[논문]항공기 운용 특성을 고려한 적정 운용 대수 산정 기준 연구

손영수; 김성우; 윤봉규

doi:10.9766/kimst.2014.17.1.041

문제 정의

F-X와 KF-X 사업은 국가의 경제적, 전략적으로 추진되는 사업이지만 기존 적정항공기 대수의 판단은 단기적이고 단순히 전투효과 지수와 항공기 대수에 비례한 방법을 활용하고 있다. 따라서 본 연구에서는 항공기 운영의 동적특성을 강조하여 운용 시점별로 피격률, 고장률, 수리율을 동시에 고려하고 작전시간을 반영한 항공기 적정대수 산출 방법을 제시하여 저비용으로 효과를 높일 수 있는 방법을 제시하고자 한다.
본 연구에서는 기존 적정항공기 대수의 판단에 있어 정적인 측면이 아닌 시간에 따른 변화를 반영하는 동적인 측면을 강조하여 연구를 수행하였다. 특히 피격률, 고장률, 수리율을 동시에 고려하고 작전시간을 반영한 운용률과 각 요소간의 결과를 정량적으로 산정하였다.

가설 설정

고장난 항공기는 정비팀(수리)에 의해 당일 수리를 하지만 임무에 즉시 투입될 수 없고 나머지 1대 항공기는 임무수행이 가능하고 고장과 피격의 가능성을 가지고 임무를 한다. 그리고 안전한 공간에서 수리중인 항공기는 피격이 일어날 수 없다고 가정한다. 또한, 3대의 항공기에서는 고장과 피격의 합이 3을 넘을 수는 없다고 가정한다.
그리고 안전한 공간에서 수리중인 항공기는 피격이 일어날 수 없다고 가정한다. 또한, 3대의 항공기에서는 고장과 피격의 합이 3을 넘을 수는 없다고 가정한다. 피격된 항공기는 임무에 투입될 수 없기 때문에 항공기가 줄어든 상태에서 임무를 실시한다.

