백상어는 시기적으로 1990년 초부터 94년 말까지 5년 동안 백상어의 개발 가능성을 기술적으로 확인하는 선행 개발(현재 탐색 개발)을 마치고 이후 실용 개발(현재 체계 개발)에 들어가는 것으로 계획됐다.

이 과정에서 가장 먼저 결정해야 하는 것은 기본적인 군 요구 사양을 만족하기 위한 추진 전동기·추진 전지·전투 탄두의 사양, 그리고 기계적 제원 등이다. 그 가운데 백상어를 개발하는 연구개발진의 의지가 반영될 수 없는 한 가지가 있었다. 바로 국방과학연구소가 이미 개발한 소형 잠수함 ‘돌고래’에 무장해야 하는 것이었다.

이것은 백상어가 중어뢰의 표준 지름인 21인치가 아닌 19인치로 개발돼야 한다는 뜻이다. 지름이 2인치가 작다는 것은 그만큼 용적도 작다는 것이고 그 작은 용적에 갖가지 부품을 조밀하게 넣도록 설계·개발해야 한다는 어려움이 있다.

특히 군이 요구하는 폭발 위력을 만족시키기 위해 21인치 어뢰에 비해 상대적으로 ‘적게 들어가는 양(量)’을 상쇄할 수 있는 높은 폭발력의 폭약이 필요하고 추진 속도와 항주거리를 충족하기 위해서는 또 그만큼을 보상할 수 있는 고효율의 추진 전지와 이 추진 전지를 효율적으로 사용할 수 있게 할 전동기의 개발이 요구된다.

이렇듯 백상어 연구개발은 초기부터 발을 내디딜수록 곧 직면해야 할 난관들이 속속 드러날 것으로 예상되는 가운데에서도 개발 업무의 기초이자 출발점이 되는 기본적 설계는 모델링 & 시뮬레이션(M&S) 기법을 이용, 착착 진행돼 나갔다.

시뮬레이션 기술을 어뢰 개발에 접목하기 위해 80년대 중반부터 꾸준히 준비하고 발전시켜 온 결과로 서울대의 이장규·성굉모·이기표·김태정 교수, 연세대 윤대희 교수, 한양대 나정렬 교수 등을 주축으로 한 다수의 대학과 교수들이 대거 참여한 결과이기도 했다.

이때 개발된 소프트웨어 중 국방과학연구소가 개발한 SOPA(System Operational Performance Analysis) 프로그램은 군의 작전 요구 능력(ROC) 분석을 위해 쓰였다. 그 외 TORSIM(Torpedo Simulation) 프로그램은 어뢰의 성능 예측에, TORCAD(Torpedo CAD) 프로그램은 어뢰 내외부 형상 설계에 유용하게 활용됐다.

특히 연구팀은 TORCAD 프로그램을 이용, 백상어를 구성하는 주요 구성품 형상과 제원에 관한 사양을 도출하고 어뢰의 무게·부력 중심을 고려한 각 구성품의 무게 중심과 치수를 결정할 수 있었다. 그런데 수중 유도 무기를 설계하기 위해서는 그것이 수중에서 어떠한 움직임(거동)을 보이는지를 미리 예측하고 개발자가 원하는 안정된 거동을 할 수 있도록 형상과 부력·중량 분포 등 정(靜) 특성을 적절히 설계하는 것이 매우 중요하다.

이 같은 연구는 학계에서 조종성(Maneuverability)이라는 한 분야로 분류된다. 백상어 국내 개발을 착수할 당시까지만 해도 학계에서의 조종성 연구는 대개 수상선(水上船)에 한정돼 있었다. 그나마 그 중요성이 인식되기 시작한 시점이었다. 따라서 아무런 경험이나 데이터베이스가 없었고 연구팀으로서는 시뮬레이션 결과를 실험으로 확인할 방법, 즉 백상어의 수중 운동 모델링을 위해 ‘이렇게 접근해야 한다’는 방법으로 확실히 내세울 수 있는 것이 없었다.

이런 상황에서 수중 운동을 모델링할 수 있었던 것은 당시 국내 수상선의 조종성 분야에서 매진하던 서울대 이기표 교수, 해양시스템안전연구소(KRISO·현 한국해양연구원) 강창구 박사 등의 적극적인 참여와 조언 덕분이었다.

연구팀은 선행 개발 단계에서 백상어 체계의 상세 설계를 위해 어뢰 형상을 먼저 구해야 했기 때문에 ‘상어’와 K-744 개발 당시에 익힌 얇은 경험과 지식을 바탕으로 용감하게 1차 개략적인 설계로 모형을 제작, 수중 운동 시험을 갖기로 했다.

90년 6월 백상어를 위한 최초의 수중 운동 모형 시험이 KRISO에서 수행됐다. 완전한 모형은 아니었고 특히 추진기로 선정된 펌프 제트(국내 최초)는 로터 없이 개략 설계된 덕트(duct) 모델만을 부착한 상태였다.

국내 최초로 수중 유도 무기에 수행되는 V - PMM 모형 시험은 상당히 긴장된 상태에서 진행됐다. 당시 KRISO의 연구 책임자였던 강창구 박사와 실무 책임자 김선형 박사도 나름대로 작성한 시험 절차서를 재차 확인하고 조종 계수들도 미리 예측하는 등 상당히 조심스럽게 시험을 준비했다.

연구팀은 모형의 작용력을 체크할 센서를 모형에 부착, 예비 시험을 실시해 방수 여부와 전원·신호선의 이상 유무를 확인한 후 수조전차(carriage)의 V - PMM 장비에 모형을 장착했다. 물에 대한 모형의 저항 시험과 영각(angle of attack) 시험이 문제 없이 진행됐다. 이때까지 연구팀은 시뮬레이션을 통해 설계된 예측치와 시험값이 유사하게 나와 내심 매우 뿌듯해했다.

그런데 어느 순간 물리적으로 도저히 이해할 수 없는 현상이 발생했다. 제어판을 오른쪽으로 틀면 수조 안에서는 모형이 왼쪽 방향으로 도는 선회 모멘트가 나타나야 한다. 그런데 작은 제어 각도에서 이와 반대 현상이 발생한 것이다. 몇 번씩 시험 장치들을 확인하고 시험을 반복해도 같은 현상이 빚어졌다. KRISO의 전문가들조차 이것을 물리적으로 설명하지 못했다.

첫 시험 현장에서 연구팀은 수중 운동체의 조종 성능 모형 시험이 상당히 어렵다는 사실만을 확인할 수 있었을 따름이다. 성과치고는 참담했다. 다만 결과가 어떻게 나왔든지 간에 시험을 수행한 결과를 해석하기 위해 시험 데이터를 가지고 연구소로 돌아올 수밖에 없었다.

연구팀이 먼저 검토한 부분은 덕트의 개략 설계에 문제가 있지 않느냐 하는 것이었다. 덕트 설계가 초기 설계 단계에서 나온 결과물이기 때문에 그 같은 의구심을 가졌으나 기존의 다른 덕트 형상의 경향이나 설계 절차에 별다른 문제점이 없는 것으로 확인됐다.

연구진이 실험 결과로 낙담하는 가운데 국방과학연구소의 어뢰 개발팀은 분야별로 나눠 90년 5월부터 8월까지 시제업체로 선정된 금성전기에서 어뢰 개발에 처음 참여하는 연구·기술진에게 어뢰의 기본 원리와 개발코자 하는 백상어의 개략 개념 등 상세 설계에 필요한 기본적인 교육을 실시했다.

< 출처 : 국방일보 신인호 기자 >