KR20170106743A - 잠수함발사탄도미사일의 비행특성을 시뮬레이션하는 방법 - Google Patents

잠수함발사탄도미사일의 비행특성을 시뮬레이션하는 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은, 잠수함발사탄도미사일의 운동 모델 - 상기 잠수함발사탄도미사일의 운동 모델은, 비행 단계에 따라 부스트 단계, 중간 비행 단계 및 재진입 단계별로 달리 생성되되, 상기 부스트 단계의 운동 모델은 상기 잠수함발사탄도미사일의 중력, 추력 및 항력의 합으로 이루어지고, 상기 중간 비행단계 및 상기 재진입 단계의 운동 모델은 상기 잠수함발사탄도미사일의 중력 및 항력의 합으로 이루어짐 - 을 생성하는 단계 및 상기 운동 모델을 시뮬레이션하는 단계를 포함하되, 상기 시뮬레이션하는 단계는, 상기 부스트 단계 종료 시점에서 상기 잠수함발사탄도미사일의 복수의 자세각 - 상기 자세각은, 오버 로프티트(over lofted) 자세각, 최소에너지 발사각, 디프레스드(depressed) 자세각 중에서 선택된 적어도 둘 이상임 - 을 이용하여, 일정 사거리마다 상기 자세각별 비행 거리에 따른 고도, 상기 자세각별 비행 시간에 따른 속도, 상기 자세각별 비행 시간에 따른 가속도 및 상기 자세각별 비행 시간에 따른 비행 경로각 중 적어도 하나의 시뮬레이션을 하는 것을 특징으로 하는 잠수함발사탄도미사일의 비행특성을 시뮬레이션하는 방법을 제공한다.

Description

잠수함발사탄도미사일의 비행특성을 시뮬레이션하는 방법 {METHOD FOR SIMULATING CHARACTERISTICS OF SLBM}
본 발명은, 잠수함발사탄도미사일의 비행특성을 시뮬레이션하는 방법에 관한 것이다.
최근 북한은 잠수함 발사 탄도미사일(본 명세서에서는 "SLBM" 용어와 혼용하기로 한다)의 비행시험을 실시하였으며, 이는 국제적인 안보에 상당한 위협이 되고 있다. 북한은 러시아의 퇴역 잠수함을 해체하는 과정에서 잠수함 발사 탄도미사일 관련 기술을 확보하였고, 이와 관련된 실험을 지속적으로 하는 것으로 알려졌다. 북한의 잠수함 발사 탄도미사일 개발이 완료되고 실전 배치된다면, 이는 우리나라에 비대칭적인 위협 요소로 작용하게 될 것이다. 따라서 이러한 위협에 능동적으로 대응하기 위해서는 잠수함 발사 탄도미사일의 위협에 대한 과학적이고 논리적인 분석이 이루어져야 한다.
현재 잠수함발사탄도미사일과 관련 연구는 거의 없는 실정이며, 탄도미사일의 비행궤적을 다룬 이전의 논문에서는 최소에너지 발사각에서의 최대사거리 비행궤적을 바탕으로 한 연구만 이루어졌을 뿐이므로, 상기와 같은 필요성을 충족시키기 위해 이에 대한 기술 구현의 필요성이 대두되고 있는 실정이다.
본 발명은, 잠수함발사탄도미사일의 비행 특성을 시뮬레이션하는 방법을 제공하고자 한다.
