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대한조선학회 웹진 February, 2020
[학생기자단] 은밀하고 위대하게, 한국의 잠수함에 대해 묻다.

<글 : 인하대학교 조선해양공학과 김민호 minho8399@naver.com 
        부경대학교 조선해양시스템공학과 이형기
kll951@naver.com
        울산대학교 조선해양공학부 박강현 rkdgus9676@naver.com 
        울산대학교 조선해양공학부 우정현
wnap1127@naver.com >

잠수함은 “21세기의 거북선” 이라는 말이 어울리듯 전 세계 해군에서의 잠수함의 중요성은 높이 평가된다. 하지만 우리나라의 조선해양 관련 학부의 교과과정은 배, 즉 ‘부유체’에 집중되어 있는 상황이며 ‘잠수체’ 관련 교과목은 찾기 힘들다. 따라서 학부생들이 비교적 정보를 얻기 어려운 잠수함에 관한 정보와 궁금증을 해소하고자, 학생기자단은 현대중공업 특수선사업부 수중함설계부를 방문했다.
 


<현대중공업 특수선 사업부 변정우 상무와 환담회를 진행하고 있는 학생기자단>


인터뷰를 진행하기에 앞서 간단히 현대중공업의 잠수함 개발 연혁을 소개하고자 한다. 현대중공업은 1975년 국내 최초로 국방부로부터 잠수함 개발 지시를 받아 준비에 착수한 뒤 1991년 잠수함 전문화 업체로 지정 받았으며, 본격적인 사업은 2000년 장보고-II 사업을 수주하면서 시작되었다. 현재까지 총 6척의 잠수함을 건조 및 인도하고 현재 3척을 건조 중에 있으며, 잠수함 창정비 사업 또한 총 3척 인도 및 1척을 진행 중에 있다. 이외에 해외 업체와 협력하여 심해구조잠수정 및 수영자 이송정(Swimmer delivery vehicle, SDV)의 선체 제작 및 주요 기기 납품 실적을 보유하고 있다. 이러한 현대중공업 특수선 사업부의 성장 과정을 바탕으로 학생기자단은 잠수함의 기본적인 설계 원리, 중요 탑재 장비, 특히 최근 개발중인 장보고-III 사업 BATCH-I, 도산 안창호급 잠수함의 개발의 주제에  집중해 인터뷰를 진행하였다.

Q : 안녕하십니까. 대한조선학회 학생기자단 김민호, 이형기, 박강현, 우정현 기자입니다. 먼저 인터뷰 요청에 응해주셔서 정말 감사 드립니다. 첫 번째 질문입니다. 잠수함 설계시 일반 상선이나 군함과의 차이점이 무엇인지 궁금합니다.
A : 잠수함은 일차적으로 선체는 물론 외부에 노출된 장비를 포함하여 수압에 대한 내압 설계를 하는 것이 매우 중요합니다. 선체는 정수압은 물론 피로강도 설계를 해야 하며, 외부 충격에 대한 설계 이외 각종 수압에 노출되는 장비도 고려해야 합니다. 또한, 수명 또는 적어도 창정비 주기에 대한 수밀, 부식 등 내구성에 대한 철저한 설계 및 대비가 설계에 반영되고 검증되어야 합니다. 또한, 잠수함은 2차원이 아닌 3차원 공간에서의 운동을 해야 하며 이는 항공기와도 유사합니다. 잠수함의 운동역학을 이해하고 이를 잠수함 조종 및 조종면 설계와 최적 연동되도록 하는 설계는 매우 고도의 기술을 요구합니다. 그리고 잠수함은 기본적으로 대단히 협소한 공간에 밀집 배치를 해야 합니다. 잠수함은 수중에서 중량과 체적이 동일한 중성 부력 설계를 해야 하는데, 이는 수상선박의 흘수선 아래로 모든 수면 위 장비와 공간을 집어 넣어 배치해야 함을 의미합니다. 따라서 굉장히 협소공간 조밀한 배치를 수행해야 하고, 그러면서도 운용공간 및 장비, 부품, 정비공간을 만족시켜야 하는 대단히 어려운 배치 조건을 수렴할 수 있는 설계 과정을 거쳐야 합니다. 마지막으로 잠수함은 안전을 최우선적으로 고려해야 합니다. 수상함 역시 구역 손상시 부상 상태를 유지할 수 있도록 손상 복원성 설계가 중요하나, 잠수함은 이러한 개념과 달리 어떠한 선체 손상도 가정하지 않으며 모든 시스템이 완벽한 상태와 건전성을 유지해야 합니다. 앞서 말씀 드린 것들과 안전성과 신뢰성 설계를 바라보는 관점이 일반 선박과의 차이점이라고 할 수 있습니다.

