선진국방연구 Journal of Advances in Military Studies 2018, Vol. 1, No. 1, 1-17. 탄도미사일방어체계사업추진방법 ( 구매또는연구개발 ): THAAD, SM-3 및 L-SAM 의사업추진방법정리 1) 박혁기 * 이진호 ** 해군작전사령부 해군사관학교국방경영학과 국문초록 본연구는북한의탄도미사일위협에대한효과적인방어체계선정을위한비용분석을수행한다. 방어체계의대안으로 THAAD, SM-3 및 L-SAM을고려하였고, 국외구매또는연구개발에따라대안에대한비용분석을위한요인이다르므로이에대한대안별요인을분석하여제시하였다. 방어체계별사업추진방법 ( 구매또는연구개발 ) 에따라획득비용, 운영유지비용, 연구개발비용으로구분하여 30년간운용한다는가정하에대안별로순현재가치를도출하여비교하였으며, 불확실성을내포하는정비유지비율, 부지비용, 연구개발비용에대한민감도분석을통해대안별비용에미치는영향을분석하였다. 분석결과전반적으로는 THAAD, L-SAM, SM-3 순으로높은비용이발생하였으나민감도요소들의변화에따라비용순위가달라질수있음을확인하였다. 본연구의결과는여러불확실성하에서의사결정으로연결되기에는무리가있으나각각의방어체계에대한비용분석의틀을제시하고, 제시한 3가지대안을동시에충족할수없는상황에서가용한국방예산을고려할때경제적인대안의우선순위를결정하는데참고자료를제시한다. 주제어 : 탄도미사일, 비용분석, 현재가치, 민감도분석 * 제 1 저자 ** 교신저자, jinho7956@gmail.com
2 선진국방연구제 1 권제 1 호 Ⅰ. 서론 탄도미사일은고체또는액체연료로구성된로켓의추진력에의해발사된후지구중력보존역장에서관성유도로포물선을그리며비행하다가종말단계에서자유낙하로목표에도달하는운동특성을갖는미사일이다 ( 석근봉 전제정, 2011). 탄도미사일의비행단계는로켓모터에의해미사일이특정고도의탄도궤도에진입할때까지의추진단계 (Boost Phase), 대기권밖의특정고도에서포물선과유사한궤적을그리며초음속으로대기권과우주공간을비행하는중간단계 (Midcourse Phase), 지구중력에의해자유낙하하면서탄두가대기권으로재진입하여급강하하는재진입단계 (Reentry Phase) 의 3단계로구분된다. 따라서탄도미사일은통상대기권밖까지상승하여낙하하는고고도미사일이며, 높은고도에서목적지까지자유낙하하므로탐지및요격이매우제한된다. 현재북한에는이러한탄도미사일이거리에따라중거리, 중장거리, 장거리미사일까지실전배치되어있으나 ( 박태용 임재성, 2016), 이러한탄도미사일위협에효과적으로방어할수있는방어수단이제한적인실정이다. 따라서탄도미사일의위협에대비하기위한방어체계의마련이무엇보다도시급하다고할수있다. 대한민국이현재보유중인미사일방어체계수단으로는 PAC-2( 패트리어트-2) 와업그레이드버전인 PAC-3가있다 ( 김영호, 2010). 그러나보유중인수단은약 15km 30km에서의방어만가능하여그이상의고도에서비행하는미사일에대한방어에매우취약한실정이다. 이에대한대책으로자체적인미사일방어체계인 KAMD(Korea Air and Missile Defense) 구축을선언하고준비해오고있으며탄도미사일의위치와고도에따른분류인추진단계, 중간단계그리고종말단계, 특히종말단계중에서도하층고도방어에집중해왔다 ( 박휘락, 2016). 하지만종말단계의하층고도에서는탄도미사일의속도가매우빨라 ( 음속의 6 12배 ) 요격이어려울뿐만아니라북한의비대칭전력중상당한위협이되는생화학무기를탄두에탑재하여발사한다면요격에성공하더라도저고도에서폭발하여지상에많은피해를야기할수있다. 따라서미사일방어체계도종말단계고고도방어체계의도입및다층방어개념의방어체계구축에대한요구가증대되고있다. 미사일방어는통상적의탄도미사일이발사되고난직후부터추진체연소종료시까지수분내에요격하는추진단계 (Boost Phase) 방어, 연소종료후미사일탄두가대기권밖에서비행하는동안요격하는중간단계 (Midcourse Phase) 방어, 그리고정점을찍고미사일이자유낙하하기시작하며대기권으로재진입하여목표물에탄착되기전에일정고도에서요격하는종말단계 (Terminal Phase) 방어로구분된다. 본연구는종말단계의상층방어를위한사드 (THAAD: Terminal High Altitude Area Defense), 해상에서이지스구축함등에탑재가능한 SM-3(RIM-161 Standard Missile 3) 미사일및국내에서자체연구개발하기로결정한장거리지대공미사일 L-SAM(Long-range Surface-to-Air Missile) 을탄도미사일방어체계의대안으로고려하며, 이 3가지방어체계에대한비용분석을통
