[논문]비행경로각 조정에 의한 중거리 탄도미사일의 비행궤적 특성 해석

김지원; 권용수

doi:10.9766/kimst.2015.18.2.173

Abstract ▼ AI-Helper

North Korea has developed ballistic missiles over the past 30 years. It is believed that they have a variety of ballistic missiles more than 1,000. Because these ballistic missiles threaten South Korea directly, accurate analysis of them is essential. Flight trajectories of the ballistic missiles ar...

North Korea has developed ballistic missiles over the past 30 years. It is believed that they have a variety of ballistic missiles more than 1,000. Because these ballistic missiles threaten South Korea directly, accurate analysis of them is essential. Flight trajectories of the ballistic missiles are generally changed by means of adjusting payload weight, Isp, flight path angle, and cut-off time. The flight path angle is widely used to control the missile range. However it is difficult to predict the missile trajectory exactly in real operational environment because the missile could be launched according to its intention and purpose. This work analyzed the 1,000 km range MRBM's trajectory characteristics from adjusting flight path angle which is depressed as well as lofted method. The analysis of missile trajectory characteristics is based on the simulation of the missile trajectory model developed by KNDU research team.

주제어

AI 본문요약
AI-Helper

* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.

문제 정의

따라서 본 연구에서는 사거리 1,000 km급의 중거리 탄도미사일(MRBM)을 가정하여 탄도미사일 비행단계별 특성에 맞는 모델을 구축하고, 로프트 및 디프레스 방식의 폭넓은 적용을 통해 각각의 비행궤적에 대한 특성을 도출하고 이를 분석하였다. 또한 비행궤적 시뮬레이션 결과를 기반으로 SM-3, THAAD 및 PAC-3의 요격가능 영역과 유효요격시간을 도출하였다.
이러한 관점에서 본 연구는 탄도미사일의 연소종료시 비행경로각을 디프레스 방식과 로프트 방식으로 변화시켜 중거리 탄도미사일의 비행궤적에 대한 특성을 도출하고 이를 분석하였다. 로프트 방식과 디프레스 방식의 비행궤적은 각각 상이한 특성을 갖으며 탄도미사일의 운용자는 목적과 의도에 따라 발사 방식을 선택할 수 있기 때문에 방어자는 다양한 방식에 따른 특성을 이해하는 것은 필수적이다.

가설 설정

따라서 부스트 단계의 양력은 없다고 가정하였으며 본 논문에서 분석하는 탄도미사일은 사거리가 비교적 짧은 1,000 km급의 MRBM (Medium Range Ballistic missile)이므로 미사일의 비행 궤적이 지구 곡률의 영향을 거의 받지 않는다. 따라서 본 모델에서 지구는 곡률이 일정하고 자전하지 않는 완전한 구로 가정하였다. 또한 지구의 공전과 자전에 의한 효과는 고려하지 않았으며, 연소 종료시 탑재된 추진제는 완전히 연소한 것으로 가정하였다.
탄도미사일은 일반적으로 부스트 단계에서 양력의 영향을 최소화하기 위해 미사일의 수직축과 속도벡터의 방향이 거의 일치하도록 비행각을 유지시킨다. 따라서 부스트 단계의 양력은 없다고 가정하였으며 본 논문에서 분석하는 탄도미사일은 사거리가 비교적 짧은 1,000 km급의 MRBM (Medium Range Ballistic missile)이므로 미사일의 비행 궤적이 지구 곡률의 영향을 거의 받지 않는다. 따라서 본 모델에서 지구는 곡률이 일정하고 자전하지 않는 완전한 구로 가정하였다.
따라서 사거리가 800 km로 알려진 스커드-D(ER)[10]보다 작은 사거리로는 분석 대상 탄도미사일을 발사하지 않는다는 가정하에 비행경로각을 ±20°까지 조절하였다.
따라서 본 모델에서 지구는 곡률이 일정하고 자전하지 않는 완전한 구로 가정하였다. 또한 지구의 공전과 자전에 의한 효과는 고려하지 않았으며, 연소 종료시 탑재된 추진제는 완전히 연소한 것으로 가정하였다.
본 연구에서는 북한의 노동미사일과 유사한 사거리 1,000 km급 중거리 탄도미사일을 가정하여 이를 입력 파라미터로 사용하였으며 제원은 Table 1과 같다. 또한 탄도미사일에 대응하기 위한 요격미사일은 현재 탄도 미사일 방어체계의 지역방어(regional defense)에서 주로 사용되고 있는 대표적 요격미사일인 SM-3, THAAD, 및 PAC-3를 선정하였다.

