수중 귀가 어디에나

 (computer.rip)
3P by GN⁺ | ★ favorite | 댓글 1개
  • Titan 사고에서 미 해군의 역할은 수중 원격 감지와 IUSS의 한계를 함께 봐야 이해되며, 해군이 4일간 확정 정보를 숨겼다는 비난은 설득력이 약함
  • 잠수정은 물속에서 무선 통신이 어렵기 때문에 Titan 같은 심해 잠수체는 음향 모뎀으로 수상 지원선과 통신함
  • SOSUS/IUSS는 해저 케이블 기반 수중청음기 배열에서 출발해, 냉전기 잠수함 감시와 해양 생물 연구에 모두 쓰이는 체계로 발전함
  • Titan의 내파음은 IUSS 데이터에서 감지·위치 추정됐을 수 있지만, 군용 잠수함과 다른 크기·구조 때문에 음향 서명 신뢰도는 낮았을 가능성이 있음
  • ROV Pelagic Odysseus 6k가 6월 22일 현장 도착 후 약 5시간 만에 잔해를 찾은 정황은, 해군의 가능한 탐지 위치가 수색팀에 전달됐을 가능성과 맞물림

수중 통신과 소리의 물리적 제약

  • 잠수함과 잠수정은 탐지가 어렵고, 군사적으로는 장점이지만 심해 관광 같은 민간 운용에서는 안전 문제로 이어질 수 있음
  • 바닷물은 전파 신호를 빠르게 감쇠시키며, 주파수를 낮춰도 한계가 남음
    • 미 해군의 VLF 체계도 잠수함이 비교적 수면 가까이에 있거나 수면 가까운 와이어 안테나를 써야 수신 가능함
    • VLF 신호는 해수에서 약 40m까지만 침투함
    • ELF는 수백 m까지 더 잘 침투하지만 시설 건설·운영 비용이 매우 높고 수신 안테나가 커서, 미 해군은 2004년 ELF 인프라를 퇴역시킴
  • Titan 같은 잠수체는 수상 지원선과 음향 모뎀으로 통신함
    • 이 방식은 신뢰성이 높지만 비트 전송률이 매우 낮아 문자 메시지 중심으로 제한됨
    • 심해 석유 탐사에서도 비슷한 기술이 쓰이며, Titan은 데이터 링크에 상용 제품을 썼을 가능성이 큼
  • 수중에서는 소리가 가장 잘 전파되며, 수면 위보다 훨씬 멀리 퍼지고 깊어질수록 더 유리함

능동 소나와 수동 소나

  • 소리로 잠수함을 탐지·위치 추정하는 방식은 소나로 널리 알려져 있음
  • 제1차 세계대전 때 대잠 수상함이 반사음을 이용해 바로 아래의 잠수함을 탐지한 사례가 초기의 대표적 사용임
  • 반사음을 받기 위해 소리를 내보내는 방식은 능동 소나임
    • 가까운 잠수함을 찾는 데 효과적임
    • 하지만 소리를 방출하면 소나 장비의 존재가 드러나고, 충분한 수신 장비가 있으면 위치도 노출될 수 있음
    • 대잠 함정은 주변 잠수함에 자신의 존재를 알리는 문제가 있어 능동 소나를 정기적으로 쓰는 일을 비교적 빨리 중단함
  • 더 선호되는 방식은 수중 차량이 자연스럽게 내는 소리를 듣는 수동 소나임
    • 지향성 수중청음기(hydrophone)로 잠수함 스크루 소음을 들을 수 있음
    • 청음기를 회전시켜 진폭이 가장 큰 방향을 찾으면 잠수함의 방위를 얻을 수 있음
    • 이 기본 원리는 오늘날에도 잠수함 사냥의 핵심이며, 수신 장비는 훨씬 더 강력하고 자동화됨
  • 잠수함의 정숙성은 계속된 군비 경쟁의 대상임
    • 큰 소음원 중 하나는 스크루 주변의 공동현상(cavitation)임
    • 과거 현대 미 잠수함의 저소음 스크루 설계는 기밀이었고, 잠수함이 물 밖에 있을 때 스크루를 덮개로 가렸다고 함

