레이더 반사 면적에 영향을 주는 요소들

레이더 반사 면적에 영향을 주는 요소들

RCS는 사실 대상이 되는 물체 자체의 형상도 중요하지만 물체 자체의 전파 투과율이나 흡수율 등의 변수도 많은데다가 심지어 전파의 파장자체도 중요한 변수다. 또한 같은 항공기, 같은 조건이라고 하더라도 정면인지 측면인지 뒷면인지에 따라 RCS값은 달라진다.

이 때문에 인터넷상에 각종 전투기나 폭격기의 RCS값이 돌아다니지만 대부분 추정치인데다가 그 추정치가 어느 주파수 대역, 어느 방향을 기준으로 한 것인지 기준이 명확치 않다. 게다가 같은 전투기도 성능개량을 거쳐 전파흡수물질 같은 것을 추가로 바르거나 하면서 초기모델과 후기모델의 RCS값이 달라지기도 한다. 그래서 사실 인터넷에 떠도는 RCS 값만으로 항공기의 생존성을 정확히 예측하는 것은 곤란하다.

A-26 인베이더 경공격기의 RCS 예시.

위의 그림과 같이 약간의 방위각 변화에도 RCS가 무려 30dB, 

즉 1000배 수준으로 변화하다 보니 RCS 수치 자체는 통계적으로 접근해야 한다. 

펄스 레이더 조차도 첫번째 수신된 펄스의 반사파와 수ms~수십ms 후에 수신된 두번째 펄스의 반사파의 강도가 

급격하게 변할 수 있다 보니 그에 대한 통계적 처리기법 등을 사용하는 실정.

다만 RCS 예측 자체는 이제와서는 그다지 어려운 기술이 아니다보니 

관련된 소프트웨어 중에 공개된 것들도 많고 아예 돈 받고 파는 것들도 있다. 

또한 관련 전공자 중 석사 수준의 지식만 있어도 어느정도 RCS를 계산해내는 것도 가능. 

물론 그 정확도는 한계가 있기 마련이지만.

일반적으로 스텔스기가 아닌 제트항공기는 레이더가 동일 고도에 있다고 

가정할 때 다음과 같은 부분에서 높은 RCS가 생성된다.

* 공기흡입구와 배기구 - 

의외인 것 같지만 평행관 + 엔진팬 혹은 터빈블레이드의 조합은 도파관+코너반사기의 역할을 수행한다.

즉 전파가 마치 당구대에서 당구공이 투-쿠션으로 튕겼을 때 

당구공의 입사방향과 정확히 반대 방향으로 튀어오듯 

어느 방향에서 전파를 쏴도 같은 방향으로 반사하는 성질이 있다. 

물론 3차원 형상에서는 입사파가 모두 반대 방향으로 반사되어 돌아가지는 않지만 

그래도 일반적인 형상보다는 매우 일정하고 높은 반사게인을 가진다. 

이것 때문에 덕트 굴곡이라든지 레이더블로커 등의 설계가 들어간다. 

초기형 스텔스기인 F-117의 경우 공기흡입구를 아예 철망으로 블로킹 해 놓았고 

배기구는 얇은 슬릿 형상으로 만들어서 해당 효과를 최대한 억제했다.

* 조종석 등 움푹 패인 형상(cavity) - 

이러한 부분 역시 코너반사기의 역할을 하기 쉬워진다. 

이를 막기 위해 F-16 등의 전투기들은 캐노피에 금속코팅을 하기도 한다.

* 형상이 복잡한 부분 - 

조종사 헬멧 하나가 비스텔스기 한 대 만큼의 RCS를 만들어낼 수도 있다.

* 기체 표면의 패널 - 

RCS가 전파 반사에 의해서만 생성될 것 같지만 전파의 주파수가 낮아질수록 표면이 단절된 부분,

즉 각 기체의 모서리와 패널 등으로 끊어진 부분에서 전파가 회절되고 

회절된 전파가 복합적으로 반사되면서 RCS를 증가시킨다. 

무엇보다도 회절된 전파는 퍼져나가는 성격이 있으므로 이래저래 골칫거리. 

즉 반사성분만 보면 패널라인의 유무에 관계 없이 기체 표면적이 RCS를 좌우하지만 

회절 측면에서 보면 RCS가 두 배로 증가하는 셈이다.

이것이 스텔스기의 기체표면의 패널을 따로 처리하는 이유이기도 하고 

저주파로 갈 수록 스텔스성이 떨어지는 이유이기도 하다. 

* 수직미익 - 

미익 표면과 미익의 뒷전 등이 수직으로 서 있는 경우가 많아서

수평 방향으로 날라드는 레이더파에 취약하다. 

이 때문에 꼬리날개를 크게 기울어진 쌍미익으로 만드는 경우가 많고 

앞전과 뒷전의 각도도 가급적 수직에서 벗어나게 만든다. 

* 기체의 앞전, 뒷전 등 급격히 꺾어지는 부위 - 

패널라인과 유사한 역할을 하며 주로 해당 부분에서 

전파의 반사방향을 통제하기 어려운 회절이 일어나기 때문에 

그를 막기 위해 전파흡수물질이 많이 적용된다. 

* 레이더안테나 - 

전투기용의 일반 평판 레이더 안테나는 전파의 관점에서 투명한 레이돔 안에 자리잡고 있고 

안테나 자체도 훌륭한 전파반사재일 뿐만 아니라 기계적 안테나 구동부위와 평판 안테나 뒤에 

복잡하게 얽혀있는 도파관 등의 구조로 인해 대단히 좋은 전파 반사원이 된다. 

F-22 등이 괜히 기계구동부위가 없는 전자주사레이더를 쓰는 게 아니다.