탄도미사일방어체계사업추진방법 / 박혁기 이진호 3 해경제성측면에서가장효과적인대안을선정함에그목적이있다. 무기체계의경우통상획득및운영유지비용에대한경제적측면보다는그성능을우선적으로고려해온경향이있으나, 현대전의무기체계는정밀화, 첨단화되면서획득비용이천문학적인금액에이르는경우가많아졌으며경기침체, 환율폭등, 유가상승등의국방예산획득여건변화로인해방위력개선사업관련의사결정시획득비용분석및예측의중요성이더욱중요하게고려되고있다. 특히무기체계도입에있어서는한정적인재원 ( 국방비 ) 을보다효율적으로배분및활용함으로써투자효율의극대화를통해국방비의경제성을도모하여튼튼한안보환경을조성하는것이무엇보다도중요하다고할수있다. 따라서객관적이며합리적인비용분석기준, 절차및방법을적용하여투명성을확보하고, 비용분석에있어서의정확성과신뢰성을갖추어야한다. 방위력개선사업에서의비용은최초소요기획단계에서부터최종폐기시까지의총수명주기비용을의미한다. 이를바탕으로본연구에서는효과적인미사일방어체계대안선정을함에있어각각의대안에대하여비용분석을통해경제적측면을고려한합리적인대안도출과정을제시하고자한다. Ⅱ. 관련연구현황 탄도미사일방어에대한연구는한반도의안보상황에따라공학뿐만아니라사회과학분야등에걸쳐폭넓게진행되어왔으며, 공학분야에서는주로탄도미사일방어에대한기술적부분을분석하는연구가많았고, 사회과학분야에서는거시적관점에서의탄도미사일방어체계에대한함의, 주변국및안보에미치는영향등에대한논의가주를이루었다. 본장에서는주로공학분야에서제시된주요연구결과를요약하고본연구에바탕이된연구결과를제시해보고자한다. 탄도미사일의 RCS(Radar Cross Section: 레이더단면적 ) 특성을탐지레이더의위치에따라분석한결과 ( 박태용 임재성, 2015) 및 RCS 특성에따른탐지확률을높이기위한레이더의배치방안 ( 박태용 임재성, 2016) 등은레이더의탐지성능과그에따른최적배치방안을연구한대표적인사례이다. 최각규등 (2012) 은탄도미사일의탄두를식별하기위한신호처리기법으로서스펙트럼추정방법을제안하였고, 김석권등 (2010) 은탄도미사일의궤적추적성능을개선하기위하여다양한칼만필터링알고리즘을적용하였다. 이경행등 (2015) 은북한잠수함발사탄도미사일 (SLBM: Submarine Launched Ballistic Missile) 의비행궤적을발사방법에따라분석하고, 사거리조절에따른다양한발사방법에대해제시하였다. 탄도미사일의효과적인방어를위한무기체계의최적배치에관한연구도비교적활발히진행되었다. 지대공유도무기 (SAM: Surface-to-Air Missile) 의최적배치방안을도출하기위한휴리스틱알고리즘의제안 ( 이재영 곽기훈, 2008), 미사일방어를위한구축함의최적배치모형을혼합
4 선진국방연구제 1 권제 1 호 정수계획법으로제시한연구 ( 이상헌 정인철, 2006), 잠수함발사탄도미사일의은밀성을고려하여게임이론을적용한구축함의배치방안 ( 이진호, 2018) 등을통해탄도미사일의효과적인탐지, 추적을공학적기법과최적배치모형을제안하는의사결정에적용한연구가활발히진행되어왔음을알수있다. 다음으로, 본연구에서다루고자하는비용분석은경제적타당성측면에서공공분야등에서폭넓게적용되어왔다. 이는비용-편익분석, 비용-효과분석등을통해공공사업의경제성에대한분석위주로진행되었는데, 지방자치단체의지리공간정보사업구축에대한비용-효과분석 ( 이현순 김은형, 2000), 치안문제해결을위한경찰대응비용에대한비용-편익분석 ( 박경래 최성락, 2011), 함정의생존성확보를위한대공방어성능향상에가장효과적인대안을비교하기위한비용 -효과분석 ( 최성린 박동기, 2014) 등이그대표적인사례이다. 특히오영민 권오성 (2010) 은함대공유도탄의비용분석을통해무기체계획득수명주기비용에대해분석하고대안을도출하였으며, 그결과를바탕으로본연구에서고려하는 3가지대안에대해비용분석을수행해보고자한다. Ⅲ. 미사일방어체계대안 3.1 THAAD 현재북한의탄도미사일위협에대응하기위한방어체계대안으로검토되고있는것으로기존의대한민국이초점을맞추고있었던종말단계에서의하층방어체계와는달리상층방어가가능한대안이다 ( 박휘락, 2016, pp.200). 종말단계의상층방어는탄도미사일이자유낙하를통해최고속도에다다르기이전의고도에서요격을시도하며, 높은고도에서요격을할수있는기회가주어짐으로써대공방어체계를더욱견고히할수있다는점에서가능한대안중하나라고볼수있다. THAAD는사거리 200km, 요격고도는최대 150km에이르며탄도미사일을직접타격하여요격하는 Hit-to-Kill 방식이다 ( 손영환, 2016). 미국의록히드마틴 (Lockheed Martin) 사에서요격체계를담당하고있으며, 탄도미사일을탐지및추적하는데사용되는 AN/TPY-2 레이더는미국의레이시언 (Raytheon) 사에서담당하고있다. 1개의사드포대는 1대의 AN/TPY-2 레이더와전술통제장비등의각종보조장비및 6기의발사대를보유하며, 발사대 1기당 8발의요격미사일을발사할수있어결과적으로 1개포대를도입할시총 48번의요격기회를갖는다고할수있다. 3.2 해상기반 SM-3 SM-3 는 THAAD 와같은상층방어체계에대한필요성이제기되면서고려되기시작한탄도탄
