6세대 전투기 기술에 대한 글을 연재하려고 합니다.
10가지 정도의 기술이 있고 일주일에 한편정도 올리려고 계획중에 있습니다.
부족한 글이라서 여러 지적과 비판을 적극적으로 수용하겠습니다.
1편: 광자(양자) 레이더(6세대 전투기 기술)
우리는 영화 어벤져스 앤드게임을 통해 양자역학에 대해서 접해보았을 것입니다.
양자역학은 아직 초장기단계의 물리학이며 그 누구도 제대로 이해하지 못한 미지의 세계이며 아주 신비한 세계입니다.
일반물리학은 거시적 세계를 다룬다면 양자역학은 미시적세계 즉 아주 작은 세계를 다루는 내용입니다.
이번 내용은 아주 어려울 수 있습니다.
왜냐하면 양자역학은 20세기 3대 천재중 한명인 아인슈타인조차도 이해하지 못한 분야이기 때문입니다. 왜? 라는 의문을 버리시고 그냥 현상을 받아들이시면 됩니다. 증명은 되었지만 원리는 아무도 알 수 없기때문입니다.
6세대 전투기의 양자 레이더에 대해서 다룰것인데 6세대 전투기의 양자 레이더는 장거리 탐색이 아닌 초 고해상도 레이더입니다.
주로 지형을 매핑하거나 스텔스를 탐지하는데 사용될것으로 예상됩니다.
——————————어지러움 주의————————————————
6세기 전투기와 관련된 양자 레이더를 이해하기 위해서 양자역학에 대해서 설명드리겠습니다.
양자역학이란 고전역학과 대립되는 미시적세계의 역학으로 우리의 생활과 전혀 다른 아예 이해조차 할 수 없는 현상들을 설명한 것입니다.
일반 고전역학에서는 물체의 위치 속도 모든것을 관찰하면 확정지을 수 있습니다.
예를들면 A라는 사람이 걸어가고 있으면 우리는 A라는 사람이 저기 있다고 말할 수 있습니다.
그러나 미시적세계 즉 원자와 전자로 이루어진 분자의 세계에서는 일반 기존역학이 통하지 않습니다. 상식이 아예 통하지 않는것입니다.
양자 역학에서는 모든것은 확률로 이루어져있고 모든것을 특정지을 수 없습니다.
재미있게도 존재할 수 도있고 존재하지 않을수도 있는것입니다.
심지어 그것이 존재하는지 존재하지 않는지 또한 어느 순간 특정되지 않고 관찰에의해서 결정이 지어지게됩니다(이게 뭔 개똥같은소리야….)
다시말하면 양자역학에 의하면 우리가 A라는 사람이 저기 있다고 생각되는데 우리가 A를 관찰하기 전까지는 A는 존재 할 수도 있고 존재하지 않을수도있고 B가될수도있는것입니다.
이해가 되지 않는것이 당연한것입니다. 우리 일상에서는 절때 관찰할 수 없는 일이니까요
현실에 빗대어 말하자면 빛은 입자일 수 있고 파동일수도 있습니다. 둘이 공존하는것이 아닌 입자일 수도 있고 파동일수도 있는것입니다. 그 성질은 우리의 관찰에 의해 결정됩니다.
유명한 이중슬릿 실험을 보신다면 이해가 쉬우실것입니다.
정리하자면 아주 작은 세계에서는 우리가 무엇을 관찰하지 않으면 그것은 존재하지 않는다는 것입니다. 즉 이 세상 모든것은 확률입니다. 이를 양자파동이고 중첩이라고 칭합니다.
이런 양자역학적 성질과 더불어 새로운 현상이 발견됩니다.
바로 양자얽힘 이라는 현상입니다.
한 입자가 다른 입자와 얽혀 아무리 수백광년 떨어져있더라도 서로에게 상호작용한다는 현상입니다.
다시 예를들자면 A라는 입자가 지구에 있고 B라는 입자를 A라는 입자와 얽힌상태로 만든다음 B를 100억광년 떨어진 지역으로 날려보냅니다.(다른것과 상호작용이 없을때)
A와 B의 성질은 아무도 모르고 다른것과 상호작용하지 않은 상태에서 존재할때 A는 1이 될 수 있고 2가될수있고 3이될 수 있습니다. B도 마찬가지로 1이 될 수 있고 2가 될 수 있고 3이 될 수 있습니다. 앞에서 말했던것처럼 A와 B는 중첩상태인것입니다.
그런데 지구에서 A를 관찰했을 때 2라는 성질로 확정이 되어버린다면 100억광년 떨어진 B라는 입자역시 2라는 성질로 확정되게 되는 현상입니다.
이는 입자의 회전 움직임 등등 모든것에도 적용되며 서로의 정보를 확정짓게 되는것이지 정보를 전송할 수 는 없습니다.
