높은 산맥과 넓은 강은 효율적인 군사작전을 수행하는 장애물이다. 한반도는 강과 하천이 많아 도하 작전이 매우 중요하다. 도하작전은 적이 통제해 건널 수 없는 강의 적정지점에 교두보를 설치하기 위해 수행된다.

도하작전은 공병부대가 맡으며 공격 작전을 담당한 전투 부대가 신속하고 안전하게 강을 건너도록 지원한다. 도하작전에서 필수적인 장비가 부교로 교절을 결합해 뗏목처럼 이동시키는 형태의 구성품이다.

우리 군이 사용하는 리본교(Ribbon Bridge System)는 기존 교량에 비해 설치가 간편하다는 평가를 받는다. 리본교는 교절이라고 불리는 구성품 여러 개를 연결해 완성한다.

각 교절은 자체 작동장치에 의해 물에 진수되면 반자동으로 펼쳐진다. 수면에 진수된 교절은 교량가설단정(Bridge Erection Boat)으로 이동시켜 연결한다. 육군 공병부대는 단시간에 수십톤의 전차가 통과할 수 있는 리본부교를 설치할 수 있다.

◇ 한국과학기술연구원(KIST)의 안보⸱재난안전기술단의 임무 소개

한국과학기술연구원(KIST)의 안보⸱재난안전기술단은 2010년 설립됐다. 국방 연구개발 제도개선, 국방 연구개발 과제화/연구지원, 군에 과학기술 지원 등의 임무를 수행하고 있다.

더불어 안보⸱재난안전기술단 소속 미래국방국가기술전략센터는 2022년 만들어졌다. '국방과학기술 혁신을 위한 국가 연구개발 투자전략 싱크탱크'로 비전을 설정했다.

주요 임무는 △과학기술정보통신부의 국방 연구개발(R&D) 투자정책 수립 지원 △국방적용 가능 민간R&D 역량 발굴-과제기획 △국방R&D 민관군 협력기반 마련 등이다.

이번에 소개할 기술은 KIST의 전북분원 구조용복합소재연구센터 유재상 책임연구원(jamesyu@kist.re.kr)이 수행한 '경량화 및 스텔스 기능을 가지는 부교용 CFRP 샌드위치 패널 개발 기술'이다.

◇  연구 목표... 전자파 흡수/차폐 및 진동감쇠 기능 보유한 탄소섬유강화 복합소재(CFRP) 개발

전자파 흡수/차폐 및 진동감쇠 기능을 가지는 탄소섬유강화 복합소재(CFRP) 및 경량 구조 샌드위치 코어를 이용한 부교용 CFRP 샌드위치 패널 복합소재 기술을 개발할 계획이다.

현재 군에서 도하작전에 사용하고 있는 부교는 리본 부교(RBS)로 구축에 오래 걸리는 구식장비로 크고 무거운 무게로 인해 설치 및 제거에 많은 시간과 병력이 소요된다.

이는 도하작전 수행 시 적의 감시장비와 직사화기 위협에 장시간 노출됨으로써 생존성을 위협받게 만든다. 현대적인 탐지 수단에 잡히지 않는 스텔스 부교에 관한 연구 개발이 진행되고 있다.

따라서 우리 군도 작전 상황 속에서 신속성, 기동성, 생존성 확보를 통해 생존 확률을 높이기 위한 연구가 필요하다. 경량 구조 샌드위치 코어를 이용한 부교용 CFRP 샌드위치 패널 복합소재 기술을 개발한 이유다.

◇ 연구 내용 및 결과... 알루미늄 합금 대비 고강도 및 저비중 CFRP 샌드위치 패널 개발

기존 리본 부교에 사용되는 알루미늄 합금 대비 고강도 및 저비중 CFRP 샌드위치 패널을 개발했다. 또한 레이더 및 음향 스텔스 기능을 갖춘 CFRP 샌드위치 패널이 요구된다.

유한요소 해석방법(FEM )을 이용한 고성능 Al core CFRP 샌드위치 패널 기술을 개발해 확보했다. 높은 물성을 가지는 CFRP 라미나 제작을 위한 적층판이론(Classical lamination theory) 적용 기술을 개발했다.

심험용(Lab-scale)이 아닌 상용화 가능한 대면적 샌드위치 패널을 제작했다. 실제 군에서 부교를 설치하는데 활용할 수 있도록 지원하기 위한 목적이다.

▲ Al core 적용 CFRP 샌드위치 패널 모델링 기술 [출처=한국과학기술연구원]

▲ Al core 적용 CFRP 샌드위치 패널 제작 [출처=한국과학기술연구원]