함정 체계통합 개발동향 및 발전방향

[출처: 국방기술진흥연구소 디팀스위클리 네이버포스트]

현대 해군 함정은 복잡한 전장 환경에 대응하기 위해 다양한 하위 시스템과 첨단 기술이 결합된 복합 무기체계로 발전하고 있다. 함정 체계통합은 이러한 시스템들을 유기적으로 연결하여 실시간 데이터 처리와 신속한 의사결정을 지원함으로써 전투력과 운영 효율성을 극대화하는 핵심기술이다. 본 기고문은 함정 체계통합의 필요성과 개념을 설명하고, 해외 주요 국가들의 개발 사례를 소개한다. 또한, 국내외 함정 체계통합의 개발동향을 통해 발전방향을 제시하고자 한다.

손 소 영
국방기술진흥연구소 기획관리총괄팀
연구원

---

1. 서 론
 현대 해군 함정은 단순한 선박을 넘어 다양한 하위 시스템과 첨단 기술이 결합된 복합 무기체계로 발전하고 있다. 함정은 전투시스템, 항법시스템, 통신 네트워크, 무기 등 여러 독립적인 시스템으로 구성되며, 이들의 상호 연계는 함정의 전투력과 운영 효율성을 극대화하는 데 필수적이다.
 이러한 복잡한 시스템들이 효율적으로 작동하기 위해서는 각 시스템 간의 원활한 통합과 실시간 데이터 처리, 그리고 신속한 의사결정 지원이 필수적이다. 특히, 함정 체계통합은 복잡한 시스템들이 상호작용하며 실시간으로 데이터를 처리하고, 전투 상황에서 빠르고 정확한 결정을 내릴 수 있도록 지원하는 핵심기술로 자리 잡고 있다. 체계통합은 함정 내의 하위 시스템들을 유기적으로 연결해 더 높은 상호 운용성과 전투 효율성을 발휘하도록 돕는다.
 현대 전장 환경에서 함정 승조원은 복잡한 임무를 신속히 수행해야 하며, 이를 위해 전투체계와 같은 핵심 통제체계의 효율적인 활용이 요구된다. 그러나 무기체계의 급격한 기술 발전과 함께 위협이 다양화되고 대응시간이 단축되는 한편, 인구와 예산 감소로 승조원 수 또한 감소하고 있어 임무 수행에 많은 어려움을 겪고 있다. 따라서, 승조원은 다양한 정보를 신속히 분석하고 적절한 의사결정을 내려야 하며, 함정의 모든 자산과 하위 체계를 즉각적으로 활용할 준비가 되어 있어야 한다. 이러한 상황에서 각국 해군은 자동화를 확대하고, 임무 수행에 필요 한 제반 통제체계를 통합하여 단일 공간에서 감시와 제어가 가능하도록 함정 통제실을 구성하고 있다.
 본 기고문에서는 함정 체계통합의 필요성과 개념을 설명하고, 해외 주요 국가들의 체계통합 개발 사례를 소개하며 이를 기반으로 함정 체계통합의 발전방향을 제시하고자 한다.

2. 함정 체계통합 개요
 함정은 다양한 장비와 체계를 탑재하고 있으며 기존의 함정 연동 방식은 개별 통제 콘솔에서 기능 및 임무를 제어하고, 전투체계에 신호 및 정보를 전달하는 단순 결합 형태로 각 시스템을 통제하기 위한 별도의 인력이 필요하다. 그러나, 함정의 체계통합은 개별 통제 콘솔에서 임무를 제어하지 않고 전 투체계에서 원격으로 임무를 제어할 수 있으며[1], 이를 통해 개별 통제 콘솔의 운영 인력을 절감하고 시스템 간 데이터의 통합 관리가 가능하다.
 함정 기능 중 체계통합이 필요한 핵심적인 기능은 통합함교체계(IBS, Integrated Bridge System), 통합통신체계(ICS, Integrated Communication System), 통합기관제어체계(ECS, Engineering Control System) 등이 있다[1]. 통합함교체계(IBS)는 방향·속도 등 선박의 현재 상태와 위험물의 존재 등 외부 상황을 파악하며 동시에 자함의 정확한 위치를 측정하여 계획된 항로를 안전하게 항해하도록 지원하는 시스템으로, 전자해도, 항해레이더, 자이로 등의 시스템과 연동된다. 함내외통합통신체계(ICS)는 함정의 작전상황 및 전술정보 등을 신속 정확하게 함내로 전달하고 함내에서 수집된 전술정보 및 작전내용을 함외로 전송하기 위한 시스템으로, 함내통신, 함외통신, 방송/경보, 함내무선통신, 음력전화 등의 시스템과 연동된다. 통합기관제어체계(ECS)는 함정의 추진·전력·보조기기·손상계통 시스템을 하나의 네트워크 기반으로 상호 통합 연결해 운용·감시· 제어를 가능하도록 하는 시스템이다.
 <그림 2>는 함정 체계통합 수준을 나타낸 것으로, Level 1은 단순한 신호 및 정보를 교환하고, 개별 콘솔을 통해 대상 장비를 통제하는 수준이며, Level 1+은 시스템 콘솔을 경유하여 신호 및 정보를 통제하는 수준이다. Level 2∼4는 전투체계에서 직접 신호 및 정보를 통제하는 수준을 의미한다[2].

