M&S 기반 획득(Acquisition)이란?

개요

M&S 기반 획득(Modeling and Simulation-based Acquisition)은 국방 무기체계 및 장비를 개발하고 도입하는 전 과정에서 모델링과 시뮬레이션 기술을 체계적으로 활용하는 현대적 획득 방법론입니다. 전통적인 국방 획득 프로세스가 물리적 시제품(prototype) 제작과 실물 시험평가에 크게 의존했다면, M&S 기반 획득은 가상환경에서 설계, 분석, 시험, 평가를 수행함으로써 개발 기간 단축, 비용 절감, 위험 감소를 동시에 달성합니다.

미국 국방부(Department of Defense, DoD)는 2000년대 초반부터 M&S를 획득 프로세스의 핵심 요소로 공식화했습니다. DoD Directive 5000.59와 DoD Instruction 5000.61을 통해 M&S의 역할을 명시했으며, 2020년 개정된 DoD 5000 시리즈에서는 디지털 엔지니어링(Digital Engineering)과 모델 기반 시스템 엔지니어링(Model-Based Systems Engineering, MBSE)을 핵심 전략으로 채택했습니다. 이는 F-35 Joint Strike Fighter, DDG-1000 줌왈트급 구축함, 차세대 전투기 프로그램 등 주요 획득 프로그램에서 M&S가 필수 불가결한 도구임을 입증한 결과입니다.

M&S 기반 획득의 핵심 개념은 "시뮬레이션 우선, 실물 검증(Simulate First, Test Later)" 원칙입니다. 이는 물리적 시제품을 만들기 전에 가상환경에서 수천 번의 설계 반복과 성능 검증을 수행하여 최적의 설계안을 도출한 후, 최종 단계에서만 실물 시험을 실시하는 방식입니다. 이러한 접근은 특히 복잡도가 높고 개발 비용이 막대한 현대 무기체계 개발에서 필수적입니다. 본 글에서는 M&S 기반 획득의 개념, 획득 단계별 적용 방법, 비용 절감 효과, 위험 감소 메커니즘, 미군의 실제 적용 사례, 그리고 한국 국방에 주는 시사점을 종합적으로 다룹니다.

M&S의 획득 프로세스 내 역할

미국 국방부의 획득 프로세스는 DoD 5000.01(The Defense Acquisition System) 지침에 따라 체계적으로 정의되어 있습니다. 2020년 개정판에서는 획득 경로(Acquisition Pathways)를 다양화하여 긴급 능력(Urgent Capability), 중간 계층(Middle Tier), 주요 능력(Major Capability) 등으로 구분했으며, 모든 경로에서 M&S 활용을 권장하고 있습니다. M&S는 획득 생애주기 전 단계에 걸쳐 다음과 같은 핵심 역할을 수행합니다.

요구사항 분석 및 개념 개발 단계

획득의 가장 초기 단계인 요구사항 분석(Requirements Analysis)에서 M&S는 운용 개념(Concept of Operations, CONOPS)을 검증하고 성능 요구사항의 타당성을 평가하는 도구로 활용됩니다. 예를 들어, 미 육군의 차기 전투차량 프로그램에서는 전투 시뮬레이션 모델을 통해 다양한 작전 시나리오에서 필요한 기동성, 화력, 방호력 수준을 정량적으로 도출했습니다. 이 과정에서 OneSAF(One Semi-Automated Forces) 시뮬레이션을 활용하여 100개 이상의 교전 시나리오를 수행했으며, 그 결과 초기 요구사항 중 일부가 과도하게 설정되었음을 발견하고 조정했습니다.

개념 개발(Concept Development) 단계에서는 여러 설계 대안(design alternatives)을 비교 분석하는 데 M&S가 핵심적입니다. 물리적 시제품 없이도 CAD(Computer-Aided Design) 모델과 연동된 시뮬레이션을 통해 각 설계안의 성능, 비용, 일정을 예측할 수 있습니다. F-35 프로그램 초기 단계에서는 수백 가지 형상(configuration) 조합을 시뮬레이션하여 최종 3개 후보안을 선정했으며, 이 과정에서 물리적 프로토타입 제작 횟수를 70% 이상 줄였습니다.