탄도미사일방어체계사업추진방법 / 박혁기 이진호 5 요격미사일로서, 주로해군의이지스구축함에탑재하여운용하고있다. 대표적으로미국과일본이현재 SM-3를실전배치하여미해군과일본해상자위대에서운용중이며현재는미 일공동으로 SM-3 미사일의업그레이드를통해 SM-3 Block ⅡA의실전배치를앞두고있다 (Scott, 2017). THAAD가종말단계상층방어를가능하게한다면, SM-3는고도 150km 500km 대의중간단계비행에서도요격이가능하며해상에서함정을기반으로운용되므로적의타격으로부터비교적자유롭고상당히광범위한사정거리와이지스체계의 AN/SPY-1D 레이더를통해넓은범위를탐지할수있다 ( 김영호, 2010). 즉입지선정과관련한문제가제기되지않는다는것이다. 특히 SM-3의경우 THAAD보다높은고도에서의요격이가능해향후북한의장거리탄도미사일까지방어가가능할것으로기대된다. 하지만실질적으로북한의대남탄도미사일위협에중장거리탄도미사일은현실적으로맞지않아과도한옵션이라는주장과미국의 MD(Missile Defense) 체계에편입하기위함이라는논란을일으키는문제점이있으며, 또한 SM-3의도입을위해서는기존의이지스구축함의업그레이드에따른추가비용발생과, 새로이도입예정인이지스구축함 3척의배치시기까지기다려야한다는점으로인해추가전력화이전까지안보공백이불가피하다는위험성이있다. 3.3 장거리지대공미사일 L-SAM 장거리지대공미사일 L-SAM은기존의종말단계하층방어에의존하는방공체계의취약성을보완하기위해국내에서연구개발하기로결정된방어체계수단이다. 아직구체적인계획은없으나 L-SAM은 2015년탐색개발에착수하였으며 2020년대까지체계개발및실전배치하겠다는것이국방부의방침이다 ( 연합뉴스, 2016a). 약 40km 80km 사이의요격고도를갖는 L-SAM은 THAAD 와보완적으로운용함으로써탄도미사일요격율을높일수있을것으로예상되며 ( 연합뉴스, 2017), 잠정 2조원이상의비용이투입될것으로예상된다 ( 김태훈, 2016). Ⅳ. 대안별비용분석 4.1 비용분석방법 비용을분석하는방법은크게현재가치법, 자본화가치법, 연간가치법, 미래가치법등이있다 ( 정승학등, 2017). 먼저현재가치법은기간중발생되는현금흐름을현재시점에서의단일금액으로변환하는방법이며, 자본화가치법은현재가치법과동일하게현재가치를측정하지만무한기간에걸쳐반복되는현금흐름이발생하는구조에서선택하는방법으로서주로장학재단또는공공사업분야에서활용된다. 연간가치법은기간중발생되는모든현금흐름을그것과등가가되는계획기간동
6 선진국방연구제 1 권제 1 호 안의연간균일급수현금흐름으로변환하는방법이며미래가치법은계획기간이종료되는미래시점에서의단일금액으로변환하는방법이다. THAAD, SM-3, L-SAM과같은무기체계들은수익이발생하는구조가아니며계획단계에서예상되는비용을고려하는데가장적절한현재가치법 (NPV: Net Present Value) 을채택하였으며, 식 (1) 과같다. (1) 여기서 는 시기의발생비용, 은사회적할인율, 은현금흐름이발생하는전체기간을의미한다. 순현재가치법은현금의흐름이일정기간에걸쳐여러번나누어발생하는것을고려하여투입되는자금즉비용과유입되는자금인편익을현재가치로환산하여합계하는방식이다. 즉사회적할인율을고려하여미래에발생이예상되는현금흐름을현재가치로환산한것에서지출이예상되는금액들도할인율을적용하여현재가치로환산한뒤차감하여경제성을분석하는방법이다. 이때사회적할인율에따라서비용과편익분석결과가달라지므로사회적할인율의결정은매우중요하다고할수있다. 본연구에서는 KDI에서발표한사회적할인율을참고하여, 국내각종조사사업부터공공사업의예비타당성조사에적용되고있는 5.5% 의실질사회적할인율을적용하였다 ( 오영민 권오성, 2010). 무기체계의획득을위한사업추진방법은크게구매또는연구개발을통해이루어지며, 구매를통한획득시구매비용 ( 초기도입비용 ) 과운영유지비용으로구분하여비용을산출할수있다. 연구개발을통한획득시에는획득단계별로구분하여비용이발생하게되며, 크게개념연구, 탐색개발, 체계개발, 생산, 운영유지단계로구분한다 ( 강성진, 2009). 따라서연구개발을통한획득시에는연구개발비용, 양산비용, 초기도입비용및운영유지비용으로구분하여비용을산출할수있다. 본연구에서고려하는무기체계의특성을고려할때현금의유입이발생할만한상황이존재하지않고무기체계초기도입비용, 연구개발비용및운영유지비용과같은비용의지출측면에서만고려하므로, 예상가능한현금이유출되는비용들을현재가치로환산하여각대안들의비용의순현재가치가적을수록더욱경제적이라고할수있다. 각대안들의비용분석에있어서는 THAAD와 SM-3의경우무기체계획득방법이해외구매에해당되므로초기획득비와운영유지비의두가지측면에서비용을분석하였으며, THAAD의경우함정기반인 SM-3와달리육상에서의포대가동을위한부지가필요하여토지구입비용을추가로고려하였다. L-SAM의경우국내개발을목표로하고있기에연구개발비, 투자비및운영유지비의측면에서분석하였다. 또한, L-SAM의국내자체연구개발시운영유지비등의미래비용상승을추정하기위해국내물가상승률 1.78% 를선행연구를통해확인하고적용하여계산하였으며, 해외
