A Study on the Development Multi-Layered EMP Protection System for ICT-Based Weapon System

ICT 기반 무기체계를 위한 EMP 다중 방호체계 개발 방안

Abstract

With the advancement of Information Communication Technology(ICT), the integration of advanced electronic and communication equipment, including radar and LiDAR, into conventional weapon systems is increasing. Additionally, to support faster situation awareness and decision-making, ICT-based weapon systems, such as intelligent command and control systems, UAVs, drones, unmanned tanks, and unmanned surface vehicles, are rapidly being developed and deployed. Meanwhile, the development of electronic warfare equipment to prevent the intrusion of UAVs and drones is also on the rise. ICT-based advanced weapon systems are vulnerable to physical attacks, cyber-attacks, and electronic warfare, such as electromagnetic pulses(EMPs). EMPs generated by nuclear explosions or EMP bombs can cause varying degrees of damage to ICT equipment, ranging from simple errors to complete destruction, depending on the electric field intensity. Although there are measures in place to meet electromagnetic compatibility(EMC) standards for ICT-based advanced weapon systems, there are still insufficient measures to protect against EMP attacks. This paper analyzes potential EMP attack scenarios and the expected damage patterns, and proposes a development process for an EMP protection system, as well as a plan for a multi-layered protection system to ensure the survivability of ICT-based weapon systems.

정보통신기술(Information Communication Technology, ICT)의 발전으로 기존 무기체계에 레이더, LiDAR를 비롯한 첨단전자·통신장비의 탑재가 증가하고 있다. 또한 빠른 전장상황 인식 및 결심지원 등을 위해 지능형 지휘통제체계를 비롯해 UAV, 드론, 무인전차, 무인수상정 등 무인체계를 중심으로 ICT 기반의 첨단 무기체계들이 빠르게 개발, 전력화되고 있다. 한편으로 UAV, 드론 등의 침입을 방지하기 위해 전자공격 장비들의 개발 또한 증가하고 있다. ICT 기반의 첨단 무기체계는 적의 물리적 공격, 사이버 공격 및 고출력 전자기파(Electromagnetic Pulse, EMP) 등 전자공격에 의해 피해가 발생한다. 특히 핵폭발이나 EMP 폭탄으로 발생하는 고출력 전자기파는 전계 강도에 따라 ICT 장비의 단순 오류부터 완전 파괴에 이르기까지 다양한 피해를 초래할 수 있다. 그러나 ICT 기반의 첨단 무기체계는 전자기적합성(Electromagnetic Compatibility)을 충족하는 수준의 대책은 있으나 EMP 공격을 방호하기 위한 대책은 아직 충분히 마련되지 않고 있다. 본 논문에서는 EMP 공격 시나리오와 예상 피해 양상을 분석하고, ICT 기반 무기체계의 생존성을 확보하기 위한 EMP 방호체계 개발 프로세스 및 다중 방호체계 개발 방안을 제시한다.

1. 서론

정보통신기술(ICT, Information Communication Technology)의 발전은 각국의 국방체계에 혁신적인 변화를 가져오고 있다. 기존의 ICT는 지휘통제 및 통신체계(C4I체계) 위주로 활용되어 왔으나, 최근 인공지능, 빅데이터, 초연결 네트워크 기술 등의 첨단 ICT는 무인항공기, 무인전차, 무인 수상정 등 무인체계의 발전과 함께 무기체계의 전반에 걸쳐 빠르게 확산하고 있다[1, 2].

ICT의 무기체계 적용이 급격한 증가는 전장상황 인식, 지휘결심 등의 효율성을 극대화하는 동시에 새로운 위협을 초래하고 있다. 각종 무기체계에 레이더, LiDAR 등의 첨단 센서와 C4I체계 단말기, 데이터 전송을 위한 통신장비, 무인체계의 제어장비를 비롯한 다양한 ICT 기반의 장비를 탑재하고 있어, 전통적인 물리적 전투 외에도 사이버 공격, 전자기파(EMP) 공격 등 비대칭적 위협에 취약하다. 특히 고출력 전자기파(EMP) 공격은 핵폭발이나 EMP 폭탄 등을 통해 방대한 지역에 걸쳐 발생할 수 있으며, ICT 기반의 무기체계에 치명적인 손상을 입힐 수 있다[3]. 최근에는 러시아-우크라이나 전에서 드론이 적극적으로 활용되고 있어 소프트킬 방식의 사이버공격, EMP를 활용한 하드킬 방식의 드론 방호체계의 개발 또한 증가하고 있으며, 중국의 경우 적 위성에 대한 EMP 공격 장비를 운용하고 있다[4].

