1. 서 론

북한은 2017년 9월 3일 6차 핵실험을 통해 핵무기 능력을 전세계적으로 과시하였으며, 핵무기에 의한 전자기파의 효과는 먼 거리에 있는 전자장비와 전력을 사용하는 장비에 심대한 피해를 주는 것으로 여러 연구에서 밝혀진 바 있다. 또한, 제임스 울시 전 美 CIA 국장이 2014년 美 의회에 제출한 답변서에서 “러시아인들이 2004년 ‘두뇌유출’로 인해 북한이 EMP 무기를 개발하도록 도왔다고 말했다(^{Segye Times, 2014}).”고 밝힌 바 있듯이, 북한의 EMP 위협은 핵무기 개발과 아울러 지속적으로 증가되고 있으며, 전자기파만을 형성시켜 피해를 주는 전자기폭탄의 개발에 상당한 진척이 있을 것으로 예상된다.

이러한 EMP에 우리 군의 무기체계, 정보통신, 전원 등이 노출 시 정보기기에 영향, 전력공급 중단, 유·무선 통신망 등 통신체계 중단, 주요 C4I (Command, Control, Communication, Computer & Intelligence)체계 관련 서버 고장으로 전장에서 혼란이 초래될 수 있다(^{KICI, 2016}). 이에 대비하여 우리 군은 EMP에 대한 방호대책을 위해 많은 노력을 기울이고 있으나, 현재 군에 적용 중인 EMP 방호에 대한 대책은 합참과 국방부에서 고정 및 이동시설과 장비를 중심으로 기준이 설정되어 있어, 무기체계 중심의 단일 전술제대에 대한 EMP 방호능력은 발전이 미약한 실정이다.

전술제대 중 특히 전차대대는 민첩한 기동성과 강력한 화력, 우수한 방호력을 바탕으로 전장에서 막강한 전투력을 발휘하는 전차와 지휘용장갑차로 구성되어 있으며, 이러한 궤도차량에는 다양한 정보통신장비, 전원공급 장비, C4I장비가 탑재되어 있다. 전차대대가 EMP에 노출 시 지휘통제, 기동, 화력 등 핵심 기능들의 전투력 발휘가 제한됨에 따라, 전차와 지휘용장갑차의 주요체계에 대한 EMP 노출 시 취약점을 식별하고, 방호능력 발전 방안에 대한 연구를 수행하게 되었다.

2. 이론적 배경

2.1 EMP 개념

EMP란 Electro-Magnetic Pulse의 약자로 고출력 전자기파를 의미하며, 순간적인 전자기적 충격파를 이용하여 전자장비의 오작동 또는 물리적 파괴는 물론 나아가 사회적·경제적 피해를 입히는 행위(^{KICI, 2016})로, Table 1과 같이 핵을 사용하는 핵 EMP (Nuclear EMP)와 핵을 사용하지 않은 비핵 EMP (Non-Nuclear EMP)로 분류된다(^{ADD, 2018}).

이 중 핵 EMP는 30 KM이상의 고도에서 폭발 시 수 MeV의 감마선을 방출하며, 시간의 흐름에 따라 초기, 중기, 후기 파형이 순차적으로 나타나게 되는데, 이는 Table 2와 같이 파형 유형별 첨두진폭의 세기에 따라 전자기기에 미치는 특성을 보유하고 있다(^{KICI, 2016}).

정보시스템에서의 EMP에 의한 영향은 직접적인 복사에 의한 영향과 전원 및 통신선 등에 유도되어 전도되는 신호에 의한 영향으로 분류되어질 수 있다(^{Lee et al., 2012}). 일반적인 EMP 방호대책으로는 전력선과 통신선으로 유입 또는 유출되는 전류·전압 전송 경로상에 EMP 차단필터 설치하거나, 통신선과 신호선의 경우 전자기파의 영향을 받지 않도록 광 신호로 변경하는 전도성 방호대책과 차폐·도파관 차단주파수를 적용하는 기술인 전자파 차폐, 지하화, 이격거리 확보 등 복사성 방호대책이 있다(^{Park, 2016}).