본 발명은, 잠수함발사탄도미사일의 운동 모델 - 상기 잠수함발사탄도미사일의 운동 모델은, 비행 단계에 따라 부스트 단계, 중간 비행 단계 및 재진입 단계별로 달리 생성되되, 상기 부스트 단계의 운동 모델은 상기 잠수함발사탄도미사일의 중력, 추력 및 항력의 합으로 이루어지고, 상기 중간 비행단계 및 상기 재진입 단계의 운동 모델은 상기 잠수함발사탄도미사일의 중력 및 항력의 합으로 이루어짐 - 을 생성하는 단계 및 상기 운동 모델을 시뮬레이션하는 단계를 포함하되, 상기 시뮬레이션하는 단계는, 상기 부스트 단계 종료 시점에서 상기 잠수함발사탄도미사일의 복수의 자세각 - 상기 자세각은, 오버 로프티트(over lofted) 자세각, 최소에너지 발사각, 디프레스드(depressed) 자세각 중에서 선택된 적어도 둘 이상임 - 을 이용하여, 일정 사거리마다 상기 자세각별 비행 거리에 따른 고도, 상기 자세각별 비행 시간에 따른 속도, 상기 자세각별 비행 시간에 따른 가속도 및 상기 자세각별 비행 시간에 따른 비행 경로각 중 적어도 하나의 시뮬레이션을 하는 것을 특징으로 하는 잠수함발사탄도미사일의 비행특성을 시뮬레이션하는 방법을 제공한다.
일 실시예에 따라, 상기 시뮬레이션하는 단계는, 초기 조건으로 상기 잠수함발사탄도미사일의 속도, 가속도 및 고도 값을 0으로하고, 대기 및 지구의 물리량은 해수면에서의 대기 및 지구의 물리량을 이용하고, 해수면에서의 추력은 진공에서의 추력과 동일할 수 있다.
또한, 본 발명은 상기 잠수함발사탄도미사일의 비행특성을 시뮬레이션하는 방법을 실행하기 위한 컴퓨터 프로그램을 기록한 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체를 제공한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 잠수함발사탄도미사일의 비행 특성을 시뮬레이하는 방법에 따르면 잠수함발사탄도미사일을 대상으로 비행궤적 특성(거리, 고도, 속도, 가속도) 해석이 가능하다.
따라서, 잠수함발사탄도미사일에 대응하여 다양한 방어체계 요격능력을 검증할 수 있는 기반 기술 파라미터를 제시할 수 있고, Kill Chain 및 KAMID의 발전방향을 제시할 수 있다.
도 1은 SLBM의 비행궤적을 모델링하여 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 잠수함발사탄도미사일의 비행 특성을 시뮬레이션하는 방법을 단계별 흐름도로 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따라 잠수함발사탄도미사일의 자세각별 비행거리에 따른 고도의 특성을 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따라 잠수함발사탄도미사일의 자세각별 비행시간에 따른 속도의 특성을 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따라 잠수함발사탄도미사일의 자세각별 비행시간에 따른 가속도의 특성을 나타낸 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따라 잠수함발사탄도미사일의 자세각별 비행시간에 따른 비행경로각의 특성을 나타낸 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 명세서에 개시된 실시 예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 유사한 구성요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 이하의 설명에서 사용되는 구성 요소에 대한 접미사 "모듈" 및 "부"는 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되거나 혼용되는 것으로서, 그 자체로 서로 구별되는 의미 또는 역할을 갖는 것은 아니다. 또한, 본 명세서에 개시된 실시 예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 명세서에 개시된 실시 예의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 첨부된 도면은 본 명세서에 개시된 실시 예를 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 명세서에 개시된 기술적 사상이 제한되지 않으며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다.
상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.
단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
본 명세서에서, "포함한다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
잠수함발사탄도미사일의 비행 특성을 시뮬레이션하는 방법
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 잠수함발사탄도미사일의 비행 특성을 시뮬레이션하는 방법을 단계별 흐름도로 나타낸 도면이다.
도 2에 도시한 바와 같이, 잠수함발사탄도미사일의 운동 모델을 생성하는 단계(S100) 및 상기 운동 모델을 시뮬레이션하는 단계(S200)을 포함할 수 있다.
본 발명인 잠수함발사탄도미사일의 비행 특성을 시뮬레이션하는 방법의 각 단계는 각종 입력 수단에 의해 입력되거나 각종 저장 매체에 의해 저장된 데이터를 연산 또는 처리하는 연산부(미도시)에 의해 수행될 수 있으며, 이에 따라 각종 데이터를 외부로부터 입력받기 위한 입력 수단(미도시)이나, 연산부에 의해 처리된 중간 또는 최종 결과 데이터를 저장이나 외부로 출력하기 위한 저장부(미도시) 또는 디스플레이부(미도시)를 더 포함할 수 있다.