[그림 1] 함정의 체계통합(출처: 참고문헌 [1])

2. 국외 함정 체계통합 개발동향
  2.1. 미국
 미 해군은 줌왈트급 구축함에 Raytheon 社의 통합함정컴퓨팅환경(TSCE, Total Ship Computing Environment)를 탑재[1, 3]하였다. 미 해군의 통 합함정컴퓨팅 환경은 전투체계(CMS, Combat Management System), 통합함교체계(IBS), 통합통 신체계(ICS), 통합기관제어체계(ECS)를 통합하였으며[1] 선박의 조명, 시스템 제어에서부터 레이더와 무기 시스템에 이르기까지 함정의 컴퓨팅 환경을 제어한다[4]. 이를 통해 줌왈트급 함정은 15,656톤의 함정을 147명으로 운용할 수 있게 되었다[5]. 이는 기존의 이지스 구축함과 순양함이 9,700톤급 함정을 300여 명의 승조원으로 운용[5]했던 것과 대조된다. 그러나 줌왈트급 구축함의 높은 획득 비용으로 인하여 최대 32척을 확보할 계획이었던 줌왈트 급 구축함은 점차 축소되어 3척으로 줄어들었다[5].

[그림 2] 함정 체계통합 수준(출처: 참고문헌[2])

[그림 3] 줌왈트급 구축함 함정 임무체계 개념도(출처: 참고문헌 [22])

  
 2.2. 영국
 영국 해군은 BAE system 社의 공유 인프라(SI, Shared Infrastructure)를 탑재하였으며[1, 3], 공유 인프라(SI)는 클라우드 기술을 사용하여 전투체계 기능을 호스팅하는 것이 특징[6]이다. 공유인프라(SI)는 퀸 엘리자베스급 항공모함, Type 45 구축함, Type 26 및 Type 23 호위함 등에 탑재 가능한 것으로 알려졌다[7].

 2.3. 독일
 독일 해군은 2022년 1월에 롤스로이스 社의 통합플랫폼관리시스템(IPMS, Integrated Platform Management System)을 F126 호위함에 도입하기 위한 계약을 체결하였다[8]. 롤스로이스 社가 2022년 공개한 통합플랫폼관리시스템은 함정의 전체 항해를 자율적으로 제어할 수 있으며, 디지털 해양센서, 내장 전자 해도, AI 알고리즘 등이 활용되었다[9].

 2.4. 일본
 일본 해군은 첨단통합전투정보센터(AICIC, Advanced Integrated Combat Information Center)를 30FFM 호위함에 탑재하였다. 첨단통합전투정보센터(AICIC)는 14개의 다기능 콘솔, 4개의 추가 다기능 콘솔, 협동 임무계획 및 항해 목적으로 사용할 수 있는 2개의 대형 수평 전술 테이블이 구성되어 있다[10]. 다기능 콘솔은 오픈 아키텍처 소프트 웨어를 통해 조종, 엔지니어링, 항해, 엔진제어, 손상제어, 소방제어 등의 기능이 연동된 것으로 알려졌다[10, 11]. 30FFM 호위함은 만재 배수량이 약 5,500톤이나, 승무원은 약 90명 정도로 높은 수준의 자동화를 구현한 것으로 보인다[13][10]. 또한, 구축함용 전투관리시스템(CMS) 개발 계획이 공개 되었으며, 인구 감소를 대비하여 AI 지원을 통해 더 적은 인력으로 정확한 의사결정 및 운영계획을 달성하고자 하며, 시스템의 확장성을 보장하기 위하여 개방형 아키텍처를 적용하고자 한다[12].