SOSUS에서 IUSS로 발전한 해저 감시망

  • 장기적인 해양 주권 확보에는 선박이나 항공기 투하 부표뿐 아니라, 방어선처럼 동작하는 영구 수중청음기 설치가 유용함
  • 1950년대 AT&T는 해저 케이블과 음향 전자 기술을 활용해 해저 감시 체계를 설계함
    • 해저 케이블을 따라 큰 수중청음기 배열이 설치됨
    • 탐지음은 워터폴 다이어그램으로 출력됐고, 정보 분석관이 해양 생물·지질 현상·선박 소리를 경험과 추정으로 구분함
  • 이 체계는 SOSUS(Sound Surveillance System)로 불렸고, 1991년까지 비밀로 유지됨
    • 냉전기 가장 중요한 군사 정보 체계 중 하나였음
    • 세부를 아는 해군 인원이 적어, 함정 승조원은 SOSUS에서 온 짧고 세부 없는 정보 메시지를 혼란스럽고 신뢰하기 어렵게 느끼기도 함
  • 1960년대 SOSUS는 긴 케이블 배열에 설치된 수백 개의 개별 수중청음기로 구성됨
    • 케이블은 해안의 고보안 터미널 시설로 연결됨
    • 해군은 이 시설을 불분명한 조사 작업용이라는 덮개 설명으로 숨김
  • 이후 수십 년 동안 컴퓨터가 음향 서명 탐지와 분류에 투입됨
    • 초기 자동화는 군과 Bell Laboratories의 신호 처리 및 패턴 매칭 연구개발을 촉진함
    • 현대 머신러닝 분야의 초기 선례를 만들었음
    • 컴퓨터와 통신 기술 발전으로 배열 원격 제어가 가능해져 인력 수요가 줄고 여러 해군 터미널 시설이 폐쇄됨
  • 1984년 SOSUS는 IUSS(Integrated Underwater Surveillance System)로 이름이 바뀜
    • 자동화 증가뿐 아니라 수상함을 체계에 포함한 점을 반영함
    • 초기에는 USNS Stalwart와 USNS Worthy가 이동식 IUSS 배열로 동작해 탐지 범위를 넓히거나 의심 표적 위치를 더 정확히 잡는 데 쓰임
  • IUSS는 1991년 비밀 해제 이후 과학 연구와 함께 쓰이는 이중 용도 체계가 됨
    • 해양 생물학에서 수중청음기 데이터의 주요 출처 중 하나임
    • 현재 IUSS는 잠수함과 고래를 자동 탐지·분류함

