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과제기본정보

EMP 및 물리적 방호 구조물 건설 기술 개발1년차

사업개요
사업개요에 대한 사업명, 분류코드(기술분류), 과제명, 주관연구기관, 총괄연구 책임자(성명, 소속, 전화번호), 총 연구기간, 당해연도 연구기간 정보제공
사업명 건설기술연구사업 과제번호 18SCIP-B146646-01
국가과학표준분류 1순위 건설 교통 | 건설시공 재료 | 건설구조재료 적용분야 국방
2순위 화공 | 무기화생방 화력탄약 | EMP 실용화대상여부 실용화
3순위 재료 | 고분자재료 | 나노소재기술 과제유형 개발
과제명 EMP 및 물리적 방호 구조물 건설 기술 개발
주관연구기관 한국건설기술연구원
총괄연구 책임자 성명 김성욱
소속 한국건설기술연구원 직위 선임연구위원
전화번호 031-910-0114 FAX -
총 연구기간 2018-04-13 ~ 2022-12-31
당해연도 연구기간 2018-04-13 ~ 2018-12-31

(단위:원)

년도별 정부출연금, 기업부담금, 계 정보제공
년도 정부출연금 기업부담금
현금 현물 소계
1차년도 956,000,000 10,000,000 90,000,000 100,000,000 1,056,000,000
과제기본정보의 연구개발개요, 최종목표, 연구내용 및 범위 정보제공
연구개발개요 (1) EMP 공격의 심각성
○ EMP 공격의 피해 첫 발견은 1962년 7월 9일 태평양 미국령 Johnston 섬 상공에서 TNT 140만 톤의 위력을 가진 핵실험을 진행, 이때 폭발장소에서 1,300 km 떨어진 미군 전자통신 감시지휘시스템이 파괴되고, 1,500 km 떨어진 하와이의 신호등, 라디오, TV 등 전자기계와 관련된 모든 제품이 고장 난 피해가 발생
○ 한 국가의 인프라망은 전력망, 통신망, 금융망, 도로망 등이 있고, 군에서도 전술지휘통신망을 운용하고 있으며, 선진국일수록 인프라망을 효율적으로 제어하기 위해서 정보통신망과 융합하여 전국 규모의 망으로 운용하고 있음
○ 컴퓨터, 비행기, 자동차 등의 인간이 사용하는 모든 기기들은 전자부품을 내장하고 있어, HEMP의 영향을 받을 경우 동적 불능 상태가 되며, 이러한 인프라망에 피해를 줄 경우 사회, 경제적으로 대혼란을 야기 하게 됨
○ 또한 국가 안보에 관련된 지휘통제(C4I)시설의 EMP로부터 보호하기 위한 방호 시설에 대한 연구 및 국가 차원에서의 투자가 중장기적으로 필요함
○ 한편, 전기전자 부품 산업의 눈부신 발전으로 산업(가정)현장이나, 군 무기체계에 많은 기여를 하고 있으며, 이러한 전기전자 부품들은 소형화, 저 전력화, 고집적화 되면서 전자파에 대한 내성 약화로 인한 장비 오동작 및 기능저하가 많이 발생되고 있음
○ EMP가 전자회로에 침투할 경우 강력한 유도 작용에 의한 과전류를 발생시켜 전자회로를 망가뜨리기 때문에 반도체로 작동하는 모든 전자기기 즉, 통신장비, 컴퓨터, 이동수단, 전상망, 군사용 장비 등이 EMP 공격으로 마비
○ EMP의 영향이 도시중심지에서 발생하게 되면 전력, 통신, 금융 네트워크 등 사회 기간망이 복합해지고, EMP 폭탄 등 신종 첨단 무기에 의해 전력망, 통신망 국가 기간시설들이 한순간에 마비될 우려가 상존
○ 최근 사회기반시설들의 대형화, 자동화되고 전산화됨에 따라 국가 운영에 관련된 모든 정보가 전자장비에 보관됨. 전자파에 의한 공격 피해가 발생할 경우 국가적인 대혼란이 야기 될 수 있음


