국방 M&S의 3가지 핵심 유형: Live, Virtual, Constructive

개요

국방 모델링 및 시뮬레이션(M&S)은 실행 방식과 목적에 따라 Live(실기동), Virtual(가상), Constructive(구성형)의 세 가지 핵심 유형으로 분류됩니다. 이 분류 체계는 미국 국방부(Department of Defense, DoD)가 1990년대 중반부터 공식적으로 채택한 표준으로, 현재 NATO를 비롯한 전 세계 군사 조직에서 보편적으로 사용되고 있습니다.

각 시뮬레이션 유형은 고유한 특징, 장단점, 적용 분야를 가지고 있으며, 현대 국방 훈련과 분석에서는 이 세 가지를 통합한 LVC(Live-Virtual-Constructive) 환경이 최신 트렌드로 자리잡고 있습니다. 미 육군의 STE(Synthetic Training Environment), 공군의 LVC-IA(Live-Virtual-Constructive Integrating Architecture) 등이 대표적인 LVC 통합 프로그램입니다.

이 글에서는 Live, Virtual, Constructive 시뮬레이션의 정의, 기술적 특징, 미군의 구체적 활용 사례, 비용 효과 분석, 그리고 한국 국방에의 적용 방안을 상세히 다룹니다.

Live Simulation (실기동 시뮬레이션)

정의 및 특징

Live Simulation은 실제 병력과 실제 장비를 사용하여 실제 환경에서 수행하는 훈련을 의미합니다. 병사들은 실제 무기체계(단, 실탄이 아닌 모의탄약 사용)를 조작하고, 실제 지형에서 기동하며, 실제 통신 장비로 교신합니다. 대표적인 예로 미 육군의 NTC(National Training Center), JRTC(Joint Readiness Training Center), 그리고 미 공군의 Red Flag 연습이 있습니다.

Live Simulation의 핵심 특징은 현실성(Fidelity)입니다. 훈련 참가자들은 실제 전투 상황과 가장 유사한 환경을 경험하며, 물리적 피로, 스트레스, 환경적 제약 등 모든 요소가 실전과 동일합니다. 미 육군의 NTC는 캘리포니아 모하비 사막에 위치한 약 2,600 평방킬로미터(서울시의 4배 이상)의 광활한 훈련장으로, 연간 약 10개 여단급 부대가 2주간의 집중 기동 훈련을 수행합니다.

기술 요소

현대의 Live Simulation은 단순한 실사격 훈련을 넘어 첨단 계측 기술(Instrumentation)과 통합되어 있습니다. 미군의 MILES(Multiple Integrated Laser Engagement System)는 레이저 송수신 장치를 무기와 병사에 장착하여 실제 교전을 모의합니다. 차량과 병사의 위치는 GPS로 실시간 추적되며, 모든 교전 데이터는 중앙 통제소로 전송됩니다.

TESS(Tactical Engagement Simulation System)는 NTC의 차세대 계측 시스템으로, 2020년부터 도입되었습니다. TESS는 각 차량과 병사에 장착된 센서를 통해 위치, 방향, 발사 탄약, 피격 여부를 실시간으로 기록합니다. 훈련 후 AAR(After Action Review) 시스템은 수집된 데이터를 3D로 재생하여 전술적 결정과 그 결과를 객관적으로 분석할 수 있게 합니다.

미군 활용 사례

미 육군의 NTC(National Training Center)는 1981년 설립 이후 미군의 대표적인 Live Simulation 훈련장으로 기능해왔습니다. NTC의 핵심은 OPFOR(Opposing Force)로, 제11 기갑기병연대가 적군 역할을 전담합니다. OPFOR는 러시아와 중국의 전술, 장비, 교리를 연구하여 미군 부대에게 현실적인 위협을 제공합니다.

2024회계연도 기준 NTC 운영 예산은 연간 약 2억 달러이며, 여기에는 시설 유지보수, OPFOR 인건비, 계측 장비 운영, 연료 및 보급품이 포함됩니다. 한 개 여단급 부대의 2주 훈련 비용은 약 2,500만 달러로 추산됩니다. 이는 높은 비용이지만, 실전 배치 전 부대 전투력을 검증하고 향상시키는 데 필수적입니다.