잠수함 사고 탐지와 Titan 수색

  • 수동 소나 체계가 잠수함 사고를 탐지할 수 있다는 점은 잘 알려져 있음
    • 1968년 소련 잠수함 K-129 손실은 SOSUS가 감지함
    • SOSUS의 위치 추정은 Hughes Glomar Explorer의 K-129 인양 작전에 도움을 줌
    • 1968년에는 잠수함 4척이 전원 손실됐고, SOSUS 데이터는 최소 2척인 소련 K-129와 미국 Scorpion 위치 파악에 쓰임
  • Titan은 6월 18일 실종된 것으로 추정되고, 해저에서 발견된 것은 6월 22일임
  • 잔해 발견 뒤 해군은 IUSS가 내파를 감지하고 위치를 추정했다고 밝힘
  • 해군이 Titan의 운명을 확정적으로 알고도 4일 동안 숨겼다는 비난은 원격 감지의 작동 방식과 맞지 않음
  • 현대 실시간 원격 감지에서 실행 가능한 정보는 대량 데이터 속에서 중요한 사건을 인식하는 머신러닝 및 분류 시스템에서 주로 나옴
    • 이런 시스템은 자연적 또는 인공적으로 만든 사건 샘플로 학습돼야 함
    • 해군 정보에서 최신 선박의 음향 서명을 수집하는 일은 IUSS가 이를 올바르게 식별하기 위한 주요 관심사임
  • 또 다른 방법은 과거 데이터를 사람이 다시 검토하는 회고 분석임
    • 자동화가 발생 당시 분류하지 못한 사건도, 새로운 서명 정보가 생기면 뒤늦게 탐지될 수 있음
    • 중국 정찰풍선 사례처럼 서명 정보가 수집된 뒤 과거 사건이 추가로 드러날 수 있음
  • 바다는 야생동물, 지질 과정, 상업 해운, 해군 작전 등 많은 소음으로 가득해 해군이 수중의 모든 소리를 엄밀히 조사하기는 어려움
  • 해군은 Titan 실종을 알게 된 뒤 IUSS 데이터를 회고 분석해 운명을 나타낼 수 있는 신호를 찾았을 가능성이 큼
    • 큰 소리를 감지하고 그 근원을 Titanic 잔해 근처로 위치 추정했을 수 있음
    • 이는 Titan이 처음 실종 보고된 뒤 비교적 빠르게 이뤄졌을 가능성이 있음

낮은 신뢰도, 공개 지연, 현재의 감시 체계

  • 첫 번째 한계는 Titan이 새롭고 특이한 구조의 잠수정이었다는 점임
    • 해군은 우발적으로 잃은 군용 잠수함과, 최소 한 번은 음향 기록을 위해 의도적으로 어뢰 공격한 잠수함 Sterlet을 통해 내파 음향 서명을 일부 알고 있음
    • 하지만 Titan은 군용 잠수함과 크기·구조가 크게 달라, 알려진 재난 손실 음향 서명을 적용하기 어렵다는 불확실성이 컸을 가능성이 큼
    • 수중에서 내파한 잠수함의 전체 사례 수 자체가 매우 적고, Titan과 비슷한 크기·구조의 사례는 없었음
  • 수색·구조 과정에서 “복구 불가능하게 손실됐다고 생각한다”는 식의 불확실한 정보를 공개하는 일은 신중해야 함
    • 그런 공개는 수색 종료 압력을 만들어 수색을 방해할 수 있음
    • 가족과 지인들의 상황을 더 악화시킬 수 있음
    • 해안경비대가 다른 수동 소나 체계에서 가능한 두드리는 소리를 감지했다고 발표한 뒤, 관련 없을 가능성이 큰 음향 서명을 바탕으로 과도한 보도가 이어진 사례가 있음
  • 해군이 비밀 유지를 이유로 탐지 정보를 수색팀에 숨겼다는 비난은 수색 시간표와 맞지 않음
    • SOSUS와 그 능력은 수십 년 동안 대중에게 널리 알려져 있었음
    • 수색 장소는 과거 공개된 SOSUS 탐지 범위 추정 안에 있었음
  • 심해 탐사가 가능한 첫 수색 장비인 ROV Pelagic Odysseus 6k는 6월 22일 아침 현장에 도착함
    • 약 5시간 뒤 잔해를 발견함
    • 하강만 해도 1시간 이상 걸렸을 가능성을 고려하면, 어려운 해저 환경에서 매우 빠른 발견임
    • 잔해가 Titanic 근처에 있었지만, Titanic 잔해 지대는 넓어 전부 수색하려면 몇 시간이 걸렸을 것임
    • Odysseus가 수색을 시작할 때 해군으로부터 가능한 내파 위치에 대한 제보를 이미 받았을 가능성이 큼
  • 해군이 4일 동안 정보를 숨긴 것이 아니라, 수색팀이 해군의 가능한 탐지를 실제로 확인할 수 있는 장비를 갖춘 시점이 그때였음
  • WSJ의 최초 IUSS 탐지 보도에 따르면 해군은 해당 발견을 현장 수색 지휘관에게 즉시 전달함
    • 해군은 국가 안보 우려를 이유로 사용된 특정 시스템 이름을 밝히지 말아 달라고 요청함
    • 이는 기밀 체계가 여러 이름으로 관리되고, 비밀 시기 IUSS가 비기밀 보고서에 실수로 여러 번 이름이 나온 역사와도 맞음
  • 현재 IUSS는 과거보다 작은 체계지만, 기술 향상으로 탐지 범위는 줄기보다 늘었을 가능성이 있음
    • 미국 근해 잠수함 탐지의 주요 방법으로 남아 있음
    • 잠수함은 핵무기의 주요 운반 수단 중 하나이기 때문에 중요한 관심사임
    • IUSS는 해군이 쓰는 여러 반비밀 수중 감지 체계 중 하나임
  • San Francisco Magnetic Silencing Range는 별개의 체계지만, Golden Gate를 지나는 해군 선박의 자기장을 수중 자력계로 측정함
    • 수중 기뢰는 자력계로 작동하는 경우가 많아, 해군은 선체 자화가 일정 한도를 넘지 않도록 관리함
    • 한도를 넘으면 특수 설비를 갖춘 해군 부두에서 탈자(degaussing)할 수 있음
    • Marina Green 주차장의 작은 건물이 이 체계의 지상 시설이었고, 현재 배열은 완전 원격 제어됨

