FCS-2

1973년 시제품이 완성되었으나, 무게가 초과되고 추적 레이더의 정밀도에 문제가 발생했다. 예산 문제로 개발이 1년 연장되어, 1975년부터 호위함 무라쿠모에서 해상 시험이 시작되었다.

그러나 시험 과정에서 레이더 송신기 문제(국산 전자관 절연 저하, 수입 증폭관 동작 불량)가 발생하여 해결에 반년이 걸렸다. 이 때문에 해상 시험은 1976년까지 연장되었고, 1978년까지 완료될 예정이었던 시라네급(50DDH) 탑재는 무산되었다. 대신 네덜란드의 WM-25가 수입되어 장착되었다.

1976년 해상 시험에서는 겨울철 시 클러터(해면 반사)로 인해 표적 추적이 불안정한 문제가 발생했다. 이를 해결하기 위해 도플러 처리를 이용한 MTT(Moving Target Tracker), MTI(Moving target indication)가 새로 개발되어 통합되었다. 이 외에도 무게 감소 및 전자 보호 기능 향상 방안 등이 마련되어 1978년부터 시험이 재개되었다.

하지만 사격 정밀도와 탄착 관측 정밀도가 목표치에 미치지 못하는 심각한 문제가 남아있었다. 1978년 2월, 실용 실험대(현재의 함정 개발 부대) 사령관을 중심으로 기술연구본부, 해상막료감부, 실시 부대 간부, 미쓰비시 전기 가마쿠라 제작소 전문가들이 참여하는 관민 합동 특별 그룹이 편성되어 문제 해결에 나섰다.

특별 그룹은 시스템 재검토, 계산기 프로그램 변경, 경계/추적 레이더 기구부 불량 개수, 방위반 중량 감소, 측적계 필터 변경 (칼만 필터에서 α-β 필터로), 사격 계산계 프로그램 재구성 등 전면적인 개수를 진행했다.

이러한 노력으로 1978년 8월 대공 사격을 포함한 해상 시험이 성공적으로 종료되었고, 1979년 3월 '81식 사격 지휘 장치'로 제식화되었다.

2. 3. 제식화 및 배치

기술 시험까지는 순조롭게 진행되었지만, 시제품의 무게가 과다하여 추적 레이더의 정밀도를 좌우하는 서보 기구의 추종·응답성에 불안이 남는 등의 문제가 지적되었다. 또한 예산 확보에도 문제가 생겨 개발 일정이 1년 연장되었고, 1974년에도 육상 기술 시험을 실시한 후, 1975년부터 호위함 "무라쿠모"의 제2 방위반을 시제품으로 교체하여 해상 기술·실용 시험이 시작되었다.

1977년 8월, 시클래터 대응책으로 도플러 처리를 이용한 MTT(Moving Target Tracker), MTI가 새롭게 개발되어 통합되었다. 이로 인해 "소형 사격 지휘 장치"에 부과되었던 엄격한 중량 제한 달성은 불가능해졌고, 기본 요목도 변경되었다. 이후에도 시험이 난항을 겪으면서, 52DE(후의 "이시카리")에 탑재할 FCS를 결정해야 하는 시한인 1978년 8월이 다가왔다. 1977년 12월 21일과 1978년 1월 26일, 해상막료감부 방위부장 입회 하에 FCS-2의 진퇴를 결정하는 회의가 열렸고, 다음과 같은 결정이 내려졌다.

• 전력으로 전면 개수(제7차 개수)에 착수하여 FCS-2의 성공을 목표로 한다.
• 실험대 사령을 리더로 하는 관민 합동 특별 그룹을 편성한다.
• 개수에 실패할 경우, 52DD의 미사일 지휘 장치는 WM-25로 한다.

3. 설계

FCS-2는 1970년부터 '소형 사격 지휘 장치'로 개발이 시작되어, 1979년에 81식 사격 지휘 장치로 제식화되었다. 개발 과정은 순탄치 않았는데, 시제품의 무게 초과, 추적 레이더 정밀도 문제, 레이더 송신기 문제 등 여러 기술적 난관에 직면했다.

특히 겨울철 시 클러터(해면 반사)로 인한 표적 추적 불안정 문제를 해결하기 위해 도플러 처리를 이용한 MTT(Moving Target Tracker)와 MTI(Moving target indication)가 새롭게 개발되어 통합되었다.

