국가기반시설 물리적 방호체계 운영개념 및 설계방법 개선방안 연구: 원자력발전소를 중심으로 A Study on the Concept of Operations and Improvement of the Design Methodology for the Physical Protection System of the National Infrastructure - Focused on Nuclear Power Plants -원문보기
한국의 국가기반시설은 시설규모가 증가하고 밀집되어 강화된 북한의 국지도발, 테러공격을 위한 풍부하고 매력적인 잠재적 표적으로 식별될 것이다. 또한 드론위협, 주 52시간 근무제도에 따른 경비병력 부족 등의 보안환경 변화에 따라 현 물리적 방호체계에 대한 유효성과 적절성을 재평가하고 전환을 고려할 시점으로 사료된다. 본 연구에서는 국가기반시설 중 원자력발전소의 외곽 물리적 방호체계에 집중하여 국가 기반시설 외곽 물리적 방호체계의 전환 방향과 개선방안을 운영개념 및 설계 방법론 측면에서 연구하였다. 원자력발전소에 집중하는 이유는 원자력발전소는 피해 시 전기발전 중단의 단기적인 피해와 함께, 방사능 물질 유출과 오염에 따르는 광범위하고 장기적인 피해가 발생하므로 가장 높은 보안수준을 필요로 하기 때문이다. 개선방향 도출 목표로 국내 연구동향과 국내·해외 관련법을 종합 검토하고 한국의 특수성을 고려하여, 과학화, 기동화, 유연성으로 운영개념을 재설정하고 체계전환의 기준을 수립하였다. 새로운 외곽 물리적 방호체계의 기술적 성능개선을 위하여 개별설계에서 탈피, 고신뢰성·다방법론 기반의 통합설계 방법론 적용방안을 연구하고 구매제도 개선 및 해외 수출, 타(他)국가기반시설로의 확대적용을 제언한다.
한국의 국가기반시설은 시설규모가 증가하고 밀집되어 강화된 북한의 국지도발, 테러공격을 위한 풍부하고 매력적인 잠재적 표적으로 식별될 것이다. 또한 드론위협, 주 52시간 근무제도에 따른 경비병력 부족 등의 보안환경 변화에 따라 현 물리적 방호체계에 대한 유효성과 적절성을 재평가하고 전환을 고려할 시점으로 사료된다. 본 연구에서는 국가기반시설 중 원자력발전소의 외곽 물리적 방호체계에 집중하여 국가 기반시설 외곽 물리적 방호체계의 전환 방향과 개선방안을 운영개념 및 설계 방법론 측면에서 연구하였다. 원자력발전소에 집중하는 이유는 원자력발전소는 피해 시 전기발전 중단의 단기적인 피해와 함께, 방사능 물질 유출과 오염에 따르는 광범위하고 장기적인 피해가 발생하므로 가장 높은 보안수준을 필요로 하기 때문이다. 개선방향 도출 목표로 국내 연구동향과 국내·해외 관련법을 종합 검토하고 한국의 특수성을 고려하여, 과학화, 기동화, 유연성으로 운영개념을 재설정하고 체계전환의 기준을 수립하였다. 새로운 외곽 물리적 방호체계의 기술적 성능개선을 위하여 개별설계에서 탈피, 고신뢰성·다방법론 기반의 통합설계 방법론 적용방안을 연구하고 구매제도 개선 및 해외 수출, 타(他)국가기반시설로의 확대적용을 제언한다.
As the scales & density of the Korean national infrastructures have been increased, they will be identified as rich and attractive potential targets for intensified North Korea's attack in the rear region and terrorism attack. In addition, due to changes in security environment such as drone threats...