(2) EMP 피해 상황 예측
○ 군 지휘통제체계(C4I)가 컴퓨터 시스템에 기반을 두고 있는 점으로 볼 때, EMP 방호 조치가 되어 있지 않을 경우 EMP 공격을 받게 되면 금속산화반도체로 구성된 기기 등 전자 인프라스트럭처 전반이 무력화될 수 있음
○ 움직이는 목표물 일지라도 EMP탄에 통신과 정보신호센서 탐지용 전자 지원 계측(ESM : Electronic Support Measures) 체계를 갖추게 되면 포착이 가능. 이 경우 EMP탄의 공격에 의해 전투기 및 함대 등의 제어기능이 상실되어 추락 및 침몰 우려가 있음
○ 컴퓨터와 전자통신 기술에 크게 의존하는 최첨단 C4I SR체계, 정밀유도무기, 탄도미사일방어시스템, GPS, 항공기 시스템, 인터넷망 등의 가동 중단과 오작동을 유발시킬 우려가 있음
○ 국가경제와 사회기능은 전력의존도가 높아 전력체계에 대한 파괴가 있을 경우에는 심각한 경제적 피해와 사회 기능마비가 발생 될 것으로 예측됨
○ 미국의 경우에도 EMP 공격을 받을 시에는 미국전역 전력공급체계의 70%가 붕괴 될 것으로 보고 있고, 이의 복구 시간도 몇 주일 이상이 소요 될 것으로 예상함 (Dr. John S. Foster, Jr, 2004.6)
○ 만약 국내에 운영 중인 28기의 원자력 발전소가 예상치 못한 EMP 공격을 받아 전기 공급 중단으로 발전소 내 주제어실의 컴퓨터, 각종 스위치, 장치 등 전력생산 조절 및 안전시스템 마비로 발전소 블랙아웃 현상이 발생한다면 후쿠시마 원전사고가 남의 일이 아닐 수 있음
○ 철도 시스템 또한 철도통신센터와 철도신호 마비 등으로 인하여 열차 운행이 전면 중단될 것이고 심하면 선행 후행 열차 간 추돌 사고도 발생할 수 있음
○ 해상에서의 선박 등의 통신장비, GPS 교란 등으로 운항항로 및 선박가동의 중지, 민간 및 군용 항공기와 관제시스템의 마비는 더욱 심각할 것으로 예상
○ 경제활동의 중추가 되는 통신체계 연계산업(은행 및 금융 등)이 EMP 공격에 노출 될 경우, 기능 마비 및 복구 지연 시 경제적 혼란이 유발
○ 자체발전기가 없는 작은 병원들은 환자관리가 어렵고, 큰 병원일지라도 주 사용되는 의료장비가 EMP 영향으로 작동되지 않거나 오작동으로 인해 중환자실, 수술실 등에서 환자들의 생명이 위협 받게 됨
○ 고출력 전자기파는 개인화기, 폭탄 등의 물리적인 공격과 달리 사람에게 직접적인 피해를 유발하지 않지만 정보통신 및 기기의 손상으로 인해 간접적인 피해를 유발함
○ 2007년 9월 볼티모어 세이지 정책 그룹과 IAN 연구소는 볼티모어, 워싱턴, 리치먼드가 EMP 공격을 받은 것으로 가정해 피해를 추계한 결과 심각한 것으로 밝혀졌다고 미국의회보고서가 공개(2008.7, 미국하원 군사위원회 “EMP 소위원회” 의회보고서, CRS Report)
최종목표 ○ EMP 차폐 구조체용 저비용 전기전도성 구조체용 첨단 신소재 개발

○ EMP 차폐율 20~80 dB의 콘크리트계 구조체 개발
- 목표 차폐율 20~40 dB의 철근콘크리트 구조체
- 목표 차폐율 40~60 dB의 시멘트 복합재료 구조체
- 목표 차폐율 60~80 dB의 시멘트 복합재료 + Hybrid 구조체

○ EMP 차폐율 40~80 dB 부속자재 및 건축자재 개발
- 도어·개스킷(80 dB), 창호(60 dB), 금속용사(60 dB), 도장재(40 dB) 등