제안 방법

따라서 여기에서는 Φbo변화에 따른 디프레스 궤적과 로프트 궤적의 경향성을 분석하기 위해 ±5° 간격으로 시뮬레이션 하였다.
따라서 본 연구에서는 사거리 1,000 km급의 중거리 탄도미사일(MRBM)을 가정하여 탄도미사일 비행단계별 특성에 맞는 모델을 구축하고, 로프트 및 디프레스 방식의 폭넓은 적용을 통해 각각의 비행궤적에 대한 특성을 도출하고 이를 분석하였다. 또한 비행궤적 시뮬레이션 결과를 기반으로 SM-3, THAAD 및 PAC-3의 요격가능 영역과 유효요격시간을 도출하였다. 이와 같은 연구는 한국의 미사일 방어체계 구축과 관련된 기초 연구로서 향후 북한 탄도미사일에 대한 위협분석과 대응방안 연구방법으로 활용될 수 있을 것이다.
또한 탄도미사일의 비행구간별로 이를 방어하기 위한 PAC-3, THAAD 및 SM-3 등 세 종류의 요격미사일을 선정하였으며, 각각의 요격미사일의 유효요격고도를 통과하는 탄도미사일의 비행시간을 분석하였다.
비행경로각 조절에 따른 탄도미사일의 비행궤적 결과를 해석하기 위해 비행경로각은 최소에너지 발사각인 37°를 기준으로 ±5°, ±10°, ±15°, ±20°로 세분화 하였다.
탄도미사일 비행궤적 해석은 국방대학교 SE&GWS 연구실에서 개발되어 사용하고 있는 모델을 사용하였다. 이 모델은 기존에 발표된 다양한 논문^[3,7-9]을 통해 검증되었고, 문헌상 나타난 다수 실제 비행궤적 파라미터와의 비교분석을 통해 신뢰성이 입증되었다.
한편 이러한 탄도미사일의 속도 및 가속도 시뮬레이션 결과에 따라 세 가지 요격미사일에 대한 유효요격고도를 분석하였다. SM-3의 유효요격고도는 중거리 탄도미사일의 중간단계 대부분 영역과 종말단계의 초기영역이다.

대상 데이터

본 연구에서는 북한의 노동미사일과 유사한 사거리 1,000 km급 중거리 탄도미사일을 가정하여 이를 입력 파라미터로 사용하였으며 제원은 Table 1과 같다. 또한 탄도미사일에 대응하기 위한 요격미사일은 현재 탄도 미사일 방어체계의 지역방어(regional defense)에서 주로 사용되고 있는 대표적 요격미사일인 SM-3, THAAD, 및 PAC-3를 선정하였다. 이에 대한 제원은 공개된 자료를 활용하였으며 Table 2와 같다.

이론/모형

따라서 일반적인 탄도미사일의 비행궤적은 연소종료 시점의 에너지량과 비행경로각 등에 의해 결정되기 때문에 페이로드 질량, 연소종료 고도 및 비행경로각의 변화에 따라 궤적이 변화된다. 본 논문의 분석 대상인 탄 도미사일의 비행경로각 조절은 Fig. 3과 같이 최소에너지(minimum energy) 방식, 로프트(lofted) 방식 및 디프레스(depressed) 방식을 사용하였다.
탄도미사일 비행궤적 해석은 국방대학교 SE&GWS 연구실에서 개발되어 사용하고 있는 모델을 사용하였다.

성능/효과

반대로 로프트 방식으로 발사된다면 THAAD의 유효요격시간은 감소하고, SM-3의 유효요격시간은 증가한다. 그러나 SM-3에 의해 방어할 수 있는 유효요격시간은 비행경로각의 변화에 관계없이 PAC-3나 THAAD에 비해 항상 큰 것으로 나타났다.
이론적으로 진공상태에서 항력 및 양력에 의한 영향을 제외하였을 때 최대사거리를 갖는 이상적인 발사각은 45°이나, 본 모델에서는 부스트단계와 종말단계에서의 추력과 항력이 고려되었으므로 Φ_bo이 37°일 때 최대사거리를 갖는 것으로 나타났다. 또한 예상한 것과 같이 로프트 방식으로 발사한 경우 정점고도는 증가하나 사거리는 감소했으며, 디프레스 방식으로 발사한 경우 정점고도와 사거리 모두 감소함을 보였다.
이론적으로 진공상태에서 항력 및 양력에 의한 영향을 제외하였을 때 최대사거리를 갖는 이상적인 발사각은 45°이나, 본 모델에서는 부스트단계와 종말단계에서의 추력과 항력이 고려되었으므로 Φbo이 37°일 때 최대사거리를 갖는 것으로 나타났다.
반대로 로프트 방식으로 Φ_bo가 커지면 SM-3의 유효요격시간이 증가하고, THADD의 유효요격시간은 감소하였다. 하지만 PAC-3의 경우 디프레스 방식으로 비행경로각이 감소되면 유효요격시간은 1초에서 3초로 증가함을 알 수 있었다.
한편 종말단계 구간의 비행거리는 Φbo가 작아질수록 증가하며, Φbo가 증가할수록 짧아짐을 알 수 있었다.

