연료절감형 보조추진체계가 전기모터 추진방식 채택
대한민국 해군 차세대 이지스 구축함 광개토-3 Batch-2 선도함 올해 바다에 뜬다!
미사일·어뢰·레이더·보조추진체계 등 탑재 2022년 진수~2024년 말 해군에 인도
KDX-III Batch-II 형상
[방위산업전략포럼] 조현상 기자 = 대양해군, 세계로 가는 길 고속도로 바다를 누빌 대한민국 해군 구축함이 빠르게 기동함대로 탄생되고 있다. 현대중공업이 우리나라 해군의 ‘차세대 이지스함’ 선도함 건조를 2021년 초에 시작하면서 박차를 가하고 있다.
현대중공업은 2021년 2월 5일(화) 울산 본사에서 방위사업청, 국방기술품질원 관계자 등이 참석한 가운데 차세대 이지스 구축함 선도함 기공식을 가졌다. 기공은 함정의 첫 블록을 건조용 선대에 자리 잡아 거치하는 공정으로, 함정 건조의 본격적인 시작이다.
이날에 기공한 이지스함은 대한민국 해군이 도입하는 차세대 이지스 구축함 중 선도함으로, 현대중공업이 지난 2018년 기본설계를 완료하고 2019년 10월 방위사업청으로부터 수주해 올해 2월 건조에 착수했다.
자료사진
차세대 이지스 구축함은 무게 8천100톤으로, 국내 구축함 중 최대 크기로 만재 배수량은 1만톤을 훌쩍 넘는다.
기존 세종대왕급 이지스함과 대비해 탄도탄(彈道彈) 요격 능력이 추가되고, 국방과학연구소에서 개발 중인 통합소나체계(ISS, Integrated SONAR System)를 탑재해 대잠(對潛) 작전을 포함하여 작전능력 수행 능력이 획기적으로 향상되면서 일본과 중국 해군에 맞설 수 있는 함정체계를 구축할 수 있게 되었다.
또 이지스 전투체계와 더불어 5인치 함포, 근접방어무기체계, 함대공 미사일, 함대함 미사일, 어뢰 등의 무장이 탑재되고, 다기능 위상배열 레이더, 적외선 탐지·추적장비, 전자광학 추적장비 등을 갖춰 막강한 전투능력을 보유하게 된다. 이외에도 연료절감형 보조추진체계가 탑재된다.
이날 기공한 차세대 이지스 구축함 선도함은 2022년 하반기 진수를 거쳐 2022~24년 시험평가, 시운전 등을 거쳐 2024년 말 해군에 인도될 예정이다. 이 함정이 전력화되면 대한민국 해양 수호의 핵심적인 역할을 수행할 것으로 기대된다.
한편, 현대중공업은 1세대 이지스 구축함인 7천600톤 세종대왕급의 기본설계를 수행하고, 3척의 세종대왕급 중 선도함인 세종대왕함과 3번 함인 서애류성룡함을 성공적으로 건조해 각각 2008년, 2012년 대한민국 해군에 인도해 고난도 구축함 기술을 축척하고 있다.
세종대왕급 이지스 구축함 배치-II 선도함의 본격적인 건조 시작
KDX-III Batch-II 형상. 가상 항행 모습
드디어 우리나라 해군의 세종대왕급 이지스 구축함 배치 II 초도함의 건조가 본격화 되었다.
현대중공업측은 자사 블로그등을 통해, 지난 10월 6일 '광개토-III 배치-II 선도함 기공식'을 열었다고 알렸다.
블로그에 소개한 내용 가운데, 특이할 만 한 것은, 우리의 이지스 구축함 배치-II의 추진체로 '연료절감형 보조추진체계'가 적용되었다는 것이다.
앞서 건조된 우리나라의 이지스 구축함 배치-I인 세종대왕급 구축함은 그 공격능력 만큼은 미국의 알레이벅(ARLEIGH BURKE)급 구축함이나 일본의 이지스 호위함들 대비 뛰어난 것으로 볼 수 있다.
그러나, ① 탄도미사일 방어 능력을 가지고 있지 못하고, ② 소나체계가 미국 및 일본의 이지스 구축함들 대비 취약하며, ③ 무기체계 이외에는 GOGAG(COmbined Gas turbine And Gas turbine) 타입의 추진체계를 채택한 덕분에 엄청난 연료소모량의 문제점을 가지고 있는 것으로 지적되어 왔다. 하지만 우리나라 만의 문제는 아니다.
