보이지 않는 눈을 뜬 순간, 세상을 바꾼 레이더의 탄생과 비밀 -

레이더가 없었다면 세상은 확실히 더 위험한 곳이 되었을 것이다. 19세기 후반 처음으로 고안된 레이더는 20세기 내내 탐지 및 항해를 위한 필수 장비로 발전하였다. 군사적인 목적을 비롯해 민간 항공, 해운, 기상 예측 등 다양한 분야에서 그 가치를 증명한 레이더는 오늘날 일상적으로 사용되고 있는 중요한 기술 중 하나임이 틀림없다.

그렇다면 레이더는 어떻게 발명되었을까? 이 혁신적인 탐지 기술의 탄생과 발전을 이끈 선구자는 누구였을까? 이번 갤러리에서 레이더의 흥미진진한 발전 과정을 살펴보고, 이 기술이 현대 사회에 미친 영향에 대해 알아본다.

© Shutterstock

하인리히 루돌프 헤르츠 (1857–1894) -

1880년대 독일의 물리학자 하인리히 루돌프 헤르츠는 금속 물체가 전파를 반사한다는 것을 연구를 통해 입증하였다.

© Getty Images

이론 증명 -

그의 획기적인 전자기파 실험은 빛과 전파가 모두 전자기파의 예라는 스코틀랜드 물리학자 제임스 클러크 맥스웰(1831~1879)의 초기 이론을 증명하였다.

© Getty Images

크리스티안 휠스마이어 (1881–1957) -

독일 엔지니어 크리스티안 휠스마이어는 사실상 레이더를 발명한 사람으로 평가받고 있다. 그는 1904년에 텔레모빌로스코프라 불리는 장치에 대한 특허를 받았으나, 그 장치는 목표물과의 거리를 직접적으로 측정할 수 없었다. 그럼에도 불구하고 이는 전파를 사용해 먼 거리의 물체, 예를 들어 배와 같은 물체를 탐지하기 위해 설계된 최초의 장치였다.

© Getty Images

제1차 세계대전에서의 레이더 기술 -

제1차 세계대전은 레이더 기술 발전에 동기를 부여하였다. 여러 유럽 국가들은 항공기 엔진 소리를 멀리서 탐지하기 위해 '음향 거울'을 실험했으나, 이 방법은 대체로 신뢰할 수 없었다. 

© Getty Images

로버트 왓슨-와트 (1892–1973) -

진정한 레이더 기술은 그 후 20년간 발전하였다. 1930년대에 영국 과학자 로버트 왓슨-와트와 아놀드 윌킨스가 전파 신호를 사용해 먼 거리에서 항공기를 탐지하는 방법을 개척하였다.

© Getty Images

아놀드 윌킨스 (1907–1985) -

항공기를 탐지하는 데 반사된 전파를 사용할 수 있다는 아이디어를 처음 제안한 사람은 윌킨스였다.

© Public Domain

항공기에 반사되는 신호 -

이 이론을 입증하기 위해, 그는 BBC 단파 송신기의 신호를 핸들리 페이지 헤이퍼드 항공기에 반사시키는 실험을 준비하였다. 이 실험은 성공적이었다.

© Getty Images

체인 홈 레이더 시스템 -

이후 왓슨-와트는 이 장치를 실용화하는 개발을 주도하였다. 이 시스템은 체인 홈 (Chain Home)이라는 코드명을 가졌으며, 영국 왕립 공군(RAF)에 의해 해안 경보 레이더 기지들의 네트워크로 구축되었다.

© Public Domain

최초로 실전 배치된 군사 레이더 시스템 -

체인 홈은 세계 최초의 조기 경보 레이더 네트워크이자, 최초로 실전 배치된 군사 레이더 시스템이었다. 이 시스템은 영국 공군이 영국 본토 항공전에서 결정적인 정보를 얻는 데 기여하였다.

© Getty Images

계획 위치 표시시스템 -

1940년에는 항공기의 거리뿐만 아니라 속도까지 측정할 수 있는 계획 위치 표시 시스템(PPI)라는 시스템이 레이더 관제사들에 의해 사용되었다.

© Getty Images

탐지 및 거리 측정 -

 같은 해, 미국 해군은 우리가 오늘날 사용하는 약어인 RADAR-Radio Detection and Ranging(전파 탐지 및 거리 측정)를 만들었다. 

© Getty Images

첫 해상 레이더 -

제2차 세계대전 중, 1941년에는 해상 레이더가 처음으로 USS 세메스에 설치되었고, 1942년에는 미국과 영국 해군 함대에 대량으로 배치하게된다.

© Getty Images

전후 레이더의 발전 -

2차 세계대전이 끝나면서 독일과 일본의 레이더 개발은 수년간 중단되었다. 그러나 미국, 영국, 소련 등 다른 국가들은 냉전 시대를 맞이하며 레이더 기술의 발전을 새로운 긴급 과제로 삼게 되었다.

© Getty Images

펄스 도플러 레이더 -

1940년대 후반과 1950년대에 걸쳐 새로운 레이더 시스템들이 등장하며 성능이 크게 개선되었다. 그중에서도 특히 주목할 만한 것은펄스 도플러 레이더 (Pulse-Doppler radar)였다. 이 시스템은 목표물과의 거리를 펄스 타이밍 기법으로 측정하고, 반사된 신호의 도플러 효과를 이용해 목표물의 속도를 계산하였다. 도플러 효과는 1842년 물리학자 크리스티안 도플러가 설명한 현상에서 이름을 따왔다.