[그림 4] 일본 해군 첨단통합전투정보센터(AICIC)(출처: 참고문헌 [13, 15])

 2.5. 프랑스[13]
 프랑스는 Aquitaine급 호위함에 선박강화전술정 보시스템(SETIS, Ship Enhanced Tactical Information System) 전투관리시스템을 도입하였다. 선박강화 전술정보시스템(SEETIS)은 네트워크 기반 다목적 입무작전을 위한 통합전투시스템으로, 위협을 탐지, 식별하고 가장 적합한 무기체계를 사용해 즉각적으로 대응할 수 있는 기능을 갖추고 있다. 또한, 다양한 장비, 센서, 장거리 무기체계를 통합하여 다중 공격과 같은 극한 조건에서도 탐지, 식별, 교전을 수행할 수 있는 것으로 알려졌다. Aquitaine급 호위함의 지휘통제체계는 지휘 및 제어정보시스템 (SIC21)을 탑재한 것으로 알려져 있으며, 선박강화 전술정보시스템(SETIS)은 전투관리를, 제어정보시 스템(SIC21)은 지휘 및 제어 기능을 통제하는 것으로 알려졌다.

 2.6. 이탈리아[14]
 이탈리아 해군은 PPA(다목적 원양 초계함)의 함교에 레오나르도 社의 ATHENA MK.2/SADOC4CMS 아키텍처 및 공통 기능을 기반으로 개발한 조종석을 탑재하였다. 기존의 함교에서는 최소 12명의 승조원(함장, 조타수 2~3명, 통신 장교, 7명의 CMS 운영자)이 필요했으나, PPA의 조종석은 이를 감시 장교와 함장의 역할을 통합하여 7명(함장, 조종사, 부조종사, 4명의 CMS 운영자)으로 줄였다.

[그림 5] 이탈리아 해군의 다목적 원양 초계함 함교(출처: 참고문헌 [14])

 2.7. 스페인[15]
 스페인 해군은 Navantia 社의 SCOMBA 전투관 리시스템을 F110 호위함 및 S80급 잠수함에 채택하였다. SCOMBA는 전투 시스템의 상태 모니터링, 레이더, 소나, 전자전 장비 등으로부터 수신되는 전술 정보 관리, 전술상황 표시, 위협 식별, 평가 및 무기 선택, 전술데이터링크 등의 기능을 지원한다. 또한 통합 항법 및 함교 시스템과 통합 플랫폼 관리 시스템, 통합 통신 및 메시지 시스템과 통합되어 상호 운용할 수 있다. 또한, 침입 탐지, 기록 분석 및 저장, 보안 이벤트 사건 등록 등의 사이버 보안 기능도 보유한 것으로 알려졌다.

 2.8. 캐나다[16]
 캐나다 해군은 록히드마틴 社의 CMS330 전투 관리시스템을 서피스 컴뱃함, 할리팩스급 호위함, 합동지원함 등에 탑재하였다. CMS330은 개방형 아키텍처에 기반한 유연성과 확장성을 통해 무기 시스템을 통합하며 운영자 작업량을 감소할 수 있는 등의 특징을 보유하고 있으며, 보안 정보 네트워크를 보유하고 있다. 또한, 함대 전반에 걸친 상호 운용성을 제공하여 복잡한 작전 환경에서도 효율적인 의사 결정을 지원할 수 있다.

