‘SF의 거장’ 로버트 하인라인의 소설 ‘스타십 트루퍼스’ 이후 일반적으로 ‘파워드 슈트(powered suit)’라고 불리게 된 병사용 강화장비는 최근 관련 기술의 급격한 발달과 함께 선구적인 기술 실증체계가 가시화되는 단계에 도달해 있다. 일각에서는 ‘SF 소설식’ 망상 수준으로 치부하기도 하지만, 미군은 실제로 ‘DARPA’의 주도하에 ‘Exoskeleton’이라고 불리는 ‘파워드 슈트’의 연구를 진행 중에 있다. 최종적으로 미래 보병 체계 개발계획인 ‘FFW 2020’에서 기존의 네트워크화 미래보병체계와 강화외골격을 조합해 ‘파워드 슈트’를 완성시킬 예정이다.

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‘파워드 슈트’란 무엇인가?
 파워드 슈트는 인체의 근력을 보강하고자 외골격 구조의 장비를 장착해 착용자에게 비착용시에 비해 수배에 달하는 근력을 지원하는 시스템이다. 이들 파워드 슈트의 장점은 그다지 크지 않은 크기임에도 일반적인 보병에 배해 훨씬 강화된 방어력을 확보하거나 대형 무장을 운용할 수 있도록 해준다. 또한 동작 자체가 실제 운동이 아닌 운동형식이기 때문에, 동력이 허용하는 한은 착용자의 체력적인 소모를 극소화시킬 수 있다. 즉 가동시간과 범위 내에서는 일반 보병에 비해 훨씬 강력한 화력과 생존성, 그리고 탐지 능력을 보유하면서 일반 보병과 유사한 임무에 투입할 수 있다는 의미이다.

 이 장비는 보병 간 교전이나 강행 정찰, 매복이 예상되는 지역에서의 수색 등은 보병만이 수행할 수 있으면서도 고화력과 높은 생존성, 혹은 탐지력이 절실한 상황, 즉 현대적인 무장저항단체를 대상으로 한 시가전에서 매우 유용한 수단이 될 것이 분명하다.

‘BLEEX’ 시스템의 개발
 파워드 슈트가 수용할 다양한 장비를 지탱하기 위해서는 하중 지탱과 근력보조를 담당하는 외골격 체계의 실용화가 반드시 이뤄져야 한다. 현재 가장 실용화에 근접한 외골격 체계는 버클리 공대 인간공학 연구소에서 개발한 ‘BLEEX(Berkeley Lower Extremities Exoskeleton)’이다.

 2000년부터 시작된‘DARTA’의 예산 지원 하에 ‘엑소스켈러튼(Exoskeleton) 프로젝트’의 일환으로 개발된 ‘BLEEX’는 이름 그대로 하반신에 장착하여 보행을 보조하기 위한 기초기관이다. 이 장비는 별도의 입력계 없이, 다리에 장착된 40개 이상의 압력센서가 착용자의 다리 움직임을 포착해 그 동작에 필요한 만큼 힘을 부가하는 방식으로 조작된다.

 즉 착용한 상태로 걷기만 하면 종합적인 체력이 상승하는 것이다. 착용자는 두터운 옷을 입을 때와 같은 약간의 저항감을 제외하면 행동상의 제약을 거의 받지 않는다고 한다.

 이미 2004년에 시제품이 공개된 'BLEEX'는 자체중량 45kg에, 32kg의 짐을 등부에 탑재한 상태에서도 다리에 가해지는 부담을 2kg 미만으로 억제할 수 있었으며, 실질적인 설계상의 지탱하중은 75kg에 달한다. 다만 가동에는 평균 1,1140w의 전력이 소모된다. 초기모델의 보행속도는 초당 1.3m 선이지만, 향후 전술적으로 의미가 있는 보병의 속보나 약진 수준까지 끌어올리기 위한 계획이 준비되어 있다.

 ‘BLEEX’ 자체는 하반신만을 보조하는 체계지만, 일단 전신을 보조하는 형태에 비해 구조가 단순하고 가격이 비교적 저렴해서, 공병이나 의무병 등 하중부담이 늘어나는 병과나 대민 지원 작전 등을 중심으로 시험적 운용이 예상되고 있다.

‘XOS Exoskeleton’ 시스템의 개발
 신체 전체에 대한 강화를 목적으로 하는 전신 외골격 체계는 ‘DARPA’의 발주에 따라 로봇 전문업체인 ‘사르코스 로보틱스’가 설계와 제작을 담당하는 방식으로 개발이 진행되었다. 이 전신형 외골격체계는 ‘XOS Exoskeleton’이라고 명명되었다.

 아직까지는 전원계통 조차 독립되지 않은 개발 중인 단계지만, 기본적인 가동이 가능해진 ‘XOS Exoskeleton’은 ‘BLEEX’ 에 필적하는 보행 보조 능력을 가지고 있다. 그리고 중량물을 들어 올릴 때 팔에 가해지는 중량은 1/10으로 경감시키는 능력을 실증해 인터넷에서 화제가 되기도 했다.