시스템 설계 및 개발 단계

시스템 설계(System Design) 단계에서 M&S는 디지털 트윈(Digital Twin) 개념으로 진화했습니다. 디지털 트윈은 물리적 시스템의 가상 복제본으로, 실시간 데이터를 기반으로 시스템 상태를 모니터링하고 예측합니다. 미 공군의 디지털 엔지니어링 전략(Digital Engineering Strategy)에 따르면, 2025년까지 모든 신규 항공기 프로그램은 디지털 트윈을 필수적으로 구축해야 합니다. B-21 Raider 스텔스 폭격기 프로그램은 이 전략의 대표적 사례로, 물리적 시제품 제작 전에 완전한 디지털 모델을 구축하여 공기역학, 스텔스 성능, 구조 강도를 검증했습니다.

개발(Development) 단계에서는 하드웨어-인-루프(Hardware-in-the-Loop, HIL) 시뮬레이션과 소프트웨어-인-루프(Software-in-the-Loop, SIL) 시뮬레이션이 핵심적입니다. HIL은 실제 하드웨어 컴포넌트를 가상 환경에 연결하여 통합 성능을 검증하는 방식으로, F-35의 항전 시스템(avionics) 개발에서 광범위하게 활용되었습니다. Lockheed Martin은 F-35 개발 과정에서 2,500개 이상의 HIL 테스트를 수행하여 소프트웨어 통합 오류를 85% 조기에 발견했다고 보고했습니다.

시험평가 및 운용유지 단계

시험평가(Test & Evaluation, T&E) 단계에서 M&S는 Live-Virtual-Constructive(LVC) 통합 환경을 통해 실물 시험의 범위와 깊이를 확장합니다. 실제 무기체계(Live)와 조종사 훈련 시뮬레이터(Virtual), 그리고 전투 시뮬레이션 모델(Constructive)을 연동하여 현실적으로 불가능한 극한 시나리오를 검증할 수 있습니다. 미 해군의 AEGIS 전투체계는 LVC 환경에서 동시 다발적 미사일 공격 시나리오를 수천 회 반복 시험하여 실제 해상 시험에서는 불가능한 검증을 달성했습니다.

운용유지(Operations & Sustainment) 단계에서는 예측정비(Predictive Maintenance) 시뮬레이션이 핵심입니다. 센서 데이터를 기반으로 부품 고장을 예측하고 최적의 정비 일정을 도출하는 디지털 트윈 기술이 활용됩니다. 미 공군은 F-35의 자동 정비 정보 시스템(Autonomic Logistics Information System, ALIS)을 통해 항공기 상태를 실시간으로 모니터링하고 고장 예측 정확도를 78%까지 향상시켰습니다.

획득 단계별 M&S 적용 방법

DoD 획득 프로세스는 크게 6개 주요 단계로 구성되며, 각 단계마다 M&S의 역할과 적용 방법이 달라집니다. 아래 표는 각 단계별 M&S 적용 사례와 기대 효과를 정리한 것입니다.

획득 단계	M&S 적용 유형	주요 활용 도구	기대 효과
요구사항 분석 (Requirements Analysis)	운용 시뮬레이션, 임무 분석 모델	OneSAF, AWSIM, JCATS	요구사항 타당성 검증, 과도한 요구사항 조정으로 15-25% 비용 절감
개념 개발 (Concept Development)	대안 분석 시뮬레이션, 성능 예측 모델	MATLAB/Simulink, ANSYS, CAD 통합 도구	설계 대안 평가 기간 50% 단축, 최적 설계안 조기 선정
기술 개발 (Technology Development)	디지털 트윈, MBSE, HIL/SIL	CAMEO, Rhapsody, dSPACE HIL	프로토타입 제작 횟수 60-70% 감소, 개발 위험 조기 식별
시스템 개발 (Engineering & Manufacturing Development)	통합 시뮬레이션, 디지털 목업	DOORS, Teamcenter, Virtual Manufacturing	설계 변경 80% 감소, 생산 문제 조기 해결
시험평가 (Test & Evaluation)	LVC 통합, 가상 시험환경	JMASS, TENA, DIS/HLA	실물 시험 횟수 40% 감소, 극한 시나리오 검증 가능
운용유지 (Operations & Sustainment)	예측정비 모델, 디지털 트윈	ALIS, PHM(Prognostics and Health Management)	정비 비용 20-30% 절감, 가동률 15% 향상