© Getty Images

모노펄스 레이더 -

또 다른 중요한 발전은모노펄스 레이더 (Monopulse radar)로, 추가적인 신호 인코딩을 통해 정확한 방향과 추적 정보를 제공하였다. 

© Getty Images

위상 배열 레이더 -

위상 배열 레이더 (Phased-array radar)는 안테나 배열을 사용해 전파 빔을 형성함으로써 여러 목표물을 추적할 수 있었다. 이 시스템은 제2차 세계대전 중 처음 도입되었으며, 여전히 사용되고 있다.

© Getty Images

이동 표적 표시(MTI) 레이더 -

1960년대에는 이동 표적 표시(MTI) 레이더가 도입되어 큰 발전을 이뤘다. 항공기에 탑재된 MTI 레이더는 이 시기에 미국 해군의 조기경보 항공기인 그루먼 E-2 "호크아이"에서 개발되었다.

© Getty Images

탄도 미사일과 인공위성 탐지 -

같은 시기에는 오버더호라이즌(OHF) 레이더가 등장했는데, 이 시스템은 수백에서 수천 킬로미터 밖의 목표물을 탐지할 수 있는 미사일 레이더 시스템이었다. 이와 더불어 탄도 미사일과 인공위성을 탐지하기 위한 최초의 레이더 시스템도 등장하였다.

© Getty Images

디지털 레이더 시대 -

1970년대에는 디지털 레이더 시대가 열렸다. 이 기술은 현대 레이더에 필수적인 신호와 데이터 처리 기능을 실현하게 했다.

© Getty Images

우주선 -

또한, 1970년대에는 우주선에서 레이더를 사용해 환경을 원격으로 감지하는 기술이 도입되며, 새로운 영역을 개척하였다.

© Getty Images

민간 항공 관제(ATC) 시스템 -

레이더는 군사적 용도뿐만 아니라, 민간 항공 관제(ATC) 시스템에서도 혁신을 일으켰다. 1946년 실험을 통해 1952년 처음으로 이착륙 관제에 레이더가 도입되었으며, 민간 항공의 기술적 성능과 안전성이 크게 향상되었다.

© Getty Images

민간 항공을 넘어 -

민간 항공 분야에서 레이더는 항공기의 기술적 성능과 공중 안전에 큰 진전을 가져왔다. 또한 레이더는 기상학, 의학, 해양 항법 등 다른 여러 분야에서도 그 가치를 인정받게되었다. 

© Shutterstock

기상 감시 레이더 -

기상학에서는 기상 감시 레이더(WSR)와 도플러 기상 레이더를 이용해 날씨 패턴을 식별하고 추적할 수 있었다.

© Getty Images

해양 지형 실험(TOPEX) -

또한, 레이더는 인공위성에서 사용되어 지구의 해양 지형을 컴퓨터로 생성한 지도를 제작하는 데도 쓰인다. 여기서 보이는 이미지는 해양 지형 실험(TOPEX) 위성이 수집한 데이터를 기반으로 만들어졌다. 이 위성은 레이더 고도계를 사용해 해수면의 높이 변화를 측정하고, 이를 통해 해류, 소용돌이, 해저 지형 구조, 바람, 파도에 대한 정보를 밝혀낸다.

© Getty Images

해상 레이더 -

1940년대 초 도입된 이후로, 해상 레이더는 특정 지역 내에서 다른 선박과 육지를 탐지하는 데 사용되었다.

© Getty Images

새로운 해양 내비게이션 장비 -

해상 레이더는 선원들과 레저 보트 이용자들에게 필수적인 항해 보조 장치로서 시야가 크게 저하된 상황에서도 장애물 및 기상 시스템을 감지하는 데 도움을 준다.

© Getty Images

의료용 레이더 시스템 -

한편, 의료용 레이더 시스템은 비접촉 방식으로 생체 신호를 모니터링하고 임상 성능을 평가하는 데 사용될 수 있다. 예를 들어, 이 시스템은 호흡과 심장박동에 의해 유발된 가슴 벽의 주기적인 움직임을 원격으로 측정할 수 있다.

© Shutterstock

레이더 건 -

오늘날 가장 널리 사용되는 레이더 장치 중 하나는 레이더 건이다. 레이더 건은 1940년대 후반에 발명되어 움직이는 물체의 속도를 측정하는 데 사용되었다. 

© Getty Images

스포츠 분야에서의 활용 -

주로 경찰이 교통 단속을 위해 이동 중인 차량의 속도를 측정하는 데 사용되며, 야구나 테니스, 크리켓 등 프로 스포츠에서도 공의 속도를 계산하는 데 활용된다.

© Getty Images

첨단 레이더 기술 -

현재 전자기 스펙트럼은 점점 더 군사 전쟁의 중요한 영역으로 떠오르고 있다. 첨단 레이더 기술은 지능 정보, 감시, 정찰 시스템을 설계하고 테스트하여 전장에서 활용하기 위한 기술로 발전하고 있다.

출처: (Britannica) (SkyRadar) (ScienceDirect)

© Getty Images