1978년에는 실용 실험대 사령관을 중심으로 기술 연구 본부, 해상 막료 간부, 실시 부대 간부, 미쓰비시 전기 전문가들이 참여하는 관민 합동 특별 그룹이 편성되어, 시스템 재검토, 계산기 프로그램 변경, 방위반 경량화, 사격 계산계 프로그램 재구성 등 전면적인 개수를 단행했다. 이러한 노력 끝에 FCS-2는 성공적으로 개발 완료되었다.

FCS-2는 다중 목표 동시 사격 능력, 소형 고속 목표 탐지·추적 능력, 복수 화기 및 SAM 지휘 통제 능력을 목표로 개발되었다.
FCS-2 개발 과정 요약

연도	내용
1970년	위탁 연구 시작
1971년~1972년	시제품 제작
1973년	육상 기술 시험 (문제점 발견)
1974년~1975년	해상 기술 및 실용 시험 (문제점 발생)
1977년	도플러 처리 MTT, MTI 통합
1978년	관민 합동 특별 그룹 편성, 전면 개수, 시험 재개 후 성공
1979년	81식 사격 지휘 장치로 제식화

3. 1. 기본 설계

1950년대 말부터 소련군은 K-10S^영어(AS-2 "키퍼") 공대함 미사일이나 P-15(SS-N-2 "스틱스") 함대함 미사일 등 대함 미사일 배치를 시작했다. 1967년 엘라트 사건을 계기로 서방 국가에서도 이러한 위협이 부각되어 대함 미사일 방어(ASMD)가 급선무가 되었다.

해상자위대는 제4차 방위력 정비 계획에서 ASMD에 대응하는 새로운 GFCS로 FCS-2를 개발하기 시작했다. 1970년부터 '소형 사격 지휘 장치'로 개발이 시작되었으며, 개발 계획은 포 제어부와 미사일 제어부로 나뉘었다.
FCS-2 개발 목표

• 다중 목표 동시 사격 능력
• 소형 고속 목표(유인 공격기, P-15 미사일)의 탐지, 포착, 추적 (FCS-1 개발 당시 요구된 목표 속도는 900kn까지였다.)
• 복수 화기(기존 함포, 신형 35mm 기관포, 40mm 기관포) 및 SAM 지휘 통제 능력

개발 과정

연도	내용
1970년	위탁 연구
1971년~1972년	시제품 제작
1973년	육상 기술 시험 (시제품 무게 초과, 추적 레이더 정밀도 문제 발생)
1974년~1975년	해상 기술 및 실용 시험 (호위함 "무라쿠모"에 탑재, 레이더 송신기 문제 발생)
1977년	시클래터 대응을 위한 도플러 처리 MTT, MTI 통합
1978년	관민 합동 특별 그룹 편성, 전면 개수 (시스템 재검토, 계산기 프로그램 변경, 방위반 경량화, 사격 계산계 프로그램 재구성 등), 시험 재개 후 성공
1979년	81식 사격 지휘 장치로 제식화

1978년 2월, 기술연구본부, 해상막료감부, 실시 부대 간부, 미쓰비시 전기 전문가들이 참여하는 관민 합동 프로젝트가 발족하여 문제 해결에 나섰다. 그 결과, 1979년 3월에 81식 사격 지휘 장치로 제식화되었다.

시제품은 포 제어부를 모방하여 제작되었다. 방위반에는 추적 레이더와 경계 레이더가 장착되었는데, 아래쪽에는 경계 레이더의 슬롯 어레이 안테나, 위쪽에는 추적 레이더의 카세그레인 안테나가 겹쳐진 구조였다. 방위반 전체는 흰색 레돔으로 덮여 있었다. 경계 레이더는 수색 중 추적(TWS) 방식을 채택하여, 포착한 목표 중 고위협도를 가진 것을 추적 레이더로 이관하여 공격하는 구성이었다.

레이더는 전자전 방어 능력 향상을 위해 펄스 압축이, 클러터 억제 능력 향상을 위해 MTT 회로 및 MTI 장치가 부가되었다.

광학 조준기가 레돔 외부에 독립적으로 설치되어 긴급 목표를 포착, 조준할 수 있도록 했다. 전자 계산기로는 미쓰비시 전기의 MELCOM 70이 사용되었으며, 1대의 FCS로 미사일 사격과 포 사격의 2가지 계산을 동시에 할 수 있었다.