마일스톤 의사결정 지원

DoD 획득 프로세스의 주요 마일스톤(Milestone A, B, C)에서 M&S는 의사결정자에게 정량적 근거를 제공합니다. Milestone A(개념 검증 완료)에서는 운용 효과 분석(Analysis of Alternatives, AoA) 시뮬레이션 결과가 프로그램 진행 여부를 결정하는 핵심 자료가 됩니다. Milestone B(개발 착수)에서는 기술 성숙도(Technology Readiness Level, TRL) 평가를 위한 시뮬레이션 검증 결과가 요구되며, Milestone C(생산 결정)에서는 생산 공정 시뮬레이션을 통한 제조 가능성(manufacturability) 입증이 필수입니다.

예를 들어, 미 육군의 Future Vertical Lift(FVL) 프로그램은 Milestone A 통과를 위해 3년간 3,000회 이상의 임무 시뮬레이션을 수행했습니다. 다양한 작전환경(사막, 정글, 도시, 극지)에서 요구 성능 달성 가능성을 검증했으며, 그 결과 초기 계획 대비 25% 적은 예산으로 프로그램을 진행할 수 있었습니다.

M&S를 통한 비용 절감 효과

M&S 기반 획득의 가장 명확한 장점은 개발 및 획득 총비용 절감입니다. 미국 회계감사원(Government Accountability Office, GAO)의 2023년 보고서에 따르면, M&S를 체계적으로 활용한 국방 프로그램은 평균적으로 전통적 방식 대비 18-35%의 비용 절감을 달성했습니다. 이러한 비용 절감은 여러 메커니즘을 통해 실현됩니다.

프로토타입 제작 비용 절감

물리적 프로토타입 제작은 현대 무기체계 개발에서 가장 비용이 많이 드는 활동 중 하나입니다. F-35 프로그램에서 1대의 프로토타입 항공기를 제작하는 데 약 2억 달러가 소요되었으며, 엔진 시제품은 약 5,000만 달러가 들었습니다. 디지털 트윈과 가상 시뮬레이션을 활용하면 이러한 프로토타입 제작 횟수를 대폭 줄일 수 있습니다.

Boeing의 787 Dreamliner 개발 과정에서는 디지털 목업(Digital Mock-Up)과 가상 조립 시뮬레이션을 통해 물리적 목업 제작을 80% 이상 줄였으며, 이를 통해 약 12억 달러의 비용을 절감했습니다. 군용 항공기의 경우 더 엄격한 성능 요구사항으로 인해 절감 효과는 더 클 수 있습니다. Lockheed Martin은 F-35 개발에서 디지털 엔지니어링 활용으로 프로토타입 관련 비용을 약 40억 달러 절감했다고 발표했습니다.

시험평가 비용 절감

실물 시험평가는 막대한 비용과 시간이 소요됩니다. 미사일 실사격 시험 1회당 비용은 수백만 달러에서 수천만 달러에 이르며, 대형 함정의 해상 시험은 하루에 100만 달러 이상이 소요됩니다. M&S를 활용한 가상 시험은 이러한 비용을 극적으로 줄입니다.

미 해군의 DDG-1000 줌왜트급 구축함 프로그램에서는 통합 전투체계 시험을 위해 LVC 환경을 구축했습니다. 실제 함정이 건조되기 전에 가상환경에서 1,500회 이상의 전투 시나리오를 시험했으며, 이를 통해 해상 시험 일정을 40% 단축하고 약 3억 5,000만 달러의 시험 비용을 절감했습니다. 특히 극한 환경(예: 동시 다발적 대함미사일 공격)은 현실적으로 실물 시험이 불가능하지만 시뮬레이션으로는 수백 번 반복 검증이 가능했습니다.