As the scales & density of the Korean national infrastructures have been increased, they will be identified as rich and attractive potential targets for intensified North Korea's attack in the rear region and terrorism attack. In addition, due to changes in security environment such as drone threats and lack of security forces under the 52-hour workweek law, I think that it is the proper time point to reevaluate the effectiveness and appropriateness of the current physical protection system and its shift to a new system. In this study, the direction and improvement of the perimeter physical protection systems of the national infrastructures are to be studied from the viewpoints of its concepts of operations and design methodology, focusing on the nuclear power plant. The reason why we focus on nuclear power plants is because they cause wide-range and long-term damages caused by radioactive materials disperal and pollution, along with short-term damage caused by the interruption of electricity generation in the event of damage to nuclear power plants. With the aim of extracting improvement directions, as we will comprehensively review domestic research trends and domestic·overseas related laws, and consider Korea's specificity, we try to reframe the concept of operation - systematization, mobilization and flexibility -, and establish criteria on system change. In order to improve the technical performance of the new perimeter physical protection system, we study on high-fidelity·multi-methodology based integrated design methodology, breaking from individual silo-type design methods, and I suggest improvement of government procurement, its expansion to export business and other national infrastructure.
As the scales & density of the Korean national infrastructures have been increased, they will be identified as rich and attractive potential targets for intensified North Korea's attack in the rear region and terrorism attack. In addition, due to changes in security environment such as drone threats and lack of security forces under the 52-hour workweek law, I think that it is the proper time point to reevaluate the effectiveness and appropriateness of the current physical protection system and its shift to a new system. In this study, the direction and improvement of the perimeter physical protection systems of the national infrastructures are to be studied from the viewpoints of its concepts of operations and design methodology, focusing on the nuclear power plant. The reason why we focus on nuclear power plants is because they cause wide-range and long-term damages caused by radioactive materials disperal and pollution, along with short-term damage caused by the interruption of electricity generation in the event of damage to nuclear power plants. With the aim of extracting improvement directions, as we will comprehensively review domestic research trends and domestic·overseas related laws, and consider Korea's specificity, we try to reframe the concept of operation - systematization, mobilization and flexibility -, and establish criteria on system change. In order to improve the technical performance of the new perimeter physical protection system, we study on high-fidelity·multi-methodology based integrated design methodology, breaking from individual silo-type design methods, and I suggest improvement of government procurement, its expansion to export business and other national infrastructure.
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문제 정의
개선방안으로서 위협을 재정의하고 특히, 드론과 같은 신규위협을 포함하여 새로운 원자력발전소 물리적 방호체계 설계 고려사항을 식별하고자 한다. 북한과 대치하는 한국의 정치⋅사회적 특수성으로 한국의 원자력발전소 관련 물리적 방호기준 외 통합방위법도 적용받고 있는데 원자력발전소 및 국가중요시설 보안요구사항을 충족하는 한국형 원자력발전소 물리적 방호운영 개념을 재설정하고 새로운 원자력발전소 외곽 물리적 방호체계로의 전환과 개선을 위한 고신뢰성⋅다방법론 기반 통합설계방법론을 제시하고자 한다.
또한 국내⋅해외 물리적 방호체계의 법, 규정, 표준 등을 종합검토하여 한국의 특수성과 국제 원자력발전소 보안요구사항을 충족하는 분석평가⋅개선대책의 기준을 제시하고자 한다.
또한 적의 침입을 연속적으로 탐지·추적할 수 있도록 고정 감시카메라 및 구동형 감시카메라복합의 다단계 연속감시망을 적용하고 드론과 같은 새로운 위협 대응을 위한 열영상 감시시스템 운영도 제안하고자 한다.
미국과 한국 원자력발전소의 물리적 방호체계를 비교하여 국제 기준을 충족하면서도 한국의 안보 특수성, 국방 및 사회, 기술 등을 고려한 한국형 원자력 발전소 물리적 방호 운영개념을 검토하고자 한다.