함께 보면 좋은 글 β

GN⁺   [-]
Hacker News 의견들

  • 수색·구조 작업 중에 선박이 돌이킬 수 없이 소실됐다고 생각한다고 발표하는 건 현명하지 않음
    Titan 사고 때 소셜 미디어에서 여러 번 같은 얘기를 했지만 잘 먹히지 않았고, 미 해군이 내파 음향 탐지를 은폐했다는 식의 의혹은 이상하게 느껴졌음
    신호 분석을 조금이라도 해본 사람이라면 불확실성이 매우 크다는 걸 알며, 원격으로 Titan의 특정 파괴를 확정 식별할 수 있다는 생각은 애초에 무리였음
    설령 해군이 100% 확신했더라도, 누군가 소리를 들었다는 이유로 가족 수색을 중단하길 바라지는 않을 것임. 해상 실종자는 찾을 때까지, 또는 합리적 희망이 사라질 때까지 수색해야 하며, 억만장자에게도 똑같이 적용됨

    • 해군이 99% 확신했다면 틀릴 가능성이 있더라도 알려주는 편이 낫다고 봄. 아무도 수색하지 말자고 한 게 아니라, 잠수정이 내파했다고 거의 확신하면서도 아무것도 모르는 척한 데 사람들이 짜증 낸 것임

  • 이 이야기가 떠올랐음: https://en.wikipedia.org/wiki/Toshiba%E2%80%93Kongsberg_scan...
    Toshiba는 1980년대에 9축 CNC 기계를 소련에 수출할 수 없었는데, 이 장비가 초저소음 잠수함 프로펠러 제작에 쓰일 수 있고 실제로 쓰일 가능성이 있었기 때문임
    관련 Asianometry 영상: https://www.youtube.com/watch?v=uaRyqAVIkwI

    • 국제 합의를 어기고 주요 군사적 적국에 무기 기술 수출 사기를 저질렀는데도 두 임원이 10개월, 12개월 형을 받은 건 꽤 가벼워 보임
    • 회사에서 매우 정밀한 부품 제작이 가능한 새 스위스 연삭기를 구매할 때 이상한 확인서에 서명해야 했음
      기계를 어떤 물품 생산에 쓸지, 핵폭발 활동이나 안전조치 없는 핵연료 주기 활동, 핵·화학·생물 무기 사용에 쓰지 않겠다는 인증, 제조 물품이나 기계를 특정 국가 밖으로 이전하려면 스위스 경제 관련 기관의 동의를 받겠다는 내용이었고, 비슷한 느낌이 들었음