한편, 도 2에 도시한 단계들이 필수적인 것은 아니어서, 그보다 많은 단계를 갖거나 그보다 적은 단계를 갖는 잠수함발사탄도미사일의 비행 특성을 시뮬레이션하는 방법이 구현될 수 있음은 물론이다.
이하, 각 구성요소들에 대해 살펴보기로 한다.
잠수함발사탄도미사일의 운동 모델을 생성하는 단계(S100)는 잠수함발사탄도미사일에 대한 시뮬레이션을 수행하기 위한 전단계로서, 각종 파라미터를 이용하여 잠수함발사탄도미사일의 운동 모델을 생성할 수 있다.
일반적인 탄도미사일의 비행단계는 부스트 단계(수직발사, 프로그램 선회, 등추력 비행단계), 중간 비행단계, 재진입 단계로 구성된다. 북한의 SLBM은 cold launching 방식을 채택하여 수중에서 공기압으로 수직사출 된 이후에, 해수면을 이탈한 직후 추진제 연소와 프로그램 선회를 병행하여 비행한다. 이러한 SLBM은 추진제의 연소를 통해 추력을 발생시키고 부스트 단계가 종료된 이후에는 추력이 종료되어 운동에너지만으로 비행하게 된다.
한편, SLBM은 일반적인 탄도미사일과 마찬가지로 추진제가 연소됨에 따라 질량이 감소되고, 고도가 변함에 따라 중력가속도와 대기밀도가 변화하게 되므로 이를 운동 방정식에 반영해야 한다.
이와 같은 SLBM의 운동은 일반적으로 하기 수학식 1과 같은 미분방정식의 형태로 나타낼 수 있다. 이때 지구는 자전하지 않는 완전한 구의 형태로 간주하였고, 받음각(angle of attack)이 작다고 가정하여 양력은 고려하지 않았다. 또한 추진제의 유효배기속도는 일정하다고 가정하였다.
Figure pat00001
여기서, 우변의 각 항은 순서대로 중력, 추력, 항력을 가리킨다.
지표면으로부터 고도가 증가함에 따라 중력가속도는 변화하며, 고도 h에서 중력가속도는 뉴턴 법칙에 의해 하기 수학식 2와 같이 표현된다.
Figure pat00002
여기서, g0와 R0는 각각 지표면에서의 중력가속도 9.81㎨와 지구의 평균반경 6,378km를 나타낸다.
또한 추력(
Figure pat00003
)은 유효배기속도(c)와 탄도미사일의 질량감소율(
Figure pat00004
)의 곱으로 정의되며, 유효배기속도는 비추력(Isp)과 중력가속도(g0)의 곱으로 정의되므로 수학식 3과 같이 나타낼 수 있다.
Figure pat00005
Figure pat00006
여기서 mp, tb는 각각 추진체 질량(propellant mass), 연수시간(burn time)을 의미한다.
한편 항력
Figure pat00007
은 속도에 대한 함수로서 수학식 5와 같이 속도에 대한 함수로 나타낼 수 있다.
Figure pat00008
여기서, CD, ρ(h), A 및 V는 각각 항력계수, 고도에 따른 대기밀도, 탄도미사일의 전방 단면적 및 속도를 의미한다.
Figure pat00009
이와 같은 탄도미사일의 운동방정식을 묘사하기 위해 탄도미사일을 질점(mass point)로 간주하고 xy 평면 상에서 비행하는 것으로 나타내면 탄도미사일의 위치 벡터(
Figure pat00010
)와 속도벡터(
Figure pat00011
)는 다음과 같이 나타낼 수 있다.
Figure pat00012
Figure pat00013
Figure pat00014
탄도 미사일의 속도벡터와 지표면이 이루는 비행경로각(flight path angle)을 θ라 하고 수학식 7 내지 9를 x, y 성분별로 미분방정식의 형태로 나타내면,
Figure pat00015
Figure pat00016
Figure pat00017
Figure pat00018
수학식 10 내지 13과 같이 표현되며, 여기서 V는
Figure pat00019
와 같다. 또한 수학식 12 내지 13에서 우변의 첫 번째 항은 추력으로 인한 가속도, 두 번째 항은 항력으로 인한 가속도, 세 번째 항은 중력 가속도를 의미한다.