그야말로 한국의 원자력발전소, 나아가 국가기반시설의 물리적 방호체계는 새로운 도전에 직면하여 중대한 체계전환의 시점이라 할 수 있다. 본 장에서는 외곽 물리적 방호체계 전환을 위하여 국내법, 국제규제 및 한국의 정치, 사회 특수성과 요구사항을 고려하여 운영개념을 재설정하고 새로운 물리적 방호체계로 개선발전을 위한 최신기술을 이용한 통합설계방법론을 제시하고 통합설계를 위한 제도적 개선방안도 함께 제안하고자 한다.
본 절에서는 물리적 방호체계 프로세스에 기반하여 물리적 방호 운영개념, 위협정의 및 외곽 물리적 방호체계 설계방법에 기인한 원자력 발전소 뿐만 아니라 국가기반시설, 민간시설의 공통적인 보안취약성을 설명하고자 한다.
본 절에서는 물리적 방호체계 프로세스의 영역(전체 프로세스, 목적결정, 설계, 분석평가)에서 국내 원자력발전소 물리적 방호체계 연구동향을 검토하고 연구영역의 분포를 식별하여 본 연구의 필요성과 현재 연구의 문제점을 제시하고, 개선방향 설정을 위한 시사점을 찾고자 한다.
북한과 대치하는 한국의 정치⋅사회적 특수성으로 한국의 원자력발전소 관련 물리적 방호기준 외 통합방위법도 적용받고 있는데 원자력발전소 및 국가중요시설 보안요구사항을 충족하는 한국형 원자력발전소 물리적 방호운영 개념을 재설정하고 새로운 원자력발전소 외곽 물리적 방호체계로의 전환과 개선을 위한 고신뢰성⋅다방법론 기반 통합설계방법론을 제시하고자 한다.
여러 부서가 참여한 개별설계 프로세스와 기존의 2D 방식 및 경험에 의존한 저신뢰성 설계방법으로 물리적 방호체계 구성요소인 “지연, 탐지, 대응”의 성능이 저하되고 통합성능이 발휘되지 않는 문제점을 제시하고자 한다.
원자력발전소 방호체계 현안과 원인분석을 위하여 DEPO방법론3)에 기반한 원자력 발전소의 물리적 방호체계 3단계 프로세스(목적결정 → 설계 → 분석평가)에 대한 국내 연구동향과 영역을 추적하여 보면 “목적결정, 분석평가”에 연구가 집중되고 “설계”영역에는 연구가 거의 이루어지지 않고 있음을 제시하여 본 연구의 중요성을 제고하고자 한다.
한편 국내⋅해외 원자력발전소 물리적 방호체계의 법적 보안요구사항을 보면 한국의 남북 대치 특수성으로 원자력 방호 외, 국방부, 국정원의 보안요구사항이 있어서 보안규제 준수에 어려움을 발견하였다. 이에 따른 원자력발전소 물리적 방호체계 전환과 개선을 위한 시사점으로 물리적 방호개념 재설정 및 설계체계의 개선방안 필요성을 도출하였다.
가설 설정
현재 원자력발전소에 대한 적의 공격전술로서 강력한 작전능력을 가진 소규모 조직의 동시다발 형태의 공격을 가정하고 있다. 방호선 중심의 선형 고정배치는 신속하게 이동하며 공격하는 유동적인 동시다발 상황에 대응이 매우 어렵다.
제안 방법
각 업무영역에 보안시설, 시스템 및 보안운영의 통합운영성능을 분석하여 보안 설계 요구사항을 도출⋅제시하고 설계 및 구축 전과정을 추적관리한다.
감시카메라의 구성은 고정형과 구동형 고성능 감시카메라를 조합하여 탐지-추적이 가능하도록 설계하고 배치위치는 DBT 상 최종표적의 위치를 고려, 예상 침투로가 연속적으로 감시되도록 선정한다. 고정형 감시카메라 감시거리 기준으로서 NRC에서는 감지체계의 감시평가 적정거리로 100m를 권고19)하고 있으나 외곽 전지역을 한방향으로 사각없이 연속감시하고 DRI기준을 충족할 수 있도록 20%(20m)의 중첩을 두어 감시카메라 간 80m 거리로 설계를 권고한다.