탄도미사일방어체계사업추진방법 / 박혁기 이진호 7 구매시미국의무기가격상승률추정을위해 2.65% 의미국물가상승률을적용하였고 ( 오영민 권오성, 2010), 환율은 2017년도평균을적용하여 1180원 /$ 로책정하였다. 4.2 THAAD 비용분석 THAAD는미국의록히드마틴사가생산및판매를총괄하므로국외구매를원칙으로하며, 비용은크게초기도입비용과운영유지비용, 그리고 THAAD 포대부지를위한토지비용으로구분하여분석하였다. THAAD 1개포대 (battery) 는 6개의발사대로구성되고, 각발사대는 8기의미사일을발사할수있다. 또한 6개의발사대는 1대의 AN/TPY-2 레이더의자료를바탕으로요격하며이러한 THAAD 시스템을총괄하는 TSG(Tactical Station Group) 2대로구성된다. 이들각각의비용은미국국방부의 2014년회계연도보고서를바탕으로책정하였다 (Aerospace & Defense Intelligence Report, 2014). 그리고 THAAD 포대는대한민국의영토를고려하였을때 2개포대가도입되는것이적정하다는록히드마틴사의시뮬레이션결과에따라 (Klingner, 2015) 2개포대를도입하는것으로가정하였다. < 표 1> 은이러한 THAAD 시스템의수요와단가를바탕으로한비용산출적용기준이다. < 표 1> THAAD 2개포대획득및운영유지비용산출적용기준 구분 수량또는비율 인터셉터 (Intercepter) 96 ($11.02/unit) 발사대 (Launcher) 12 ($7.74/unit) TSG 4 ($9.27/unit) 레이더 (Radar) 2 ($172.77/unit) 수명주기 (Operating duration) 30 years 정비유지비율 (Maintenance rate) 3.0% 사회적할인율 (Social discount rate) 5.5% 미국물가상승률 (Inflation rate) 2.65% THAAD 부지비용 50,000m 2 THAAD 부지요구량 523,599m 2 THAAD의운영유지비용산출을위해, 수명주기에따른지상장비의경제적정비유지비율 ( 오영민 권오성, 2010) 을참고하여, 30년간운용한다는가정하에 3.0% 의정비유지비율을적용하였다. 여기서정비유지비율이란장비가격에대한연간운영유지비가차지하는비율을의미한다.
8 선진국방연구제 1 권제 1 호 THAAD 운용을위한부지선정과관련한토지비용은다음과같이고려하였다. THAAD 레이더의적정안전거리는연구기관과전문가들의의견에따라다양하게나뉘고있지만현재미군과록히드마틴사에서실시한환경영향평가에따르면 100m 이내에는사람진입을반드시금지시키고있으며, 레이더전자파발사고각 5 내의최소반경 3,600m 이내에는비통제인원의출입을금할것을권하고있다. 그러나현재미국, 일본등타국가의운용현황을참고하면해안가또는고지대등에서운용함으로써실제반경 3,600m의넓은영토로제한하지않고있으며, 국내의 THAAD 배치후보지의부지넓이또한반경약 500m로설정하고있어, 본논문에서는반경 500m의면적으로설정하였다. 이를토대로필요한면적은 500 2 π (2/3) = 523,599m 2 로서, 이는 THAAD 1개포대가 120 의각을갖는부채꼴형태의입지를필요로함에따라 2개포대를고려한결과이다. 토지비용은 1m 2 당 50,000원으로설정하였는데, 이는국내토지비용의표준이되는 3.3m 2 당가격을참고로한후보지의공시지가를고려하여설정한결과이다. 이를바탕으로 THAAD 1개포대에대한획득비용은 < 표 2> 에나타나는바와같다. < 표 2> 1개포대별 THAAD 획득비용 구분 수량 비용 ( 단위 : 억원 ) 인터셉터 (Intercepter) 48 6,241.728 발사대 (Launcher) 6 647.992 TSG 2 218.772 레이더 (Radar) 1 2,076.8 총계 - 9,085.292 지금까지논의된바를바탕으로 THAAD 도입과관련한총수명주기비용 (= 획득비용 + 운영유지비용 ) 을종합하여식 (1) 을통해순현재가치로도출한결과는 3,230,797( 백만 ) 으로나타났다. < 표 1> 에서제시한요인중정비유지비율및토지비용등은많은불확실성을내포하고있으므로, 이에대한민감도분석을추가적으로실시할필요가있으며구체적인내용은 5장에서제시하고자한다. 4.3 SM-3 비용분석 SM-3 미사일은 RIM-66 스탠더드미사일의개량형으로, 탄도미사일의공중요격을위해미국과일본이공동개발한미사일방어체계이다. 주로이지스구축함에탑재되어장거리탄도미사일을요격하는임무를맡는데요격고도는 150km 500km 이며이지스구축함의수직발사관을통해발사된다. 현재한국해군이보유중인이지스구축함에는 SM-2 미사일만보유중이며, SM-3 미사일은발사체계가없어 SM-3 미사일의발사를위해서는업그레이드가요구된다. 업그레이드비용은일본
탄도미사일방어체계사업추진방법 / 박혁기 이진호 9 이지스구축함의업그레이드사례를참고할수있다. 일본해상자위대이지스구축함의 BMD(Ballistic Missile Defense) 체계업그레이드에소요된비용은 2척의 BMD baseline 5.1 개량을위해 $421 million의비용소요가발생하였고, 이를통해 1척당업그레이드비용을도출해낼수있었다 (Taylor & Ebner, 2012). 한편 SM-3 미사일도날로증가하는탄도미사일의위협에대비하기위해꾸준히성능개량되어왔는데현재미국과일본이 SM-3 Block ⅡA를국제공동연구개발중에있다. 