미 공군의 Red Flag 연습은 네바다주 넬리스 공군기지에서 연간 4-6회 실시되는 대규모 공중전 훈련입니다. 각 연습에는 100대 이상의 항공기가 참가하며, 미군뿐만 아니라 NATO 및 동맹국 공군도 참여합니다. Red Flag의 특징은 실제 비행과 가상 시뮬레이션을 결합한 LVC 환경입니다. 실제 F-22, F-35가 비행하는 동안, 지상 기반 시뮬레이터의 조종사들과 컴퓨터 생성 적기가 동일한 훈련 시나리오에 통합됩니다.

장단점 분석

장점:

• 최고의 현실성: 실제 장비, 실제 환경, 실제 물리적 제약
• 팀워크 및 리더십 훈련: 실제 상황에서의 의사소통과 협력
• 스트레스 대응: 실전 수준의 심리적 압박 경험
• 장비 신뢰성 검증: 실제 조건에서의 장비 성능 확인

단점:

• 높은 비용: 연료, 탄약, 장비 소모, 인력 동원
• 제한된 반복성: 예산 제약으로 연간 훈련 횟수 제한
• 안전 위험: 실제 장비 사용으로 인한 사고 가능성
• 환경 제약: 특정 지형과 기상 조건에서만 실시 가능
• 시나리오 제약: 위험하거나 비현실적 상황(핵전쟁, 극한 환경) 재현 불가

Virtual Simulation (가상 시뮬레이션)

정의 및 특징

Virtual Simulation은 실제 인간이 가상 환경에서 모의 장비를 조작하는 시뮬레이션입니다. 대표적인 예로 비행 시뮬레이터, 전차 조종 시뮬레이터, 함정 전투체계 시뮬레이터가 있습니다. 조종사나 승무원은 실물 크기의 조종석이나 운전석에 앉아 실제와 동일한 인터페이스를 조작하며, 시각 시스템은 고해상도 디스플레이나 VR 헤드셋을 통해 가상 전장 환경을 제공합니다.

Virtual Simulation의 핵심 가치는 몰입감(Immersion)과 절차 훈련(Procedural Training)입니다. 훈련생은 실제 장비를 조작하는 감각을 경험하면서도 위험 없이 반복 훈련할 수 있습니다. 특히 비용이 매우 높거나 위험한 상황(엔진 고장, 극한 기동, 긴급 탈출)을 안전하게 훈련할 수 있습니다.

기술 요소

현대 Virtual Simulation은 고성능 컴퓨팅, 고해상도 그래픽, 물리 엔진, 모션 플랫폼 등이 통합된 복합 시스템입니다. 미 공군의 F-35 Full Mission Simulator(FMS)는 조종석이 6자유도(6-DOF) 모션 플랫폼 위에 장착되어 실제 비행 시의 가속, 진동, 기울임을 재현합니다. 360도 시야각의 고해상도 디스플레이는 지상에서 40,000피트 상공까지의 지형, 날씨, 조명을 실시간으로 렌더링합니다.

미 육군의 CCTT(Close Combat Tactical Trainer)는 M1A2 에이브람스 전차와 M2 브래들리 장갑차의 승무원 훈련을 위한 Virtual Simulation입니다. 실물 크기의 조종석에는 실제 전차와 동일한 조종 장치, 계기판, 통신 장비가 설치되어 있습니다. 최대 128대의 시뮬레이터가 네트워크로 연결되어 중대급 이상의 대규모 기갑 전투를 재현할 수 있습니다.

CCTT는 HLA(High Level Architecture) 표준을 준수하여 다른 시뮬레이션 시스템과 상호운용됩니다. 예를 들어 CCTT의 전차 시뮬레이터는 AVCATT(Aviation Combined Arms Tactical Trainer)의 헬리콥터 시뮬레이터, OneSAF의 컴퓨터 생성 병력과 동일한 가상 전장에서 훈련할 수 있습니다. 이러한 통합 능력은 합동 전투(Combined Arms) 훈련을 가능하게 합니다.

미군 활용 사례

미 공군의 DMT(Distributed Mission Training)는 전 세계에 분산된 비행 시뮬레이터를 하나의 가상 전장으로 연결하는 시스템입니다. 미국 본토의 F-22, 알래스카의 F-16, 영국 레이컨히스 기지의 F-15가 동시에 가상의 대규모 공중전에 참여할 수 있습니다. DMT는 보안 네트워크(SIPRNET)를 통해 실시간으로 데이터를 동기화하며, 각 조종사는 자신의 기지에 있는 시뮬레이터에서 수백 대의 아군/적군 항공기가 등장하는 복합 공중전 시나리오를 경험합니다.

