 예상되므로 자주포 플랫폼도 미래전에 맞게 완전히 새로운 형태가 될 것으로 생각된다. 또한 차세대자주포는 늦어도 2040년경에는 개발이 되어야 할 것으로 예상되며, 그러기위해서는 지금부터 관련기관에서 개념 및 필요한 기술과 요구능력에 대한 논의가 필요하여 이 글에서는 향후 토의를 위해 조심스럽게 의견을 제시해본다.

차세대자주포 체계는 기동성, 생존성, 화력, 무인·자율운용 등의 성능이 확보되면서도 중량은 오히려 가벼운 경량형의 자주포의 형태일 가능성이 높다. 그러기 위해서는 기존 기술로는 한계가 있으며, 원천적인 소재와 부품기술의 한계를 뛰어넘는 기술개발이 예상된다.

기동성 분야에는 친환경 동력장치(전기 또는 수소동력)가 포함되어 기동력 뿐만 아니라 은밀성도 확보되어야 한다. 생존성 분야는 가벼우면서도 방호력을 높이기 위해 복합신소재 개발이 필수적이며, 인원 탑승 유무에 따라 방호부품을 쉽게 교환토록 모듈화 구조로 설계되어야 한다. 화력분야에서는 임무접수 후 사격까지 신속하게 운용 가능한 무인포탑과 인공지능 기반의 사통시스템이 예상되고, 초장사정 탄약의 추가 개발로 사거리가 000km 까지 지원 가능하여야 한다. 부가적으로 레이저 점화기술, 레일건 기술 등은 고려해 봐야 할 기술들로 생각된다. 자주포 체계에 탑재가능한 정도의 소형 레일건 기술은 분명 여러 가지 기술적 난제들이 있으나, 앞으로 약 20년 후에 적용되는 만큼 개념 연구과정에서 좀 더 면밀히 검토를 통해 연구개발이 이어질 수 있도록 노력해야 한다고 본다.

그림9.  레일건 (BAE SYSTEMS 사)

그리고 무인자율운용 분야는 최소인원으로 운용하는 것을 기본으로 하며, 유인으로 운용되는 자주포와 무인으로 운용되는 자주포가 한팀이 되어 작전하는 MUM–T (Manned-Unmanned Teaming)가 적용될 수 있도록 관련기술의 개발과 성숙도를 높이는 것이 필요하다. 또한, 표적에 따라 합동화력지원이 가능하도록 신속 군집운용 등의 기술이 개발되어야 한다.

마치면서

서론에서 필자는 K9의 개발이 국방과학기술의 혁신적 발전이 자주국방, 민간경제 활성화에 기여한 대표적 사례라고 하였다. K9 개발이 완료되던 1998년경은 우리나라가 IMF 외환위기의 홍역을 치르면서 수많은 기업들이 문을 닫았다. 특히 중소·중견 기업들은 줄도산 하던 시기였지만, K9 개발 및 전력화 시기와 맞물려 참여협력업체들은 대부분 위기를 넘겼다. 그 후 22년이 지난 지금까지 세계 8개국에 수 백문이 수출되었고, 현재도 여러 나라에서 구매 상담이 진행 중인 명실상부한 세계 1등 무기체계가 되었다.

이렇게 세계적인 명성과 구매요구도가 높은 무기체계가 20년 이상 운용하면서 단 한 차례 경미한 성능개량 밖에 되지 않았음에도 불구하고 세계 수출1등 지위를 유지하고 있다는 것은 무기체계 선진국들이 알면 매우 놀랄 일일 것이다. 무기체계가 전력화되면 기술발전과 함께 지속적으로 업그레이드되어야 그 무기체계를 가장 효과적으로 사용가능하고, 수출 경쟁력도 올라간다. 그리고 체계업체와 협력업체의 생산능력도 유지 되면서 산업발전에도 기여할 수 있다고 본다. 또한, 해당 기술과 경험을 가진 핵심 연구인력 들도 적절히 유지되면서 다음세대 무기체계 개발을 수행할 수 있을 것이다. 그러나 세계적 위상의 K9 자주포는 지속적 성능개량이 늦어지고, 첨단무기로 분류되지 못하면서 개발을 진행했던 국방과학연구소 및 체계업체 전문인력 들이 대거 은퇴하고, 신규 화포체계를 개발하기 위한 각종 원천기술의 유지 및 발전을 지속하지 못한 상태로 미래의 시간이 다가왔다. 그나마 최근 K9 자주포에 첨단기술을 이식하는 2차 성능개량 사업과 핵심기술과제가 시작단계에 있어서 정말 다행으로 생각한다. 이것을 시작으로 앞서 제시한 기술 발전방향에 맞는 첨단 무기체계로의 탈바꿈과 더불어 새로운 개념의 차세대자주포를 탄생하였으면 한다.

우크라이나 전쟁을 보면서 가장 저렴하고 정밀한 투발수단으로서 자주포는 그 가치와 필요성이 충분히 입증되었고, 앞으로 현대전 또는 가까운 미래 전장에서도 대체하기 쉽지 않은 전력임이 확인되었다. 또한, 화력성능이 고도화 될수록 체계/무장/탄약이 유기적으로 통합되어야하고, 단위(무장, 탄약) 기술개발의 연계성을 고려하여 단계적, 체계적으로 연구개발이 추진되어야 한다. 그래서 필자는 다음과 같은 건의사항을 끝으로 기고문을 마치고자 한다. 그것은 확보된 기술의 지속적인 발전을 통해 다음세대가 연구개발 할 때 원점이 아닌 선배들의 업적 위에서 출발할 수 있도록 “범국가적 화포 전문기술조직 구성”을 건의한다. 이를 통하여 군·관·산·학·연간 제도화된 협력체계를 구축하고, 화포기술의 지속적 발전과 유지가 필요하다. K9 자주포 개발당시에도 군·관·산·학·연이 ‘One Team’이 되어 성공적으로 개발완료 했듯이, 다시 한번 힘을 모아 체계적이고 지속적으로 연구개발 할 수 있도록 아낌없는 지원이 필요하다. 이를 통해 다가오는 미래에도 우리가 만든 자주포가 세계시장을 석권하길 간절히 바란다.

1) ERCA(Extended Range Cannon Artillery) : 미국 장사정화포 개발 Project
참 고 문 헌
  • 1. “Future Artillery 국제 세미나 – Taking Firepower Forward”, 23~25 MAY 2022, SAINT-LOUIS, FRANCE
  • 2. 장상국, “A study on the need to devlop a next-generation K9 through opportunity-threat analysis”, 선진국방연구 저널, 2020.Vol.3
  • 3. 김학성, “육군 미래 화력 발전과 국내 연구개발 환경”, ‘22년 화력전투발전세미나, 2022.
  • 4. 조창현 외 3명, “K9 자주포를 통해 바라본 한국 자주포의 역사와 차세대 개발방안”, 국방과 기술, 2018.4