하지만아직까지미해군에서실제로운용중인 SM-3 미사일은 Block 1B이기에한국해군도 SM-3 Block 1B를도입한다고가정하였으며 Block 1B의가격은미국방부의 2011년회계기준비용을고려하여 $11 million 으로설정하였다 (Missile Defense Agency, 2011). 또한국방부에서차기이지스구축함에 SM-3 미사일을 1척당 20발을도입할가능성을발표함에따라 ( 연합뉴스, 2016b), 2023년부터이지스구축함이 1척씩 2년에걸쳐전력화된다고가정하였고, SM-3 Block 1B의평균수명은 THAAD와마찬가지로 30년으로설정하였다. 초기도입비용외에도운영유지비용에대해고려하였다. 운영유지비용산출을위해경제적정비유지비율을고려하였으며, THAAD는지상장비이므로 3.0% 임에비해 SM-3는해상무기이므로함정및항공기에대한정비유지비율인 2.6% 를적용하였다 ( 오영민 권오성, 2010). SM-3의제조사가미국기업이므로환율및물가상승률을 THAAD 비용분석과동일하게달러및미국물가상승률을고려하였다. 이상의 SM-3 비용분석을위한값들은 < 표 3> 에제시된바와같으며, 식 (1) 을통한순현재가치를도출한결과 2,246,329( 백만 ) 으로나타났다. THAAD와마찬가지로, 정비유지비율은변동폭을지닌요인으로써이에대한추가적인민감도분석결과를 5장에서제시하고자한다. < 표 3> SM-3 획득및운영유지비용산출적용기준 구분 수량또는비율 SM-3 미사일 120 ( 12,980M/unit) 수명주기 (Operating duration) 30 years 정비유지비율 (Maintenance rate) 2.6% 사회적할인율 (Social discount rate) 5.5% 미국물가상승률 (Inflation rate) 2.65% BMD 업그레이드비용 3 ( 248,390M/unit) 4.4 L-SAM 비용분석 L-SAM 은고도 40km 이상에서미사일을요격할수있게개발될것으로예상되며, THAAD 및 SM-3 와달리국내에서자체개발예정이므로비용분석을위해서는연구개발에대한비용등이중
10 선진국방연구제 1 권제 1 호 점적으로고려되어야한다. 먼저, THAAD와 SM-3의비용분석에서미국의물가상승률을고려하였다면 L-SAM은국내에서자체개발하는것이기때문에국내의물가상승률을고려하였다. 국내자체연구개발시운영유지비등의미래비용상승을추정하기위해한국의소비자물가를분석한선행연구를바탕으로한국의물가상승률을 1.78% 로책정하였다 ( 오영민 권오성, 2010). 국방부에따르면 2023년까지약 1조 1천억원을들여연구개발하는것으로발표되었으며 ( 연합뉴스, 2016a), 2020년대중반까지 L-SAM 4개포대를전력화하기까지 2조 3천억원의비용이들것으로예상된다고한다 ( 김태훈, 2016). 따라서 L-SAM 도입비용으로연구개발비용 1조 1천억원을포함하여총 2조 3천억원으로선정하였다. 또한 L-SAM 역시 THAAD 포대와같이지상기반발사시스템을갖추고있기때문에부지및시설비용을고려해야한다. 그러나아직연구개발이완료되지않은체계임을고려할때부지및시설에관한정확한판단을근거로비용을산출하기가어려우며 THAAD가지상기반발사시스템임을고려하여 THAAD의부지선정방식을근거로 L-SAM 의부지및시설비용을산출하여적용하였다. THAAD 1개포대에요구되는부지의넓이가요구된다고가정하였으며, 비용의민감도분석을위해 50,000원 250,000원까지변화를준것을고려하여평균값인 150,000원을기준단가로가정하여총 4개포대의비용을산출하였다. < 표 4> 는 L-SAM 의획득비용분석을위한요인들을나타낸다. 비용분석을실시한결과, L-SAM의총수명주기비용에대한순현재가치는 2,963,163( 백만 ) 으로나타났다. L-SAM의비용분석또한정비유지비율과연구개발에소요되는비용에불확실성이존재하므로이에대한추가적인민감도분석을수행하였으며 5장에서제시하는바와같다. <표 4> L-SAM 획득및운영유지비용산출적용기준 구분 수량또는비율 미사일발사포대 4 수명주기 (Operating duration) 30 years 정비유지비율 (Maintenance rate) 3.0% 사회적할인율 (Social discount rate) 5.5% 한국물가상승률 (Inflation rate) 3.05% 예산 2,300,000M (total)
탄도미사일방어체계사업추진방법 / 박혁기 이진호 11 Ⅴ. 민감도분석 효과적인방어체계수단의선정을위한비용분석은앞에서제시하였다. 그러나비용분석을위한요소별로불확실성이존재하며이를추가적으로고려할필요가있으므로, 객관적지표를얻기어려운요소와불확실성이존재하는요소에대해서는일정구간을나누어변화를주면서민감도분석을실시하였다. 먼저 THAAD의입지선정을고려할때 THAAD 입지예정지의토지비용에관한조정이다. 523,599m2의부지가요구되는만큼 THAAD의도입비용중상당부분은토지비용에할애되고있다. 그러나도시별로토지가격은달라지며, 도시내에서도도심지역과그렇지않은지역에따라또달라진다. 하지만앞서언급되었듯이, 인적이드문넓은범위의토지를요구한다는점에서도심지역이아닌곳으로범위를좁혔고, 1m2 당 50,000원을기준으로 50,000원씩변화를주어 1 당 50,000원 250,000원의범위에대하여결과를비교하였다. 