FCS-3

1. 개요

FCS-3는 1980년대 해상자위대의 대공 전투 시스템의 한계를 극복하기 위해 개발된 일본의 사격 지휘 장치이다. 1983년부터 기술연구본부에서 연구를 시작하여, C 밴드 액티브 위상 배열 안테나를 개발하고 시험함 "아스카"에서 실용 시험을 거쳤다. 2000년 00식 사격 지휘 장치로 제식화되었으며, 휴가형 호위함, 아키즈키급 호위함, 이즈모형 호위함, 아사히급 호위함, 모가미형 호위함 등에 파생형이 탑재되었다.

2. 개발 배경

FCS-3는 1980년대 해상자위대가 기존에 사용하던 대공 전투 시스템의 한계를 극복하기 위해 개발되었다. 특히, 하츠유키형 호위함의 시스템은 수동 처리에 의존했기 때문에 대응 시간을 단축하는 데 어려움이 있었다. FCS-3는 하나의 레이더로 수색과 추적을 동시에 수행하고, 신세대 전술 정보 처리 장치와 연동하여 이러한 문제점을 해결하는 것을 목표로 했다.

2.1. 연구 및 개발

1980년대 53중기 업무 견적에서 56중기 업무 견적 시기에 해상자위대는 하츠유키형(52DD) 정비를 추진하고 있었으나, 대공 전투 시스템은 수동 처리에 의존하여 대응 시간 단축에 어려움이 있었다. FCS-3는 이러한 문제점을 극복하기 위해 개발되었다.

기술연구본부는 1983년부터 부내 연구를 시작, 1986년부터 3년간 C 밴드 액티브 위상 배열 안테나를 제작하여 육상 시험을 실시했다. 이 육상 시작기는 1면의 선회식 안테나를 사용했으며, 항공자위대 오마에자키 분둔 기지에서 다중 목표 추적 및 시 클러터 등의 데이터를 수집했다.

1990년부터 실함 탑재를 전제로 한 안테나 개발을 시작, 시험함 "아스카"에서 5년간 기술·실용 시험을 진행했다. 해상 시험에서는 항공기, 예항 표적, TRAP탄(Target Radar Augmented Projectile^영어) 등을 사용하여 탐지 추적 성능을 확인했다. 특히 소형·저고도 목표 탐지 추적 성능에서 좋은 성적을 거두었다.

2000년에 00식 사격 지휘 장치로 제식화되었다. 최대 수색 거리는 200킬로미터 이상, 최대 추적 목표 수는 300개 정도였다.

2.2. 실전 배치까지의 과정

해상자위대는 당초 아사기리형과 무라사메형(03DD)을 FCS-2 탑재함으로 정비한 후, 03 중방 또는 08 중방 (1991년~2000년)에서 FCS-3을 탑재한 개량 무라사메형 건조를 시작할 예정이었다. 그러나 실제로는 08 중방에서 개량 무라사메형이 건조되었지만, FCS-2를 탑재한 타카나미형(10DD)이 되었다. 타카나미형에서 FCS-3 탑재가 보류된 이유는 다음과 같다.

# 함포를 62구경 76mm 단장 속사포(76mm 콤팩트포)에서 54구경 127mm 단장 속사포(127mm 콤팩트포)로 변경하면서 FCS-3 탑재를 위한 여유 중량이 부족해졌다.
# 개발 단계에서 FCS-3의 비용이 크게 증가했다.
# 조합할 개함 방공 미사일(단SAM) 개발이 지연되었다.
# 개발 기간 장기화로 FCS를 구성하는 하드웨어와 소프트웨어가 이미 노후화되었다.

이 중 단SAM의 경우, 당초 99식 공대공 유도탄(AAM-4)을 기반으로 한 능동 레이다 호밍 유도 방식의 신형 단SAM(AHRIM) 채용이 계획되어 13 중방 (2001년~2005년)에서 "아스카"를 이용한 실함 테스트가 예정되어 있었다. FCS-3과 AHRIM을 조합하여 극히 한정적인 함대 방공 능력인 료칸 방공 능력(Limited Local Area Defense^영어)을 실현할 계획이었다. 그러나 13 중방에서 해상자위대가 최우선 과제로 삼았던 차기 초계기(이후 P-1)의 연구 개발비를 확보하기 위해, AHRIM의 실함 테스트는 차기 중방 이후로 연기되었고(이후 중지), 대신 ESSM 채용이 시도되었다.

3. 파생형

FCS-3는 여러 파생형이 존재하며, 각각 다른 함정에 탑재되어 다양한 기능을 수행한다.