다음 는 개별⋅통합설계방법을 운영개념, 설계방식 및 설계방법론, 외곽 물리적 방호체계 구성, 신규위협 대응기능 측면에서 요약⋅비교하였다.
따라서 운영환경, 법적 요구사항, 기술적 현안을 고려하여 한국형 원자력발전소 외곽 물리적 방호체계의 방호운영개념을 “과학화, 기동화, 유연성”으로 재설정하고 성능개선을 위한 고신뢰성·다방법론 기반 통합설계방안의 도입을 제시하였다.
물리적 방호체계의 외곽 감시망 종합설계는 3D 지리공간에 DBT상 공격 가능성이 높은 경로와 감시카메라를 배치하고 지형과 건물에 의한 사각지역 등을 종합적으로 시뮬레이션하여 감시망 설계를 확정한다. <그림 11>은 감시망 배치 및 사각지역을 식별하여 감시시스템의 감시범위와 성능을 3D기반 시뮬레이션 및 모델링, 가시화 모의사례이다.
미국 원자력규제위원회(NRC, Nuclear Regulatory Commission)에서 요구하는 원자력발전소 물리적 방호 기본개념을 우선 검토하고 한국의 운영개념과 공통점 및 차이점을 비교하여 개선체계 운영개념 재정의를 위한 밑그림을 도출한다.
본 장에서는 기존 원자력발전소 물리적 방호체계 전환에 영향을 주는 요인과 요구사항을 PESTEL(정치, 경제, 사회, 기술, 환경, 법)요소 관점에서 검토하여 위협식별 및 물리적 방호체계 전략, 방향설정의 기준정보로 활용한다.
새로운 원자력발전소 물리적 방호체계 설계방법론은 고신뢰성 및 다방법론에 기반한 M&S·V (Modeling & Simulation, Visualization) 기술을 적용하여 물리적 방호체계 구성요소를 설계한다.
각 업무영역에 보안시설, 시스템 및 보안운영의 통합운영성능을 분석하여 보안 설계 요구사항을 도출⋅제시하고 설계 및 구축 전과정을 추적관리한다. 설계는 물리적 방호 유효성 평가분석 방법론17)을 적용하여 반복시험하여 가장 높은 유효성으로 평가되는 설계안을 적용한다.
외곽 보안초소 위치선정은 공간구문론 (Space Syntax)18) 기반의 가시성 분석(Visibility Analysis)을 활용한 설계방법론을 제안한다. 가시성 분석은 최상의 감시⋅경계위치와 적의 관측⋅정찰에 노출되지 않는 위치를 3차원 시뮬레이션을 통하여 선정하는 방법론이다.
원자력발전소 물리적 방호체계 이해의 핵심인 DEPO기반의 PPS프로세스를 소개하고 3단계 프로세스 영역별 원자력발전소 물리적 방호체계에 대한 국내 연구동향 및 현안을 분석하여 개선사항을 도출한다. 또한 국내⋅해외 물리적 방호체계의 법, 규정, 표준 등을 종합검토하여 한국의 특수성과 국제 원자력발전소 보안요구사항을 충족하는 분석평가⋅개선대책의 기준을 제시하고자 한다.
지속적인 DBT재평가 및 결과에 따라 보안인력 및 물리적 방호시스템 운영도 유효성을 재평가하고 새로운 계획으로 갱신하다. 위협시나리오 별 상황변화에 따라 능동적으로 변형대응할 수 있도록 인력 및 시스템을 통합한 대응계획을 수립하고 훈련을 지속 수행한다.
현 외곽 물리적 방호체계의 전환전략 및 방향을 도출하기 위하여 국내 기술연구 동향을 분석하여 물리적 방호 프로세스 중 “설계영역”의 연구가 이루어지지 않음을 식별하였으며, 국내⋅해외 관련법·규정 및 기술적 현안 등을 분석하여 개별 설계방식과 저신뢰성 설계에 의한 원자력발전소 외곽 물리적 방호체계의 문제점을 도출하였다.