운영유지비용을도출하는데요구되는정비유지비율또한 3.0% 로고정하는데따르는불확실성을내포하고있어이에대해서도 3.0 7.0% 의범위에서 1% 씩변화를주며정비유지비율에따른총수명주기비용의변화량도관찰하였다. SM-3의경우, 해상탑재임을고려하여별도의부지는요구되지않으나이또한정비유지비율을 2.6% 로고정하기보다는 2.6 6.6% 범위에서 1% 씩변화시켰을때의총수명주기비용의변화추이를확인해보았다. L-SAM의연구개발비에는앞서언급되었듯이 2조 3천억원의비용과초기입주비용만을고려하였다. 그러나연구개발은주어진시간내에주어진예산으로정확히완료되기는매우어려운실정이므로, 이에대한추가비용을고려하지않을수없으며앞서분석한바와같이 10% 씩추가비용이늘어난다고가정할경우에대하여 0 40% 추가비용증가분에대하여결과를비교하였다. 또한다른방어체계와마찬가지로정비유지비율에대해서 3.0 7.0% 구간에서변화를주어관찰하였다. 정비유지비율 (%) [ ]: SM-3 THAAD 1m 2 당부지비용변화 ( 단위 : 만원 ) < 표 5> 민감도분석결과 ( 단위 : 10 억원 ) L-SAM: 연구개발비용변화 ( 최초비용으로부터증가량 ) SM-3 5 10 15 20 25 0% 10% 20% 30% 40% 3 [2.6] 3,243 3,268 3,292 3,317 3,342 2,940 3,091 3,241 3,392 3,542 2,527 4 [3.6] 3,744 3,769 3,793 3,818 3,843 3,262 3,428 3,594 3,760 3,926 2,736 5 [4.6] 4,245 4,270 4,295 4,319 4,344 3,585 3,766 3,947 4,129 4,310 2,961 6 [5.6] 4,746 4,771 4,796 4,820 4,845 3.907 4,104 4,301 4,497 4,694 3,186 7 [6.6] 5,247 5,272 5,297 5,322 5,346 4.219 4,432 4,645 4,866 5,078 3,411
12 선진국방연구제 1 권제 1 호 < 표 5> 는각방어체계별추가적인민감도분석에대한결과이다. 전반적으로 THAAD, L-SAM, SM-3 순으로비용이높게나타나며소요비용만을고려할경우 SM-3가가장경제적인대안이라할수있다. THAAD와 SM-3를비교해보면 THAAD의정비유지비율이 3% 일때 SM-3의정비유지비율이높아지면 (2.6% 6.6%) THAAD보다 SM-3의비용이다소높게나타남을알수있다. 또한 THAAD와 L-SAM을비교했을때, THAAD의정비유지비율이 3% 로고정될경우 L-SAM의연구개발비와정비유지비율이증가하면 L-SAM의비용이 THAAD의비용을웃도는것을확인할수있다. 대체적으로 L-SAM의경우 THAAD보다는비용이적게소요되지만, 정비유지비율과추가비용의고려여부에따라 THAAD의비용을초과할수있다. 민감도분석을수행한요인들의평균값을이용해추가적인비교가가능하며, < 표 6> 은각각의정비유지비율에대한평균값비교및평균값의쌍대비교를통한비율을나타낸결과이다. < 표 6> 평균및비율비교 정비유지비율 (%) [ ]: SM-3 평균 비율 T S L T/S T/L L/S 3 [2.6] 3,292 2,527 3,266 1.30 1.01 1.29 4 [3.6] 3,793 2,736 3,627 1.39 1.05 1.33 5 [4.6] 4,294 2,961 3,989 1.45 1.08 1.35 6 [5.6] 4,795 3,186 4,350 1.51 1.10 1.37 7 [6.6] 5,296 3,411 4,711 1.55 1.12 1.38 * T: THAAD, S: SM-3, L: L-SAM 평균값에대해분석한결과 THAAD는정비유지비율의증가에따른총수명주기비용의증가폭이가장높게나타났다. 이는 THAAD의획득비용이가장높기때문에그에따라비례적으로증가하는운영유지비용이반영된결과이다. 각대안별평균값에대한쌍대비교결과 THAAD는 SM-3 에비해 1.3 1.5배에해당하는비용이발생하며, 이는 L-SAM에비해서는 1.0 1.1배에해당하였다. 따라서각무기체계의총수명주기비용측면에서비교하였으며, 이때 THAAD 및 SM-3는구매에의한방식이므로구매비용 ( 초기도입비용포함 ) 과운영유지비용측면에서분석한결과이며, L-SAM의경우는연구개발에의한방식이므로연구개발비용과운영유지비용측면에서분석하였다. 제시된결과를바탕으로, 평균적으로 SM-3 < L-SAM < THAAD의순으로나타나며이는 SM-3의비용을 1이라고할때, L-SAM은 1.3 1.4의수준으로비용이발생하며, THAAD는 1.3 1.6의비용이발생한다고할수있다. 그러나이는단순히비율측면에서의비교결과이므로, 실제비용이커짐에따라그차이는상당하다고할수있으며현재고려되는 3가지대안의경우모두