DMT의 주요 장점은 비용 절감과 훈련 빈도 증가입니다. 실제 Red Flag 연습에 참가하려면 항공기를 네바다까지 이동시켜야 하며, 비행 시간, 연료, 정비 비용이 발생합니다. F-35의 시간당 비행 비용은 약 42,000달러이지만, 시뮬레이터 운영 비용은 시간당 약 1,500달러에 불과합니다. 이는 약 96%의 비용 절감 효과입니다.

미 해군의 TACTRAIN(Tactical Training System)은 이지스 구축함의 전투체계를 훈련하는 Virtual Simulation입니다. 실제 함교와 동일한 레이아웃의 시뮬레이터에서 승무원들은 대함 미사일 방어, 대잠전, 대공전 등의 시나리오를 훈련합니다. 이지스 시스템의 복잡한 레이더 조작, 무기 통제, 전술 판단을 실제 비용과 위험 없이 반복 연습할 수 있습니다.

장단점 분석

장점:

• 높은 몰입감: 실제 조종석과 유사한 인터페이스
• 안전한 위험 상황 훈련: 엔진 고장, 극한 기동 등
• 반복 훈련 가능: 비용 부담 없이 무제한 반복
• 절차 숙달: 표준 운용 절차(SOP) 완벽 숙지
• 네트워크 훈련: 지리적으로 분산된 팀 동시 훈련

단점:

• 높은 초기 비용: 시뮬레이터 구매 및 설치 비용
• 제한된 물리적 감각: 완벽한 G-force, 진동 재현 어려움
• 사이버 멀미: VR 환경에서의 어지러움
• 유지보수 필요: 하드웨어/소프트웨어 정기 업데이트
• 팀워크 제약: 개별 조종 기술 중심, 부대 협동 훈련 제한적

Constructive Simulation (구성형 시뮬레이션)

정의 및 특징

Constructive Simulation은 컴퓨터가 모든 개체(항공기, 전차, 병사, 함정 등)를 자동으로 생성하고 제어하는 시뮬레이션입니다. 실제 인간은 직접 조종하지 않고, 작전 계획을 입력하거나 시뮬레이션을 관찰하며 분석합니다. 대표적인 예로 JWARS(Joint Warfare System), OneSAF(One Semi-Automated Forces), AFSIM(Air Force Simulation)이 있습니다.

Constructive Simulation의 핵심 가치는 대규모 분석과 신속한 대안 비교입니다. 수천 개의 개체를 포함한 전역급 전쟁을 단 몇 시간 만에 시뮬레이션할 수 있으며, 다양한 전략과 무기 체계를 빠르게 평가할 수 있습니다. Live나 Virtual Simulation으로는 불가능한 규모와 범위의 분석이 가능합니다.

기술 요소

OneSAF(One Semi-Automated Forces)는 미 육군의 대표적인 Constructive Simulation으로, 지상전, 공중전, 해상전을 통합적으로 모델링합니다. OneSAF는 개별 병사 수준부터 여단급 부대까지 다양한 제대를 표현할 수 있으며, 실시간으로 10,000개 이상의 개체를 동시에 제어할 수 있습니다. 각 개체는 AI(Artificial Intelligence) 알고리즘을 통해 자율적으로 경로를 계획하고, 적을 탐지하며, 교전 결정을 내립니다.

OneSAF의 AI는 행동 트리(Behavior Tree)와 유한 상태 기계(Finite State Machine)를 결합하여 구현됩니다. 예를 들어 전차 부대는 "전진" 상태에서 적을 발견하면 "교전" 상태로 전환하고, 탄약이 부족하면 "재보급" 상태로 이동합니다. 각 상태에서의 행동은 실제 군사 교리(예: FM 3-90 Tactics)를 기반으로 모델링됩니다.