○ EMP 특성 해석 및 콘크리트계 구조체 침투 모델 개발

○ EMP 차폐 성능평가 표준화 기술 개발
- 콘크리트계 재료 및 구조체 성능평가 기술 표준화
- 콘크리트계 구조물 EMP 차폐 성능평가 기술 개발

○ 보안시설의 EMP 방호기준(안) 개발
- 핵 및 재래식 공격 위협 복합 요인 고려

○ EMP 차폐 콘크리트계 구조물 구조설계 및 시공지침(안) 개발
- EMP 차폐 및 물리적 방호(방탄-방폭)를 고려한 복합방호

○ 콘크리트계 EMP 차폐 구조물 실증실험 및 Test Bed 적용
- 콘크리트계 EMP 차폐 Mock-Up 구조물 제작 및 실증실험
- 콘크리트계 EMP 차폐 구조물 Test Bed 적용 및 보완
※ 콘크리트계 구조체는 철근콘크리트 및 시멘트 복합재료로 구성되는 구조체를 말하며, EMP 차폐 성능을 위해서 다양한 첨가 재료 적용 가능
※ EMP는 HEMP(핵 EMP), IEMI(비핵 EMP)를 포함함
연구내용 및 범위 ○ 1세부
- 연구단 운영 및 총괄 관리
- EMP 차폐 성능평가용 기존 강섬유 시멘트 복합재료 구조체 제작
- 목표 차폐율 40~60 dB의 강섬유/나노탄소소재 보강 시멘트 복합재료 구조체 개발
- 목표 차폐율 80 dB 시멘트 복합재료 + Hybrid 보강 구조체 개발
- 시멘트 복합재료 방호 구조체 물리적 방호 성능 시험평가
- EMP 방호 성능평가용 콘크리트계 Mock-Up 구조물 제작
- EMP 방호 구조물 T/B 총괄
- 탄소나노튜브/무기나노입자 혼성 분산소재 개발
- 산화그래핀 분산체 기반 고전도성 그래핀 나노플레이크 소재개발
- 탄소나노튜브/그래핀 이종원소 도입 전도성 제어기술 개발
- 탄소나노튜브/금속 또는 그래핀/금속 혼성 고전도성 소재개발
- 나노탄소소재의 차폐율 특성 및 주요 성능 제어변수 도출연구
- EMP 차폐 성능평가용 기존 철근콘크리트 구조체 제작
- 목표 차폐율 20~40 dB의 철근콘크리트 철근 배근 기술 개발
- 전기전도성 향상을 위한 철근의 결속 및 연결 기술 개발
- 목표 차폐율 40 dB의 Hybrid 보강 철근콘크리트 보강 구조체 개발
- EMP 차폐 철근콘크리트 구조체 물리적 방호 성능 평가
- EMP 차폐 철근콘크리트 구조물 T/B 적용 및 기술 보완
- EMP 차폐율 40 dB의 SIFCON 시멘트 복합재료 개발
- 목표차폐율 40~60 dB SIFCON용 Hybrid 보강재료 개발
- SIFCON 활용 복합 방호재료 물리적 방호 성능평가
- EMP 방호 성능평가용 Mock-Up SIFCON 시작품 제작
- EMP 및 물리적 방호 구조물 T/B 적용
- 보강재료별 물리적 방호 구조체 해석기법 개발
- 시멘트 복합재료 + Hybrid 보강 물리적 방호구조물 해석기법 개발
- EMP 및 물리적 방호구조물 성능평가용 Mpck-Up 구조물 해석
- EMP 및 물리적 방호구조물 해석기법 및 성능평가 기술 개발
- EMP 및 물리적 방호 요구 성능 조사 연구
- EMP 및 물리적 복합 방호 설계 목표 정립
- EMP 방호 및 물리적 복합 방호 설계지침(안) 개발
- 북한의 핵 및 재래식, EMP 공격 예상 시나리오 작성
- 국내?외 보안시설 방호기준 자료 수집 및 분석
- 보안시설의 방호요소 판단
- 방호요소별 방호수준 및 방호대책 제시
- 핵 및 재래식, EMP 공격 위협에 대한 보안시설 방호기준(안) 개발
- 보안시설 방호기준(안)의 적용방안 제시(군사 및 정부기관 소산시설)
- EMP 차폐 콘크리트계 재료 시공 및 구조설계 요건 검토
- EMP 차폐 콘크리트계 재료의 굳지 않은 물성 및 역학성능 기준 제시
- EMP 차폐 콘크리트계 재료 시공지침(안) 개발
- EMP 차폐 콘크리트 구조설계지침(안) 개발