3. 국내 함정 체계통합 개발동향
 국내 함정의 체계통합은 전투체계를 제외하고 타 체계는 별도의 자동화 통제체계를 운용하는 수준으로 타 선진국 대비 낮은 단계로 평가된다[1].
 기존 국내 함정의 통제체계들은 전투체계와 C4I 체계는 전투정보실에서, 통신체계는 통신실에서, 통합기관제어체계는 기관조종실에서 통제되는 등 물리적으로 분리되어 있을 뿐만 아니라 공간적으로도 분리된 개별 통제소에서 통제된다[3].
 함정의 체계통합과 관련된 핵심기술 연구개발 개발현황은 <표 1>과 같으며, 그동안 해외 직도입 및 기 술도입생산 형태로 도입/운용되고 있던 통합기관제 어체계(ECS) 관련 기술을 확보하기 위한 연구개발이 다수 진행되었다. 이를 통해 울산급 Batch-IV 체계에는 국산화된 통합기관제어체계(ECS)가 탑재될 예정 이다. 2024년 7월, 방위사업청은 울산급 Batch-IV 체계에 탑재되는 통합기관제어체계(ECS) 및 무장통제 장비(4종) 체계개발 사업에 대한 사전정보를 공개하였으며, 2024년 내 계약이 추진될 예정이다 [20, 21].

4. 함정 체계통합 발전방향
 본 절에서는 함정 체계통합의 효율적 운용을 위해 고려될 필요성이 있는 몇가지 주제에 대해 알아본다.
 첫 번째로 고려할 사항은 AI 기반의 의사결정 지원 시스템이다. 미국의 줌왈트급 구축함의 경우, 기존의 이지스 구축함에 비해 승조원을 약 절반으로 줄이는 획기적인 함정 체계통합을 이루어내었다. 이러한 사례는 승조원 감소를 통한 함정 운영 효율성 향상 가능성을 보여준다. 그러나 승조원의 절감은 한 명의 승조원이 다양한 임무를 수행함을 의미하기 때문에 승조원의 임무에 대한 피로도를 높일 수 있다. 이를 해결하기 위해서 AI 기반 의사결정지원시스템은 데이터 처리 및 분석 자동화, 임무 우선순위 결정, 예측 유지보수 등에 활용할 수 있다. 이러한 AI 기 반 기술은 승조원의 피로도를 경감시키고 복잡한 전장 환경에서 신속하고 정확한 대응을 가능하게 하여 함정의 전반적인 전투능력을 향상시킬 수 있다.
 두 번째는 개방형 아키텍처와 모듈형 설계의 적용이다. 국외 함정 체계통합 개발동향을 통해 국외 주요 선진국들은 개방형 아키텍처를 채택하여 유지보수와 업그레이드의 용이성을 높이며 다양한 기술 통합과 확장을 지원할 수 있음을 확인하였다. 이러한 개방형 아키텍처 및 모듈형 설계를 통해 최신 민수기술을 함정 시스템에 통합함으로써 비용을 절감할 수 있으며, 새로운 무기체계나 시스템을 손쉽게 함정에 통합함으로써 함정의 확장성과 유연성을 확보하여 다양한 임무 요구에 유연하게 대응할 수 있다.
 세 번째로는 함정 체계통합의 사이버 보안 강화이다. 함정 체계통합이 점차 디지털화되고 네트워크화되면서, 사이버 보안의 중요성도 함께 증가하고 있다. 국외 주요 선진국들은 함정 체계통합 시 침입 탐지시스템 적용, 보안 정보 네트워크를 적용 하는 등 함정 체계통합의 안전성을 보장하기 위해 보안강화를 적용하고 있다.

[표 1] 체계통합 관련 핵심기술 개발 현황[17, 18, 19]

1) Combat Damage Control Management Software
2) Unmanned Maritime System

5. 결 론
 전 세계 주요 해군은 미국의 통합함정컴퓨팅환경(TSCE) 등의 사례와 같이 항해체계, 추진체계, 지휘 통제체계 및 무장체계 등을 통합하고자 하는 노력을 수행하고 있다. 이러한 국외 개발 동향은 함정 체계통합의 중요성을 입증하고 있으며, 우리나라 해군 역시 함정 체계통합의 중요성을 인지하고 함정의 추진체계 통합, 무장체계 통합을 추진하고 있다.
 전 세계 주요 해군의 개발 동향으로부터 국내 해군의 함정 체계통합 발전 방향으로 함정 체계통합을 통해 다양한 임무를 수행하게 될 승조원의 피로도를 경감하고 신속·정확한 임무 수행을 위한 AI 활 용 의사결정 지원, 기술의 발전에 유연하게 대응하 고 함정의 확장성을 보장하고 비용을 절감하기 위한 개방형 아키텍처와 모듈형 설계의 적용, 함정 체 계통합의 안전성을 보장하기 위한 사이버 보안 강화를 고려할 수 있다.
 함정 체계통합은 현대 해상 전투에서 요구되는 상호 운용성과 효율성을 확보하기 위한 필수적인 기술이므로, 관련 기술 확보를 위해 지속적인 관심을 기울여야 할 것으로 판단된다.