3. 2. 시제작 버전

FCS-2의 시제작 버전은 포 제어부를 모방하여 제작되었다. 방위반에는 추적 레이더와 경계 레이더가 함께 장착되었는데, 아래쪽에는 경계 레이더의 슬롯 어레이 안테나가, 위쪽에는 추적 레이더의 카세그레인 안테나가 겹쳐진 구조였다. 방위반 전체는 아우터 롤-이너 피치형 이중 요동 요람형 스태빌라이저로 안정화되었으며, 풍압과 염해의 영향을 줄이기 위해 흰색 레돔으로 덮여 있었다.

경계 레이더는 가로로 긴 직사각형 안테나를 갖추고, 60 rpm의 속도로 수평 방향을 스캔하여 수색 중 추적(TWS) 방식으로 수색과 목표 추적(복수)을 동시에 실시했다. 경계 레이더가 포착한 목표 중 위협도가 높은 것은 추적 레이더로 이관하여 공격하는 방식이었다.

이 레이더들은 공통 송신기를 사용했는데, 레이더 송신기로는 주파수 가변 능력(F/A)을 위해 2단의 진행파관(TWT)과 증폭관(CFA)의 총 3단 구성에 의한 변조·증폭 방식을 사용했다. 또한 전자전 방어 능력 향상을 위해 펄스 압축이, 클러터 억제 능력 향상을 위해 MTT 회로 및 MTI 장치가 부가되어 레이더 추적 능력을 개선했다.

수색 단계에서는 송신기의 모든 출력이 경계 레이더에 분배된다. 목표 탐지 시에는 경계 레이더에 40%, 추적 레이더에 60%의 비율로 출력이 분배된다. 추적은 FCS-1과 마찬가지로 2대 4개의 혼에 의한 진폭 모노펄스 방식으로 각도 오차를 검출하여 자동 추적한다.

또한, 시인에 의해 발견된 긴급 목표를 포착, 조준하기 위해 레돔 외부에 광학 조준기가 독립적으로 설치되었다. 이는 조준 망원경, TV 카메라(CCTV), 정합 망원경 등으로 구성되어 있다.

전자 계산기로는 미쓰비시 전기의 MELCOM 70이 사용되었으며, 워드 길이 16비트의 디지털 계산기였다. 정보를 시분할 처리하여 1대의 FCS로 미사일 사격과 포 사격 2가지 계산을 동시에 수행할 수 있었다.

호위함 "무라쿠모" (42DD)에 탑재되어 시험되었으며, 이후 FCS-2-21E로 교체되었다.

3. 3. FCS-2-12

미사일 사격 지휘 장치 2형-12는 프로토타입 설계를 바탕으로 미사일 제어부를 추가한 것이다. 미사일 유도용 송신기에는 NATO형 연속파(CW) 송신기인 Mk.73을 장착하여 함포와 씨 스패로우 함대공 미사일 관제를 가능하게 했으며, "High 타입"이라고 불린다.

방위반은 DIR-2-12, 광학 조준기는 OPT-2-12로 불린다. 광학 조준기에는 레이저 거리 측정기와 TV 영상 자동 추적 기능이 추가되었다. 전자 계산기는 AN/UYK-20으로 변경되었다.

디지털 연결도 고려되어, 함의 전술 정보 처리 장치나 함께 탑재되는 FCS-2-21에서도 목표 탐지 정보를 얻을 수 있다.

FCS-2-12 탑재 함정은 다음과 같다.

함급	함번	비고
하쓰유키형 호위함	52DD - 57DD	FCS-2-12 - 12A
아사기리형 호위함	58DD - 61DD	FCS-2-12E - 12G
다카쓰키급 호위함	1, 2번 함	FRAM 개장 후 장착, FCS-2-12B, 12D
하루나급 호위함		FRAM 개장 후 장착, FCS-2-12F
시라네급 호위함		"다카쓰키", "키쿠즈키" 폐함 후 이송

3. 4. FCS-2-2x

'''사격 지휘 장치 2형-21'''은 포 관제에 특화된 유형으로, "Low 타입"이라고 불린다.

기본적으로 시제기를 바탕으로 레돔을 폐지하고 추적 레이더 부분만 독립시킨 구성이다. 가장 큰 변경점은 안정화 방식의 개정으로, 기존의 국산 FCS는 기계적으로 수평면을 만드는 방식이었지만, 본 기기에서는 조준선(LOS)을 전자적으로 안정시키는 방식으로 변경되었다. 이는 미국제 Mk.56 포 사격 지휘 장치에서 사용되었던 방식이다. 레돔이 폐지되면서 광학 조준기는 별도 장치가 아닌, 방위반의 우측면에 장착하는 형식이 되었다. 또한 새로운 시도로 텔레비전 화상에 의한 목표 자동 추적 방식(TV 추적)이 채용되었다.