Q : 잠수함 설계에 있어서 현대중공업 만의 강점은 무엇이라고 생각하시나요?
A : 현대중공업은 대한민국 해군과 함께 손원일급 잠수함으로 알려진 장보고-II 사업을 최초 착수하며, 독일 214급 최신형 잠수함을 한국 해군의 주력 잠수함으로 도입하고 안정화시키는 데 크게 이바지한 것을 가장 자랑스럽게 생각하고 있습니다. 독일 TKMS사는 디젤-전기추진 잠수함의 전세계 최강자로서 TKMS가 설계 건조한 209급 잠수함은 전세계 베스트 셀러였고, 한국 해군도 장보고급 잠수함인 장보고-I 사업에서 이를 도입한 바 있습니다. 하지만 209급은 1960년대 기술에 바탕을 두고 있었고, 1990년대 후반 장보고-II 사업을 추진하고 있던 한국 해군의 요구에는 미치는 못하는 상황이었습니다. 때마침 TKMS는 독일ㅡ해군 212급 개발을 통해 확보한 신기술로 수출용 214급을 설계를 진행하고 있던 단계였는데, 한국 해군은 이를 검토한 결과로 그리스 해군에 이어서 전세계 2번째로 최신형 214급을 채택하게 되었습니다.
하지만 TKMS 214급 경우는 함 설계와 최신기술이 완전히 실제 건조로 입증되지 않은 상태에서 수출에 나선 상태였고, TKMS가 그리스 해군 214급을 최초로 건조하기는 했으나 그리스 해군이 인수를 거부하여, 결국 한국 해군의 214급이 전세계 최초로 시험대에 오르게 된 상황이었습니다.
이러한 상황에서 현대중공업은 TKMS와 협력하여 많은 문제점들을 함께 해결하였고, 오히려 TKMS 설계 오류에 대해 지적 및 솔루션을 제시하여 해결하는 등의 노력을 통해 전 세계적으로 214급을 최초로 해군에 인도시키고 전력화시킨 사례를 구축하였습니다. 이러한 과정에서 TKMS는 현대중공업에게 고마움과 경의를 표했고, 실제로 연료전지 체계의 어떤 문제점 해결과 관련해서는 원설계사인 TKMS가 오히려 현대중공업에게 기술료를 역으로 지급한 사례도 있었습니다. 그리스 해군에게서 인수 거부된 214급이 한국 해군에게는 인도되는지 지켜보고 있던 많은 다른 나라들이 이후 앞다투어 계약에 나서게 되었으니, 독일 TKMS사도 현대중공업에게 고마워하지 않을 수 없었습니다.

Q : 그렇군요. 한국 해군의 최신 잠수함, 도산 안창호급인 장보고-III사업 BATCH-I에서의 장비, 설계 국산화 진행률은 몇 퍼센트이고, 세계 잠수함시장에서 대한민국의 경쟁력은 어떻게 되는지 궁금합니다.
A : 손원일급 잠수함으로 알고 있는 장보고-II 사업은 원천 설계가 독일 특수선 제공 업체인 TKMS 설계에 기반하고 있어서 국산화율은 약 20% 초반에 머물렀지만, 장보고-III 사업은 본격적인 독자 설계 잠수함이고 정부와 함께 많은 장비를 국산화 추진이 수월해지면서 국산화율이 약 70% 이상에 이르고 있습니다. 현재 디젤 잠수함 시장은 독일, 프랑스가 전세계를 리드하고 있고, 동구권을 중심으로는 러시아가 실적이 많습니다. 여기에 스웨덴, 스페인, 이탈리아 등이 도전장을 내밀고 있는데, 대우조선해양이 성공한 인도네시아 수출도 매우 고무적이며, 현대중공업도 여러 나라와 수출 협의를 진행 중에 있습니다. 우리나라의 짧은 잠수함 설계 건조 역사 속에서도 이렇듯 우수한 실적을 내는 것을 감안하면 잠수함 수출은 앞으로도 매우 전망이 밝다고 생각됩니다.

Q : 저희가 알기론 보통의 선박(상선)의 경우 선급에서 계속하여 검사 및 확인하는 과정을 거치는 것으로 아는데, 특수선 사업부도 선급이 과정을 관리, 감독을 하는지 궁금합니다.
A : 국내에서는 함정 뿐만 아니라 항공, 전자 등 모든 군수산업에서 전차 및 군사적 장비를 품질보증기관은 방위사업청 산하기관인 국방기술품질원에서 수행합니다. 즉, 방위산업에서 선급역할은 국방기술품질원에서 수행하고 있다고 보면 됩니다. 도산 안창호급인 장보고-III 사업부터는 품질보증기관 뿐만 아니라 공인전문기관이 품질보증활동을 추가적으로 수행하고 인증을 할 수 있도록 하여 한국선급(KR)에서 사전품질보증활동 및 인증업무를 수행하고 있습니다. 해외 함정의 경우에는 기본계약 당시부터 선주측에서 미국선급 ABS, 영국선급 Lloyd, 노르웨이 선급 DNV-GL 등의 선급 입급을 요구하고 있어 상선과 동일하게 선급에서 품질확인을 수행하고 있습니다.