  • 케이블, 해저, 잠수함 얘기가 나올 때 거의 필수로 떠오르는 재미있는 글임: https://www.wired.com/1996/12/ffglass/
    “Mother Earth, Mother Board”는 해저 케이블 부설과 지구를 배선해 온 역사를 다루는 글임
    페이월 없는 버전: https://archive.is/ICkHe

    • “지구를 배선한다”는 말이 The Expanse 오프닝을 떠올리게 함. 거기서는 천체들도 배선해 버림: https://www.youtube.com/watch?v=5Y4wuVfV5G4
      노래도 소름 돋게 좋음
    • 안타깝게도 페이월 없는 버전도 페이월에 걸려 있음

  • 약간 벗어난 얘기지만, 이런 능력이라면 Nord Stream 파이프라인 폭발 주변에서 무슨 일이 있었는지도 꽤 많은 걸 말해줄 수 있을 것 같음
    미국이 이런 탐지기를 자국 국경 밖에도 두고 있다고 보는 건 합리적인 가정이고, 그런 주장을 본 적도 있음: https://www.thenation.com/article/world/nord-stream-pipeline...

    • 그 해역은 아마 세계에서 가장 감시가 심한 바다 중 하나일 것임. 정보기관들은 관련된 선박을 분명히 알고 있을 것임
      그래도 약 30만 달러만 있으면 누구든 가능했을 수 있다고 봄. 그 수심에서 폭발물을 설치할 수 있는 작업급 ROV는 해저 건설과 유지보수에서 흔함
    • 음파탐지는 아래에 배가 있었다는 건 알려줘도, 누가 조종했는지는 꼭 알려주지 않는 것 아닌가?

  • 현대 미국 잠수함의 저소음 프로펠러 설계가 기밀이고, 잠수함이 물 밖에 있을 때 덮개로 가린다는 대목을 보니 토로이달 프로펠러나 “팁 없는” 프로펠러인지 궁금함
    이런 설계는 난류와 공동현상을 줄임: https://en.m.wikipedia.org/wiki/Toroidal_propeller
    예전 HN 글도 있음: https://news.ycombinator.com/item?id=34571282, https://news.ycombinator.com/item?id=33949895

  • 글에 “IUSS가 잠수함과 wales를 자동으로 탐지·분류한다”고 되어 있는데, 영국인들은 알고 있나?

    • 자랑스럽게도 이 댓글을 보기 2분 전에 그 오타를 발견했음. 교정을 전혀 안 하는 건 아니고 보통 이틀 뒤에 할 뿐임

  • 능동 음파탐지는 잠수함 수색에 이미 몇십 년 전부터 다시 쓰이고 있어서, 글 내용은 낡았음
    현대 대잠함에는 저주파 능동 예인 음파탐지기가 장착되며, 긴 탐지 거리를 얻으려면 저주파가 필요함. 고주파는 크게 감쇠되기 때문임
    군용 음파탐지가 해양 포유류에 위험하다는 뉴스가 있었다면 바로 이런 체계가 관련됐음. 잘 전파되는 주파수 대역에 큰 에너지를 넣는데, 그 대역은 고래가 의사소통하는 데도 가장 유용함
    예: https://en.wikipedia.org/wiki/Sonar_2087

  • 공동현상은 시끄럽지만 보통 전속력으로 달릴 때만 생김. 요즘 실제로 듣는 건 원자로 플랜트 소음에 가까움
    미국의 Virginia, Seawolf 같은 공격원잠과 차기 Columbia SSBN은 일종의 외부 펌프제트를 쓰는 것으로 보임. 예전의 전통적 프로펠러처럼 물 밖에서 가리는지는 잘 모르겠음

