최근 전장환경의 급격한 변화와 고도화된 과학기술로 인해 무기체계의 성능은 매우 발전되었으며 세계 각국은 고성능, 고효율의 최신 무기체계 개발에 역량을 집중하고 있다. 개별 무기체계에 대응하여 새롭게 개발된 무기체계는 기존 무기체계에 대한 패러다임을 뛰어넘어 새로운 개념과 운용방식을 요구하고 있다. 무기체계의 효과를 규명하고 검증하기 위한 수단으로 가장 적합한 것은 실제전장에 무기체계를 투입한 실기동 실험을 통해 효과를 분석하는 것이다. 그러나 무기체계 효과분석을 위해 실기동훈련을 계획하고 실시하는 것은 비용 뿐 아니라 군사력 동원면에 있어서 비효율적이고 부담이 높은 단점이 있으므로, 국방시뮬레이션 기술을 활용하여 저비용 고효율의 모의분석을 실시함으로써 계량적인 효과분석을 수행하고 수치화된 판단 근거를 제공하는 것이 보다 바람직하다고 할 수 있다. 본 고는 대대급 이하 소부대의 전장상황에서 지상군 단위무기체계의 효과 분석을 수행할 수 있는 국방 시뮬레이션 모형의 개발 방향을 제시한다.
향후 한국군의 전력발전을 위해 미래전 무기체계엔 대한 획득소요가 활발히 제기되고 있으며, 소요에 부응하기 위한 무기체계 효과분석이 요구되고 있다. 국내외적으로 이와 같은 미래전 무기체계 소요검증 및 효과분석을 위해 전투실험이 수행되고 있다. 현재 미래전 무기체계 분석수단으로 가상자료를 활용한 시뮬레이션이 널리 활용되고 있으며, 시뮬레이션을 활용한 전투실험은 향후 개발될 무기체계의 특성자료를 기준으로 실제 전장환경과 동일한 조건에서의 시뮬레이션을 통해, 각 무기체계의 효과를 정량적으로 분석할 수 있기 때문이다. 본 연구는 이와 같은 미래전 무기체계 효과분석시 활용될 수 있는 시뮬레이션 모형 활용기법을 제안하여 전투실험의 효과를 검증하고, 한국군의 미래 모의분석체계 발전에 기여하고자 한다.
본 연구는 무기체계의 단위비용을 고려한 K2(KC와 KAMD) 체계의 효과분석을 수행하였다. 단일 KC와 다중(고층 및 저층) KAMD를 가정하고, 각 체계에 임의의 무기체계를 설정하여 각각의 조합에 따라 총 12개의 시나리오를 작성하였다. 효과도는 전체 탄도미사일 위협 수량 대비 감소된 탄도미사일 위협의 비율로 정의하였으며, 비용은 발사된 무장의 수량과 단위비용으로 계산하였다. K2 체계의 효과도와 총비용은 몬테카를로 시뮬레이션을 1,000번 반복하여 추정하였다. 각각의 시나리오를 대안으로 하여 비용대 효과분석을 실시하였고, 효과고정법을 사용하여 최적 대안을 선정하였다. 연구 결과 KC 능력이 K2 체계의 방어 효과와 총비용을 결정하는 가장 중요한 요소였으며, 적정 수준의 저층방어체계를 갖춰야 요구되는 방어 효과를 달성할 수 있음을 확인하였다. 향후 연구에서 실질적인 무기체계 제원과 수명주기비용을 고려한 비용대 효과분석이 이루진다면 더욱 현실적인 분석이 가능할 것이다.
지향성 에너지 무기는 순간적으로 집중된 에너지를 특정한 방향으로 방사하여 적 전자장비를 교란하거나 과부하를 초래하는 무기체계이다. 이러한 지향성 에너지 무기체계의 성능을 결정하고, 설계를 수행함에 있어 표적에 대한 효과 분석은 중요한 고려 요소 중 하나이다. 본 논문에서는 대표적인 지향성 에너지 무기체계인 공중방어체계에 대한 효과도를 분석하였다. 이를 위하여 고출력 원형편파 피드혼을 적용한 반사판 안테나를 설계하고, 거리 별 유효면적에 인가되는 출력밀도를 시뮬레이션 툴과 프리스 공식을 활용하여 분석하였다. 이를 통하여 안테나 시스템 설계에 대한 유효성을 검증하고, 표적에 대한 지향성 에너지 무기의 효과를 확인하였다.
워게임 모형을 이용하여 다양한 전장환경과 부대편제하에서 전투모의를 실시함으로써 개별 무기체계가 전투효율에 미치는 정도를 판단할 수 있다. 워게임은 부대간의 상호작용과 무기체계 효과, 전투력수준간의 비선형적인 요소들을 반영할 수 있다. 또한 모의 분석결과는 무기체계의 비용대 효과분석 및 소요 산출과 운영개념 정립 등에 활용될 수 있다. 특히, JANUS 모형은 개별 무기체계에 대한 상세한 특성자료를 반영하고 수십 미터 단위의 해상도를 갖는 수치지형자료를 사용할 뿐만 아니라, 세밀한 전투모의 논리로 구성되어 있기 때문에 지상 무기체계의 효과 분석에 매우 적합하다. 본 고에서는 JANUS 모형의 일반적인 특징과 모형 운용을 위해 필요한 입출력 자료를 소개하고 전투효율 분석 방법에 대해 설명하고자 한다.