설계 변경 비용 절감

획득 프로세스 후반부로 갈수록 설계 변경 비용은 기하급수적으로 증가합니다. NASA의 "1-10-100 규칙"에 따르면, 설계 단계에서 1달러로 해결 가능한 문제가 제작 단계에서는 10달러, 운용 단계에서는 100달러가 소요됩니다. M&S를 통한 조기 검증은 설계 오류를 초기에 발견하여 막대한 변경 비용을 예방합니다.

F-35 프로그램 초기에는 M&S 활용이 충분하지 않아 생산 단계에서 수많은 설계 변경이 발생했고, 이로 인해 약 80억 달러의 추가 비용이 발생했습니다. 이러한 교훈을 바탕으로 후속 개량 프로그램(Block 4 upgrade)에서는 디지털 트윈을 전면 도입하여 설계 변경을 90% 이상 사전 방지했으며, 개량 비용을 계획 대비 30% 절감할 수 있었습니다.

비용 항목	전통적 획득 방식 비용	M&S 기반 획득 비용	절감률	사례
프로토타입 제작	15-20억 달러	6-8억 달러	55-60%	F-35 디지털 프로토타이핑
시험평가	8-12억 달러	5-7억 달러	35-40%	DDG-1000 LVC 시험
설계 변경	5-8억 달러	0.5-1억 달러	85-90%	B-21 디지털 엔지니어링
개발 일정 지연 비용	연간 3-5억 달러	연간 0.5-1억 달러	70-80%	차세대 전투차량 시뮬레이션
운용유지 비용(20년)	200-300억 달러	140-210억 달러	25-30%	F-35 예측정비 시스템

위험 감소 메커니즘

M&S 기반 획득은 비용 절감뿐만 아니라 개발 및 운용 위험을 크게 감소시킵니다. DoD의 위험 관리 지침(Risk Management Guide for DoD Acquisition)에서는 M&S를 주요 위험 완화 전략으로 명시하고 있습니다. 위험 감소는 크게 기술 위험, 일정 위험, 성능 위험, 통합 위험의 네 가지 영역에서 실현됩니다.

기술 위험 감소

신규 기술 도입 시 가장 큰 불확실성은 해당 기술이 실제 운용환경에서 요구 성능을 발휘할 수 있는가입니다. M&S는 기술 성숙도(TRL)를 체계적으로 평가하고 검증하는 도구를 제공합니다. 예를 들어, 차세대 레이더 기술인 GaN(Gallium Nitride) 기반 능동위상배열레이더(AESA) 개발 시, 물리적 시제품 제작 전에 전자기 시뮬레이션(HFSS, CST)을 통해 성능을 예측하고 설계를 최적화할 수 있습니다.

미 해군의 SSBN-X Columbia급 잠수함 프로그램에서는 신규 핵 추진 기술의 안전성과 성능을 검증하기 위해 5년간 다중물리 시뮬레이션(multi-physics simulation)을 수행했습니다. 열역학, 유체역학, 재료 강도, 방사능 차폐 등을 통합 시뮬레이션하여 기술적 불확실성을 90% 이상 해소했으며, 이를 바탕으로 프로그램 진행 승인을 받았습니다.

일정 위험 감소

국방 획득 프로그램의 평균 일정 지연은 2-3년에 달하며, 이는 막대한 추가 비용을 유발합니다. M&S는 병렬 엔지니어링(concurrent engineering)을 가능하게 하여 개발 일정을 크게 단축합니다. 디지털 트윈 환경에서는 시스템 설계, 서브시스템 개발, 통합 시험을 순차적이 아닌 병렬로 수행할 수 있습니다.

