포스트 부스트 단계

1db8d125e0d93da37ebac48519c2301fd70c3d35179021dc4d3a0f56e6c06442b9853fa1649c0cfe5cc7cc

사진은 피스키퍼 PBV


포스트 부스트 차량(PBV)의 온도는 차량이 발사된 사일로의 온도와 유사할 가능성이 높고, 약 300K 정도임. PBV의 표면적을 10m^2, 표면 방사율을 0.1로 가정하면 방출되는 방사열은 30W/sr임. 이 신호는 부스터 화염보다 훨씬 약하고, 지구의 열 배경 복사와 비슷함. 또, PBV의 열 복사가 10μm 파장에서 최대가 되기 때문에, 엔진 화염에서 발생하는 단파장 적외선(SWIR)이 아닌 장파장 적외선(LWIR) 영역이 나온다는 것이 어려운 점임. PBV의 열 추적을 위해서는 냉각된 검출기를 사용하여 검출기 자체에서 발생하는 노이즈를 줄여야 함.

위에서 설정한 예시를 기준으로, PBV에서 10Mm(1000km) 떨어진 센서에 들어오는 광자 유속은 약 15×10 광자/(m^2 s)임. 지구를 배경으로 할 때 이 신호를 감지하는 것은 불가능하며, 우주 배경에서 탐지하려면 고감도 검출기 배열과 대형 광학 장치가 필요함. 탐지가 가능하다 하더라도, RV와 기만체를 구별하는 것은 어려움.

PBV의 추력기 화염을 열 감지하는 것도 가능하지만, 냉가스 추력기나 차폐 장치를 사용하여 줄일 수 있음. 미사일 전개 단계에서, 방어를 위해 필요한 정밀 추적 및 식별을 수행하려면 PBV 화염 감지만으로는 부족하며, 추가 정보가 필요함. 열 감지는 포스트 부스트 단계에서 부분적인 기여만 할 수 있을 것임.


7de48077b58a758023ee84e642e1696d2fb21087af295cb9b8321e638583e45d94ab16

그림은 미니트맨 미사일 발사 시퀀스 PBV는 3단 분리 후 탄두 분리 시까지 궤도 미세 조정에 사용됨.

중간 단계


일반적인 재진입 차량의 표면적은 2m^2임. 흑체(방출율 e=1)로 가정할 때, 일반적인 온도(T=300K)에서 방출되는 에너지는 약 60W/sr 정도임. 이 온도에서는 복사가 주로 2~20μm의 장파장 적외선 대역이고, 최대치는 약 10μm에서 발생함. 배경 복사 수준이 낮다면 적절한 검출기로 이 복사를 원격으로 감지할 수 있음.

따라서 열 방사 또는 반사에 상관없이 LWIR을 이용한 RV 감지는 지구 대기권 상부 너머에서만 가능함.

지름 50cm의 구경을 가진 망원경으로 2Mm 거리의 RV를 관찰하는 경우를 가정해보자. 센서에 들어오는 전력은 약 3×10^-12W이고, 초점 거리가 5m인 망원경은 0.1mm 반경의 회절 한계 지점에 집중해서 9.4×10^-12 W/m^2의 세기를 얻을 수 있음. 냉각된 초점면과 광학 요소를 사용한다면 탐지할 수 있음.

태양빛이 있을 때는 RV를 가시광선으로 간단히 감지할 수 있음. 태양 복사 세기는 약 1400 W/m^2이며, 반사율이 0.2인 RV 크기의 물체에서 반사되는 복사 세기는 45W/sr임. 이는 LWIR 대역의 전력보다 약간 약하지만, 짧은 파장 덕분에 탐지가 더 쉬워짐.

추적은 반복 관찰로 이루어짐. 10μm 파장에서 2Mm 거리, 구경 0.5m의 망원경을 이용할 때 회절 한계에 따르면 해상도는 40m임. 단일 관측으로는 물체의 방사율-면적을 모를 경우 거리를 측정할 수 없지만, 물체가 케플러 궤도에 있음을 안다면 거리를 측정할 수 있음. 궤도의 평면을 결정하려면 두 개의 매개변수가 필요하고, 고유 타원을 결정하려면 두 개, 궤도의 평면 내 방향을 결정하려면 한 개의 매개변수가 더 필요하며, 궤도에서 위치를 고유하게 지정하려면 한 개가 더 필요해서 총 여섯 개의 매개변수가 필요함. 따라서 궤적을 고정하기 위해 최소 세 번의 관측이 필요하고 오차를 감안하면 50~100초 간격으로 10~20회 정도의 관측이 필요함.

LWIR을 사용한 RV 식별은 방사율-면적 곱을 이용해서 표면적과 방사율을 추정하여 판별이 가능함. 그러나 공격 측이 RV와 유사한 신호를 가진 기만체를 만들어 교란을 일으킬 가능성이 높음. 예시로 RV와 동일한 면적, 방사율 값을 가지는 0.5kg 정도의 풍선 유인체는 간단히 배치할 수 있고, 에어로졸 구름과 같은 방해 물질을 사용하면 방어 시스템이 RV와 유인체를 구별하기 어려워짐. 에어로졸 구름은 LWIR 파장에서 큰 미 산란(https://en.wikipedia.org/wiki/Mie_scattering) 단면으로 지구 반사광을 효과적으로 산란시킬 수 있으며, RV와 유인체 사이의 신호 차이를 줄일 수 있음.

따라서, LWIR 감지는 중간 단계에서 목표물의 대략적인 궤적을 설정하고 필터링하는 데 도움이 되지만, 다른 탐지 기술과의 연계가 필요함.


https://journals.aps.org/rmp/pdf/10.1103/RevModPhys.59.S1

Just a moment...Just a moment...journals.aps.org

이 보고서 챕터 7의 적외선 탐지 부분만 간단히 요약, 번역해봤음. 원래는 7장 전부 요약하려 했는데 너무 길고 쓸데없는 내용도 많아서 포기함.


우주에서 스텔스가 가능한가 글 먼저 보고 오면 좋음.

시간 나면 9장 우주 자산들의 생존성 부분도 번역할 계획 있는데 언제 할 수 있을지는 모르겠음.