 ‘XOS Exoskeleton’은 슈트 전체의 중량을 제외하고도 최대 90kg의 중량을 운반할 수 있어서 이론상으로는 중구경 보병화기에 대한 완전 방탄 능력과 대형 센서, 그리고 거치 사용이 불가피한 대형 보병화기의 운용도 가능하다. 실제로 미국 육군은 장착은 커녕 구동계 독립조차 이뤄지지 않은 ‘XOS’를 임대하여 군에서 요구하는 작전에 부합할 가능성을 직접 검증하려 하기도 했다.

▲ 유튜브에 올라온 ‘XOS Exoskeleton’ 동영상.

최대의 문제점인 동력시스템
 하지만 사르코스 측은 ‘XOS’ 체계 자체가 아직 미성숙 단계에 있으므로, 당분간은 구동계의 신뢰성을 확보하는 데 주력한 뒤, 40분 가량의 내부 전원을 통한 완전 독립 가동 체계를 실험한다는 계획을 세우고 있다. 그러나 이는 ‘DARPA’가 요구하고 있는 최소 4시간 최대 24시간 이상의 가동시간을 충족시키기에는 턱없이 부족한 수준이다.

 전원은 작전 시간에 대한 요구를 제외하더라도 장갑이나 무장 장작 시 줄어든 가동시간이나 많은 전력을 요구할 센서, 통신장비 등의 장착을 고려한다면 필연적으로 확대될 수 밖에 없기 때문에, ‘MEMS(극소기술) 터빈’이나 연료전지 등의 새로운 동력원에 대한 연구 개발과 적용이 절실하다.

새로운 방탄시스템의 개발
 ‘랜드 워리어’와 ‘FFW 2010’의 후속 단계에 해당하는 ‘FFW 2020’의 전투복 부분은 기본적으로 전신 방탄 능력을 제공하며, 전투복 내부를 밀폐화해 외부 환경으로 인한 영향을 최소화하는 것을 목표로 하고 있다.

자기변성유체 방탄시스템
 현재 미국이 개발 중인 새로운 방탄구조는 ‘자기변성유체(Magnet-orcheological fluid)’를 기반으로 한 것이다. 이는 전도체 섬유 사이에 자성체 입자를 함유한 실리콘 계열의 겔을 채우고, 전류를 흘릴 경우 겔 내부의 자성체 입자의 배치가 전류를 따라 급속히 바뀌며 구조자체를 경화, 충분히 방탄 능력을 확보할 정도의 강도가 확보된다는 원리를 응용한 것이다.

 이들 원리 덕분에 평소에는 일반적인 옷처럼 유연하게 움직이지만 피탄 시에는 급속 경화되어 방탄능력을 보유하게 되므로 방어력 확보로 인한 관절의 사용 제한에서 상대적으로 자유로운 편이다. 또한 구조가 복잡하지 않아 그 성능에 비해서는 제조비용이 크게 소요되지 않고 재사용도 가능하다는 것 역시 장점으로 꼽히고 있다.

 다만 작동에 별도의 전원이 필요하고, 충분한 방어력을 획득하기 위해서는 일정한 두께와 질량을 유지해야 할 필요가 있어, 전신 방탄구조는 사실상 파워드 슈트급에서나 현실화 될 가능성이 높다. 현재 대한민국, 미국과 영국, 이스라엘 등은 동일한 실리콘계 MR 유체 방탄 구조를 연구 중에 있으며, 러시아는 불소와 산화 알루미늄 입자를 사용해 유사한 원리의 방탄 섬유를 개발하는 등, 이런 MR 유체계 방탄구조 개발은 꾸준히 진행되고 있다. 러시아는 올해 진행된 시험에서 실제로 기존 방탄용 복합섬유보다 빠른 탄자를 막아내는 성과를 거두기도 했다.

나노튜브 방탄재
 자기변성유체 방탄구조 대신 기존의 보병과 혼용할 수 있는 경량 고강성 소재도 연구되고 있다. 미국과 독일, 오스트레일리아 등에서 연구되고 있는 탄소 나노 튜브 방탄소재는 나노튜브의 자체의 탄성을 통해 탄자를 튕겨내어 충격으로 인한 피해를 극소화하는 특성을 지니고 있다. 이들 탄소 나노튜브 방탄재는 제조단가가 매우 비싼 편이지만, 시드니 대학 첨단물질 기술 센터(Advanced Material Technology Center)에서는 이미 로봇을 통해 탄소나노튜브 섬유로 평면체를 제작하는 기초적인 기술을 개발한 상태이기 때문에 대량 생산의 길이 열릴 가능성도 있다.

기사제공= 월간 밀리터리리뷰/ 편집부

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