2.2 EMP 위협

북한은 1950년대부터 핵 전문인력을 확보하여 개발에 투입하였고, 2013년 전승절 행사 시 핵무기를 과시하며 핵 선제타격에 대하여 시사한 바 있으며, 2016년에는 김정은이 “항시 핵사용을 준비하라”는 지시 등 EMP에 대한 위협을 증가시키고 있다. 또한, 2017년에는 ICBM (Inter-Continental Ballistic Missile) 장착용 수소탄과 EMP 공격 가능성을 공식적으로 언급한바 있으며, 6차 핵실험을 강행하는 등 핵무기 사용 가능성과 EMP를 포함한 핵공격 의지, 핵(EMP) 무기의 교리와 운영계획까지 정립한 것으로 판단되고 있다(^{Cho, 2018}).

1962년 구소련의 고고도 핵실험 당시 피해가 보고된 사례를 볼 때, 북한의 6차 핵실험간 사용된 것으로 추정되는 160 KT의 핵무기를 서울 상공 100 KM에서 폭발 시 핵 EMP의 피해는 지구 자기장의 영향으로 EMP가 말발굽 모양으로 확산되며 남쪽으로 집중되면서, 전자기기와 전력통신망을 파괴할 수 있는 10 KV/M의 전계강도가 군산을 연하는 지역까지 미친다고 보고된 바 있다(^{ADD, 2017}).

우리 군은 Table 3에서와 같이 전자소자를 주로 사용하는 C4I체계, C4I지원체계 등 군사정보체계와 일반시설, 대상장비에 EMP 영향을 받게 된다(^{KICI, 2016}). 특히 기동력, 화력, 충격력을 바탕으로 전장에서 막강한 전투력을 발휘하는 전차대대는 전차와 지휘용장갑차로 구성되어 있으며, 다양한 정보통신장비, 전원공급 장비, C4I장비가 탑재되어 있어 EMP 공격에 매우 취약하다. 또한 전차대대는 대체로 휴전선으로부터 100 KM이내에 위치하고 있어 적의 핵 EMP 공격 시 전계강도에 영향을 받아 큰 피해를 입을 수 있다.

2.3 전차대대의 EMP 취약점

전차대대의 전차, 지휘용장갑차에는 건축적, 기계적, 전기적 POE (Point of Entry)가 다수 산재되어 있어 EMP에 취약하다. 건축적 POE에는 차량 승무원이 탑승하는 출입구와 전차의 포구가 있으며, 기계적 POE에는 엔진과 관련된 흡입 및 배기구, 집단보호장비의 공기 순환시설과 매연, 먼지 배출 및 배수와 관련된 부분이 있으며, 전기적 POE에는 지휘통제를 위한 각종 통신관련 장비, 기동과 관련된 시동기, 발전기 등의 전력장비와 포수조준경, 탄도계산기 등 다양한 화포와 관련된 장비들이 있다.

전차대대가 EMP 공격에 노출 시, 전차와 지휘용장갑차의 많은 전자소자와 전력선, 통신선은 EMP에 큰 피해를 입을 것이다. 특히 전술컴퓨터, 안테나 등 다양한 통신수단의 장애로 인해 상호 의사소통이 단절되어 부대 지휘통제가 제한될 것이며, 전차, 지휘용장갑차의 발전기, 엔진모니터 등 전력을 사용하는 기동체계는 차량 정지나 엔진파손 등으로 인해 기동에 제한을 받아 적시적인 임무달성이 제한될 것이다. 또한 기동제한으로 인해 적의 대전차화기나 포병 등 집중화력으로부터 부대방호가 취약해 질 것이다.

3. 전차대대 주요체계의 EMP 방호능력 발전방안

3.1 연구방법

본 연구간 신뢰성있는 자료조사를 위해 현재 한국군 전차대대에서 근무하는 현역인원이 연구원으로 참여하였으며, 연구자료 중 일부자료는 군사보안상 문제의 소지가 있어 한국군 장비와 유사한 외국군의 장비를 대신하여 제시하였다.

연구는 먼저 전차대대의 가장 큰 특징인 충격력, 화력, 기동력에 중점을 두고 전차와 지휘용장갑차 각각의 단위무기체계를 전장기능 중 지휘통제, 기동, 화력체계 중심으로 EMP 방호가 필요한 대상을 선정하고 분류하였다. 그 다음 EMP 방호대상별로 EMP 방호수준을 설정하였다. EMP 방호수준 설정간 현재까지 한국군에서 단위무기체계에서의 EMP 방호수준에 대한 기준이 정립되지 않아 美 국토안보부에서 제시한 EMP 방호수준을 바탕으로 EMP 방호수준을 설정하였으며, EMP 방호수준은 임무를 고려하여 일반방호와 완전방호로 구분하였다. 마지막으로 주요체계별로 EMP 방호대책을 세부적으로 제시하였으며, 전차와 지휘용장갑차의 주요체계별 EMP 방호소요를 종합하여 제시하였다.