한편 탄도미사일은 부스트 단계 이후 추력을 발생하지 않기 때문에 부스트 단계 이후의 탄도미사일 운동방정식을 수학식 12 내지 13의 추력 가속도 항이 삭제된다. 즉, 부스트 단계 이후 중간 비행단계 및 재진입 단계의 운동 모델은 잠수함발사탄도미사일의 중력 및 항력의 합으로 이루어질 수 있다.
잠수함발사탄도미사일의 운동 모델을 시뮬레이션하는 단계(S200)는, 일 실시예에 따라, 잠수함발사탄도미사일의 비행특성 해석방법으로 미사일을 하나의 질점으로 가정하여 해석하는 질점해석법(point mass analyis method)를 사용하되, 이에 한하지 않고 미사일을 6자유도(DOF: Degree of Freedom)으로 가정하여 해석하는 강체해석법(rigid body analysis method)를 사용할 수 있다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따라, 잠수함발사탄도미사일의 운동 모델을 시뮬레이션하기 위해 8가지 사항 - ⅰ) 탄도미사일은 주로 미사일 자체 추력(T), 공력에 의한 항력(D), 그리고 지구중력(mg)의 영향을 받는다, ⅱ) 부스트 및 재진입단계에서 지구는 평탄하다, ⅲ) 진공단계에서 공기밀도는 극히 작으므로 항력이 궤적에 미치는 영향은 무시한다, ⅳ) 지구는 완전한 균질의 구로 곡률만 고려하며, 공전과 자전은 고려하지 않는다, ⅴ) 전 비행단계에서 탄도미사일의 양력은 고려하지 않는 것으로 가정한다, ⅵ) 연소종료시 주 로켓의 연료를 100% 연소시킨다, ⅶ) 대기권의 경계면을 100km로 가정했으며, 진공단계 비행은 고도 100km 이상의 구간만 고려한다, ⅷ) 추력은 해수면과 진공에서 동일하다 - 을 가정하였다.
시뮬레이션을 위한 초기 조건으로 미사일의 속도, 가속도 및 고도 값은 0으로 가정하였고, 지구와 관련된 값은 해수면에서의 값과 지구의 물리적 특성값을 이용하는 것이 바람직하다.
이에 대한 구체적인 값은 하기 표 1과 같다.
Figure pat00020
한편, 본 발명의 일 실시예에 따라 잠수함발사탄도미사일의 운동 모델을 시뮬레이션할 때, 일정 사거리(일 예로, 500km, 1000km, 1500km)마다 자세각(loft angle)을 달리하여 시뮬레이션하는 것이 바람직하다.
이때, 시뮬레이션 결과는, 도 3에 도시한 바와 같이 일정 사거리마다 자세각별 비행 거리에 따른 고도 특성이나, 도 4에 도시한 바와 같이 일정 사거리마다 자세각별 비행 시간에 따른 속도 특성이나, 도 5에 도시한 바와 같이 일정 사거리마다 자세각별 비행 시간에 따른 가속도 특성이나, 도 6에 도시한 바와 같이 일정 사거리마다 자세각별 비행 시간에 따른 비행 경로각 특성 중 적어도 하나를 포함하는 것이 바람직하다.
이외에, 잠수함발사탄도미사일의 비추력(Isp: Specific Impulse), 탑재중량(payload), 연료차단시점(cutting off), 연료량 및 중간·종말단계 조절 등의 변화를 근거로 하여, 잠수함발사탄도미사일의 사거리가 조절되기 때문에, 이 인자들 중 적어도 하나의 변화, 또는 자세각별 상기 인자들 중 적어도 하나의 변화에 따라 비행 거리에 따른 고도, 비행 시간에 따른 속도, 비행 시간에 따른 가속도, 비행 시간에 따른 비행 경로각 등에 대해서도 시뮬레이션하는 것이 바람직하다.