추적 레이더 안테나는 52DD용 FCS-2-21A에서는 시제기와 마찬가지로 카세그레인 방식이었지만, 52DE용으로 개발된 FCS-2-21B에서는 패시브 위상 배열(PESA) 방식으로 변경되었다. 수평 방향 주사는 방위반 선회로, 앙각 방향 주사는 전자적으로 레이더 빔을 조향하여 수행하는 1차원 위상 배열 방식이 채용되었다. FCS-2-21의 레이더 송신관은 마그네트론이다.

'''사격 지휘 장치 2형-22'''는 -21의 개량형으로, 추적 가능 앙각이 -21의 82도에서 100도로 확장되어 천정까지 추적이 가능해졌다. FCS-2-22A는 안테나가 -21B와 마찬가지로 PESA 방식이다.

'''사격 지휘 장치 2형-23'''에는 시 스패로우 미사일 관제 기능이 추가되었다.

'''탑재 함정'''

함급	함명	비고
이시카리	52DE	FCS-2-21B
하츠유키형 호위함	52DD - 57DD	FCS-2-21A
유바리형 호위함	54DE	FCS-2-21B
무라쿠모	42DD	FCS-2-21E (시제기에서 교체)
아마츠카제	35DDG	FCS-2-21D (후일 장비)
사와카제	53DDG	FCS-2-21C
하타카제형 호위함	56DDG	FCS-2-21C
	58DDG	FCS-2-22B
아사기리형 호위함	58, 59DD	FCS-2-22A
	60, 61DD	FCS-2-23
아부쿠마형 호위함	61DE - 01DE	FCS-2-22C - 22E
쿠로베	61ATS	FCS-2-22D
곤고형 호위함	63DDG - 05DDG	FCS-2-21G - 21H
카시마	04TV	FCS-2-21F
분고	07MST	FCS-2-22F
텐류	09ATS	FCS-2-22G

3. 5. FCS-2-31

FCS-2-31은 포/대공 미사일 발사 및 관제를 위한 복합 센서(TV 카메라, IR 카메라, 레이저 거리 측정기)와 DIR 2-31 레이더 방위반 등으로 구성된다.

방위성 기술연구본부의 통합방공시뮬레이터 결과에 따르면, 무라사메급과 다카나미급 호위함은 세 방향에서 동시에 접근하는 일반 순항미사일 2기와 초음속 순항미사일 1기를 요격하는데 총 5발의 스패로우 미사일을 발사했다. 시뮬레이터의 성능이 공개된 대로라면, FCS-2-31 사격통제장치는 미사일 목표물 1개에 최대 3발의 함대공 미사일을 유도할 수 있고, 무라사메급/다카나미급 호위함은 10개 이상의 동시교전능력을 갖추고 있으며, 일반 순항미사일은 최소 4기 이상, 초음속 순항미사일은 최소 2기 이상에 동시 대응할 수 있는 처리 속도를 갖추고 있다고 볼 수 있다.

FCS-2-31 탑재 함정

함급	함명	비고
무라사메급 호위함	03DD - 09DD	FCS-2-31 - 31A
다카나미급 호위함	10DD - 13DD	FCS-2-31B - 31F
하야부사형 고속정	11PG - 13PG	FCS-2-31C

4. 제원

FCS-2는 1970년대부터 개발이 시작되어 1979년에 81식 사격 지휘 장치로 제식화되었다. 개발 초기에는 여러 문제점이 발견되었으나, 민관 합동 프로젝트를 통해 해결되었다. FCS-2는 다양한 함정에 탑재되었으며, 형식별 제원은 하위 섹션을 참고하면 된다.

FCS-2가 탑재된 함정은 다음과 같다.

• 하쓰유키급 호위함 (52DD - 57DD)
• 아사기리급 호위함 (58DD - 61DD)
• 다카쓰키급 호위함 (1, 2번함만 FRAM 후 장착)
• 하루나급 구축함 (FRAM 후 장착)
• 시라네급 구축함 (다카쓰키, 기쿠즈키 폐함 후 이동 적재)

4. 1. 일반 제원

대공미사일 관제 시
동시 교전 능력10개 ~ 12개 이상탑재 함정하쓰유키급, 유바리급