탄도미사일방어체계사업추진방법 / 박혁기 이진호 13 조단위의비용이발생하므로그차이또한크다고할수있다. 이상에서살펴본바와같이, 대체적으로 THAAD보다는 L-SAM이조금더경제적이며, L-SAM보다는 SM-3가경제적임을확인할수있었다. 또한 THAAD 포대입지선정시토지비용의변화는총수명주기비용에민감하게작용함을통해입지선정의중요성을인식할수있다. 또한이는부지의면적이더욱넓어질경우그영향이더크게작용하게될것이다. 한편 L-SAM은 THAAD에비해경제적인것으로나타났지만개발자체에대한불확실성이존재하는문제점을내포하고있다. 그럼에도불구하고추가소요없이자체개발에성공한다면상당히경제적으로방어체계를구축할수있을것이다. 특히이미개발이확정되었고요격고도가 SM-3, THAAD와겹치지않는점을통해서추가소요없이정해진시일내에개발이성공적으로이루어져실전배치가된다면각각의보완적인역할도할수있을것으로기대된다. SM-3의경우, THAAD 및 L-SAM에비해경제적인대안임을확인할수있었으나, 정비유지비율의변화에따라증가하는운영유지비용의폭이커총수명주기비용에민감하게작용하는것또한고려되어야할것이다. 그럼에도 SM-3는다른대안들과달리외교적마찰이나추가비용발생과같은불확실성이상대적으로낮아경제성만을고려할경우가장적절한대안이될수있다. Ⅵ. 논의및한계점 본연구에서는탄도미사일방어체계로거론되고있는 3가지의대안에대하여경제적측면에서의비교를위해비용분석을실시하였다. 국외구매또는연구개발이라는체계의특성에따라비용을산출하기위한요인들이각각다르게고려되어야함을확인할수있었고, 대안들의경제성분석을위해현재가치를이용하여총수명주기비용을비교하였다. 분석결과, THAAD, L-SAM, SM-3 순으로높은비용이도출됨을확인할수있었으며, 불확실성을내포하는요인들에대하여추가적인민감도분석을통해총수명주기비용에미치는영향을확인하였다. 이는정책의사결정과정에서경제성분야의평가를위한참고자료로제공될수있을것이며, 다른공공분야의정책결정시에도활용이가능할것으로기대된다. 안보위협에대한효과적인대처나주변국과의관계등정책결정에있어경제성분석외에도분명히여러가지고려요소들이존재하며, 단순히경제적측면만을고려하여의사결정이이루어지는것은현명하지않은판단으로이어질수도있다. 이러한관점에서본연구는경제성분석에집중하였다는제한점이있는동시에, 한편으로정책적논쟁이나정치적사안으로부터벗어나서경제적인측면만을놓고분석하였다는의의가있다. 본연구에서는비용분석만을수행하였다. 그러나제시된 3가지의방어체계는각각의능력과역할이상이하며이에대한추가분석이필요하다고할수있다. 예를들어, 요격능력및제한사항
14 선진국방연구제 1 권제 1 호 등을기반으로효과측면에서추가분석이이루어진다면제한된국방예산범위내에서특정방어체계를우선적으로도입해야한다고할때주요한참고자료가될수있을것이다. 그러나본연구에서는효과를측정할수있는척도 (MOE: Measure of Effectiveness) 등의선정에많은어려움이따라이를시도하지못한한계를분명히지니고있다. 뿐만아니라상이한능력과역할을고려하여 3가지방어체계를적절히혼합적으로채택하여운용함으로써요격고도별다층방어가가능하도록하는대안을제시하는것도향후연구의주요한방향이될것으로판단된다. 다음으로, 비용산출을위해채택한부지비용, 정비유지비율, 연구개발비용등에는많은불확실성을내포하고있다. 이러한불확실성을고려하여본연구에서는부지비용, 정비유지비율, 연구개발비용의변화를통한민감도분석결과를제시하였으나, 이는분명히제한점을내포하고있다. 현시점에서미래의어느요소가얼마나많은민감도를가지고변화하게될지예측하기어려운점을사유로더욱풍부한민감도분석을실시하지못한한계점에대해서는향후연구에서반드시보완되어야할부분이다. 또한이러한민감도분석을바탕으로최악의경우에대한고려가이루어져야할것이며, 이를바탕으로방어체계별획득비용과이에대한상관관계, 그리고이들이연계되어작전적효과에미치는영향등통합적관점에서대안들을분석하고이에대해최적의대안을제시하는연구가추가적으로요구된다. 뿐만아니라, 본연구에서제시한무기체계는여러불확실성및관점의차이에따라다양한접근방법과의견이도출될수있으므로이에대한추가적인분석이필요하다. 특히구매또는연구개발이라는사업추진방법의특성에따라고려되어야되는비용의종류와추정방법이다양하게나타날수있으므로그에대한보다세부적인분석이이루어져야할것이다. 그리고무기체계별로비용분석시적용한산출기준및가정하는내용에따라결과가달라질수있는점또한고려되어야할것이며, 본연구에서적용한국내물가상승률, 구매시도입하고자하는국가의물가상승률및환율등의적용기준또한결과에영향을미치는요소들이므로어떠한기준으로제시할것인가에대해추가적인고찰이필요하다. 마지막으로본연구에서제시한 3가지의방어체계에대한보다구체적인자료및기술의한계점 ( 특히 L-SAM의경우연구개발단계에서구체적인시스템의개념미존재 ) 에서발생하는요소들에대한타당한가정사항을채택하는것또한중요한문제이다. 본연구에서는비록민감도분석을수행하였지만이외여러가지불확실성및현재까지정확한시스템의개념이존재하지않아가정하여접근한점등은보다정확한비용분석에제한될수밖에없었다. 본연구의이러한한계점에도불구하고, 현재거론되고있는 3가지주요한탄도미사일방어체계에대하여획득및운영유지비용을산출하는데고려해야할요소들을제시하고이를바탕으로비용을비교해봄으로써향후더욱현실적인비용분석을할수있는틀을제시하고더나아가추가적인연구가진행될수있는출발점을마련하였다는점에서는의의가있다. 본연구를바탕으로향후더욱구체적이고현실적인접근이이루어지기를기대한다.