Raytheon의 차세대 미사일 방어체계 개발에서는 MBSE 도구(Rhapsody, DOORS)를 활용하여 요구사항 관리부터 시스템 설계, 인터페이스 정의, 시험 계획까지 디지털 스레드(digital thread)로 연결했습니다. 이를 통해 설계 변경 시 영향도 분석을 자동화하고 재작업을 75% 줄였으며, 개발 일정을 계획 대비 18개월 단축했습니다.

성능 위험 감소

M&S의 가장 중요한 역할은 시스템이 요구 성능을 달성할 것임을 조기에 검증하는 것입니다. 특히 운용환경의 다양성과 극한 조건을 고려할 때, 실물 시험만으로는 모든 시나리오를 검증하기 어렵습니다. 가상환경 시뮬레이션은 수천 가지 조건 조합을 자동으로 시험하여 성능 위험을 사전에 식별합니다.

F-35의 스텔스 성능 검증은 대표적 사례입니다. 다양한 주파수 대역(X-band, S-band, L-band), 다양한 교전 각도(aspect angles), 다양한 기상 조건에서의 레이더 반사 단면적(RCS)을 검증하기 위해 수만 회의 전자기 시뮬레이션을 수행했습니다. 이를 통해 설계 단계에서 RCS 요구사항 미달 영역을 발견하고 형상을 수정했으며, 최종 실물 시험에서 모든 요구사항을 만족했습니다.

통합 위험 감소

현대 무기체계는 수십 개의 서브시스템이 복잡하게 통합된 시스템이며, 통합 과정에서 예상치 못한 문제가 자주 발생합니다. M&S는 HIL, SIL, 시스템-인-루프(System-in-the-Loop) 시뮬레이션을 통해 통합 위험을 조기에 발견하고 해결합니다.

미 육군의 IAMD(Integrated Air and Missile Defense) 체계는 Patriot, THAAD, Aegis 등 다양한 미사일 방어 시스템을 통합합니다. 물리적 통합 시험은 각 시스템의 배치 비용만 수억 달러에 달하지만, 분산 시뮬레이션 환경(HLA 기반)에서는 가상으로 모든 시스템을 연결하여 통합 시험을 수행할 수 있습니다. 이를 통해 통합 시 발생할 수 있는 인터페이스 오류, 데이터 충돌, 통신 지연 문제를 95% 이상 사전에 해결했습니다.

미군의 주요 적용 사례

미군은 지난 20년간 주요 획득 프로그램에서 M&S를 전면적으로 활용해 왔으며, 그 과정에서 성공과 실패 사례를 모두 경험했습니다. 이러한 사례는 M&S 기반 획득의 실제 효과와 주의사항을 잘 보여줍니다.

F-35 Joint Strike Fighter 프로그램

F-35는 M&S 활용의 양면성을 보여주는 사례입니다. 초기 개발 단계(1990년대 후반-2000년대 초반)에는 디지털 엔지니어링 도구가 충분히 성숙하지 않았고, M&S 결과에 대한 과신으로 인해 일부 설계 오류가 후반부에 발견되었습니다. 예를 들어, 헬멧 장착 디스플레이(HMD) 시스템은 시뮬레이션에서는 완벽했지만 실제 조종사 착용 시 무게 중심 문제로 재설계가 필요했습니다.

그러나 2010년 이후 Block 3 이상 개량 프로그램에서는 개선된 디지털 트윈 기술을 적용하여 큰 성과를 거두었습니다. 소프트웨어 개발에 MBSE와 지속적 통합/지속적 배포(CI/CD) 환경을 적용하여 소프트웨어 업데이트 주기를 2년에서 6개월로 단축했습니다. 또한 가상 시험환경(Virtual Test Environment)을 구축하여 연간 10,000회 이상의 임무 시뮬레이션을 자동으로 수행하고 있습니다.

F-35 프로그램 전체에서 M&S 활용으로 인한 비용 절감액은 약 120억 달러로 추산되며, 특히 프로토타입 제작 비용(40억 달러), 비행 시험 비용(35억 달러), 소프트웨어 개발 비용(45억 달러)에서 큰 절감을 실현했습니다.