EMP 공격은 짧은 시간 내에 강력한 전자기파를 방출하여 전자장비, 통신장비, 발전기 등의 회로 및 반도체에 직․간접적인 피해를 준다. EMP 공격은 핵 폭탄을 이용하는 핵 EMP 공격과 EMP 폭탄, EMP Gun 등을 활용한 비핵 EMP 공격으로 구분할 수 있다. 이 중 핵 EMP 공격은 고고도에서 핵폭탄을 폭발시켜 수백 km에 이르는 넓은 지역에 걸쳐 파괴적인 영향을 주는 공격 방식이며, 비핵 EMP는 EMP 폭탄, EMP 총, IED 등을 활용하여 특정 국가 및 군사시설이나 전기․통신 기반시설 등에 피해를 주기 위한 공격방식이다[8].

이러한 눈에 보이지 않는 공격은 전자기파로 타격을 입히기 때문에 사전에 예측하고 방어하는 것이 어렵다. 특히 무기체계의 핵심인 사격통제장치, GPS, 제어용 컴퓨터 등이 회로 및 반도체로 구성되어 있어 EMP 공격이 발생할 경우 ICT 기반의 무기체계는 피해를 입게 된다[5, 6, 7]. 이러한 EMP 공격의 피해는 회로 손상으로 인해 적시적인 사격제한, 지휘통신의 두절, 전원 공급 제한 등 군사작전 능력의 급격한 상실을 초래하고 전자장비가 순간적인 오류 발생, 회로 이상, 영구적 파괴 등이 발생하는 등 군사작전의 실패로 이어질 것이다.

이렇듯 군사작전에 큰 영향을 끼치는 EMP 공격은 현재까지 EMP 방호는 주요 군사시설 방호에 국한되어 있으며, 증가하는 첨단 ICT 무기체계에 대한 EMP 방호체계는 준비가 미흡한 실정이다. 지상군용 장비는 MIL-STD-461G에 따라 50 V/m까지 견디도록 내성설계가 반영되어 있다. 이는 추가적으로 60dB 이상의 방호대책이 필요함을 의미하지만, 현재 이러한 기준을 충족하는 무기체계는 거의 없는 실정이다[9]. 현재의 무기체계들은 출입구, 안테나 인입구, 포신 등 다양한 인입구(Point of Entry, PoE)를 가지고 있어 60dB 이상의 EMP 방호성능을 갖추는 것은 기술적, 경제적으로 매우 어려운 일이다. 또한 ICT 장비는 점점 복잡해지고 있어 무기체계별 중요도가 다르므로 일괄적인 방호기준을 적용하는 것은 한계가 있다.

따라서 본 연구는 EMP 공격에 대응하기 위해 다층 방호체계를 개발하고, 이를 통해 무기체계의 생존성을 높이는 방안을 제시하는 데 그 목적이 있다. 본 연구의 이후 구성은 다음과 같다. 2장에서는 ICT 기반 무기체계의 현황을 살펴보고, 3장에서 다양한 EMP 공격 시나리오 및 예상 피해를 분석하며, 4장에서 ICT 기반 무기체계의 EMP 다중 방호체계 개발 방안을 제안한다. 마지막으로 5장에서 결론을 맺는다.

2. ICT 기반 무기체계의 현황

현재의 무기체계 구조와 기능은 크게 변화되고 있다. 기존의 무기체계는 주로 물리적인 공격력과 방어력에 의존했으나, 오늘날의 무기체계는 레이더, 전자장비, 통신장비 등 다양한 첨단 ICT 장비를 활용하여 전장을 보다 정교하게 통제하고 있다. 특히, 지휘통제통신, 감시정찰, 기동 및 화력지원과 같은 다양한 군사 분야에서 ICT의 역할은 필수적이다.

무기체계는 크게 지휘통제통신 무기체계, 감시 정찰 무기체계, 기동 무기체계, 함정 무기체계, 항공 무기체계, 화력 무기체계, 방호 무기체계, 사이버 무기체계, 우주 무기체계, 그 밖의 무기체계로 구분된다[10]. 이들 체계는 각각의 특성에 맞게 ICT 기술을 통합하여 효율적인 작전 수행을 가능하게 한다.