제안 방법

그리고 전시에 고장률에 대한 관련 근거가 없기 때문에 피격률과 같이 동일하게 설정하였고, 수리율은 0.1∼0.5(10%∼50%)을 3단계(0.1, 0.3, 0.5)로 나누어서 자료를 분석하였다.
첫째 방법은 항공임무 판단서¹⁾의 임무수행 측면을 고려한 방법으로 한 · 미 연합전력으로 승리를 보장하기 위한 전투기 최소 소요 전력을 기준으로 적정대수로 판단하는 방법으로 가용 항공대수와 일일출격를 등을 고려한 방법이다. 두 번째 방법은 전력지수 비교를 통한 적정대수 판단하는 방법으로 전력지수는 전투효과지수에서 보유대수에 비례한 값으로 측정한다. 이런 방법은 항공기의 전력 지수만이 활용되므로 가용 항공기의 피격이나 고장과 같은 운용 특성을 고려하고 있지 못하는 단점이 있다.
본 논문의 전시의 시나리오를 가정하였으며 먼저 전시의 징후가 보이면 작전 표적에 대한 임무를 부여하기 위해 각 항공기의 개별변수(수리율, 고장률, 피격률)에 대한 운용률의 변화를 알아보고 둘째, 전시초 공중 주도권 확보를 위해 항공기 투입시 피격률과 고장률이 증가하면 이를 상쇄할 수 있는 수리율 변동에 대해 알아봤다. 셋째 전시 30일 경과한 시점에서 지휘관의 지시로 항공기 운용률을 80%이상 유지하기 위해 세가지 요소(수리율, 고장률, 피격률)의 관계를 알아보고, 마지막으로 생존성이 뛰어난 A Type 항공기와 수리율이 좋은 B Type 항공기가 출격했을 때 시간의 흐름에 따른 상대적인 비교를 통해서 운용률의 변화를 살펴봤다.
본 연구에서는 항공기 20대를 대상으로 3가지 요소에 따른 항공기 운용률의 변화를 분석하였으며 각 요소의 범위는 국내에 관련된 자료가 없어 Table 2를 참조하여 그에 따라 피격률, 고장률, 수리율의 범위를 설정하여 분석했다.
기존의 항공기 적정소요에 관한 연구나 재고나 기계의 적정대수를 결정하는 모형은 특정 임무(공대지, 근접항공지원)에 국한되어 분석을 수행하거나 시간에 따른 동적 특징을 반영하지 못해 전시 항공 전력의 적정 운용 대수 결정에는 충분한 정보를 제공하기 어렵다. 본 연구에서는 흡수 마코프체인(Absorbing Markov Chaion, MC)을 활용하여 적정항공기 대수의 판단에 있어 효과적인 운용률을 판단하기 위해 기존의 단기적이고 단순한 전투효과 지수와 비례하는 정적인 방법이 아닌 시점별로 의사 결정이 가능한 모형을 제시하였으며, 이를 활용하여 피격률, 고장률, 수리율과 항공기 대수와의 관계를 분석했다. 이를 위해 2장에서는 흡수 마코프 체인에 대한 개념을 살펴보고, 3장에서는 항공기 적정소요판단을 위한 모형을 제시한다.
본 장에서는 제 3장에서 제시한 모형을 바탕으로 피격률, 고장률, 수리율에 따른 항공기 운용률의 변화를 살펴보고 항공기 적정 소요에 대한 시사점을 살펴본다.
본 논문의 전시의 시나리오를 가정하였으며 먼저 전시의 징후가 보이면 작전 표적에 대한 임무를 부여하기 위해 각 항공기의 개별변수(수리율, 고장률, 피격률)에 대한 운용률의 변화를 알아보고 둘째, 전시초 공중 주도권 확보를 위해 항공기 투입시 피격률과 고장률이 증가하면 이를 상쇄할 수 있는 수리율 변동에 대해 알아봤다. 셋째 전시 30일 경과한 시점에서 지휘관의 지시로 항공기 운용률을 80%이상 유지하기 위해 세가지 요소(수리율, 고장률, 피격률)의 관계를 알아보고, 마지막으로 생존성이 뛰어난 A Type 항공기와 수리율이 좋은 B Type 항공기가 출격했을 때 시간의 흐름에 따른 상대적인 비교를 통해서 운용률의 변화를 살펴봤다.
본 연구에서는 기존 적정항공기 대수의 판단에 있어 정적인 측면이 아닌 시간에 따른 변화를 반영하는 동적인 측면을 강조하여 연구를 수행하였다. 특히 피격률, 고장률, 수리율을 동시에 고려하고 작전시간을 반영한 운용률과 각 요소간의 결과를 정량적으로 산정하였다. 따라서 본 논문은 첫째, 항공기 적정 소요를 산정함에 있어 전투효과지수만을 고려한 정적인 정보가 아니라 시간적인 요소를 고려한 동적 정보를 적용했고 둘째, 피격률, 고장률, 수리율을 동시에 고려하여 보다 현실적인 전장 상황을 묘사한 결과를 도출했으며 셋째, 의사결정이 필요한 시점에서 항공기 운용률을 제시할 수 있는 모형을 통해 지휘관이 원하는 시간에 적합한 정보를 제공하며, 차기 도입항공기를 기존항공기와 상대적인 성능 비교를 통해 운용률을 예상할 수 있다.