여기서, 자세각은 최소에너지(minimum energy) 발사각, 오버 로프티트(over lofted) 자세각 및 디프레스드(depressed) 자세각 중 선택된 적어도 두 자세각에 대하여 시뮬레이션하는 것이 바람직하다.
탄도미사일의 비행궤적은 연소종료 시점에서의 속도, 에너지 및 자세 등에 의해 결정되나, 일반적으로 가장 많이 사용되는 방법으로 자세각 조절시 최대 사거리는 최소에너지(minimum energy) 발사각에 의해 달성되며, 발사각을 이보다 크거나 작게하면 사거리가 감소한다.
잠수함에서 발사되는 잠수함발사탄도미사일(SLBM)은 공격의 은밀성과 기습 효과를 극대화기 위해서는 depressed를 사용하는 것이 유리하나, 한반도의 지정학적 특성상 공해 또는 원거리에서 minimum energy, over-lofted로 발사할 경우 대기권내 하층요격인 지상기반 탄도미사일 방어체계에는 매우 치명적이다.
이러한 관점에서 본 발명은 잠수함발사탄도미사일 발사방법으로 가장 유력한 minimum energy, over-lofted, depressed 비행궤적을 시뮬레이션하는 것을 일 특징으로 하고 있으며, 시뮬레이션 결과를 분석함으로써, SLBM 위협을 종합적으로 해석가능하게 한다.
실시예
탄도미사일의 비행궤적은 도 1에 도시한 바와 같이, 수직상승(vertical ascent), 프로그램 선회(program turn), 무양력선회(zero lift turn)와 등자세(constant attitude) 비행을 하는 부분으로 구성된다. 미사일에 작용하는 힘은 미사일 자체 추력, 공력에 의한 항력과 양력, 그리고 지구인력에 의한 중력으로 구성된다.
잠수함발사탄도미사일의 비행특성 분석을 위해 사용된 시뮬레이션 주요 입력파라미터는 일반적으로 공개된 R-27 제원을 기반으로 하기 표 2와 같이 선정하였다.
Figure pat00021
이에 따라 시뮬레이션한 결과를 도 3 내지 6에 도시하였다.
도 3은 SLBM을 minimum energy, over-lofted 및 depressed로 발사하였을 경우 비행거리에 따른 고도 특성으로 전형적인 포물선 형태를 나타낸다. minimum energy의 경우 탑재중량(payload)을 최대로 하였을 경우 최대사거리는 2,133km, 정점고도는 552km로 나타났다. 총 비행시간 811초 중 전체 비행시간의 81%인 654초를 대기권 밖에서 비행한다.
over-lofted의 경우 1,500km, 1,000km, 500km 및 300km로 사거리를 조절하여 시뮬레이션을 수행하였다. 각각의 정점고도는 925km, 1,014km, 1,059km 및 1,068km로 자세각(loft angle)을 증가시킬 경우 사거리는 감소되며, 고도가 증가함을 알 수 있다. 또한 사거리별 각각 전체 비행시간의 86%, 87%, 88% 및 79%를 대기권 밖에서 비행한다. 이러한 over-lofted 특성은 사거리가 감소할수록 종말단계보다는 중간단계의 요격기회가 상당히 증가함을 의미하며, 지상 하층방어 위주로 구축되어 있는 우리의 현실을 감안할 때, 북한 탄도미사일에 대한 중간단계 요격이 실질적으로 어려움을 나타낸다.
depressed의 경우도 over-lofted와 마찬가지로 1,500km, 1,000km, 500km 및 300km로 사거리를 조절하여 시뮬레이션을 수행하였다. 각각의 정점고도는 168km, 76km, 77km 및 22km로 자세각(loft angle)을 감소시킬 경우 사거리는 감소되며, 고도가 감소함을 알 수 있다. 또한 1,500km 발사 시는 전체 비행시간의 51%를 대기권 밖에서 비행하지만 1,000km, 500km 및 300km 발사 시는 대기권 내에서 모든 비행이 이루어진다. 이러한 depressed 특성은 사거리가 감소할수록 중간단계보다는 종말단계의 요격능력이 매우 중요함을 의미한다.