지휘통제통신 무기체계는 주로 전술 및 전략적 의사결정을 지원하며, C4I(지휘, 통제, 통신, 컴퓨터, 정보) 시스템의 핵심 요소로 기능한다. 이 무기체계에는 (그림 1)과 같이 다양한 통신장비와 데이터 전송 시스템이 포함되어 있으며, 네트워크를 통해 실시간으로 정보를 교환하여 명령을 전달하는 기능을 수행한다.

(그림 1) 다양한 지휘통제통신 무기체계

감시정찰 무기체계는 (그림 2)와 같이 열영상 장비, 레이더, UAV 등 다양한 감시 및 탐지 장비를 포함한다. 이러한 장비들은 카메라, 전파 탐지 등의 방법을 통해 적의 동태를 파악하고, 실시간으로 정보를 제공하여 전장 상황을 정확하게 인식하는 역할을 하며 이를 토대로 지휘관의 결심을 지원한다. ICT 기술의 발전으로 인해 감시정찰 무기체계의 정확성과 신뢰성은 점점 더 높아지고 있다.

(그림 2) 감시정찰 무기체계 및 레이더

기동 무기체계는 전차, 장갑차, 무인차량 등 군사 기동 장비를 포함한다. 전차는 내부에 다수의 전시기와 사격통제 컴퓨터, 통제판, 무전기 등이 있으며, 지휘용 장갑차는 C4I체계 단말기, 전시기, 무전기 등을 탑재하고 있다. 기동 무기체계는 실시간 정보 교환을 통해 전장 상황에 신속하게 대응하여 적에게 타격을 주는 무기체계이며, 무인전차, 다목적 무인차량 등 무인 기동 무기체계 또한 증가하고 있다.

항공 및 함정 무기체계는 공중과 해상에서의 작전을 지원한다. 전투기는 비행제어컴퓨터, 임무컴퓨터, 레이더, 표적추적장비, 전자전장비 등의 ICT 기반 장비를 탑재하고 있으며, 함정 무기체계 내에는 C4I체계, 네트워크장비, 레이더를 비롯한 ICT 장비와 함포 등의 화력 무기체계를 탑재하고 있는 종합 시스템이다. 항공 및 함정 무기체계 또한 공격용 및 다목적용 무인항공기, 무인수상정 및 무인잠수정과 같은 무인 무기체계도 점차 발전하고 있다.

이러한 무기체계는 ICT를 기반으로 하여 작전 효율성을 극대화하지만, 동시에 EMP 공격에 기능이 마비되거나 손상되는 등 매우 취약한 특성을 가진다.

3. EMP 공격 시나리오 및 예상 피해

EMP 공격은 현대 군사작전에서 중요한 비대칭적 위협 요소이다. EMP는 순간적으로 강력한 전자기파를 방출하여, 그 범위 내에 있는 전자장비의 SW적 오류 또는 회로, 장비 자체를 손상시킬 수 있다[3, 7]. 이러한 EMP 공격 시나리오는 크게 핵 EMP(NEMP) 공격과 비핵 EMP(NNEMP) 공격으로 나눌 수 있다. 본 장에서는 EMP 공격 시나리오와 그에 따라 ICT 기반 무기체계가 받을 수 있는 예상 피해에 대해 살펴본다.

3.1 EMP 공격 시나리오

가장 먼저 고려할 수 있는 시나리오는 핵 EMP(NEMP) 공격이다. 핵 EMP 공격은 지상 상공 30 km 이상의 고도에서 핵폭발을 일으켜 대규모 EMP를 발생시키는 공격 방식이다. 2017년 국방과학연구소는 서울 상공 40km에서 160kt 규모의 핵폭발이 일어날 경우, 250km가 떨어져 있는 전북 군산과 동해안까지 약 10kV/m의 전계강도를 갖는 EMP가 전파된다는 시뮬레이션 결과를 발표하였다. 최근 북한은 핵무기를 활용한 선제공격 가능성을 지속적으로 시사하고 있다[11]. 지난 6월 한겨레신문은 스톡홀름 국제평화연구소 연례보고서를 토대로 북한의 핵탄두 추정 보유량을 50기로 보도하였다[12]. 대부분의 전자장비가 외부에 노출되어 있거나 EMP 방호설비가 없는 경우 전계강도 50V/m 까지 견딜 수 있다. 즉 대부분의 무기체계에 있는 회로들이 손상될 것임을 예상할 수 있다. 최악의 경우 서울, 대전, 광주, 대구와 같은 주요 도시 상공에서 동시 다발적으로 핵 EMP 공격을 감행할 경우, 남한 전 지역에 걸쳐 피해가 발생하는 것이다.