* FCS-3: 휴가형 호위함에 탑재된 초기형으로, ESSM 유도를 위해 X 밴드 안테나가 추가되었다. 탈레스사의 APAR 시스템 일부를 채용하고, ICWI (Interrupted Continuous Wave Illuminator^영어) 알고리즘을 도입했다. OYQ-10 ACDS(Advanced CDS)와 조합되어 전투 능력이 향상되었으며, 함재 헬리콥터의 비행 관제 기능도 부여되었다.
* FCS-3A: 아키즈키급 호위함에 탑재된 FCS-3A는 휴가급의 FCS-3을 바탕으로 성능이 강화되었다. 이지스 BMD 시스템의 약점을 보완하기 위해 개발되었으며, 질화 갈륨 소자를 사용하여 탐지 거리가 2배 가까이 늘어났다. ESSM과 함께 "동료 함 방공(LAD)" 능력을 갖추었다.
* OPS-50: 이즈모형 호위함에 탑재된 OPS-50은 사격 지휘 기능이 삭제되고 C 밴드 안테나만 탑재되었다. 안테나 소자는 FCS-3A와 마찬가지로 질화 갈륨계 반도체를 사용한다.
* OPS-50A: 카가에 탑재된 OPS-50A는 안테나를 블록화하여 정비성을 개선했다.
* OPY-1: 아사히급 호위함에 탑재된 OPY-1은 FCS-3A를 기반으로 함대 방공 (LAD) 능력을 생략하고, OPS-50A의 개선점을 도입한 발전형이다.
* OPY-2: 모가미형 FFM에 탑재된 OPY-2는 OPY-1 기반 레이더와 OPS-48 잠망경 탐지 레이더를 통합한 것이다.

3.1. FCS-3 (휴가형 호위함 탑재)

휴가형 호위함에 탑재된 초기형 FCS-3은 ESSM 유도를 위해 X 밴드 안테나가 추가되었다. 이는 탈레스사의 APAR 시스템 일부를 채용하고, ICWI (Interrupted Continuous Wave Illuminator^영어) 알고리즘을 도입한 결과였다. 비용 절감을 위해 「휴가」 탑재기의 C 밴드용 안테나 중 3면은 「아스카」의 시제기에서 가져왔고, 1면만 새로 제작했다. 다만 갈륨 비소를 소재로 하는 안테나 소자는 성능 향상을 위해 전체의 약 1/3이 새로 제작되었다.

FCS-3는 신형 전술 정보 처리 장치인 OYQ-10 ACDS(Advanced CDS)와 조합되어 전투 능력이 향상되었다. OYQ-10은 예상되는 전술 상황에 대응하여 IF-THEN 규칙을 사용, 형식화된 데이터베이스에 기초한 독트린 관제를 채용하여 오퍼레이터의 판단 및 조작 지원을 통해 의사 결정을 신속하게 처리한다. FCS-3와 OYQ-10은 신 대잠 정보 처리 장치 (ASWCS), 수상함용 EW 관제 시스템 EWCS와 함께 신 전투 지휘 시스템 ATECS (Advanced Technology Combat System)를 구성한다. 또한, 시스템에 상용 기성품 (COTS)을 다수 사용하였다.

FCS-3는 다기능 레이더로서 대공·대수상 수색 레이더 기능을 갖춰 호위함 탑재 시스템을 소형화했다. 휴가형 FCS-3 및 OYQ-10에는 함재 헬리콥터의 비행 관제 기능도 부여되었다.

3.2. FCS-3A (아키즈키급 호위함 탑재)

아키즈키급 호위함에 탑재된 FCS-3A는 휴가급 호위함의 FCS-3을 바탕으로 성능이 강화된 레이더이다.

당시 해상자위대의 미사일 구축함에는 이지스 BMD 시스템이 도입되었으나, 대공전(AAW) 기능과 미사일 방어(BMD) 기능을 동시에 수행하기 어려웠다. 특히, 대기권 밖 탄도 미사일에 대응하는 동안 저고도 탐지 추적 능력이 저하될 우려가 있었다. 이러한 문제를 해결하기 위해 이지스 구축함(DDG)과 함께 행동하는 호위함(DD)에 저고도 방어를 맡기는 방안이 구상되었고, 아키즈키급 호위함이 선정되었다.

FCS-3A는 ESSM과 함께 탑재되어 다음과 같은 성능 향상을 이루었다. 함포 사격 지휘도 FCS-3A가 담당한다.

* 레이더 성능 강화: 송수신 모듈의 반도체 소자 소재를 질화 갈륨으로 변경하여 출력을 높이고 광대역화를 실현했다. 탐지 거리는 휴가급 호위함 탑재 FCS-3에 비해 2배 가까이 늘어났다.
* 무기 통제 기능 강화: 횡과 목표(자함 이외 방향으로 비행하는 목표) 처리를 위해 추적 신호 처리, 교전성 및 사격 계산 등의 무기 통제 소프트웨어에 알고리즘을 추가했다.

이 외에도 수신 계통 저잡음 증폭기 성능 향상, 부품의 모놀리식 마이크로파 집적 회로(MMIC)화를 통한 소형화, 고성능화, 비용 절감이 이루어졌다. 안테나 방사 송신 전파 빔 관리 개선, 수신 목표 신호 처리 능력 향상 등도 이루어졌다.