후속연구

로프트 방식과 디프레스 방식의 비행궤적은 각각 상이한 특성을 갖으며 탄도미사일의 운용자는 목적과 의도에 따라 발사 방식을 선택할 수 있기 때문에 방어자는 다양한 방식에 따른 특성을 이해하는 것은 필수적이다. 따라서 본 연구의 결과는 향후 탄도미사일 방어체계 구축의 출발점인 적의 위협평가에 대한 유용한 자료로 사용될 수 있을 것이다.
또한 비행궤적 시뮬레이션 결과를 기반으로 SM-3, THAAD 및 PAC-3의 요격가능 영역과 유효요격시간을 도출하였다. 이와 같은 연구는 한국의 미사일 방어체계 구축과 관련된 기초 연구로서 향후 북한 탄도미사일에 대한 위협분석과 대응방안 연구방법으로 활용될 수 있을 것이다.
그러나 탄도미사일의 비행시간이 짧아지기 때문에 탐지할 수 있는 시간이 줄어든다는 단점이 있다. 한편 공격자의 입장에서는 대기 저항의 영향을 많이 받는 대기권 내 비행시간이 길어지기 때문에 열에 의한 재진입체 손실문제를 고려해야 할 것이다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	탄도미사일의 비행궤적을 어떤 단계로 구분되는가?	1과 같이 지구의 중심을 하나의 초점으로 하는 타원궤적의 형태로 비행한다. 이러한 탄도미사일의 비행궤적은 미사일의 추진제가 연소되어 추력을 얻는 부스트 단계(boost phase), 외기권에서 대기의 저항 없이 자유비행하는 중간 단계(midcourse phase), 그리고 미사일이 대기권으로 재진입하여 목표지점까지 비행하는 종말단계(terminal phase)로 구분 된다.
	수직상승 단계에서 탄도미사일은 어떻게 비행하는가?	수직상승 단계는 탄도미사일이 발사된 직후 일정시간 동안 수직으로 비행하는 단계이다. 대기권을 비행하는 탄도미사일은 대기에 의한 항력의 영향을 받게 되므로 항력의 영향권에서 최대한 빠르게 이탈하기 위해 일정시간 수직으로 비행하게 된다. 일정시간 수직 상승을 한 탄도미사일은 무양력 선회단계에 진입하게 되며, 이 단계는 사전에 입력된 프로그램에 의해 선회 각이 결정되므로 프로그램 선회(program turn) 라고도 한다.
	탄도미사일 궤적을 결정하는 요소는 무엇인가?	탄도미사일은 입력 파라미터의 변화에 따라 다양한 궤적으로 비행할 수 있다. 탄도미사일 궤적은 연소종료 시점의 에너지량과 비행경로각에 의해 결정이 된다. 따라서 이러한 요소를 결정하는 페이로드 중량, 비행경로각, Isp(Specific Impulse) 및 연소시간 조정 등의 입력 파라미터를 적절히 조절하여, 발사의도와 목적에 따라 다양하게 운용할 수 있다.

참고문헌 (11)

H. Kim, K. Kim, G. Jeon, "A Requirement Assessment Algorithm for Anti-Ballistic Missile Considering Ballistic Missile's Flight Characteristics," Journal of the Korea Institute of Military Science and Technology, Vol. 14, No. 6, pp. 1009-1017, 2011.

원문보기 상세보기
H. Kwon, B. Lee, Y. Kim, K. Choi, "An Effectiveness Analysis of Anti-Ballistic Missile Launcher Arrangement for the Lower Tier Defense Against the Ballistic Missile," Journal of the Korea Institute of Military Science and Technology, Vol. 16, No. 5, pp. 590-597, 2013.