다음으로 비핵 EMP(NNEMP) 공격은 EMP 폭탄에 의한 공격, EMP Gun 또는 IED(Improvised Explosive Device) 등을 이용한 공격을 고려할 수 있다. 비핵 EMP 공격은 주로 특정 목표에 대해 집중적으로 이루어질 것이다. EMP 폭탄 공격은 국가 및 군사 중요시설의 상공에서 폭발시켜 일시적 또는 상당한 기간에 걸쳐 해당 시설의 기능을 마비시킬 수 있다. 이때 사용하는 EMP 폭탄의 폭발 높이나 발생하는 전계강도는 그 목표, 설정 효과 등에 따라 다양하게 변화할 수 있으며, 투발 수단 또한 미사일, 방사포, 유도무기, 자폭드론의 활용 등 다양하게 운용할 수 있다. EMP Gun 또는 IED를 통한 EMP 공격은 적의 전방 부대 또는 특수작전부대가 아군의 전방 부대의 장비를 무력화하거나 비교적 후방에 위치하는 통신소, 레이더 등의 시설/장비를 무력화/파괴하기 위한 목적으로 사용할 수 있다. 이러한 효과를 달성하기 위해서 EMP Gun은 수백 미터 이내에서 1 kV/m 이하, IED는 수 미터 이내에서 수십 ～ 수백 V/m 이하의 전계강도를 발생하도록 사용하는 시나리오를 고려할 수 있다.

3.2 EMP 공격에 따른 예상 피해

EMP 공격에 의한 ICT 기반 무기체계의 피해는 크게 1차 직접적인 장비 피해와 2차 간접 피해로 구분할 수 있다. 이러한 피해는 EMP 공격의 강도와 유형에 따라 달라지며, 특히 핵 EMP와 비핵 EMP의 특성에 따라 각기 다른 영향을 미칠 수 있다.

핵 EMP 공격은 고고도에서 핵폭발을 일으켜 광범위한 지역에 걸쳐 발생하는 고출력 전자기파로, 넓은 범위에 강력한 전계 강도를 형성한다. ICT 기반 무기체계가 받는 영향은 전계강도에 따라 달라지는데 낮은 전계 강도에서는 순간적인 오류나 장비 오작동이 발생하지만, 전계 강도가 높아질수록 장비가 영구적으로 손상되거나 파괴된다. 예를 들어, 전계 강도가 30 V/m일 때는 장비의 일시적인 기능 장애가 발생하지만, 1 kV/m 이상이 되면 주요 부품이 파손되고 전자장비가 완전히 기능을 상실할 수 있다[3]. 또한 마이크로프로세서 및 CMOS의 경우 5 ～ 15V 수준에서 피해를 입는다[7].

(그림 3)은 지상군의 주요 지휘통신체계장비인 전술정보통신체계(Tactical Information Communication Network, TICN)의 구성을 보여주고 있다. 차량 내부에 네트워크장비, 제어용 단말기, 교환기 등 다수의 ICT 장비가 있으며, 차량 외부에 안테나, 냉난방기 등을 탑재하고 있는 모습을 확인할 수 있다. 또한 전원 공급을 위한 발전기를 운용하고 있다. 이 체계에서 내부에 있는 장비들이 50V/m의 전계강도에 대한 내성을 가지고 있다고 하나 그 이상의 전계강도에 노출되면, 장비의 파손과 통신 두절이 발생할 수 있다.

(그림 3) 전술정보통신체계 장비 구성

또한 자주포, 전차, 무인체계 등은 엔진, 모터 등의 동력장비를 보유하고 있다. 엔진은 전원공급을 위한 선로를 가지고 있으며, 높은 전계강도의 EMP가 도달하는 경우 엔진 자체의 고장 또는 전선을 통해 각종 회로의 고장을 야기하는 등의 1차적 피해가 발생한다.

1차적 피해 외에도, 항공 무기체계(특히 무인기)는 핵EMP에 의해 동력 전달이 중단되면 추락할 수 있으며, 이는 2차 피해로 이어질 수 있다. (그림 4)는 무인기가 EMP 공격을 받아서 동력을 전달받지 못했을 때 발생할 수 있는 2차 피해를, (그림 5)는 화력 무기체계에 의한 2차 피해를 보여주고 있다. 항공 무기체계, 특히 무인기는 동력을 전달받지 못하는 경우 추락을 하게 되며, 추락 위치를 완벽하게 특정하지 못할 경우 지상의 시설, 장비 및 병력 그리고 민간 피해가 발생할 수 있다. 화력 무기체계인 자주포는 EMP 공격에 의해서 사격통제장치 및 사격제원계산기 등의 오류 발생, 고장으로 인해 최초 목표했던 적 부대가 아닌 아군 부대로 사격함으로써 2차 피해를 야기할 수 있다.