탄도미사일방어체계사업추진방법 / 박혁기 이진호 15 참고문헌 강성진 (2009). 무기체계획득단계별비용추정방법연구 : 연구개발사업을중심으로. 국방연구, 52(2), 69-98. 김석권 진승리 손재원 박동조 (2010). 전술객체위치모의및추적을위한필터링알고리즘연구. 한국시뮬레이션학회논문지, 19(4), 199-208. 김영호 (2010). 탄도미사일방어 : 현황과한국의선택. 국제정치논총, 50(5), 151-164. 김태훈 (2016). L-SAM은잊어라, 사드배치다음은구매. SBS뉴스. 2016년 2월 25일. 박경래 최성락 (2011). 충북지방경찰청주폭척결프로그램의비용편익분석 : 경찰대응비용을중심으로. 한국경찰연구, 10(4), 3-30. 박태용 임재성 (2015). 레이더위치에따른탄도미사일의 RCS 특성. 한국통신학회논문지, 40(1), 209-216. 박태용 임재성 (2016). 탄도미사일탐지확률향상을위한레이더배치방안. 한국정보통신학회논문지, 20(3), 669-676. 박휘락 (2016). 이스라엘, 일본, 한국의탄도미사일방어 (BMD) 비교와한국에대한함의. 국제지역연구, 20(1), 195-223. 석근봉 전제정 (2011). 북한의탄도미사일개발동향및위협에대한우리의대응. 국방과기술, 386, 60-75. 손영환 (2016). 사드 (THAAD) 체계소개와한반도배치의함의. 국방과기술, 451, 18-31. 연합뉴스 (2016a). 국방부, 사드, L-SAM과중첩운용하면안보에도움. 2016년 2월 1일. 연합뉴스 (2016b). 신형이지스함에 무쇠주먹 단다, 모든 SM 계역미사일발사. 2016년 5월 29일. 연합뉴스 (2017). 한국형 MD 핵심무기 M-SAM, 5발시험서모두명중. 2017년 6월 17일. 오영민 권오성 (2010). 민감도분석을통한무기체계획득비용분석에관한연구 : 함대공유도탄비용분석을중심으로. 한국국방경영분석학회, 36(2), 107-124. 이경행 서형필 권용수 김지원 (2015). 북한 SLBM의비행특성해석. 한국시뮬레이션학회논문지, 24(3), 9-16. 이상헌 정인철 (2006). 미사일방어를위한 KDX 최적배치모형연구. 한국시뮬레이션학회논문지, 15(4), 69-77. 이재영 곽기훈 (2008). 복합-휴리스틱알고리즘을이용한지대공유도무기 (SAM) 최적배치방안 : 탄도미사일방어를중심으로. 산업공학, 21(3), 262-273. 이진호 (2018). 2인제로섬게임기반의효과적인 SLBM 탐지를위한구축함배치최적화. 한국시뮬레이션학회논문지, 27(1), 39-49. 이현순 김은형 (2000). 지자체 GIS사업을위한비용효과분석연구. 한국공간정보시스템학회논문
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탄도미사일방어체계사업추진방법 / 박혁기 이진호 17 Abstract Procurements (Purchase or R&D) for Ballistic Missile Defense Systems: Focusing on THAAD, SM-3, and L-SAM Park Hyuk-Ki Lee Jinho Republic of Korea Fleet Command Department of National Defense Management, Korea Naval Academy We perform cost analysis for evaluating alternatives to effectively defend the threat of North Korean ballistic missiles. As alternatives, THAAD, SM-3, and L-SAM are considered, and we analyze the factors affecting to the cost of acquiring alternatives depending on the way to procure them, e.g., by purchasing, or research & development (R&D). Assuming that each alternative can be operated for 30 years, the total cost, which consists of acquiring cost, operation/maintenance cost, and R&D cost, is compared using net present value. Furthermore, we perform sensitivity analysis for maintenance rate, terrain cost and increase rate of R&D cost that involve uncertainty for the future. Cost analysis results show that THAAD incurs the highest cost and SM-3 is the most economic alternative. However, sensitivity analysis shows that priority can be changed depending on uncertainty parameters. Although our results do not directly support decision-making on the best alternative due to its various uncertainties, these can provide a guideline on economic evaluation required for public policy decision-making process, especially under the situation that all the three alternatives cannot be acquired at the same time due to the limitation of defense budget. Keywords : Ballistic Missile, Cost Analysis, Net Present Value, Sensitivity Analysis