SLBM의 속도는 발사 후 연소가 종료되어 추력이 없어질 때 까지 급격하게 증가하나, 이후 정점고도에 이를 때까지 완만하게 감소한다. 정점고도 이후 공기에 의한 항력이 중력보다 커질 때까지는 다시 완만하게 증가하여 최대속도에 이르며, 탄착지점까지는 매우 급격하게 감소 한다. 도 4는 SLBM을 minimum energy, over-lofted 및 depressed로 발사하였을 경우 비행시간에 따른 속도 특성으로 전형적인 'M'자형 패턴을 나타낸다. SLBM의 최대속도는 도 4와 같이 발사방법별로 사거리 조절과 상관없이 거의 일정하였으며, 중력에 의한 영향을 적게 받는 depressed의 최대속도가 4,415m/s(마하 13)로 4,150m/s(마하 12)인 over-lofted보다 약간 높게 나타났다. 또한, 자세각이 증가할수록 속도곡선은 중간단계에서 아래로 처진 형태를 보임을 알 수 있다.
비행시간에 따른 가속도 특성은 도 5와 같이 부스트 단계와 재진입단계에서는 추력과 항력의 급격한 변화에 따라 가속도의 변화가 매우 크며, 중간단계는 매우 완만하게 변화함을 알 수 있다. 부스트단계는 추력이 중력과 항력에 비해 훨씬 크기 때문에 연소종료 전까지 속도가 급격히 증가되고 이에 따라 가속도가 지속적으로 증가하게 된다. 특히, 연소종료 후에는 추력이 사라지고, 중력에 의해 속도가 감소되기 때문에 가속도가 양의 값에서 음의 값으로 급격하게 변화하게 된다. 중간단계에서 미사일에 작용하는 힘은 중력과 항력뿐이나 이 단계는 공기가 거의 희박한 구간을 비행하므로 항력의 크기는 중력에 비해 무시할 수 있을 정도로 작다. 재진입 단계는 하강단계이기 때문에 중력은 속도를 증가시키는 주 요인이며 항력은 속도를 감소시키는 요인으로 작용한다. 따라서, 항력과 중력이 속도방향에 미치는 합성 힘의 크기에 따라 속도는 증감하게 된다.
도 5에서 depressed의 경우 공기밀도가 높은 저고도 고속비행특성에 따라 거리 1,000km미만의 가속도가 불안정한 특성을 보이고 있음을 알 수 있다. 이는 북한의 SLBM을 1,000km미만으로 depressed 발사 시 불안정성이 증가함을 나타낸다.
도 6과 같이 초기 수직상승 비행경로각(flight path angle)은 90°부터 연소종료 시까지 최소에너지 발사각으로 감소한다. 이후 미사일은 등속운동을 하게 되며, 재진입단계에서 작용하는 힘 중 중력의 영향을 무시하면 속도방향의 벡터인 항력만 존재하기 때문에 비행경로각은 일정한 각도로 나타난다.
탄착시의 비행경로각은 minimum energy -47°, depressed -29°~ -38°, over-lofted -69°~ -86°로 나타났다. 특히, over-lofted의 경우 탄도미사일이 탄착점에서 거의 수직에 가까운 형태로 낙하하게 된다. 이는 방어체계 입장에서 레이더반사면적(RCS: Radar Cross Section)이 매우 작아 효과적인 탐지, 추적 및 요격이 어렵다는 것을 의미한다.