특히 '엄청난' 연료소모량 덕에, 북의 장거리 탄도미사일 발사가 지속되어 이지스 함정들이 전함 배치되던 당시, 여기에 유류를 공급하느라 해군의 유류보급함들이 투입되어, 나머지 함정들에의 보급작전에 차질을 빚을 지경이었다.
연료비용 덕에 충무공 이순신급 함정들 대비해서도 연간 유지비용이 수배에 달하는 점 등이 언론에서도 거론된 바가 있다. (※ 편집자 註 : 세종대왕급 이지스 구축함의 실제 유류비는 충무공 이순신급 대비 대략 2배 수준이며, 세종대왕급 이지스 구축함의 높은 유지보수 비용중 유류비는 일부분일 뿐이다. 유류비나 인건비등에 의한 유지비용은 함정의 사이즈등을 고려할 때 비정상적으로 높은 것은 아니고, 대부분은 이지스 체계의 소프트웨어 업그레이드 비용에 의한 것이다. 다만, COGAG 추진방식에 따라 타 함정대비 유류비의 부담이 큰 것은 사실이다.)
한편, 이 문제는 세종대왕급만의 문제가 아니며, 미국의 알레이벅급 이지스함을 베이스로 건조된 일본의 콩고(こんごう)형과 아타고(あたご)형 이지스함들에도 동일한 문제였다. 일본은 이 문제를 해결하기 위해 마야(まや)형에 이르러서는 COGLAG(COmbined Gas turbine - eLectric And Gas turbine) 추진체를 적용해 운용하고 있
다.
COGLAG은 COmbined Gas turbine - eLectric And Gas turbine의 약자로, 우리 말로 표현하면 개스터빈 전기 & 개스터빈 복합식 추진방식이다.
영국의 Type45 구축함과 우리나라의 대구급(울산급 배치 II)에서 채택하고 있는 CODLAG(COmbined Diesel - eLectric And Gas Turbine) 방식과 유사한 방식으로, CODLAG의 경우 평상시에는 디젤 발전기로 생산된 전기에 의해 모터를 구동하여 함정을 추진시키며, 전투 항해시 혹은 고속기동시에는 가스터빈을 추가 가동하여 기동하는 방식인데, COGLAG은 디젤엔진이 아닌 개스터빈엔진에 의해 발전을 하는 게 다르다.
현대중공업이 기재한 '연료절감형 보조추진체계' 역시, 이 같은 이유 때문에 이지스 구축함 배치-II에의 탑재가 결정되었을 것으로 보인다.
한편, 우리나라 내부에서도 이미 이지스 구축함의 연료절감형 추진체계의 채택에 대해서는 상당히 오래전부터 검토되어 왔다. 2014년 11월 발간된 「이지스 구축함용 HED 시스템에 관한 연구」라는 논고(written by 정성영(한국해양대학교 메카트로닉스), 오진석(한국해양대학교 기관공학부))에서는 우리의 이지스 구축함들의 높은 연료소모 문제와 이에 대한 해법으로 HED 시스템(Hybrid Electric Drive System)의 채택을 제안하고 있다.
해당 논고에 의하면, 개스터빈엔진의 경우 낮은 RPM 즉 낮은 속도로 항행 시의 연료 효율이 오히려 크게 떨어지는 특성을 가지고 있다고 기술했다. 즉, 저속 항행 시 2개의 개스터빈, 고속 항행시 4개의 개스터빈으로 구동하는 COGAG 타입의 특성상 느린 속도로 항행한다고 연료소모율을 낮출 수 없다는 점이 바로 기존 이지스 구축함의 문제이다.
해당 논고에서는 만일 기존의 GOGAG 타입의 추진체를 HED 타입으로 변경하여, 연간 2,912시간을 가동할 경우 저속항행 시(Motoring mode)에는 연간 4,800배럴, 고속항행 시(Motoring-Generating mode)에는 연간 8,900배럴의 연료를 절감할 수 있다는 시뮬레이션 결과와 HED를 기존의 이지스 구축함에 적용 하면 연간 8억 원의 연료비 절감이 가능하다고 밝히고 있다.(2014년 기준)
다만, 결론적으로 우리 이지스 배치-II에 적용된 것은 HED 타입은 아니며, 일본의 마야급 이지스함과 마찬가지로 COGLAG 타입이다.
우리 해군이 이 같은 동력추진방식에 얻은 결과를 바탕으로 이지스 구축함 배치-II의 추진 시스템은 바뀌게 되었다.
▲ 美 해군 이지스 구축함에서 SM-3 미사일을 발사하는 장면. ⓒ제조사 '레이시온' 배포 사진.