    • 그 추진 계통을 펌프제트로 분류하지는 않을 것 같고, 해당 함정 안에서도 그렇게 부르는 걸 들어본 적은 없지만, Wikipedia는 그렇게 보는 듯함
      더 정확히는 덕트형 추진기로, 압력을 높이는 슈라우드와 고정날개 조립체를 통합한 고전적 잠수함 프로펠러의 직접적 진화형임. 전통적으로 “펌프제트”라면 원심펌프 요소나 최소한 벡터링 장치가 들어간다고 봄
      X-22의 덕트팬 같은 걸 보통 제트라고 부르지는 않지만, 물속에서는 그렇게 부르는 모양임
      https://en.wikipedia.org/wiki/Bell_X-22
    • 그래서 구식 디젤-전기 잠수함이 현대 잠수함보다 유리할 때가 있음. 무음 항해 중에는 플랜트 소음이 전혀 없기 때문임
      합동 해군 훈련에서 가끔 웃긴 일이 벌어지는 이유이기도 함. 예컨대 HNLMS Walrus가 USS Theodore Roosevelt 등을 “격침”하고 빠져나가 미국 측을 크게 당황시킨 적이 있음
    • 미국 잠수함이 다른 나라보다 조용했던 이유는 플랜트 소음을 줄이는 데 거의 광적으로 집착했기 때문임. 공동현상 얘기만 늘어놓는 건 핵심을 놓친 것임
      스웨덴의 디젤 하이브리드 잠수함이 거의 탐지 불가능한 것도 같은 이유임. 배터리로 움직일 때는 냉각 펌프 한두 개 정도 말고는 플랜트 소음이 거의 없고, 너무 조용해서 다른 해군이 훈련용으로 빌리기도 함
      해군이 나중에 ‘테이프’를 다시 들었다는 설명도 말이 안 된다고 봄. 수십 년간 컴퓨터 분류 시스템을 운영해 왔다면서, 매우 민감한 청음 배열이 다른 것과 전혀 다르게 들릴 고에너지 내파를 탐지하지 못했다는 걸 믿으라는 셈임
      Cameron은 해군 지인들이 매우 빠르게 내파음을 들었다고 알려줬다고 했고, 통신과 동시에 원격측정도 끊겼다는 사실만으로 이미 알고 있던 걸 확인받은 셈임. 원격측정은 별도의 외부 압력용기에서 오는데, 그게 침묵했다는 건 파괴됐다는 뜻이고 가능한 원인은 잠수정 내파뿐임
      특이한 구조 때문에 내파로 인식할 수 없었다는 부분은 순전한 추정임
    • 흡입구와 배출구는 가리는 것 같음: https://www.thedrive.com/content/2020/01/werw.jpg?quality=85
    • 원자로 플랜트 소음이 뭔지 더 듣고 싶음. 반응 자체는 조용하다고 가정하면, 원자로가 어떤 소리를 내고 그걸 조용하게 만드는 데 어떤 어려움이 있는지 궁금함

  • 미 해군이 내파음을 공식적으로 들었다고 밝히기까지 지연된 이유에 대해 처음 떠오른 생각은 이랬음
    미국 정보기관의 넓은 세계, 특히 러시아나 중국 내부 통신 채널을 듣는 신호정보와 결합해 보면, Titan 내파처럼 미국 해역에 비교적 가까운 사건이 있을 때 굳이 패를 보여주지 않고 다른 누가 들었다고 보고하는지 들어보려 했을 수 있음
    일종의 고급 방첩 게임처럼, 자기 장비 근처 물속에 또 누가 장비를 깔아뒀는지 가늠할 수 있기 때문임. 확신은 없지만 처음 든 생각은 그랬고, 글은 아주 재미있게 읽었음

  • MH370 실종 이후 계속 궁금했음. 비행기가 바다에 추락하면 파도 같은 표면 소음에 비해 들을 만한 큰 물튀김 소리가 났을까? 그 해역에 수중청음기가 있었을까? 충분한 신호 처리를 하면 그 소리 위치를 찾을 수 있었을까? 이미 다 해봤지만 한 사람들이 말할 수 없는 건 아닐까?

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