○ 2세부
- EMP 차폐율 창호(60 dB) / 도어(80 db) 시제품 개발
- Mock-Up 구조물 EMP 차폐 도어/창호 제작 및 T/B 적용
- EMP 차폐율 80 dB 성능의 개스킷 시작품/시제품 개발
- EMP 차폐용 무기재료 및 금속섬유 혼합물 개발
- 세라믹계 마감재 구조체 부착 최적화 기술개발
- EMP 차폐율 40 dB 확보 구조체 적용성 시험평가
- EMP 설계요소 도출 및 방호시설 최적 환경 확보기술개발
- EMP 차폐를 위한 건축 환경설계 가이드라인(안) 개발
- 건축자재 적용 40~60 dB급 건축물 T/B 적용
- 전자파 차폐용 용사 금속 소재 개발
- 전자파 차폐 시공용 금속용사 장비 개발
- 콘크리트 구조물 전자파 차폐율 60 dB∼80 dB 금속용사 표준공정 개발
- 전자파 차폐 금속용사 공법 Mock-up 적용
- EMP 차폐용 고전기전도성 전이금속카바이드 2D 나노 신소재 개발
- 콘크리트계 구조체 표면 코팅 고분자 복합 신소재 차폐 도료 혼합물 개발
- 목표 차폐율 40~60 dB인 고분자 복합체 코팅 기술 개발
- 도료 시제품 및 차폐 성능 평가

○ 3세부
- 콘크리트계 소재, 재료, 자재 단위별 현황 조사 및 분석
- 콘크리트계 단위별 EMP 차폐 성능평가용 표준시료 개발
- 콘크리트계 단위별 EMP 차폐 성능평가 절차서 및 시험장치 개발
- 콘크리트계 단위별 EMP 차폐 성능 및 특성 시험
- 콘크리트계 Mock-Up 구조물 EMP 차폐 실증실험 기술 개발
- 콘크리트계 구조물 EMP 차폐성능 인증프로세스(안) 개발
- 기존 콘크리트계 구조체 EMP 차폐성능 예비 시험평가
- 콘크리트계 구조체 EMP 차폐 성능평가 기술 개발
- 실대형 콘크리트계 시험체 EMP 차폐 시험장치 개발
- 콘크리트계 구조체 EMP 차폐 성능 시험평가
- 콘크리트 구조체와 부속자재 연결부 EMP 차폐 성능 시험평가
- 콘크리트계 구조체 및 부속자재와 연결부 시험평가 규격 표준화
- 구조체의 재료 특성에 따른 EMP 침투/차폐 특성 해석
- 구조체 재료별 EMP 특성 모델 개발
- EMP 차폐룸 전자파 환경설계
- T/B에 대한 구조체 침투 모델 적용
- 고주파 대응용 접지장치 개발
- 임피던스 저감형 접지 케이블 개발
- 고주파 대응용 접지장치 및 접지케이블의 신뢰성 평가시험
- EMP 측면에서의 영향성 평가분석
건설기술연구개발사업 주요내용
건설기술연구개발사업 주요내용의 구분, 연구개발목표, 연구개발 내용 및 방법 정보제공
구분 연구개발목표 연구개발 내용 및 방법
1차년도 ○ 1세부
- CNT 및 산화그래핀 관능기 도입 기술 개발
- EMP 차폐 철근 배근 기술 개발
- EMP 차폐용 시멘트 복합재료 구성
- 핵 및 재래식 위협 시나리오 작성