AFSIM(Air Force Simulation)은 공중전 CGF(Computer Generated Forces)로, 전투기, 폭격기, 무인기, 미사일 등의 행동을 모델링합니다. AFSIM은 레이더 탐지, 전자전, 미사일 교전 등 복잡한 공중전 시나리오를 시뮬레이션하며, 신형 무기체계의 효과도 분석(MOE, Measure of Effectiveness)에 활용됩니다. AFSIM은 몬테카를로 방법을 사용하여 동일한 시나리오를 수백~수천 번 반복 실행하고 통계적 결과를 도출합니다.

미군 활용 사례

JWARS(Joint Warfare System)는 미 합동참모본부(Joint Chiefs of Staff)가 전역급 전쟁 계획 수립에 사용하는 Constructive Simulation입니다. JWARS는 수개월에 걸친 대규모 군사 작전을 시뮬레이션하며, 병력 이동, 전투 손실, 병참 지원, 전투력 누적 평가 등을 종합적으로 모델링합니다.

2003년 이라크 자유 작전(Operation Iraqi Freedom) 계획 수립 시 미 중부사령부(CENTCOM)는 JWARS를 통해 50가지 이상의 작전 계획안(COA, Course of Action)을 비교 분석했습니다. 각 계획안에 대해 병력 규모, 개전 시기, 주공 방향, 예비대 투입 시점 등을 변경하며 성공 가능성, 예상 손실, 작전 기간을 평가했습니다. 이러한 분석은 실제 Live 훈련으로는 절대 불가능한 규모와 범위입니다.

미 미사일 방어청(MDA)의 AESD(Aegis BMD Engagement Simulation)는 탄도미사일 방어 시스템의 효과를 검증하는 Constructive Simulation입니다. 실제 탄도미사일 요격 시험은 한 번에 2억~5억 달러가 소요되며, 일 년에 몇 차례만 실시할 수 있습니다. 반면 AESD를 사용하면 수천 가지 교전 시나리오(다양한 위협 미사일, 요격 시점, 전자전 환경, 기상 조건)를 시뮬레이션하여 시스템의 성능 한계와 개선점을 파악할 수 있습니다.

장단점 분석

장점:

• 대규모 분석 가능: 수천~수만 개 개체 동시 시뮬레이션
• 신속한 실행: 몇 달간의 작전을 몇 시간 내 시뮬레이션
• 낮은 비용: 컴퓨팅 비용만 소요
• 무제한 반복: 동일 시나리오 수천 번 반복 가능
• 대안 비교: 다양한 전략과 무기체계 신속 평가
• 비현실적 상황 가능: 핵전쟁, 우주전 등

단점:

• 낮은 몰입감: 실제 조작 경험 없음
• AI 한계: 인간의 창의성과 직관 완벽 재현 불가
• 모델 검증 필요: VV&A 프로세스 필수
• 데이터 의존성: 정확한 성능 데이터 필요
• 개인 기술 훈련 불가: 절차 숙달 불가능

유형별 비교 분석

주요 특성 비교

특성	Live Simulation	Virtual Simulation	Constructive Simulation
인간 참여	실제 병력 직접 참여	시뮬레이터에서 조작	계획 입력 및 관찰만
장비	실제 무기체계	모의 조종석/운전석	컴퓨터 모델
환경	실제 지형	가상 3D 환경	수학적/논리적 모델
현실성	매우 높음 (95-100%)	높음 (70-90%)	중간 (50-70%)
비용	매우 높음	중간	낮음
규모	소~중대 (제한적)	개인~소대	전역급 (무제한)
반복성	낮음 (연 1-2회)	높음 (월/주 단위)	매우 높음 (무제한)
안전성	사고 위험 존재	안전	완전 안전

비용 효과 비교

훈련 유형	1회 훈련 비용	연간 가능 횟수	주요 비용 요소
Live (NTC 여단급)	$25,000,000	1-2회	연료, 탄약, 인력 이동, 시설 사용
Live (Red Flag)	$50,000,000	4-6회 (전체)	항공기 운영, 연료, 정비, 인력
Virtual (CCTT 중대급)	$50,000	100회 이상	시뮬레이터 운영, 전력, 인건비
Virtual (F-35 FMS)	$30,000 (4시간)	무제한	시뮬레이터 운영, 전력, 유지보수
Constructive (JWARS)	$5,000	무제한	컴퓨팅 자원, 분석 인력