(그림 4) 무인항공기에 의한 2차 피해

(그림 5) 자주포에 의한 2차 피해

비핵EMP 공격은 국지적인 전자기파 공격으로, 특정 군사시설이나 무기체계에 집중된 피해를 발생시킨다. 비핵EMP는 핵EMP에 비해 전계 강도가 낮고, 상대적으로 작은 범위에서 피해를 일으키지만, 특정 목표에 대한 타격 효과는 여전히 강력하다. 그러므로 특정 군사 장비나 전자 시스템을 마비시키기 위해 사용되며, 지휘통신체계와 같은 중요한 전자장비가 공격목표가 된다. 예를 들어, 자주포와 같은 화력 무기체계는 비핵EMP에 의해 사격통제장치가 손상되거나 오류가 발생할 수 있으며, 이로 인해 지휘체계가 혼란에 빠질 수 있다. 이는 작전 수행에 치명적인 결과를 초래할 수 있다.

또한, 무인체계에도 큰 영향을 미친다. 무인기는 비핵EMP에 의해 전자장비가 마비되어 제어 불능상태에 빠질 수 있으며, 이는 추락이나 작전 실패로 이어질 수 있다. 비핵EMP의 국지적 피해는 제한적일 수 있으나, 고정밀 타격을 통해 C4I체계, 방공미사일 등 특정 군사장비 또는 관제탑, 무인기의 지상통제소, 노드통신소 등 중요 인프라에 치명적인 영향을 미칠 수 있다.

이와 같이 현대의 ICT 기반 무기체계는 EMP 공격에 의해 제어 불능 상태에 빠질 위험이 크다. 특히 지휘통신체계가 EMP 공격으로 마비될 경우, 전장상황 인식 능력이 제한되고, 적시적인 작전명령 전달이 어려워지면서 작전 실패로 이어질 수 있다.

그럼에도 불구하고 현재 우리 군은 EMP 방호 성능에 대한 구체적인 법적 기준이나 제도를 갖추고 있지 않으며, 미국 방위 표준인 MIL-STD-461G를 준용하고 있는 상황이다. 따라서 무기체계별 중요도, 방호 우선순위, 탑재 전자 장비 등을 기준으로, 핵EMP와 비핵EMP 공격에 따른 피해를 최소화할 수 있는 다층적인 방호 대책의 수립이 필요하다.

4. EMP 다중 방호체계 개발 방안

4.1 EMP 다중 방호체계 개발 고려 요소

특정 장비의 회로에 유기되는 전압은 EMP 발생장치의 전계강도를 통해 근사값을 구할 수 있다. 전계강도 E는 (식 1)과 같이 거리 d에 반비례하고, 주파수 f에 비례하며, 출력 P, 안테나 크기 A의 제곱근에 비례한다[13].

\(\begin{align}E=\frac{f \sqrt{120 \pi P A}}{c d}(c:\text {빛의 속도})\end{align}\)       (1)

그러나 적이 사용하는 EMP 폭탄, EMP Gun 등의 전자기파 발생장치의 출력, 안테나의 크기 등은 알 수 없는 요소이며, 거리 또한 폭발 등의 이상 징후가 발생했을 때 확인할 수 있다. 즉 ICT 기반의 무기체계를 EMP 공격으로부터 방호하기 위해서는 전계강도 50V/m의 기준 전계강도를 올리거나 이를 감쇠하기 위한 방법을 고려해야 한다.

EMP 공격으로 발생하는 전자기파의 전계강도를 감쇠하기 위해 고려할 요소는 EMP 차폐, EMP 필터, 그리고 EMP 저감 소재/설계 요소 등이다. EMP 차폐 기술은 무기체계 내부로 전자기파가 침투하지 못하도록 전자기파 자체를 차단하는 기술이다. 이는 패러데이 케이지(Faraday Cage) 원리를 활용하거나, 전자기파를 물리적으로 차단하거나 반사시키는 방식으로 설계된다. 현재 한국군은 합참, 작전사 등 중요 군사시설에 EMP 차폐설계를 반영한 시설을 운용하고 있다. 금속성 함체는 전자파 차폐효과를 얻을 수 있으며, 대부분의 무기체계는 금속성 재질을 사용한다. 그러나 무기체계는 완전한 함체가 아니며, 케이블 인입구, 출입구, 포탑의 회전부 등 다양한 인입구 혹은 개구부가 존재한다. 따라서 인입구 혹은 개구부에 대한 EMP 차폐효과는 기대하기 어렵다.