다시 쉽게 풀이하자면 A라는 사람이 남자일수도 있고 여자일수도있고 간성일수도 있습니다. A의 친구인 B는 남자일수도 있고 여자일수도있고 간성일수도있습니다.
그런데 C가 한국에있는 A를 벗겨봤을때 A가 여자가 되면 뉴욕에 있는 B도 여자가 되는것이고 A가 남자가되면 그 즉시 B도 남자가 되는것입니다.
————————————–어지러운부분 끝——————————————————
이 분야를 활용해서 6세대 전투기와 관련된 차세대 레이더를 만드는것입니다.
바로 광자 photon을 이용한 레이더입니다.
광자레이더 혹은 양자레이더라고도 불립니다.
사람들이 광자를 이용하니 레이더가 아니라 lidar 라이다가 아니냐는 의견이 있는데 여기서 광자란 가시광선 혹은 빛의 광자만이 아닌 모든 전자기적 파동을 이야기합니다.
이것은 6세대 전투기와 관련된 양자레이더를 설명하는 그림입니다.
먼저 A,B 2개씩 한 쌍을 지어 광자를 얽힌상태로 만듭니다. 그 얽힌상태의 광자를 아주 많이 생성해 냅니다.
그리고 나서 얽힌상태의 한 광자A는 목표를 향해 쏘고 나머지B는 양자메모리에 보존을 합니다.
그리고 목표에 반사되어 돌아온 A를 관찰합니다. 그렇다면 양자얽힘에 의해 A는 중첩상태에서 어느 한 상태로 확정지어지게 되고 그와 동시에 B의 성질도 확정지어집니다.
B의 성질을 상대로 A를 찾아낸 다음 그 신호만을 분석하는 것이 양자 레이더의 핵심입니다.
쏘고 반사된 전파만을 수신할 수 있기 때문에 노이즈 없이 완벽에 가까운 해상도를 얻을 수 있습니다.
이것이 왜 좋냐면
스텔스의 원리는 다음과 같습니다.
레이더에서 전파를 발사했을 때 99%에 가까운 전파는 난반사를 일으키고 극 미량인 0.01%정도만이 정반사를 일으킵니다.
따라서 0.01%의 전파만을 수신해서 저게 항공기인지 아닌지를 판별해야 하는것입니다.
그러나 수많은 자연적으로 혹은 인공적으로 발생한 전파 신호와 동시에 수신되기 때문에 (이것을 노이즈라고 부릅니다)
노이즈에 의해서 0.01%의 신호가 식별이 되지 않게됩니다. 결국 아주 가까운 거리가 아니면 탐지 할 수 없게 되는것입니다,
그러나 6세대 전투기와 관련된 양자 레이더는 노이즈 수신을 원천 차단하고 0.01%의 전파만 수신하고 다른 신호를 아예 수신하지 않기 때문에 물체를 완벽하게 식별 해 낼 수 있게 되는것입니다.
0.0001%만 수신되어도 적을 식별할 수 있는것이죠
스텔스 뿐만이 아니라 지상을 조사할때도 완벽하게 매핑을 할 수 있고 지상의 작은물체까지도 식별할 수 있게 됩니다.
여러 국가들이 2030년까지 6세대 전투기와 관련된 양자 레이더를 실전배치시킬 계획을 갖고 있습니다.
그러나 넘어야 할 산이 아직은 많습니다.
1.얽힘 상태의 광자를 찾아내는것이 아주 어렵습니다.
레이더에는 수많은 광자가 수집되는데 수백억개의 광자중에서 B와 얽혀있는 A를 찾아내야 합니다. 이 과정이 지금은 아주 오래걸린다고 합니다.
2. 얽힘 상태의 광자를 많이 만드는것이 어렵다.
얽힘상태의 광자를 생성해내는것이 시간적으로나 기술적으로나 지금은 힘들다고 합니다
3. 얽힘상태를 유지하는것이 어렵다.
얽힌상태의 광자를 많이 생성해도 광자를 방출하는 과정에서 다른 물질과 쉽게 상호작용해서 얽힘이 끊어지는 현상이 자주 발생한다고 합니다. 지금의 기술로는 높은 해상도로 100km 정도를 유지하는것이 최대라고 하네요.
물론 아직까지 밝혀지지 않았고 수많은 진척이 있는 분야입니다.
아주 낮은 전력으로도 작동하는 레이더라는 이점도 있어서 많은 에너지를 소모하는 6세대 전투기에게는 전력공급의 부담을 덜어주고 탐지력을 높혀주는 훌륭한 레이더가 될 것입니다.
완벽하게 광자를 흡수하는 메타물질이나 플라즈마 스텔스가 아닌이상은 더이상 스텔스는 불가능하게 될 것입니다.
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