적용 분야별 최적 유형

적용 분야	최적 유형	이유
개인 기술 숙달	Virtual	안전하고 반복적인 절차 훈련
부대 전술 훈련	Live	팀워크, 리더십, 실전 감각
작전 계획 수립	Constructive	대규모 시나리오, 신속한 대안 비교
무기체계 효과 분석	Constructive	통계적 분석, 다양한 조건 시험
전투 준비도 검증	Live	실전 수준의 스트레스, 물리적 한계 확인
위험 상황 대응	Virtual	엔진 고장, 사고 등 안전하게 훈련
연합/합동 작전	LVC 통합	각 유형의 장점 결합

LVC 통합의 미래

통합의 필요성

현대 전장은 다영역 작전(Multi-Domain Operations)을 요구합니다. 지상, 공중, 해상, 우주, 사이버 영역이 동시에 작동하며, 단일 유형의 시뮬레이션으로는 이러한 복잡성을 재현할 수 없습니다. LVC 통합은 각 시뮬레이션 유형의 장점을 결합하여 최적의 훈련 효과를 달성합니다.

미 공군의 Red Flag 연습은 LVC 통합의 대표적 사례입니다. 실제 F-22 조종사는 네바다 상공을 비행하고(Live), 지상의 시뮬레이터에 있는 F-16 조종사는 동일한 가상 전장에 참여하며(Virtual), OneSAF가 생성한 수백 대의 적기와 지상 방공망이 위협을 제공합니다(Constructive). 이를 통해 제한된 실제 항공기로도 수백 대가 참여하는 대규모 공중전을 재현할 수 있습니다.

미군의 LVC 프로그램

미 육군의 STE(Synthetic Training Environment)는 차세대 LVC 통합 환경입니다. STE는 클라우드 기반 아키텍처로 설계되어 전 세계 어디서든 웹 브라우저로 접속 가능하며, Live 훈련장의 병사, Virtual 시뮬레이터의 승무원, Constructive 시뮬레이션의 가상 부대가 하나의 작전에 통합됩니다. STE의 예산은 2024회계연도 기준 연간 약 5억 달러이며, 2030년까지 완전 운용 능력(FOC, Full Operational Capability) 달성을 목표로 합니다.

미 공군의 LVC-IA(Live-Virtual-Constructive Integrating Architecture)는 전 세계 공군 기지의 시뮬레이터, 훈련장, 작전 센터를 연결하는 네트워크입니다. LVC-IA는 HLA, DIS, TENA 등 다양한 표준을 지원하여 기존 시스템들을 통합합니다. 2024년 현재 미 본토 12개 기지, 해외 6개 기지가 LVC-IA에 연결되어 있으며, 2027년까지 전 세계 모든 주요 기지로 확대될 예정입니다.

한국 국방에의 시사점

1. 단계적 시뮬레이션 역량 구축

한국군은 각 시뮬레이션 유형의 특성을 이해하고 단계적으로 역량을 구축해야 합니다. 1단계로 Virtual Simulation(전차, 항공기, 함정 시뮬레이터) 도입을 우선하여 개인 기술 숙달과 비용 절감 효과를 실현하고, 2단계로 Constructive Simulation을 통한 작전 계획 수립 능력을 강화하며, 3단계로 LVC 통합 환경을 구축하는 로드맵이 필요합니다.

2. 예산 효율성 극대화

한정된 국방 예산을 고려할 때, Virtual과 Constructive Simulation은 훈련 빈도를 획기적으로 높일 수 있는 수단입니다. 미군의 사례에서 보듯이 Virtual Simulation은 Live 대비 약 98% 비용 절감 효과가 있습니다. 한국군도 K2 전차, KF-21 전투기, 잠수함 등 고가 무기체계의 시뮬레이터를 적극 도입하여 훈련 효과를 극대화해야 합니다.

3. 한미 연합훈련 상호운용성

한미 연합훈련의 효과를 높이기 위해서는 미군과 동일한 시뮬레이션 표준(HLA, DIS)을 채택해야 합니다. 한국군의 시뮬레이터가 미군의 LVC-IA나 JLVC(Joint Live Virtual Constructive) 환경에 통합되면, 지리적으로 떨어진 곳에서도 실시간 연합 훈련이 가능합니다.