DDG-1000 Zumwalt급 구축함

DDG-1000 프로그램은 함정 설계 및 건조 분야에서 M&S 활용의 선구적 사례입니다. Bath Iron Works와 해군은 완전한 3D CAD 모델 기반 설계(Product Model)를 도입했으며, 가상 조선소(Virtual Shipyard) 개념을 적용했습니다. 건조 전에 가상환경에서 모든 블록 조립 순서를 시뮬레이션하여 작업자 동선, 크레인 이동, 용접 순서를 최적화했습니다.

특히 통합 전력 시스템(Integrated Power System, IPS)과 같은 혁신 기술은 물리적 시제품 없이 전력 시뮬레이션(PSCAD/EMTDC)을 통해 검증되었습니다. 78MW 전력 생성 및 분배 시스템의 안정성, 효율성, 고장 복구 능력을 수백만 회 시뮬레이션하여 설계를 확정했습니다. 이를 통해 약 5억 달러의 시제품 비용을 절감했습니다.

그러나 DDG-1000 프로그램도 교훈을 남겼습니다. 첨단 함포 시스템(Advanced Gun System, AGS)은 시뮬레이션에서는 우수한 성능을 보였으나, 실제 탄약 생산 비용이 발당 80만 달러로 예상을 크게 초과하여 결국 프로그램이 취소되었습니다. 이는 M&S가 기술적 성능뿐만 아니라 비용 모델까지 정확하게 반영해야 함을 보여줍니다.

B-21 Raider 스텔스 폭격기

B-21 프로그램은 미 공군의 디지털 엔지니어링 전략을 전면 적용한 최신 사례입니다. Northrop Grumman은 프로그램 시작부터 완전한 디지털 트윈을 구축했으며, 물리적 항공기 제작 전에 수만 시간의 가상 비행 시뮬레이션을 수행했습니다. 공기역학 시뮬레이션(CFD), 스텔스 성능 시뮬레이션(RCS), 구조 강도 시뮬레이션(FEA)을 통합하여 설계 최적화를 달성했습니다.

특히 주목할 점은 디지털 스레드(Digital Thread) 개념의 완전한 구현입니다. 요구사항 문서, 시스템 아키텍처, 3D CAD 모델, 시뮬레이션 결과, 시험 데이터가 모두 디지털로 연결되어 있어, 한 영역의 변경이 전체 시스템에 미치는 영향을 즉시 파악할 수 있습니다. 이를 통해 B-21은 계획 일정보다 6개월 앞당겨 초도 비행을 달성했으며, 개발 비용을 계획 대비 15% 절감했습니다.

Army Synthetic Training Environment (STE)

미 육군의 STE는 M&S 기반 획득의 또 다른 측면인 훈련 시스템 개발 사례입니다. STE는 One World Terrain(OWT) 개념을 기반으로 전 세계 지형을 디지털 복제하고, 여기에 가상 전투 환경을 구축합니다. 이 프로그램은 2017년 시작되어 2025년까지 완전한 운용 능력(Full Operational Capability)을 목표로 하고 있습니다.

STE 개발 과정에서 M&S는 시스템 요구사항 도출부터 소프트웨어 개발, 사용자 인터페이스 설계, 성능 검증까지 전 단계에 활용되었습니다. 특히 클라우드 기반 아키텍처와 게임 엔진(Unreal Engine) 통합은 시뮬레이션을 통해 성능과 확장성을 사전 검증했습니다. 약 12,000명의 동시 사용자를 지원하는 서버 아키텍처는 AWS 클라우드 시뮬레이션을 통해 부하 테스트를 수행했습니다.

STE 프로그램은 M&S 활용으로 전통적 훈련 시뮬레이터 개발 대비 40%의 비용과 시간을 절감할 것으로 예상되며, 특히 프로토타입 하드웨어 제작 비용을 90% 이상 줄였습니다.