3.2 전차대대의 EMP 방호대상 분류

전차대대는 기동력, 충격력, 화력을 통해 적에게 심대한 피해를 줄 수 있는 전술제대로 EMP 방호를 위해 특정된 고정시설을 구축하는 것은 전술적으로 타당하지 않으며, 이동간 방호시설물을 구축하는 것은 비용면에서 매우 비효율적이다.

이에 따라 본 연구에서는 전차대대 EMP 방호를 위해 고정이나 이동방호시설이 아닌 전차와 지휘용장갑차 각각의 단위 무기체계로 구분하여 EMP 방호대상을 한정하였으며, 지휘통제, 정보, 기동, 화력, 방호, 전투근무지원 6대 전장기능 중 EMP에 직접적으로 영향을 받는 지휘통제, 기동, 화력의 주요체계 중심으로 EMP 방호대상을 선정하였다.

전차대대의 전차와 지휘용장갑차의 주요체계별 EMP 방호대상은 Table 4와 같다.

3.3 전차대대 주요체계의 EMP 방호수준 설정

전차와 지휘용장갑차에 대한 방호수준 설정 시 미군 EMP 방호기준인 MIL-STD-188-125-1/2(^{DoD, 1994}; ^{DoD, 1999})(고정 및 이동시설)의 10 GHz 범위에서 80 dB이상의 완전방호와 MIL-STD-461/464 (^{DoD, 2010}; ^{DoD, 2015})(군용장비)의 장비별 EMP 방호기준을 적용하는 것은 전술상황과 비용면에서 매우 비효율적이다. 이에 따라 전차와 지휘용장갑차 주요체계의 중요도와 우선순위에 따라 EMP 방호와 차단을 위한 방호수준을 차별화하여야 한다.

특히 전차대대의 경우 기동성을 바탕으로 한 전술제대로 휴전선 100 KM이내에 위치하고 있어, 핵 EMP 공격 시 E1(핵 EMP 시 초기파형)와 일부 E2(중기파형)에 취약하고, 고정시설이나 이동시설을 이용한 EMP 방호가 제한됨에 따라, 임무에 필수적인 주요 핵심장비는 EMP 공격 시에도 EMP 효과 완전차단 하 지속적으로 임무수행이 가능하도록 완전방호가 요구된다. 그러나 임무 수행에 필수적이지 않은 장비는 피해 최소화 대책을 준비하고, EMP 공격 시 피해 최소화나 피해 복구를 통해 조기에 기능을 회복할 수 있도록 일반방호 수준을 적용하는 등(^{JCS, 2018}) EMP 방호대상별 적절한 방호수준을 설정하여야 한다.

현재까지 전술제대를 대상으로 단위 무기체계에 대한 적절한 EMP 방호수준을 제시한 사례가 없어(^{MND, 2017}), 본 연구에서는 Table 5의 방호방법인 美 국토안보부 국가통신조정센터와 국가사이버보안정보통합센터에서 제시하고 있는 전자기펄스에 대한 기기 및 시설 방호·복구 지침(^{NCC and NCCIC, 2016})을 바탕으로 일반적인 전차대대의 전차와 지휘용장갑차에 대한 EMP 방호수준을 판단하였다.

또한 전차와 지휘용장갑차에는 건축적, 기계적 POE가 있어 EMP로부터 완전방호가 제한됨에 따라 전기적 POE에 대한 EMP 방호를 통해 피해를 최소화하여야 한다.

3.4 전차대대 주요체계의 EMP 방호대책

일반적인 전차의 지휘통제체계의 EMP 방호대책은 Fig. 1과 같다. 지휘통제에 필요한 전술컴퓨터, 송수신기, 음성 및 전원공급기, 상호통신조정상자, 안테나는 광전변환장치, EMP함체, EMP리미터, EMP차단필터를 설치하고, 연결선과 안테나선, 전원선 등은 광케이블을 설치하여 2~3수준의 EMP방호능력을 확보하여야 한다.

전차의 기동체계의 EMP 방호대책은 Fig. 2와 같다. 포탑회로상자, 차체회로망상자, 차체전원분배상자, DC전압조정기, 발전기, 엔진모니터는 광전변환장치, EMP차단필터을 설치하고, 내부 연결선은 광케이블을 설치하여 2수준의 EMP방호능력을 확보하여야 한다.