성능/효과

결과는 120일을 기준으로 한 운용률이 84.48%에서 75.93%, 63.1%로 8.55%, 12.83% 감소하였다. 운용률과 고장률은 반비례하며 고장률 상승으로 인한 항공기의 운용률에 미치는 영향이 수리율에 비해 상대적으로 큰 것을 알 수 있다.
결과는 120일을 기준으로 한 운용률이 84.48%에서 86.28%, 86.6%로 1.8%, 2.12% 상승하였다. 수리율의 상승으로 인한 항공기의 운용률에 영향을 미치는 정도가 미비하다는 것을 알 수 있다.
결과는 120일을 기준으로 한 항공기 운용률이 84.48%에서 24.71%, 3.72%로 59.77%, 80.76% 감소하였다. 피격률은 60일 부터 항공기 운용률이 급속히 감소하였으며 항공기의 운용률에 미치는 영향이 고장률, 수리율에 비해 상대적으로 가장 큰 것을 알 수 있으며 세가지 요소를 비교했을 때 항공기 운용률에 가장 많은 영향을 미치는 요소는 피격률, 고장률, 수리율 순임을 알 수 있다.
결과는 120일을 기준으로 한 항공기 운용률이 84.48%에서 25.79%, 25.99%로 58.69%, 58.89% 감소된 상태로 유지되었고 일정시점(60일)이후부터 항공기 피격률의 누적으로 인해 수리율의 상승으로 운용률 상쇄를 할 수 없음을 알 수 있다.
결과는 120일을 기준으로 한 항공기 운용률이 84.48%에서 78.8%, 82.02%로 5.6%, 2.4% 감소된 상태로 유지됨을 알 수 있고, 수리율의 상승으로 운용률을 일정부분 상쇄할 수 있음을 할 수 있다.
기존 적정항공기 대수의 판단은 전투효과 지수와 항공기 대수에 비례한 단기적이고 정적인 방법을 활용하고 있지만 본 연구에서는 동태적 측면을 강조하여 시점별로 피격률, 고장률, 수리율을 동시에 고려했다는 점과 위 세 가지 요인 중 가장 중요한 것이 피격률임을 도출했다는 점에 의의가 있다.
특히 피격률, 고장률, 수리율을 동시에 고려하고 작전시간을 반영한 운용률과 각 요소간의 결과를 정량적으로 산정하였다. 따라서 본 논문은 첫째, 항공기 적정 소요를 산정함에 있어 전투효과지수만을 고려한 정적인 정보가 아니라 시간적인 요소를 고려한 동적 정보를 적용했고 둘째, 피격률, 고장률, 수리율을 동시에 고려하여 보다 현실적인 전장 상황을 묘사한 결과를 도출했으며 셋째, 의사결정이 필요한 시점에서 항공기 운용률을 제시할 수 있는 모형을 통해 지휘관이 원하는 시간에 적합한 정보를 제공하며, 차기 도입항공기를 기존항공기와 상대적인 성능 비교를 통해 운용률을 예상할 수 있다.
피격률은 60일 부터 항공기 운용률이 급속히 감소하였으며 항공기의 운용률에 미치는 영향이 고장률, 수리율에 비해 상대적으로 가장 큰 것을 알 수 있으며 세가지 요소를 비교했을 때 항공기 운용률에 가장 많은 영향을 미치는 요소는 피격률, 고장률, 수리율 순임을 알 수 있다. 이는 전투기 결정에 있어서 전투생존력이 고장 및 수리와 같은 운용성능에 비해 상대적으로 중요하다는 결론을 도출할 수 있다.
76% 감소하였다. 피격률은 60일 부터 항공기 운용률이 급속히 감소하였으며 항공기의 운용률에 미치는 영향이 고장률, 수리율에 비해 상대적으로 가장 큰 것을 알 수 있으며 세가지 요소를 비교했을 때 항공기 운용률에 가장 많은 영향을 미치는 요소는 피격률, 고장률, 수리율 순임을 알 수 있다. 이는 전투기 결정에 있어서 전투생존력이 고장 및 수리와 같은 운용성능에 비해 상대적으로 중요하다는 결론을 도출할 수 있다.

