양자 레이더 기술

객성 | 기타 | 조회 수 1090 | 2018.02.21. 01:13

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몇 년 전부터 뉴스에 중국이 스텔스기를 탐지할 수 있는 양자 레이더(Quantum radar)를 개발중이라는 뉴스가 나오곤 했습니다. 원리는 아마도 양자광학을 이용한 양자 이미징(Quantum imaging) 혹은 고스트 이미징(Ghost imaging)에 기반을 둔 양자 조사(Quantum Illumination) 기술을 레이더나 LIDAR에 적용하여 스텔스기를 탐지하겠다는 것으로 보입니다. 이 기술은 얽힌 광자는 신호로 받아들이고 그렇지 않은 광자는 잡음으로 걸러내는 기술입니다. 뉴스기사에 따르면 중국은 이 양자레이더가 완성될 경우 위성에 탑재하여 스텔스기를 조기에 탐지할 계획을 가지고 있다고 합니다(하단의 뉴스링크 참조). 다만 양자 결어긋남(결어긋남 현상이 일어나면 양지 얽힘이 깨져버립니다) 과 같이 탐지를 어렵게 하는 현상을 극복해야 한다고 합니다.

http://news.naver.com/main/read.nhn?mode=LSD&mid=sec&sid1=104&oid=001&aid=0009711195

새 그림 (1)df.jpg 

이미지 출처: http://physics.ipm.ac.ir/conferences/wqip/note/Sh.Barzanjeh2.pdf

 

기사를 보고 관심이 생겨서 좀 더 알아보았는데 아마 이 기술은 양자역학적 효과로 인한 미세 전류 발생으로 레이더 신호에 발생하는 잡음을 제거하는 기술로 보입니다. 관련 논문과 포스터 등을 읽어보면 동일한 스핀을 가진 두 개의 광자(즉 얽힌 광자)를 만든 뒤 한 개의 광자는 탐지 대상에 쏘고, 반사되어 돌아오면 다른 한 개의 광자와 비교하여 이것이 잡음으로 발생한 신호인지 정말 표적에 맞고 돌아온 신호인지를 확인하는 것이 원리인 것 같습니다. Nature에 실린 글을 보면 자연 상태에서 이런 얽힘은 외부 잡음(난류, 먼지 등)에 의해 쉽게 깨질 것이라고 예상되었지만 나중에 진행된 실험 결과 얽힘이 생각보다 잘 유지되었다고 합니다. 

Nature 글: https://www.nature.com/news/entangled-photons-beat-noise-through-teamwork-1.12744

 

이렇게 탐지 장치를 만들면 잡음이 많이 제거되어 LIDAR나 SAR에 이 기술을 적용하면 더욱 선명한 영상을 얻을 수 있고, 적의 전파방해에 강해진다고 합니다. 영국, 미국(Raytheon 사), 이탈리아 연구진이 참여한 2015년 연구에서는 적외선 혹은 가시광선 대역 레이저를 마이크로파로 변환하여 양자 레이더 기술의 가능성을 보였고 중국에서는 2013년 LIDAR에 이 기술을 적용하여 흐린 날씨에도 2km 거리에서 더욱 선명한 영상을 얻을 수 있음을 실험을 통해 확인했습니다. 미국 육군 연구소와 MIT에서도 논문이 나오는 걸로 봐서 미국도 관심을 보이는 분야인 것 같습니다. 

 

2008년 록히드 마틴 사의 양자 레이더 특허가 인정되긴 했지만 그 이후에는 전혀 소식이 없는 걸로 보아서 록히드 마틴 사에서는 더이상 양자 레이더에 큰 관심을 두는 것 같지는 않고, 오히려 레이시온 사에서 더 관심을 가지는 것으로 보입니다. 레이시온 사는 현재 양자 컴퓨팅 및 통신, 양자센서 등을 연구하고 있으며 2009년 발표된 AFRL의 양자 이미징 논문에 레이시온 연구진이 참여한 이후로 2015년의 연구에도 참여했고 관련된 특허도 인정되었습니다.

 

다만, 인터넷 뉴스의 기사에 따르면 중국은 이 양자 조사 원리가 적용된 LIDAR를 인공위성에 배치해 스텔스기를 조기에 탐지하겠다고 하는데 이는 여러가지 면에서 별로 좋은 선택은 아닌 것으로 보입니다. LIDAR 자체가 시야각이 좁고(Field of View), 원거리 탐지에는 많은 에너지를 요구하며(현재의 이미징 LIDAR는 길어야 20km 정도), LIDAR로 원거리를 탐지하기엔 구름과 같은 장애물에 가리는 등 큰 문제가 있기 때문입니다. 좁은 시야각은 현재 다양한 형식의 LIDAR가 개발되며 나아지고 있지만 다른 문제점들은 아직까진 명확한 해결책이 없습니다. 또한 LIDAR가 아닌 일반적인 전파 레이더를 사용한다고 해도 지상이나 공중에서 외부 잡음을 무시하고 수백km 거리의 탐지능력을 가지기에 충분한 양자 결맞음을 유지할지 알 수 없으며, 그냥 인공위성에 현재 사용중인 SAR을 장착해도 스텔스기가 지나갈 때 발생하는 음영을 잡아내는 식으로 스텔스기 탐지 자체는 어느정도 가능하다는 점도 있습니다. 고작 스텔스기에 대한 조기경보를 하는 데 엄청난 돈이 들어갈 뿐더러 효율도 좋지 못할 것으로 보입니다. 아직 실제로 사용되는 기술이 아닌 만큼 평가하기에는 무리가 있지만, 앞으로 지상 혹은 공중의 플랫폼에 탐지 및 화력제어 용도로 탑재될 만큼의 성능이 나오는 데는 많은 시간이 필요할 것입니다.

 

결론적으로, 이 기술은 기존 레이더에 안 보이던 스텔스기를 레이더 스크린에 뿅 나타나게 만들어주는 기술은 아니고, 굉장히 낮은 RCS를 가진 표적에 대한 탐지거리를 증대시켜 주고 높은 Electronic Protection 능력을 부여하는 기술이라고 볼 수 있으며 실용화까지는 오랜 시간을 필요로 할 것입니다.

 

Reference

http://www.dtic.mil/get-tr-doc/pdf?AD=ADA502521

https://patents.google.com/patent/US9791567B2/en

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.114.080503

https://www.raytheon.com/capabilities/products/quantum/

https://en.wikipedia.org/wiki/Quantum_illumination

https://en.wikipedia.org/wiki/Northrop_Grumman_B-2_Spirit

https://en.wikipedia.org/wiki/Lidar

http://webzine.kps.or.kr/contents/data/webzine/webzine/147620880414.pdf





    



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포마당 2018.02.22. 01:04

만능 카운터 스텔스 레이더 같은건 아니였네요

객성 2018.02.22. 12:47

개발이 더 진행되어야 알겠지만 저는 청록레이저가 생각납니다. 청록레이저도 원래 잠수함 탐지와 통신을 목표로 연구됐었지만 탐지 용도는 실패했고 통신만 연구중이죠. 양자기술도 통신은 진척이 큰 반면 센서 기술의 발전 속도는 그에 미치지 못합니다. 물론 양자 레이더가 성공적으로 개발이 된다면 AESA 레이더 발명급의 혁신일 겁니다.

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