모델링 및 시뮬레이션 기술은 실 전장 환경과 유사한 실험환경을 컴퓨터상에 구성하여 무기 체계에 대한 효과도를 효율적으로 실제와 유사하게 분석 할 수 있도록 한다. 그러나 기 개발된 무기체계 모델들은 각 시뮬레이션 목적에 맞도록 편중 개발되어 재사용성이 낮으며, 개발된 무기체계 모델을 수행하기 위한 모의엔진의 구조도 서로 상이하여 확장성 측면에서 한계를 갖고 있다. 본 논문에서는 무기체계 분석을 위해 국방 M&S 모의 엔진에서 제공해야 할 요구사항을 식별하고, 식별된 요구사항을 반영하는 모의 엔진의 소프트웨어 아키텍처를 정의한다. 정의된 아키텍처는 모델러에게 사용상 편이성을 제공하고, 컴포넌트 기반의 재사용, 다양한 사용자 범주, 최대화된 연동능력, 모델링 및 시뮬레이션 전체 단계에 걸친 재사용을 지원하도록 설계 되었다.
무기체계 효과도 분석을 위한 통합 시뮬레이션 엔진은 모델의 개발부터 시뮬레이션 수행 및 분석에 이르는 모델링 및 시뮬레이션 전 단계에 걸쳐 도구와 서비스 및 인터페이스를 제공해야 한다. 다양한 국방 통합 시뮬레이션 엔진을 제공하고 있는 국외와는 달리, 국내에서는 자체적인 분산 실시간 모의체계 엔진에 대한 연구 및 개발이 미흡하여 무기체계 M&S(Modeling and Simulation) 활동 시 유사 업무가 반복되고 있는 실정이다. 본 논문에서는 국외의 기 개발된 국방 M&S 모의엔진의 서비스를 비교 분석하여 무기체계 효과도 분석을 지원하기 위한 통합 시뮬레이션 엔진인 OpenSIM(Open Simulation Engine for Interoperable Model)을 소개하고, OpenSIM에서 제공하는 서비스의 범위 및 내용을 정의한다. 정의된 서비스는 모델링 실행 분석에서 공통적으로 많이 사용되는 클래스, 함수 및 데이터 등을 구현하여 프로그래밍의 복잡도를 감소시킬 수 있다.
무기체계 효과도 분석은 시뮬레이션 기반 획득 단계에서 합리적 의사결정을 지원하기 위한 수단 중 하나이다. 무기체계의 효과도는 환경과 교리 등 복합적인 요소에 영향을 받는 지표이며 주요 관심 이슈에 따라 다르게 정의될 수 있다. 이로 인해 무기체계 효과도 분석은 공통적인 조건과 환경 상에서 다양한 대안에 관한 비교 실험을 요구한다. 이에 본 연구는 리플렉션 기법을 활용하여 모의 구조를 효율적으로 재구성할 수 있는 방법을 제안한다. 제안하는 방법은 DEVS(Discrete EVent System specification) 형식론을 기반으로 하며 모의 개체의 동적 플러그인을 통한 구조 및 환경 재구성을 포함하며 이를 통해 다양한 대안 요구를 다룰 수 있는 효과도 분석 환경을 구상하고자 한다.
무기체계 효과도 분석을 위한 국방M&S 분야는 실 전장환경과 유사한 무기체계 실험 환경을 제공하는 현실적인 수단으로 인정받고 있다. 국방 분야에서 군의 전투개념이 플랫폼 중심 전투(PCW, Platform Centric Warfare)에서 네트워크 중심전투(NCW, Network Centric Warfare)으로 변화됨에 따라 무기체계 효과도 분석 및 이의 군사적 활용에서 스마트폰을 적용하려는 시도가 많이 이루어지고 있다. 그러나 국방 M&S분야의 무기체계 효과도 분석 시, 기존 모델을 스마트폰에 적용하기 위해 클라이언트/서버 방식으로 재작성 해야 하는 비용, 특정 기기 및 OS에 따른 중복 개발 비용, 대규모 데이터 교환방법 및 보안의 부재는 무기체계 효과도 분석에 스마트폰의 사용을 어렵게 만든다. 본 논문에서는 스마트폰을 무기체계 효과도 분석에 활용하기 위한 Smartphone Adaptor를 설계하고 구현한다. Smartphone Adaptor는 스마트폰의 GPS, motion정보 등과 같은 입력 데이터를 시뮬레이터에 전달하고 시뮬레이터로부터 시뮬레이션 진행상황 및 결과값을 받는 일련의 과정을 자동화하여 모델 작성비용을 절감한다. 또한 JSON과 SEED암호화 알고리즘을 통해 보안이 필요한 데이터에 대한 효율적 전송이 가능하도록 하였다. Smartphone Adaptor는 무기체계 효과도 분석 과정을 지원하는 통합시뮬레이션 엔진인 OpenSIM(Open Simulation engine for Interoperable Models)에 적용되었다. 본 논문에서는, 화생방 시뮬레이터에 스마트폰을 Live장비로서 활용하는 예제를 통해, 국방 M&S를 위한 Live 시뮬레이션 제작에 Smartphone Adaptor가 효과적으로 상용될 수 있음을 보인다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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