대상 데이터
의 유효성(Effectiveness)과 적절성(Appropriateness)를 재검토하여 한국의 상황에 맞는 새로운 체계로 전환을 고려할 시점으로 사료된다. 특히, 대표적이며 사고발생 시 국가경제와 환경에 지속적이면서도 광범위한 영향을 발생할 수 있어 중요도가 가장 높은 원자력발전소의 외곽 물리적 방호체계를 주연구 대상으로 선정한다.
이론/모형
가시성 분석은 ESRI社의 ArcGIS 소프트웨어를 사용하여 Ray Tracing 방법으로 외곽 보안초소 예상위치별 경계범위, 사격범위, 감시범위 등을 다음 과 같이 분석⋅예측할 수 있다.
우선 개별 감시시스템 설계는 DRI분석 기법을 활용한 시뮬레이션으로 성능위주 설계방법을 적용한다. DRI란 감시카메라의 성능을 설계·평가하는 기준으로서 D(Detect, 탐지), R(Recognize, 인지), I(Identify, 식별)의 약자이다.
우선 원자력발전소의 물리적 방호체계의 전환의 배경, 현안 및 원인을 이해하여야 새로운 물리적 방호체계의 전략과 방향설정, 개선방안 도출이 가능한데, 우선 배경 이해를 위하여 동인분석(Force Analysis)방법론의 PESTEL요소2)를 활용하여 보안환경 변화와 원자력발전소 물리적 방호체계 전환의 동인(Force)을 다측면에서 분석한다. 원자력발전소 방호체계 현안과 원인분석을 위하여 DEPO방법론3)에 기반한 원자력 발전소의 물리적 방호체계 3단계 프로세스(목적결정 → 설계 → 분석평가)에 대한 국내 연구동향과 영역을 추적하여 보면 “목적결정, 분석평가”에 연구가 집중되고 “설계”영역에는 연구가 거의 이루어지지 않고 있음을 제시하여 본 연구의 중요성을 제고하고자 한다.
성능/효과
New IT기술 및 컴퓨팅 기술의 발전으로 고신뢰성 기반의 모델링 및 시뮬레이션, 가시화 기술이 발전하여 현상의 거동(Behavior)묘사 및 예측의 정확도가 크게 향상되었다. 3D 지리공간 기술 및 물리⋅수학엔진을 활용한 디지털트윈 및 행위기반 전투 모델링 툴이 상용화되어 스마트팩토리, 스마트시티 및 미국 DoE의 원자력발전소별 물리적 방호 유효성 평가을 위한 대항군 연습(Force-on-Force Exercise) 등 세계적으로 다방면에서 광범위하게 이용되고 있는 반면, 국내 물리적 보안산업계는 고신뢰성 기반의 모델링 및 시뮬레이션, 가시화 기술의 활용이 매우 낮은 실정이다.
결언 및 시사점으로 개별⋅통합설계방식의 차이점과 예상효과를 요약 제시하고 시사점으로 새로운 원자력발전소 외곽 물리적 방호체계의 국내 기반시설로의 확대, 한국 국가기반시설의 해외수출에 기여하는 패키지 방안과 현 정부⋅공기업 계약제도의 제약사항에 대한 제도적 개선의 필요성도 통합설계방법론 적용의 전제조건으로 제언하였다.
국내 물리적 방호체계 법 및 규격의 현안을 보면 보안운영 및 보안기술 관점에서 크게 2가지로 요약할 수 있다. 첫 번째 보안운영 관점에서 원자력 관련 보안규제와 국방부 및 국가정보원의 보안요구사항, 2개의 보안규격이 적용되고 있어 원자력발전소 시설주와 운영자는 이중규제 준수의 부담을 안고 있다. 둘째로 보안기술 관점에서 ｢방사능 방재법｣ 및 원자력안전위원회, 원자력통제위원회 등에서 정한 물리적 방호체계의 기준이 있으나 미국 등 최상위 규제기관 요구사항 대비, 영역별 상세기준이 미비한 실정이다.