4. 북한 비대칭 위협 대응

북한의 비대칭 위협(특수전, WMD, 사이버 공격)에 대응하기 위해서는 Constructive Simulation을 통한 다양한 시나리오 분석이 필수적입니다. 실제 Live 훈련으로는 핵/생화학 환경, 대규모 미사일 공격 등을 재현할 수 없지만, Constructive Simulation은 이러한 극한 상황을 안전하게 분석할 수 있습니다.

5. 산학연 협력 생태계 구축

국방 M&S 역량 강화를 위해서는 산학연 협력이 필수적입니다. 국방과학연구소(ADD), 한화시스템, LIG넥스원 등 방산업체, 그리고 KAIST, 서울대 등 연구 기관이 협력하여 한국형 시뮬레이션 기술을 개발해야 합니다. 미군의 PEO STRI처럼 M&S 전담 조직을 설립하여 체계적으로 관리하는 것도 고려할 필요가 있습니다.

결론

국방 M&S의 세 가지 핵심 유형인 Live, Virtual, Constructive Simulation은 각각 고유한 강점과 적용 분야를 가지고 있습니다. Live Simulation은 최고의 현실성과 실전 감각을 제공하지만 높은 비용과 제한된 반복성이 단점입니다. Virtual Simulation은 몰입감 있는 개인 기술 훈련과 절차 숙달에 최적이며, 비용 대비 효과가 매우 높습니다. Constructive Simulation은 대규모 작전 분석과 무기체계 효과도 평가에 필수적이며, 신속하고 저렴한 대안 비교를 가능하게 합니다.

미국 국방부는 이 세 가지 유형을 통합한 LVC 환경을 구축하여 각 유형의 장점을 결합하고 있습니다. STE, LVC-IA, JLVC 등의 프로그램은 전 세계 분산된 훈련 자산을 하나의 가상 전장으로 통합하여 다영역 작전을 지원합니다. 2024회계연도 기준 미군의 M&S 관련 예산은 60억 달러 이상이며, 이 중 LVC 통합 프로그램이 약 30%를 차지합니다.

한국 국방 분야도 제한된 예산과 병력 감축 추세 속에서 M&S 3대 유형의 전략적 활용이 필수적입니다. Virtual Simulation을 통한 훈련 빈도 증가, Constructive Simulation을 통한 작전 계획 고도화, 그리고 단계적 LVC 통합을 통해 전투력을 극대화할 수 있습니다. 미군의 표준과 상호운용성을 확보하여 한미 연합훈련의 효과를 높이고, 산학연 협력을 통해 독자적인 M&S 기술을 발전시켜야 합니다.

참고 자료

1. U.S. Department of Defense. (2007). DoD Directive 5000.59: DoD Modeling and Simulation (M&S) Management, Incorporating Change 1, August 8, 2007. https://www.esd.whs.mil/Portals/54/Documents/DD/issuances/dodd/500059p.pdf
2. Defense Acquisition University. (2025). Modeling and Simulation for Test and Evaluation Guidebook, May 2025. https://aaf.dau.edu/storage/2025/05/MS-TE-Guidebook-Final.pdf
3. U.S. Army PEO STRI. (2023). Synthetic Training Environment (STE) Program Overview. https://www.peostri.army.mil/portfolio/ste
4. U.S. Air Force. (2022). Distributed Mission Operations (DMO) and LVC Integration. Air Combat Command Public Affairs. https://www.acc.af.mil/
5. NATO Modelling and Simulation Group. (2017). AMSP-01 Edition C: NATO Modelling and Simulation Standards Profile. https://www.mscoe.org/content/uploads/2017/12/AMSP-01C.pdf
6. Simulation Interoperability Standards Organization (SISO). (2020). Standard for Live, Virtual, Constructive (LVC) Architecture Roadmap Implementation. https://www.sisostds.org
7. National Training Center and Fort Irwin. (2024). NTC Operations and Capabilities Overview. U.S. Army. https://home.army.mil/irwin/
8. Lockheed Martin. (2021). F-35 Full Mission Simulator Technical Specifications. https://www.lockheedmartin.com/en-us/products/f-35.html
9. U.S. Joint Chiefs of Staff. (2019). Joint Publication 3-30: Joint Air Operations. Department of Defense. https://www.jcs.mil/Doctrine/
10. Missile Defense Agency. (2023). Aegis Ballistic Missile Defense System Simulation and Test Report. https://www.mda.mil/