결론적으로, 잠수함발사탄도미사일은 발사방법에 따라 전 비행시간동안 변화하는 다양한 비행특성을 가지며, 종말단계에서의 변화는 더욱 급격하다. 이러한 관점에서 본 발명은 실제 운용자가 발사의도에 따라 운용이 용이한 자세각 조절방법을 적용하여 시뮬레이션을 수행하였다. minimum energy 발사의 경우 기존에 알려진 최대사거리 2,400~2,500km보다 다소 적은 2,133km를 비행하였으며, over-lofted로 자세각을 증가시킬수록 사거리는 감소하고 정점고도 및 비행시간 등이 증가하여 종말단계 가속도가 매우 증가하는 비행 특성을 가지게 되었다. 이는 초기 표적정보획득이 제한되며, 요격고도가 낮은 하층방어체계에는 더욱 큰 위협이 될 수 있다. depressed의 경우 자세각을 감소시킬수록 사거리, 정점고도 및 비행시간이 감소하였고 종말단계 가속도가 불안정한 비행특성을 보였다. 이는 요격속력이 낮은 하층방어체계의 요격능력을 저하시킬 수 있음을 알 수 있다.
이와 같이 본 발명의 시뮬레이션 방법에 따르면 잠수함발사탄도미사일을 대상으로 비행궤적 특성해석이 가능하므로, 이와 같은 비행궤적 특성해석을 통해 새로운 시각을 제시하고 방어체계 제한사항을 밝힐 수 있게 되었다.
컴퓨터 판독 가능한 기록매체
이상 설명된 본 발명의 일 실시예에 따른 잠수함발사탄도미사일의 비행 특성을 시뮬레이션하는 방법은 다양한 컴퓨터 구성요소를 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령어의 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체에 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체는 프로그램 명령어, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체에 기록되는 프로그램 명령어는 본 발명을 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이나 컴퓨터 소프트웨어 분야의 당 업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체의 예에는, 하드 디스크, 플로피 디스크, 및 자기 테이프와 같은 자기 매체, CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체, 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media), 및 ROM, RAM, 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령어를 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 프로그램 명령어의 예에는, 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드도 포함된다. 상기 하드웨어 장치는 본 발명에 따른 처리를 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.
이상으로 본 발명의 바람직한 실시예를 도면을 참고하여 상세하게 설명하였다. 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다.
따라서, 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미, 범위 및 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
S100: 운동 모델 생성 단계
S200: 운동 모델 시뮬레이션 단계

Claims (3)

  1. 잠수함발사탄도미사일의 운동 모델 - 상기 잠수함발사탄도미사일의 운동 모델은, 비행 단계에 따라 부스트 단계, 중간 비행 단계 및 재진입 단계별로 달리 생성되되, 상기 부스트 단계의 운동 모델은 상기 잠수함발사탄도미사일의 중력, 추력 및 항력의 합으로 이루어지고, 상기 중간 비행단계 및 상기 재진입 단계의 운동 모델은 상기 잠수함발사탄도미사일의 중력 및 항력의 합으로 이루어짐 - 을 생성하는 단계; 및
    상기 운동 모델을 시뮬레이션하는 단계;
    를 포함하되,
    상기 시뮬레이션하는 단계는, 상기 부스트 단계 종료 시점에서 상기 잠수함발사탄도미사일의 복수의 자세각 - 상기 자세각은, 오버 로프티트(over lofted) 자세각, 최소에너지 발사각, 디프레스드(depressed) 자세각 중에서 선택된 적어도 둘 이상임 - 을 이용하여, 일정 사거리마다 상기 자세각별 비행 거리에 따른 고도, 상기 자세각별 비행 시간에 따른 속도, 상기 자세각별 비행 시간에 따른 가속도 및 상기 자세각별 비행 시간에 따른 비행 경로각 중 적어도 하나의 시뮬레이션을 하는 것을 특징으로 하는 잠수함발사탄도미사일의 비행특성을 시뮬레이션하는 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 시뮬레이션하는 단계는,
    초기 조건으로 상기 잠수함발사탄도미사일의 속도, 가속도 및 고도 값을 0으로하고, 대기 및 지구의 물리량은 해수면에서의 대기 및 지구의 물리량을 이용하고, 해수면에서의 추력은 진공에서의 추력과 동일한 것을 특징으로 하는 잠수함발사탄도미사일의 비행특성을 시뮬레이션하는 방법.
  3. 제 1 항 내지 제 2 항 중 어느 한 항에 따른 상기 잠수함발사탄도미사일의 비행특성을 시뮬레이션하는 방법을 실행하기 위한 컴퓨터 프로그램을 기록한 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체.
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