* 해당 글의 이미지는, 이미지별 출처를 밝혔으며, 저작권 관련 문제 시 삭제하겠습니다.
* 자료의 지식재산권 보호를 위해 본 포스트에 게시된 자료의 무단복제·전재를 금합니다. 
* 본 자료에 게재된 내용은 국방기술진흥연구소의 공식적인 견해가 아니며, 필자의 개인 의견임을 알려드립니다. 


참고문헌   
[1] 정승훈, 지해근, 최삼욱, 정남식, 임진국, 2020, “함정 체계통합 발전방향”, 대한조선학회지 제57권 제1호, p.15-p.20
[2] 이흥룡, 김용재, 최봉완, 경지훈, 2024, “통합함정컴퓨팅환경(TSCE) 기반 차세대 구축함 체계통합 구현 방법: 아키텍처 구현 및 작
전효율성·승조원 최적화를 중심으로”, 한국산업경영시스템학회지, 제47권 제3호, p.127-p.140
[3] 오성원, 2018, “함정 통제체계의 통합 아키텍처 연구”, 군사과학기술학회지 제21권 제1호, p.103-p.114
[4] https://www.rtx.com/raytheon/what-we-do/sea/zumwalt-class-destroyer (검색일: 2024.11.11.)
[5] Ronald O’Rourke, 2024, “Navy DDG-51 and DDG-1000 Destroyer Programs: Background and Issues for Congress”,
Congresional Research Service, RL32109, Version 276
[6] https://www.baesystems.com/en/product/shared-infrastructure--si- (검색일: 2024.11.11.)
[7] https://bidstats.uk/tenders/2024/W39/831520805 (검색일: 2024.11.18.)
[8] https://www.navalnews.com/naval-news/2022/01/rolls-royce-to-supply-platform-management-system-forf126-
frigates/ (검색일: 2024.11.18.)
[9] https://www.rolls-royce.com/media/press-releases/2022/05-04-2022-rr-launches-new-mtu-nautiq-productswith-
sea-machines-technology.aspx (검색일: 2024.11.18.)
[10] https://www.navalnews.com/event-news/sas-2019/2019/05/jmsdf-future-frigate-to-feature-futuristic-360-
augmented-reality-wall/ (검색일: 2024.11.11.)
[11] https://www.twz.com/28548/the-combat-information-center-in-japans-new-frigate-is-like-a-starships-bridge
(검색일: 2024.11.11.)
[12] https://www.navalnews.com/naval-news/2023/10/here-are-some-of-the-future-naval-systems-japan-isworking-
on/ (검색일: 2024.11.11.)
[13] https://www.navalanalyses.com/2014/07/aquitaine-class-fremm-frigates-of.html (검색일: 2024.11.18.)
[14] https://electronics.leonardo.com/en/focus-detail/-/detail/athena-mk2-ucombat-management-system (검색일: 2024.11.18.)
[15] https://www.navantia.es/en/business-areas/systems/scomba/
[16] https://www.lockheedmartin.com/en-de/index/cms330.html
[17] 방위사업청, 2024, ’24-’38 국방기술기획서
[18] 방위사업청, 2017, ’17-’31 국방기술기획서
[19] 방위사업청, 2022, ’22-’36 국방기술기획서
[20] 방위사업청, 2024, “울산급 Batch-IV 통합기관제어체계 체계개발사업”, 사전정보 공개, 2024.7.22. (검색일: 2024.8.20.)
[21] 방위사업청, 2024, “울산급 Batch-IV 무장통제장비(4종) 체계개발사업”, 사전정보 공개, 2024.7.29. (검색일: 2024.8.20.)
[22] 이성은, 김영주, 하태영, 2015, “통합 함정 컴퓨팅 환경(TSCE) 개발동향 및 국내 발전방향”, 국방과기술 제434호, p.62-p.77

 

[출처: 국방기술진흥연구소 디팀스위클리 네이버포스트]