FCS-3A와 ESSM의 조합은 초기 구상보다 우수한 성능을 보여, 현재는 "동료 함 방공(LAD)"으로 칭한다.

3.3. OPS-50 (이즈모형 호위함 탑재)

OPS-50은 이즈모형 호위함에 탑재된 레이더 시스템으로, 사격 지휘 기능이 삭제되고 C 밴드 안테나만 탑재되었다. 안테나 소자는 FCS-3A와 마찬가지로 질화 갈륨계 반도체를 사용한다. 아키즈키급 호위함, 아사히급 호위함, 이즈모형 호위함, 휴가형 구축함에 탑재된다. 이즈모함은 수직발사대가 없어 사격 통제 레이더를 필요로 하는 미사일이 없기 때문에, FCS-3에서 X 밴드 레이더를 제외한 C 밴드 레이더만 탑재하여 항공 관제 및 대공 수색 기능을 수행한다.

3.3.1. OPS-50A

휴가형 호위함의 발전형으로 2010년도 예산부터 건조된 19,500톤급 DDH(이즈모형)에도 FCS-3와 동계열의 레이더가 탑재되었다. 그러나 이즈모형이 탑재하는 화기는 20mm 근접방어무기체계와 SeaRAM 2개뿐이며, 이들은 모두 자체 완결형 사격지휘 시스템을 갖추고 있어 외부에서의 사격 지휘는 불필요했다. 이 때문에 이즈모형의 시스템에서는 사격 지휘 기능을 삭제하여 시스템 구분이 OPS-50이 되었다.

OPS-50은 사격 지휘 기능이 삭제되어 C 밴드용 안테나 4면만 탑재되었다. 안테나 소자는 FCS-3A와 마찬가지로 질화 갈륨계 반도체를 사용하며, FCS-3에 비해 탐지 거리가 약 1.7배로 확대되었다. 2012년도 예산으로 건조된 2번함 카가에서는 안테나를 블록화하여 후면에서 쉽게 정비할 수 있도록 개선한 OPS-50A를 탑재했다.

3.4. OPY-1 (아사히급 호위함 탑재)

아키즈키급 호위함의 후속함인 아사히급 호위함에 2018년 탑재되어 출시되었다. 아사히급은 아키즈키급과 달리 대공 능력보다 대잠전에 중점을 둔 함정으로, 개함 방공 수준의 대공 능력을 갖추고 있다. 탈레스사의 APAR의 ICWI가 탑재되어있다.

아키즈키형 (19DD)은 대공 방어를 중시하는 DD로 정비되었지만, 헤이세이 25년도 예산으로 건조된 아사히형은 대잠전을 중시하도록 전환되었다. 아사히형에는 OPY-1 다기능 레이더가 탑재되었는데, 이는 19DD에 탑재된 FCS-3A를 기반으로 함대 방공 (LAD) 능력을 생략하고, "가가"(24DDH)의 OPS-50A에서 도입된 블록화 안테나와 전원 장치 등의 정비성·생존성을 강화했으며, OYX-1 정보 처리 장치를 채용한 발전형이다. 레이더 신호 처리 장치에는 최신 COTS[기성품] 컴퓨터가 채용되어 신호 처리 능력·생존성이 향상되었고, 장래 확장 여지도 확보되었다.

FCS-3는 미사일 유도용 일루미네이터로 탈레스 네덜란드사의 ICWI를 통합해왔다. 아사히형 계획 단계에서는 국산 연속파 일루미네이터 탑재도 검토되었지만, 결국 ICWI가 탑재되었다. 함대 방공(LAD) 능력 삭제로 레이더 커버리지는 휴가형의 FCS-3과 동일한 수준으로 되돌려졌지만, 향후 장사정 유도탄 관제 등이 필요할 경우 레이더 커버리지를 확대하는 개수도 가능하다.

3.5. OPY-2 (모가미형 호위함 탑재)

기술연구본부에서는 FCS-3의 X 밴드용 안테나를 단순한 일루미네이터가 아닌 다기능 레이더로 활용하는 것을 검토했으며, 2008년부터 2015년까지 "멀티 펑션 레이더(FCS-3)의 성능 향상 연구"로 연구 개발이 진행되었다. 2014년부터는 "아스카"에 탑재되어 시험이 진행되었다. 2015년부터는 "신형 호위함용 레이더 시스템 연구"가 착수되어, 대공·대수상 레이더 및 전자전 장치의 안테나 등을 공용화하는 방안이 검토되었다.

이러한 성과를 바탕으로 개발된 OPY-2는 모가미형 FFM에 탑재되었으며(2018년도 예산부터 건조 시작), OPY-1 기반 레이더와 OPS-48 잠망경 탐지 레이더를 통합한 것이다. OPY-2는 목표 수색, 탐지·추적, 포 사격 지휘를 담당한다.

4. 탑재함

아키즈키급 호위함, 아사히급 호위함, 이즈모형 호위함, 휴가형 구축함