EMP 필터는 무기체계에 탑재하는 통신장비의 안테나케이블 및 각종 통제기와 연결된 제어케이블, 엔진/발전기/배터리 등 동력장비와 연결된 전원케이블 등을 통해서 전도되는 EMP를 차단하는 중요한 기술이다. EMP 필터는 전기적 신호의 흐름은 정상적으로 유지하면서 고출력 전자기파(EMP)의 영향을 차단함으로써 장비를 보호하게 된다. 그러나 안테나 케이블에 사용하는 EMP 필터는 통신신호를 감쇠하기 때문에 안테나용 EMP 필터의 경우 통신신호의 감쇠를 최소화할 수 있어야 한다[14].

또한, EMP 저감형 소재와 설계 기술도 중요한 요소로 작용한다. 예를 들어, 무기체계 외장도색에 EMP 저감 페인트를 사용하거나, 출입문 개방시 EMP 저감 커텐을 사용할 수 있다. 또한 서버나 라우터 등 네트워크 장비의 설치대(랙, Rack)을 EMP 저감 또는 차폐형으로 설치하는 방법 등이 있다. 또한 외부에 돌출될 수 밖에 없는 개구부에 허니컴 설계를 적용하여 공기의 순환을 보장하면서 EMP의 침투를 저감시키는 방법 등을 고려할 수 있다.

4.2 EMP 방호체계 개발 프로세스 구축

EMP 방호체계를 개발하기 위해서는 무기체계별 방호수준을 정립하고, EMP 필터, 차폐 기술, 방호 케이스 등 여러 기술적 요소를 다층적으로 결합해야 한다. 이를 위해서는 현재 정립되지 않은 EMP 방호체계의 개발 프로세스의 구축이 우선되어야 한다. 이에 본 논문에서는 무기체계별 EMP 방호수준 설정, 기술개발 및 실험, 무기체계별 EMP 기술 적용 및 성능 유지의 3단계 개발 프로세스를 제시한다.

4.2.1 1단계: 무기체계별 EMP 방호수준 설정

美국방부의 지휘통제시설에 대한 EMP 방호기준인 MIL-STD-188-125와 같은 군사표준을 무기체계에 일괄적으로 적용하기 위해서는 개발 기간, 예산이 과다 소요될 것이다. 따라서 무기체계별 중요도, 탑재한 ICT 장비의 종류/수량, 전자기파에 의한 영향 및 예상 피해 등을 고려한 EMP 방호수준 설정이 필요하다. 예를 들어 사단 또는 군단의 이동식 또는 차량형 지휘소처럼 C4I체계 서버 및 단말기를 다수 이용하고 군사작전에서 주요 임무를 수행하는 경우, 전장상황 인식을 위한 고성능 감시정찰 무기체계, 제공권 및 해상 확보를 위한 전투기, 함정 무기체계 등은 높은 수준의 EMP 방호성능을 부여한다. 반면, 단순 이동을 위한 C4I체계 단말기를 운용하고 작전지역이 좁은 소규모 부대의 지휘용 장갑차나 기동/대기동지원 장비 등은 상대적으로 낮은 방호성능 기준을 적용하는 방식 등이다. EMP 방호성능은 n차에 걸쳐 EMP를 저감한다고 할 때 (식 2)에 의해 산출되는 값을 그 기준으로 적용할 수 있다.

\(\begin{align}S E_{\text {total }}=\sum_{i=1}^{n} S E_{i}(d B)\end{align}\)       (2)

이러한 기준을 적용하기 위해서는 EMP에 의한 ICT 장비의 피해 정도 분석과 무기체계별 중요도 및 방호체계 적용 우선순위 연구 및 관련 법․제도 등의 정비가 필요하다.

4.2.2 2단계: EMP 방호 기술개발 및 실험

EMP 방호체계 개발 프로세스 2단계는 EMP 방호 기술을 개발하고 이에 대한 실험을 통해 무기체계별 적정 EMP 방호성능 기준을 검증하는 것이다.