Q : 현대중공업에서 현재 건조중인 장보고-III 사업, 도산 안창호급 잠수함은 한국 해군이 지금까지 만들어온 재래식 잠수함 중 유일하게 VLS(Vertical Launch System, 미사일을 격납고에서 직접 발사하는 장치)를 장착하고 있다고 알고있습니다. 어뢰발사관과 VLS 의 차이점, 그리고 VLS만이 가지고 있는 이점과 전세계 재래식 잠수함에서 VLS 가 흔하지 않은 이유는 무엇인가요?
A : 통상적인 잠수함은 선수부에 어뢰발사관을 통하여 어뢰를 발사하며, 미사일의 경우 특수한 캡슐에 넣어서 발사합니다. 하지만 어뢰발사관의 수량은 한정적이며, 기본적으로 어뢰를 우선 장전해야 하므로 미사일 탑재수량은 제한적일 수밖에 없습니다. 하지만 VLS를 탑재할 경우 별도로 추가의 미사일을 발사할 수 있는 능력을 보유하게 됩니다. 따라서 미사일 발사 수행 능력이 보다 향상됩니다. VLS 탑재 사례가 흔치 않은 이유는 VLS 길이가 필요로 하는 최소한의 잠수함 직경이 확보되어야 하기 때문이며, 통상적인 VLS 길이상 잠수함 대형화가 필수이기 때문입니다. 따라서 디젤 잠수함에서는 VLS 탑재 잠수함이 중대형 잠수함 외는 드물며, 통상 대형화가 가능한 원자력 잠수함에 탑재됩니다.
 


<현대중공업이 건조중인 장보고-III사업 BATCH-I 도산 안창호급 잠수함 모형, 도산 안창호급 잠수함은 장보고급, 손원일급에는 없는 VLS를 6문 탑재하였다.>



Q : 잠수함에서의 어뢰 및 미사일 발사 원리가 궁금합니다.
A : 어뢰는 통상 발사 방식에 따라 자항식 어뢰와 강제 발사식 어뢰로 구분됩니다. 강제 발사식은 압축공기, 압축수, 기계적 사출 등의 방식이 있습니다. 간단히 설명을 드리면 자항식 어뢰의 경우, 어뢰가 스스로 추진해서 나가는 방식이며 강제 발사식은 발사관에 공기, 물 등을 이용해 압력을 가해 어뢰가 더 적은 힘으로 목표물을 찾아가게끔 해주는 방식입니다. 아울러 발사 후 유도 방식에 따라 직주식 어뢰, 자체유도식 어뢰, 선유도식 어뢰로 구분됩니다. 유도 능력이 없고 직선 운동만이 가능한 직주식 어뢰는 현재는 사용되지 않으며, 소나가 탑재되 자유롭게 추적이 가능한 자체유도식은 소형잠수함 또는 수상함 발사 경어뢰에 사용되고, 중대형 잠수함에는 어뢰와 잠수함을 연결하는 소나를 이용한 방식인 선유도식이 사용됩니다. 미사일은 특수한 캡슐에 넣어 압축공기나 가스에 의해 1차 발사되고, 수면 위로 부상하면 캡슐이 열리면서 미사일의 자체 추진력으로 비행에 들어가게 됩니다.

Q : 도산 안창호급에 공기 없이도 추진이 가능한 공기불요장치(AIP·Air Independent Propulsion)가 탑재됩니다. 장보고 사업-II(손원일급)에 비해 어느 부분이 향상되었나요?
A : 도산 안창호급의 연료전지는 많은 부분 손원일급과 유사하지만, 가장 큰 차이점은 출력이 2배 규모의 시스템으로 구성되어 총 출력이 2배로 증가되었고 수소/산소 저정량도 약 2.2배 이상 향상되었다는 점입니다. 아울러 연료전지모듈, 액화산소탱크, 수소저장실린더, 각종 전력변환기 및 제어반 등이 국내 기술로 개발 및 제작되었으며, 손원일급보다 동등 또는 이상의 성능을 보이고 있습니다.