전차의 화력체계의 EMP 방호대책은 Fig. 3과 같다. 포수조준경, 전차장조준경, 탄도계산기 등 화력에 필요한 부분은 광전변환장치, EMP차단필터을 설치하고, 내부 전원연결선은 광케이블을 설치하여 2수준의 EMP방호능력을 확보하여야 한다.

일반적으로 지휘용장갑차의 지휘통제체계의 EMP 방호대책은 Fig. 4와 같다. 전차와 동일한 장비는 전차의 방호대책을 적용하며, 과동전압억제기, ATCIS, 무전기, 위치보고접속장치는 EMP차단필터, EMP함체, 리미터, EMP BAG을 통해 2 ~ 3수준의 EMP방호능력을 확보하여야 한다.

지휘용장갑차의 기동체계의 EMP 방호대책은 Fig. 5와 같다. 축전지실, 전압조정기, 주전원스위치배전함, 발전기, 시동전동기는 EMP차단필터을 설치하고, 내부 연결선은 광케이블을 설치하여 2수준의 EMP방호능력을 확보하여야 한다.

이를 종합하여 볼 때, 전차와 지휘용장갑차 각 차량 1대당 주요체계별 EMP 방호소요를 Table 6에 정리하였다. 전차의 경우 EMP방호대상은 지휘통제체계 7개 부분, 기동체계 7개 부분, 화력체계 3개 부분으로 총 17개 부분이며, EMP 방호를 위해 광케이블은 87 M가 소요되고, 광전변환장치는 11개, EMP차단필터는 7개, EMP리미터는 2개, EMP함체 1개가 소요된다. 이를 통해 EMP 방호를 2~3수준으로 유지할 수 있다. 지휘용장갑차의 경우 EMP방호대상은 지휘통제체계 11개 부분, 기동체계 5개 부분으로 총 16개 부분이며, EMP 방호를 위해 광케이블은 39 M가 소요되고, 광전변환장치는 3개, EMP차단필터는 9개, EMP리미터는 3개, EMP함체/EMP BAG은 3개가 소요된다. 이를 통해 EMP 방호를 2~3수준으로 유지할 수 있다.

4. 결 론

본 연구에서는 기존의 고정 및 이동시설과 장비가 아닌 전술제대 중 기동력, 화력, 충격력을 지닌 전차대대의 전차와 지휘용장갑차를 대상으로 EMP 방호의 취약점을 분석하고 EMP 방호수준을 설정하여 방호대책을 제시하였다. 특히 전차와 지휘용장갑차는 승무원 출입구, 포구, 배기구, 먼지 배출구, 배수구 등 건축적, 기계적 POE가 다수 존재함에 따라 MIL-STD-188-152-1/2의 방호기준인 완전방호(4수준: 10 GHz, 80 dB이상)는 실질적으로 제한되며, 美 국토안보부에서 제시하고 있는 전자기펄스에 대한 기기 및 시설 방호·복구 지침을 바탕으로 EMP 방호대상별로 1수준(전원차단 등)에서 3수준(10 GHz, 30~80 dB)으로 EMP 방호항목을 설정하였다. 또한 현재 군과 민간에서 사용되고 있는 다양한 EMP 방호대책을 전차와 지휘용장갑차 주요체계의 EMP 방호대상별로 구체화하고, 단위 무기체계별 EMP 방호소요를 도출함으로써 EMP 공격 시 피해를 최소화할 수 있도록 방안을 제시하였다.

이를 통해 EMP 환경하 전차대대의 생존성을 보장하고, 부대방호와 지휘통제 및 임무수행 여건을 보장하고자 하였다. 또한 전차대대와 유사하게 장비중심으로 편성된 포병부대, 정보통신부대 등 기타 전술제대의 단위 무기체계에 대한 EMP 방호수준 설정과 대상별 EMP 방호대책을 제시함으로써 EMP 방호능력 향상에 도움이 될 수 있을 것으로 기대한다.

그러나 향후 전차, 지휘용장갑차의 EMP 방호력 향상을 위해 건축적, 기계적 POE에 대한 방호대책 보완과 EMP 방호수준과 성능시험을 통한 구체적인 정량화가 필요하며, 단위 무기체계별 EMP 방호 뿐만 아니라 방탄·방폭, 화생방 등 복합 방호에 대한 종합적인 연구가 요구되어 진다.