○ 2세부
- EMP 차폐 창호(60 db) 및 부속자재 개발
- 금속용사 등 부가 자재 재료 구성
- EMP 차폐 도료 재료 구성

○ 3세부
- 구조체의 재료 특성에 따른 EMP 침투/차폐 특성 해석
- 소재, 재료, 자재 단위별 현황 조사 및 분석
○ 1세부
(Task 1-1a) EMP 차폐 성능평가용 기존 강섬유 시멘트 복합재료 구조체 제작
(Task 1-2a) 탄소나노튜브(CNT)/무기나노입자 혼성 분산소재 개발
(Task 1-2b) 산화그래핀(GO) 분산체 기반 고전도성 그래핀 나노플레이크 소재개발
(Task 1-3a) EMP 차폐 성능평가용 기존 철근콘크리트 구조체 제작
(Task 1-7a) 북한의 핵 및 재래식 공격 예상 시나리오 작성
(Task 1-1-1a) EMP 차폐 평가용 기존 금속계열 골재 선정
(Task 1-1-1b) EMP 차폐 시멘트계 혼화재 개발

○ 2세부
(Task 2-1a) EMP 차폐율 창호(60 dB) 개발
(Task 2-3a) EMP 차폐용 무기재료 및 금속섬유 혼합물 개발
(Task 2-3d) EMP 설계요소 도출 및 방호시설 최적환경 확보기술개발
(Task 2-1-1a) 페라이트계 소재 나노섬유화 기술 개발