프로그램	M&S 주요 적용 분야	사용 도구/기술	주요 성과
F-35 JSF	디지털 프로토타이핑, 소프트웨어 개발, 가상 시험	CATIA V5, DOORS, Virtual Test Environment	프로토타입 비용 40억 달러 절감, 소프트웨어 업데이트 주기 75% 단축
DDG-1000 Zumwalt	3D 설계, 가상 조선소, 전력 시스템 시뮬레이션	ShipConstructor, PSCAD, LVC 통합	건조 오류 85% 감소, 시제품 비용 5억 달러 절감
B-21 Raider	디지털 트윈, 통합 시뮬레이션, 디지털 스레드	CFD, RCS 시뮬레이션, MBSE 도구	일정 6개월 단축, 개발비 15% 절감, 설계 변경 90% 감소
Army STE	클라우드 아키텍처, 지형 모델링, 게임 엔진 통합	AWS, Unreal Engine, One World Terrain	하드웨어 프로토타입 비용 90% 절감, 개발 기간 40% 단축
Columbia급 잠수함	다중물리 시뮬레이션, 핵 추진 안전성 검증	ANSYS, 유체역학 시뮬레이션, 열역학 모델	기술 위험 90% 감소, 안전성 검증 완료로 프로그램 승인

한국 국방에 주는 시사점

미국의 M&S 기반 획득 경험은 한국 국방 획득 체계 혁신에 중요한 시사점을 제공합니다. 한국은 방위사업청을 중심으로 국방 M&S 역량을 강화하고 있으나, 미국 대비 아직 초기 단계입니다. 방위사업청 2023년 보고서에 따르면, 국내 주요 연구개발 사업 중 M&S를 체계적으로 활용하는 비율은 35% 수준이며, 대부분 시험평가 단계에 국한되어 있습니다. 미군의 사례를 바탕으로 다음과 같은 전략적 접근이 필요합니다.

1. 획득 정책에 M&S 의무화 명시

한국도 미국의 DoD 5000.59와 유사하게, 방위사업법 및 관련 훈령에 M&S 활용을 의무화하는 조항을 명시해야 합니다. 특히 일정 규모 이상(예: 1조 원 이상) 연구개발 사업은 마일스톤별로 M&S 검증 결과를 제출하도록 규정하고, 디지털 트윈 구축을 필수 요구사항으로 지정해야 합니다. 방위사업청은 2024년부터 "디지털 기반 획득 혁신 전략"을 추진 중이며, 이를 법제화하여 강제력을 부여할 필요가 있습니다.

2. M&S 전문 조직 및 인력 양성

미 국방부는 DMSO(Defense Modeling and Simulation Office)를 시작으로 현재 각 군과 주요 획득 기관에 M&S 전담 조직을 운영하고 있습니다. 한국도 방위사업청 내에 M&S 전담 부서를 신설하고, 각 군 획득 기관에 M&S 전문가를 배치해야 합니다. 또한 ADD(국방과학연구소), 국방대학교, 주요 대학에 M&S 전문 교육과정을 개설하여 연간 100명 이상의 전문가를 양성할 필요가 있습니다. 미군의 경우 Defense Acquisition University(DAU)에서 M&S 관련 교육과정을 30개 이상 운영하며, 연간 5,000명 이상이 이수합니다.

3. 디지털 엔지니어링 인프라 구축

M&S 기반 획득의 핵심은 통합 디지털 환경입니다. 한국은 국방 M&S 플랫폼을 구축하여 요구사항 관리, CAD 설계, 시뮬레이션, 시험 데이터를 통합 관리해야 합니다. 미군의 경우 JMASS(Joint Multi-Mission Analysis and Simulation System), TENA(Test and Training Enabling Architecture) 등의 표준 플랫폼을 운영하며, 이를 통해 서로 다른 프로그램 간 M&S 자산을 재사용하고 있습니다. 한국도 유사한 플랫폼을 구축하여 개별 사업별로 중복 투자하는 것을 방지해야 합니다. 초기 투자비는 약 500억 원 수준으로 예상되나, 장기적으로 수조 원의 중복 투자를 방지할 수 있습니다.