추진 시스템의 변경에 따른 우려 사항
완전한 것은 이 지구상에 존재하지 않듯이 이런 결정은 반길만한 것이지만 사실 우려되는 부분도 있다는 지적이 있는 것도 현실이다. 기존과 다른 추진 시스템, 게다가 여태까지 우리나라 해군 함정에 적용해 본 적이 없는 COGLAG 타입을 새로 적용하게 됨에 따른 리스크가 분명히 있다는 지적이다.
특히, 우리나라 해군 함정 최초로 전기식 추진 시스템인 CODLOG(COmbined Diesel-eLectric Or Gas Turbine) 타입을 채택한 인천급 배치-II(대구급) 호위함의 추진 시스템은 건조 배치 이후 계속 문제를 일으켜, 2017년 이후 거의 매년 언론매체에 보도되었다. 더 선진적인 전기추진시스템인 IEP(Integrated Electric Propulsion) 타입을 적용하고 있는 영국의 Type 45 데어링급 방공구축함 역시 지속적인 추진체 고장 문제에 시달리고 있어 완전한 해답은 아직 없은 것으로 보인다. 이런 리스크가 있는 체계임이데 불구하고 채택한 배경에는 잃는 것보다 얻는 것이 많기 때문이다.
사실, 새로운 시스템의 적용은 항상 보완해야 할 문제를 내포하고 있을 수 있다고 할 수 있다. 우리 해군 함정에 새로 적용한 시스템이 문제가 있다고 그게 우리나라 건조사들이나 우리 해군이 무슨 큰 문제를 가지고 있다고 할 수도 없다.
하지만, 해군 함정은 전투기와 달리 프로토타입의 제작과 그것을 사용한 시험 과정이 없다. 선도함 자체가 프로토타입이라는 점이기 때문이다.
만일 신속한 배치를 위해 3척의 이지스 구축함 배치-II 함정들을 선도함 건조해서부터 연속으로 건조를 추진한다면 나중에 큰 문제에 봉착할 수도 있다는 뜻이다.
가령 인천급 배치-II 함정의 경우, 선도함인 대구함(FFG-818)으로부터 2번함인 경남함(FFG-819)까지 약 3년의 시차를 두고 건조를 했다. 하지만 동일한 추진체 문제가 배치된 모든 함정에 발생하는 문제를 겪고 있다. (※ 편집자 註 : 방사청은 최초 해당문제를 제기한 언론보도에 대해, 9월 23일 '[입장자료] 모 매체(9.23.) '해군 신형 호위함들 결함 속출...연쇄 운항 중단 우려' 보도 관련'이라는 언론보도설명자료를 내고, '함정 운용에는 지장이 없는 사항으로 정상 운용 중에 있습니다'라고 밝힌바 있으나, 9월 27일 애초에 해당 문제를 보도했던 언론에서는 재차 기사를 내고, '1번함 이후, 2, 3, 4번함에도 동일한 문제가 발견되어 해군이 방사청에 완전개방검사를 요구했다'고 재차 보도했다.)
세상에 '완벽한' 물건이란 있을 수 없듯이 세세한 모든 문제까지 다 해결되기를 기다렸다가 건조를 한다면 작전배치 시기를 놓칠 수도 있다. 또, 리스크를 회피하기 위해 자꾸 안정성만을 추구하다 보면 개선과 발전을 기대할 수도 없다.
다만, 추진 시스템의 변경은 전례를 봤을 때, 여태까지 없었던 문제를 야기할 수 있는 사안이라는 점을 고려하여 여러가지 대비책을 만들어 놓아야 할 필요가 있다. 특히 척당 1조 원을 훨씬 초과(3척 건조에 3조 9천억원 소요)하는 세종대왕급 이지스 구축함 배치-II가 만일 작전배치 이후 고장 수리 등으로 전력에서 제외된다면, 그건 대구급 호위함의 전력 이탈과는 비교도 할 수 없는 악영향을 끼치게 될 거라는 점에서 더더욱 그렇다.
참고로 세종대왕급 이지스 구축함 배치-II의 선도함 기공으로부터, 3번 함의 배치까지의 기간은 7년으로(아래 '註 1' 참조), 배치-I 당시의 기간 대비 약 1년 정도 더 늘었다.
그런데, 배치-II가 배치-I과 다른 점 가운데 하나인 '탄도미사일 요격 능력'과 관련해서는 아직도 SM-3 Block1B를 도입 적용할지, SM-6를 도입 적용할지 확정되지 않은 것으로 알려져 있는데(아래 '註 2, 3' 참조), 이것도 함정의 작전배치 일정에 영향을 미칠 것으로 볼 수 있다면, 배치-II의 조달 일정은 상당히 빡빡한 편이라고 할 수 있을 것 같다.
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