○ 3세부
(Task 3-1a) 콘크리트계 소재, 재료, 자재 단위별 현황 조사 및 분석
(Task 3-1b) 콘크리트계 단위별 EMP 차폐 성능평가용 표준시편 개발
(Task 3-2a) 기존 콘크리트계 구조체 EMP 차폐성능 예비 시험평가
(Task 3-2b) 콘크리트계 구조체 EMP 차폐 성능평가 기술 개발
(Task 3-2c) 실대형 콘크리트계 시험체 EMP 차폐 시험장치 개발
(Task 3-3a) 구조체의 재료 특성에 따른 EMP 침투/차폐 특성 해석
연구성과 기술적 기대성과 ○ 사회기반시설물의 대국인 안전성 패러다임이 구조물 자체의 구조적 내구적 안전성에서 사용성의 안전으로의 변화에 따른 적극적 대응기대
○ 성능이 우수한 방호·방폭 재료를 개발함으로써, 대형사고의 발생 가능성을 감소시킴과 동시에 주요 민간 및 사회간접자본 시설물에 대한 대테러 대비책 강화의 일환으로 사용될 수 있음
○ 개발된 방호 · 방폭 건설자재의 적용으로 대형사고의 발생가능성을 감소시킴에 동시에 대국민 불안요소를 저감시키는 데 기여할 수 있음
○ 초고층 빌딩, 대형 상업시설 및 주요 사회기반시설물의 경우, 방호·방폭과 관련된 보강된 대비책을 강구하는 데 적용 및 활용되어질 수 있음
사회 경제적 파급효과 ○ 최근 초고층건물 및 원전구조물 안전 의식 증가 등으로 내충격 및 방폭에 필요한 국내 전체 시장규모는 향후 5년간 약 3조원 이상의 수준으로 예측되고, 이중에서 건설과 관련된 방호용 자재 및 제품의 시장규모는 약 5,000억원 규모로 예측, 신규 시장 창출 기대
○ 국방시설 분야에서 방호구조물 고도화 기술개발투자는 미흡한 상태이며 2015년 정부예산을 기준으로 볼 때 전체 국방예산은 약 38조 규모로써, 방호시설의 개선 및 유지관리비는 약 1% 정도에 해당하고, 이중에서 고성능 섬유보강 복합재료로 방호·방폭 구조물 시장의 약 50% 점유가 가능하다면 연간 약1,800억원 규모의 국방 관련 방호·방폭 시장 진출이 가능
○ 대상구조물을 주요 공공시설, 주요 빌딩 (초고층 포함), 대형 상업시설 및 사회기반시설물로 하고 있으며, 신규 구조물에의 적용뿐만 아니라, 기존구조물에의 방호·방폭 기능 보강이라는 신규시장을 선도할 경우 그 경제적, 산업규모는 1조원 이상으로 예상
○ 전 세계 산업용 섬유 시장규모 200만 톤 중에서 바잘트 섬유는 현재 20만톤을 차지하고 있으나 산업용 섬유에 대해 각국의 환경규제가 심해지고, 바잘트 섬유의 대량생산에 따른 가격 경쟁력과 고기능성 복합소재 생산기술 확보로 그 시장 점유율 확대 가능
○ EMP 방호 구축소요가 점차 증대하고 있으며 이에 따른 핵심 구성품인 차폐도어의 수요도 점증
○ 최근 국방분야 외 전력, 통신, 금융 등 사회기간망의 주요 시설에 EMP 방호 필요성 제기
활용방안 ○ 콘크리트와 시멘트 복합재료는 무기질 바탕의 건설자재로서 전기전도성이 거의 없음. 본 연구 제안에서는 기존 콘크리트계 구조체와 달리 상대적으로 높은 고전도성 콘크리트계 구조체를 개발하는 것이 핵심임
○ 이를 위해서 본 연구를 통하여 개발할 나노탄소소재와 콘크리트 구성재료인 시멘트를 포함한 결합재를 개발하여 일차적으로 micro 단위의 시멘트 매트릭스로서 전기전도성을 확보하고, ㅇ차적으로 첨가 섬유 및 나노탄소소재로 고전도성을 확보하고자 함
○ 이렇게 개발된 소재 및 재료는 EMP 차폐를 위한 콘크리트 구성재료로 활용
○ 콘크리트와 시멘트 복합재료는 무기질 바탕의 건설자재로서 전기전도성이 거의 없음. 본 연구 제안에서는 기존 콘크리트계 구조체와 달리 상대적으로 높은 고전도성 콘크리트계 구조체를 개발하는 것이 핵심임
○ 이를 위해서 본 연구를 통하여 개발할 나노탄소소재와 콘크리트 구성재료인 시멘트를 포함한 결합재를 개발하여 일차적으로 micro 단위의 시멘트 매트릭스로서 전기전도성을 확보하고, ㅇ차적으로 첨가 섬유 및 나노탄소소재로 고전도성을 확보하고자 함
○ 이렇게 개발된 소재 및 재료는 EMP 차폐를 위한 콘크리트 구성재료로 활용
○ 본 과제는 1단계 기초원천 기술 개발에 이어 2단계 활용 현장 적용을 위한 실용화과업으로서 1단계의 기초원전 기술을 바탕으로 실용화에 핵심기술인 방호?방폭 구조재료, 프리캐스트 방호구조물 시작품 및 동적충격시험법, 재료와 구조부재의 내충격 및 방폭 성능평가 기술과 방폭 구조설계 지침을 개발함
○ 개발한 핵심성과물은 첨단 HPFRCC 재료를 기반으로 하는 첨단 방호구조물 건설을 위해한 재료, 설계 시공 기술로 활용하며, 이에 대한 공학적인 근거를 마련할 수 있는 표준화 시험평가법과 지침으로 활용하고자 함
○ 본 과제는 1단계에 이어 국내 민간분야에서 최초로 수행되어지는 종합적인 방호·방폭 연구개발사업으로서 핵심성과물의 민간 수요에 우선 적용하며, 동시에 최근 군사 방호시설물에 전략적으로 첨단 방호 성능 부여 수요에 부응하여 군수 부분의 방호시설물 구축 사업에 적용하고자 함
핵심어
핵심어의 구분, 핵심어, 핵심어1~핵심어5 정보제공
핵심어 핵심어1 핵심어2 핵심어3 핵심어4 핵심어5
국문 전자파 전자파 차폐 고출력 전자기파 EMP 방호 방호 구조물
영문 Electromagnetic Wave EMP Shielding EMP EMP protection Protective Structure
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