4. 국제 협력 및 표준 준수

M&S는 국제 표준(HLA, DIS 등)을 따를 때 상호운용성과 재사용성이 극대화됩니다. 한국은 미국, NATO와의 연합 훈련 및 무기체계 공동 개발을 고려할 때, 국제 표준을 적극 채택해야 합니다. 특히 한미 연합 작전 시뮬레이션, KF-21 등 국제 협력 프로그램에서 M&S 표준을 준수하면 통합 비용을 크게 줄일 수 있습니다. 방위사업청은 SISO(Simulation Interoperability Standards Organization) 회원으로 가입하여 국제 표준 개발에 참여하고, 국내 사업에 이를 의무화해야 합니다.

5. 산학연 협력 생태계 조성

미국의 M&S 역량은 정부, 방산업체, 대학, 연구소가 긴밀히 협력하는 생태계에서 나옵니다. Lockheed Martin, Northrop Grumman 등 주요 방산업체는 자체 M&S 센터를 운영하며, MIT, Georgia Tech 등 대학은 기초 연구를 담당합니다. 한국도 한화, LIG넥스원, 현대로템 등 주요 방산업체의 M&S 역량 강화를 지원하고, KAIST, 서울대 등과 공동 연구 프로그램을 확대해야 합니다. 방위사업청은 연간 200억 원 규모의 "M&S 역량 강화 사업"을 신설하여 산학연 협력 프로젝트를 지원할 필요가 있습니다.

한국이 이러한 전략을 체계적으로 추진한다면, 향후 10년 내에 주요 획득 프로그램에서 20-30%의 비용 절감과 개발 기간 단축을 달성할 수 있을 것으로 예상됩니다. 이는 연간 약 2-3조 원의 국방 예산 절감 효과를 의미하며, 절감된 예산을 첨단 기술 연구개발에 재투자할 수 있습니다.

결론

M&S 기반 획득은 현대 국방 무기체계 개발의 필수 방법론으로 자리 잡았습니다. 디지털 트윈, 가상 시험환경, 디지털 엔지니어링 등의 기술 발전으로 M&S의 정확도와 신뢰도는 지속적으로 향상되고 있으며, 이에 따라 비용 절감과 위험 감소 효과도 증대되고 있습니다. 미국 국방부는 지난 20년간의 경험을 바탕으로 M&S를 획득 정책의 중심에 놓았으며, F-35, DDG-1000, B-21 등 주요 프로그램에서 그 효과를 입증했습니다.

그러나 M&S는 만능 해결책이 아닙니다. F-35 HMD 사례처럼 시뮬레이션이 모든 현실 요소를 완벽히 재현할 수는 없으며, DDG-1000 AGS 사례처럼 비용 모델의 정확성도 중요합니다. 따라서 M&S 기반 획득은 실물 시험을 완전히 대체하는 것이 아니라, 실물 시험의 범위를 최적화하고 효율성을 극대화하는 도구로 이해해야 합니다. "시뮬레이션 우선, 실물 검증" 원칙에 따라 두 가지를 적절히 조합하는 것이 핵심입니다.

한국 국방은 M&S 기반 획득을 통해 제한된 예산으로 첨단 무기체계를 효율적으로 개발할 수 있는 기회를 가지고 있습니다. KF-21, K2 전차, 한국형 구축함 등 주요 프로그램에서 M&S를 전면 도입한다면, 미국이 경험한 비용 절감과 일정 단축 효과를 실현할 수 있을 것입니다. 이를 위해서는 정책적 뒷받침, 인프라 구축, 인력 양성, 국제 협력이 체계적으로 추진되어야 하며, 방위사업청의 강력한 리더십이 필요합니다.

궁극적으로 M&S 기반 획득은 단순한 기술적 혁신을 넘어, 국방 획득 문화의 근본적 변화를 의미합니다. 경험과 직관에 의존하던 전통적 방식에서 데이터와 시뮬레이션에 기반한 과학적 의사결정으로의 전환이며, 이는 한국 국방력 강화의 핵심 동력이 될 것입니다.

참고 자료

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