후속연구

F-X/KF-X 사업에서는 위에 제시한 결과를 고려하여 항공기 기종 선택 및 도입대수를 판단한다면 운용률의 향상을 위해서는 수리율, 고장률 보다는 피격률에 대한 요소가 가장 큰 영향을 미치므로 방어성능, 스텔스 기능을 고려한 생존성이 높은 항공기를 선택해야 할 것이다. 그리고 상대적으로 피격률이 높은 전쟁 초기에는 피격률이 낮거나 수리율이 높은 항공기를 투입하고 일정시간 이후에는 피격률이 낮은 항공기를 투입하는 것이 항공기 운용률을 극대화 시킬 수 있는 방법이 될 것이다.
F-X/KF-X 사업에서는 위에 제시한 결과를 고려하여 항공기 기종 선택 및 도입대수를 판단한다면 운용률의 향상을 위해서는 수리율, 고장률 보다는 피격률에 대한 요소가 가장 큰 영향을 미치므로 방어성능, 스텔스 기능을 고려한 생존성이 높은 항공기를 선택해야 할 것이다. 그리고 상대적으로 피격률이 높은 전쟁 초기에는 피격률이 낮거나 수리율이 높은 항공기를 투입하고 일정시간 이후에는 피격률이 낮은 항공기를 투입하는 것이 항공기 운용률을 극대화 시킬 수 있는 방법이 될 것이다. 이런 점을 고려하여 항공기 적정소요 대수를 판단한다면 양적으로 우세한 북한 항공 전력에 대응하고 주변국의 고성능 전투기 확보에 대한 대응전략 뿐만 아니라 동시에 노후 전투기 도태전력을 대체할 수 있을 것이다.
또한 향후 연구에서는 대대급 전력(20대)이 아니라 운용률을 전구급/기종별 항공기 대수로 확장하고 이산 시간 흡수 마코프체인 뿐 만 아니라 연속시간 마코프 체인을 활용하여 교전중인 부대의 전투력을 예측하여 전장상황 및 전투력을 판단하는 연구가 필요하다. 또한, 현재 한국군에서 운용중인 전투기(KF-16 등)의 실제 수리율 및 고장률을 반영한다면 실무부대에 도움이 되는 현실적인 연구가 될 것으로 판단된다.
또한 향후 연구에서는 대대급 전력(20대)이 아니라 운용률을 전구급/기종별 항공기 대수로 확장하고 이산 시간 흡수 마코프체인 뿐 만 아니라 연속시간 마코프 체인을 활용하여 교전중인 부대의 전투력을 예측하여 전장상황 및 전투력을 판단하는 연구가 필요하다. 또한, 현재 한국군에서 운용중인 전투기(KF-16 등)의 실제 수리율 및 고장률을 반영한다면 실무부대에 도움이 되는 현실적인 연구가 될 것으로 판단된다.
그리고 상대적으로 피격률이 높은 전쟁 초기에는 피격률이 낮거나 수리율이 높은 항공기를 투입하고 일정시간 이후에는 피격률이 낮은 항공기를 투입하는 것이 항공기 운용률을 극대화 시킬 수 있는 방법이 될 것이다. 이런 점을 고려하여 항공기 적정소요 대수를 판단한다면 양적으로 우세한 북한 항공 전력에 대응하고 주변국의 고성능 전투기 확보에 대한 대응전략 뿐만 아니라 동시에 노후 전투기 도태전력을 대체할 수 있을 것이다.

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	F-X와 KF-X 사업으로 얻을 수 있는 효과의 예?	또한, F-X와 KF-X 사업은 도태전력의 공백을 최소화하여 국방 대비태세에 차질을 제거할 뿐만 아니라 대규모 투자효과 발 및 항공 산업 발전의 극대화를 도모할 수 있다. 첨단전력 증강, 선진군사기술 확보, 절충교역 확대, 방산수출 진흥 등 대규모 군사, 경제, 산업, 수출 효과 등 다양한 효과를 거둘 수 있다.
	전투기에서 필수적인 것?	전투기는 공군의 핵심전력으로 적정 대수와 높은 운용 가용도를 유지하는 것이 필수적이다. 최근 군(軍)은 노후 전투기를 대체하고 신규 전투기를 구매하고자 F-X 3차 사업을 진행 중에 있다.
	최근 군(軍)은 노후 전투기를 대체하고 신규 전투기를 구매하고자 어떤 사업을 진행중인가?	전투기는 공군의 핵심전력으로 적정 대수와 높은 운용 가용도를 유지하는 것이 필수적이다. 최근 군(軍)은 노후 전투기를 대체하고 신규 전투기를 구매하고자 F-X 3차 사업을 진행 중에 있다. 그리고 한국형 전투기를 위한 체계개발을 위하여 준비 중이다.

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