원문보기 상세보기
Y. Kwon, B. Choi, "Analysis of the Flight Trajectory Characteristics of Ballistic Missiles," Journal of the Misitary Operations Research Society of Korea, Vol. 32, No. 1, pp. 176-187, 2006.
Y. Kwon, "Technical Analysis and Assessment of North Korean Ballistic Missiles," Journal of National Defense Studies Vol. 56, No. 1, pp. 9-10, 2013.
W. Lee, "Ballistic Missile and Space Launch Vehicle of the World," Agency for Defense Development, p. 69, 2004.
Francis J. Hale, "Introduction to Space Flight," Prentice Hall, pp. 280-288, 1994.
Y. Kwon, J. Kim, K. Lee, "The Derivation of System Required Capabilities for the Successful Conduct of the Lower Tier BMD," Journal of the Misitary Operations Research Society of Korea, Vol. 37, No. 2, pp. 12-15, 2011.
J. Ahn, Y. Kwon, "Analysis of the Flight Trajectory Characteristics of Ballistic Missiles Depending on the Operational Parameters," Korea Association of Defense Industry Studies, Vol. 20, No. 2, pp. 119-136, 2013.
D. Wright, T. Kadyshev, "An Analysis of the North Korean Nodong Missile," Science and Global Security, Vol. 4, pp. 129-160, 1994

상세보기
Jane's Strategic Weapon Systems, "'Scud-C' Variant (Hwasong 6), 'Scud D' Variant(Hwasong 7, and 'Scud-ER')," 2012. 9.
Jane's Strategic Weapon System, "Ballistic missile Technologies and Performance Analysis," 2013. 11. 15.

내보내기 구분	파일저장 인쇄 메일전송
구성항목	기본정보 상세정보 관리번호, 논문명, 저널/프로시딩명, 저자 , 발행년, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, 발행기관 관리번호, 논문명, 대등논문명, 저자 , 저널/프로시딩명, 발행기관, 발행년, 발행언어, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, ISBN, ISSN, 주제분야, 키워드, 초록(한글), 초록(영문), 저자(소속기관)
저장형식	Text(ASCII format) Excel format RefWorks Direct Export RIS format (for Reference Manager, ProCite, EndNote), Scholar's Aids, Mendeley
메일정보	받는사람 (필수) @ 보내는사람 (선택) @ 제목 내용 KISTI 검색결과 이메일 서비스
안내	총 건의 자료가 검색되었습니다. 다운받으실 자료의 인덱스를 입력하세요. (1-10,000) 검색결과의 순서대로 최대 10,000건 까지 다운로드가 가능합니다. 데이타가 많을 경우 속도가 느려질 수 있습니다.(최대 2~3분 소요) 다운로드 파일은 UTF-8 형태로 저장됩니다. 파일의 내용이 제대로 보이지 않을실 때는 웹브라우저 상단의 보기 -> 인코딩 -> 자동선택 여부를 확인하십시오. ~ Text(ASCII format) Excel format

연합인증

비행경로각 조정에 의한 중거리 탄도미사일의 비행궤적 특성 해석
Analysis of Flight Trajectory Characteristics of the MRBM by Adjusting the Angle of a Flight Path 원문보기

Abstract ▼ AI-Helper

주제어

AI 본문요약
AI-Helper

문제 정의

가설 설정

제안 방법

대상 데이터

이론/모형

성능/효과

후속연구

질의응답

참고문헌 (11)

이 논문을 인용한 문헌

저자의 다른 논문 :

관련 콘텐츠

원문 보기

원문 URL 링크

오픈액세스(OA) 유형

이 논문과 함께 이용한 콘텐츠

AI-Helper ※ AI-Helper는 오픈소스 모델을 사용합니다.

선택된 텍스트

연합인증

비행경로각 조정에 의한 중거리 탄도미사일의 비행궤적 특성 해석 Analysis of Flight Trajectory Characteristics of the MRBM by Adjusting the Angle of a Flight Path 원문보기

Abstract ▼ AI-Helper

주제어

AI 본문요약 엑셀 다운로드 AI-Helper

문제 정의

가설 설정

제안 방법

대상 데이터

이론/모형

성능/효과

후속연구

질의응답

참고문헌 (11)

이 논문을 인용한 문헌

저자의 다른 논문 :

김지원 (4) 권용수 (40)

관련 콘텐츠

원문 보기

원문 URL 링크

오픈액세스(OA) 유형

이 논문과 함께 이용한 콘텐츠

AI-Helper ※ AI-Helper는 오픈소스 모델을 사용합니다.

선택된 텍스트

비행경로각 조정에 의한 중거리 탄도미사일의 비행궤적 특성 해석
Analysis of Flight Trajectory Characteristics of the MRBM by Adjusting the Angle of a Flight Path 원문보기

AI 본문요약
AI-Helper