ICT 기반 무기체계에 적용하기 위해 개발이 필요한 EMP 방호 기술은 EMP 저감형 소재와 설계 기술이다. 텐트형 또는 차량형 지휘소와 같은 군사시설은 수시로 인원이 출입하고 환기를 위해 환풍구, 냉난방기 등을 사용한다. 따라서 출입문, 환풍구, 냉난방기 등의 인입구 또는 개구부가 열려 있더라도 EMP를 저감할 수 있는 소재 및 설계를 반영하는 것이다. EMP 저감은 지휘소 또는 무기체계 상부에 설치하는 위장망으로부터 텐트, 무기체계 자체에 전자기파를 반사 또는 흡수할 수 있는 소재를 적용하는 방안이 있다. 또한 지휘소 및 무기체계 내부에서 ICT 장비를 보호할 수 있는 EMP 차폐 랙, 소형/경량화 차폐 함체 등을 적용할 수 있다. 케이블 인입구는 완전 밀폐형으로 구성하고 내․외부에는 비교적 저성능의 EMP 차폐 필터를 중복 적용할 수 있어야 한다.

특히 이동식 통신소인 노드통신소에서 사용하는 안테나 등은 통신신호의 감쇠로 인해 직접적인 EMP 방호가 어려운 부분이다. 따라서 (그림 6)과 같이 EMP 필터를 다중으로 적용하고, 안테나 케이블에 유도되는 현상을 방지하기 위해 케이블관을 마스트에 적용하는 등의 설계 반영을 고려할 수 있다. 또한 냉난방기, 환기구 등 밀폐가 불가능한 PoE는 허니컴 설계를 적용하여 EMP를 저감함으로써 피해를 최소화해야 한다.

(그림 6) 통신장비 안테나의 EMP 방호체계 예

이외에도 EMP 흡수 또는 반사용 도료 및 벽지, 각종 나사 조립에 의해 발생하는 미세한 인입구를 밀폐하기 위한 소재의 개발이 필요하다.

이후 실제 무기체계에 적용하여 EMP 방호성능이 요구수준에 충족하는지 실험을 통해 검증하여야 한다. 이를 위해서 기술개발이 이루어진 EMP 방호 소재 및 설계에 따른 모델링 및 시뮬레이션 기술의 개발도 이루어져야 한다. 이는 고비용의 무기체계에 직접적으로 EMP 방호성능 검증하는 것은 비용 대비 효과가 떨어지기 때문이다. 또한 무기체계의 EMP 방호성능 검증은 매우 비좁은 공간에서 이루어져야 하므로 초소형 측정장비 및 측정기술의 개발을 병행해야 한다.

4.2.3 3단계: EMP 방호기술 적용 및 성능 유지

개발된 EMP 방호 기술을 무기체계에 적용하고, 방호체계가 지속적으로 성능을 유지할 수 있도록 관리하는 단계이다. EMP 방호 기술을 적용한 후 시간의 경과, 사용 횟수 등에 따라 그 성능이 유지되는지 확인이 필요하다. 이를 위해 무기체계의 EMP 방호성능 측정 및 유지 보수 기준을 정립하고 주기적인 성능검증을 수행해야 한다. 성능검증 결과를 토대로 필요시 보강 또는 교체 등이 이루어져야 한다. 이를 통해 무기체계별 EMP 방호 수준이 저하되지 않도록 관리하는 것이다.

무기체계를 보호하기 위해 구축하는 유개호, 격납고 등의 군사시설에 최소한의 EMP 방호체계를 적용하는 것도 무기체계의 EMP 방호성능을 유지하기 위한 방법이다. 예를 들어, 미출동 상태의 자주포가 출입문이 개방된 상태로 유개호에 있는 경우 혹은 EMP 방호설계가 적용되지 않은 격납고에 전투기가 있는 경우에는 EMP 공격으로부터 무기체계를 방호할 수 없다. 따라서 무기체계가 대기 중인 상태에서도 EMP 공격으로부터 최소한의 보호를 받을 수 있어야 한다.

4.3 EMP 다중 방호체계 구축

무기체계는 다양한 환경, 운용조건 등으로 인해 하나의 기술이나 방식으로 EMP를 완벽하게 방호할 수 없다. 따라서 EMP 공격으로부터 ICT 기반 무기체계의 피해를 최소화하기 위해서는 EMP 다중 방호체계의 도입이 필수적이다.