후속연구
그러나 통합설계 적용을 위한 전제조건으로 추진 조직과 구매⋅계약방식의 제도적 보완도 우선 고려되어야 할 것으로 보인다.
한편 한국적 특수성으로 원자력발전소 뿐만 아니라 국가중요시설, 국가보안목표의 보안요구 모두를 충족하는 물리적 방호 운영개념과 체계를 재정립하면서도 기존의 현안을 해결하고 개선된 성능을 보장 할 수 있는 방안을 찾아야 한다. 또한 앞에서 분석하지는 않았으나 새로운 물리적 방호체계의 성능 분석 평가 방안, 수명주기가 도래한 원자력발전소 해체보안 준비 및 국가기반시설의 해외 수출에 기여하는 방안도 함께 고려해야 한다. 그야말로 한국의 원자력발전소, 나아가 국가기반시설의 물리적 방호체계는 새로운 도전에 직면하여 중대한 체계전환의 시점이라 할 수 있다.
이에 변화된 현 환경에서도 지속적으로 유효하고 적절할 수 있도록 원자력발전소 물리적 방호체계의 전환과 개선·발전을 검토할 시점이다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
Low Tech 테러의 개념은?
북한은 한국군과의 재래전 능력의 열세를 만회하기 위하여 특수부대 증강 및 중요시설 침투·타격 연습, 경상북도 일부도 포함하는 장사정포 개발 등 비대칭 전략⋅전술에 집중하여 국가기반시설을 포함한 후방지역 국지도발 위험이 크게 증가하고 있다. 전세계적 측면에서 테러 공격의 양상과 전술이 다양화되며 재래식 테러(총기, 폭탄) 외 일상 물품을 무기화하여 테러에 이용하는 “Low Tech 테러”라는 새로운 테러전술도 등장하였다.5).
드론을 이용한 정찰⋅공격위험의 대표사례는?
또한, 기술의 발전으로 드론을 이용한 정찰⋅공격위험이 높아지고 있다. 최근 고리원전 상공에 이틀 연속 드론 추정 비행체 출현6)과 드론을 이용한 사우디아라비아 원유시설에 대한 공격사례7)는 이제 드론의 위협이 실재한다는 것을 보여주는 대표적 사례며 이에 대한 대응책 준비가 필요한 것으로 사료된다.
테러공격대상 선정의 대표속성은 무엇인가?
한국의 원자력 발전소는 전기수요 및 설비용량의 증가에 따른 시설규모의 증가와 집중으로 원자력 시설대비 인구 밀집도가 세계최대이다. 특히 시설과 인구 밀집은 “Target Rich, Target Attractive (풍부한 표적, 매력적인 표적)”라는 테러공격대상 선정의 대표속성에 속한다. 고리·새울지역은 반경 30km내 380만명이 거주하고 있어 캐나다 브루스(Bruce) 원자력발전소와 함께 全세계에서 원전이 6기 이상 집중한 단지 중 세계 최다 원자로·인구가 밀집한 지역이다4).
참고문헌 (14)
강연욱 (2018). 고급행동기능 시뮬레이션을 통한 원자력 시설의 물리적 방호 취약성 평가. 한국경영과학회 학술대회논문집, 2705-2705.
강연욱, 백인선 (2019). 국내 원자력시설 물리적 방호시스템의 취약성 평가를 위한 시뮬레이션 방법 및 절차. 대한산업공학회 춘계학술대회논문집, 1094-1116.
서장훈, 장성순, 유호식 (2016). 시설 모델링 방식에 따른 물리적 방호 취약성 평가 프로그램 분석. 한국방재학회논문집, 16(5), 221-230.
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