Q : 보통 대부분의 함선에서 소나가 탑재되는 것이 필수적이라고 알고 있습니다. 소나의 정의 및 원리와 대잠 전투체계에서의 소나의 중요성에 대해 말씀해주십시오.
A : 소나는 수중음파를 수신하여 각종 신호처리 후 운용자가 표적을 탐지할 수 있도록 지원하는 장비입니다. 이러한 과정에서 수중잡음을 제거하고 프로펠러 회전수/날개수 등 인공적인 소음을 추출하기도 하며, 여러 개의 소나 센서를 연계하여 거리를 측정하거나 이동 경로 등을 예측 계산해 주기도 합니다. 잠수함은 수중에서 오로지 수중음향에만 의존하여 장애물 회피 및 표적을 탐지합니다. 비유하자면, 물 위에 떠있는 일반 수상함과 비교해서 수상함이 시각과 청각 이용해 활동을 할 때, 잠수함은 오로지 청각에만 의존해서 활동한다고 보시면 좋을 것 같습니다. 따라서 전투체계에 있어서 소나는 매우 중요하며 필수적입니다. 소나 센서의 성능 향상 및 대형화로 적보다 먼저 탐지하는 것이 전투력을 결정하며, 반대로 자함 소음은 최소화하고 상대 능동소나에 의한 자함 반사음도 최소화시켜야 합니다.

Q : 4차산업혁명 시대가 도래함에 따라 조선산업에도 스마트십, 스마트야드 등이 대두되고 있습니다. 잠수함에는 어떠한 기술력들이 추가되나요?
A : 잠수함은 안전지향적 성격이 커서 검증되지 않은 기술 도입에 보수적입니다. 현재 한국 해군에서도 보다 적은 인원, 더 좋은 기술을 추구하는 SMART NAVY를 지향하고 있어 수상함 쪽에서는 스마트십에 대하여 많은 기술을 도입하려 연구, 개발 중에 있습니다. 예를 들어 승조원 수를 줄이기 위한 자동화 및 무인화 기술, 고장유형분석 및 사전 점검을 통한 고장예방 등 의사결정지원 시스템 구축 등에 대한 기술을 개발하여 함정에 탑재를 검토하는 등 4차 산업혁명 스마트십 기술 개발과 적용에 노력하고 있습니다.

Q : 방산업체 특성상 자국에서 수주를 많이 받는데, 잠수함 설계부에서의 외국어 능력요구 조건은 어느 정도인지 궁금합니다.
A : 수상함은 50년 이상 독자설계 건조 과정에서 많은 장비들이 국산화되고 기술자립화 되었으나, 잠수함은 아직도 많은 장비와 기술들이 개발되어야 하며, 그 가운데 해외업체와 협력해야 하는 경우가 많습니다. 또한, 비단 잠수함뿐만이 아니라 현대중공업도 함정 수출을 지속 추진하고 있는데 이러한 해외 협력 및 영업 과정에서 외국어 능력은 필수입니다.
 


<현대중공업 특수선사업부 수중함의장설계부 직원 분들과의 인터뷰 - 앞쪽부터 특수선설계기획부 부서장 최준일 부장, 수중함의장설계부 부서장 곽상혁 부장, 수중함의장설계부 박혜린 과장>


Q : 마지막으로 특수선 사업부에 입사 하고 싶은 학생들을 위하여 어떠한 역량을 키우는 것이 좋을지 말씀 부탁드립니다.
A : 방금 질문의 답과 같이 영어는 기본능력으로 가져야 합니다, 또한 공학적 측면에서는 다양한 분야를 융합할 줄 알아야 합니다. 조선해양공학과라고 조선공학만에 국한되지 않고 기계, IT, 전기, 전자 분야에 대한 기본 소양을 갖추면 좋을 것으로 좋습니다. 아울러, 조선소에서 많이 사용하는 프로그램을 익히는 것도 중요합니다. 하지만 가장 중요한 건 혼자서 하는 일이 아니기에 협업을 위한 의사소통, 배려, 책임감 등 단체 생활에 필요한 마음가짐이 중요합니다.

물 위에 일부만 떠 있는 잠수함만을 보다 이번 견학을 통해 잠수함의 실제를 보고 놀랐듯이, 이번 취재를 통하여 몰랐던 잠수함 산업에 대한 매력과 전망을 알게 되었다. 특히, 상무님이 해주신 말씀이 기억에 남는다. “엔지니어로서 잠수함에 도전해보는 것은 매우 낭만적인 일입니다. 잠수함은 어떠한 기체보다도 높은 수준과 전문성이 필요합니다. 10년~20년 동안 단 한 척의 잠수함을 만들었다는 것이 내 커리어의 끝이라 하더라도 그 무게와 경험은 남다를 것입니다.” 분단국가인 우리나라에서 잠수함은 국방력에 직결되는 놓칠 수 없는 산업이다. 그렇기에 잠수함 국산화를 위해 끊임없이 노력하고 계속하여 기술력을 개발하는 현대중공업 특수선 사업부는 잠들지 않는다. 은밀하고 위대하게.