EMP 다중 방호체계는 (그림 7)과 같이 자유공간 상에서의 EMP 발생 탐지/전파, 무기체계 인근에서의 EMP 저감, 무기체계 내부와 외부에서 EMP를 차단 또는 저감하는 모든 기술적 요소들이 결합된 방식을 의미한다. 이 중에서 가장 어려운 단계는 1단계 EMP 발생을 탐지 및 실시간 전파하는 것이다. EMP 발생을 탐지하는 센서 및 전파를 위한 통신장비가 가장 먼저 피해를 입을 수 있기 때문이다. 따라서 EMP 탐지/전파 장비는 가장 높은 수준의 방호성능을 보유해야 하며, 전파 방식에서의 기술적 고려 요소 또한 다양하게 분석해야 한다. 2단계의 EMP 저감형 위장망 사용은 정지 상태에서의 무기체계에만 적용할 수 있으며, 이동 중인 무기체계는 3단계 EMP 저감형 차폐체 및 설계 기술을 적용함으로써 피해를 최소화하는 것이다. 또한 4단계에서 이동 중 개방될 수 있는 출입구, 케이블 등으로 침투하는 EMP를 방호하기 위해 차폐 함체, 필터, 차폐 랙, 커튼 등을 적용하고, 마지막으로 ICT 장비의 자체 내성을 상향함으로써 피해를 최소화할 수 있도록 해야 한다.

(그림 7) EMP 다중 방호체계 구축 방안

이러한 EMP 다중 방호체계를 구축함으로써 EMP 공격으로 인한 피해를 단계적으로 줄일 수 있으며, 군사작전 능력을 최대한 유지할 수 있을 것이다. 그러나 이러한 EMP 다중 방호체계는 개발 단계에서부터 무기체계의 특성과 임무에 맞추어 설계되어야 하며, 실질적인 작전 환경에서 작동할 수 있도록 충분한 실험과 검증이 필요하다.

5. 결론

본 연구에서는 ICT 기반 무기체계가 EMP 공격에 취약하다는 점을 분석하고, 이를 방어하기 위한 실질적인 방호체계 개발 방안을 제안하였다. ICT 기술의 발전으로 인해 기존의 군사 시스템은 높은 효율성을 달성했지만, 그와 동시에 전자기적 위협, 특히 EMP 공격에 매우 취약해졌다. 특히 핵 EMP와 비핵 EMP는 ICT 기반 무기체계에 치명적인 영향을 끼쳐 군사 작전의 실패로 이어질 수 있다.

이러한 문제를 해결하기 위해 다양한 EMP 공격 시나리오와 그에 따른 예상 피해를 분석한 뒤, EMP 공격으로부터 무기체계를 보호하기 위해 EMP 필터, 차폐 기술, 보호 케이스 등의 다양한 기술적 요소를 결합하는 다층 방호체계의 필요성을 제기하였다. 또한, 무기체계별로 맞춤형 방호 수준을 설정하고, 각 무기체계의 특성에 맞는 방호 기술을 적용하였다.

본 연구는 EMP 방호 기술에 대한 개념적 접근에 중점을 두고 있어 실제로 이러한 방호체계가 얼마나 효과적으로 작동할 수 있는지에 대한 실험적 검증이 부족한 한계가 있다. 그리고 EMP 필터, 차폐 랙, 보호 케이스와 같은 기술들이 무기체계에 적용되었을 때의 정량적 데이터가 필요하며, EMP 공격의 방식과 방호 장비의 내구성을 고려한 추가적인 실험 연구를 진행하지 못한 한계가 있다.

하지만 본 연구에서 제시한 EMP 방호체계는 EMP 공격이 현실화되는 상황에서도 무기체계가 정상적으로 기능을 유지하고, 군사 작전의 연속성을 보장할 수 있도록 하는 방호기술의 발전 방안을 제시한 것이므로 향후 무기체계의 생존성을 크게 높일 수 있을 것으로 기대된다. 이는 다층 방호체계를 도입함으로써 전자기파 공격으로 인한 피해를 단계적으로 줄이고, 군사 시설의 방호 능력까지도 향상시킬 수 있을 것이다.

EMP 방호체계에 대한 연구는 국방 분야뿐만 아니라 민간 인프라 보호에도 적용될 수 있다. EMP 공격은 군사적 목표뿐만 아니라, 통신, 전력망, 금융 시스템 등 국가 기반 시설에도 치명적인 영향을 미칠 수 있으므로, 방호체계의 개발과 적용 범위를 확장하는 것이 국가 안보를 위한 중요한 과제이다. 그러므로 본 연구에 이어 EMP 방호체계에 대한 연구와 기술 개발이 지속적으로 이루어지기를 기대하며, 이를 통해 국방력 강화와 더불어 국가적 대응 능력을 향상시킬 수 있을 것이다.