HUD란?

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후드는 조종사 앞 투명한 물체에 디스플레이 기능을 추가시킨 것으로 이해하면 무리가 없을 겁니다. 조종시 가장 중요한 것은 전방시야입니다.
특별히 계기비행(야간비행)이 아니라면.

헌대 비행기는 갈수록 복잡해지고 조종사가 인지해야할 정보량은 급격히 증가합니다.
특히 전투기 파일럿의 경우는 정신이 없을 정도죠.
종래의 아날로그 계기판이 가득 찬 콕핏에서 이젠 깔끔한 다기능 디스플레이 위주의 글래스 콕핏으로 바뀌었습니다. 깔끔하고 한눈에 각종 정보를 파악할 수 있죠.

허나 그렇다고 해서 전방시야에서 파일롯이 자유로울 수는 없죠.
특히 근접 공중전이 벌어질라 치면 계기판 쳐다볼 여유가 도통 없죠.
따라서 조종사에게 상황에 따라 필요한 엄청난 양의 정보를 전방시야를 유지한 상태에서 인지시키는 기능을 하는 것이 후드입니다.
본질적으로는 그냥 디스플레이 장치의 하나랍니다.

얼마전 자유사진란에 설명을 한 HMD(Helmet Mounted Display) 또한 이 후드를 조종사의 눈앞에 갔다 붙인 것이지요.
헬맷의 바이저에 후드기능을 추가시키고, 컴퓨터와 연동하여 4세대 단거리 미사일을 헬맷조준 상태에서 운용할 수 있죠.

후드는 형태에 따라 Conventional HUD - 굴절식 그리고 Holographic HUD - 홀로그래피
식으로 나누죠.
영어 표현대로 굴절식은 통상적인 후드였고 그 이후로 개발된 신식이 홀로그래피 방식입니다. 굴절식은 렌즈를 썼기 때문에 그런 번역이 붙었답니다.

그 원리를 한 번 살펴봅시다. 유리도 얼마정도 경사를 기울여 보면 흐릿하게 반사가 이루어
지죠. 물론 빛을 100% 투과시키지 않기 때문이죠.
두가지 방식 다 표면반사율이 우수한 재질의 투명판을 기울여 놓고 그 투명판에 디스플레이 정보를 반사시키는 건 똑같지만 일그러짐 없는 선명한 심볼을 비추는 방식을 어떻게 조절하느냐가 다릅니다.
알다시피 그냥 투명판에 반사시킨다고 선명한 심볼, 영상이 잡히지는 않거든요. 이것이 후드를 실용화하는 데 가장 어려운 점이었지요.
그래서 1960년대 초에서 시제품이 나왔고 쓸만한 후드가 전투기에 장착되기 시작한 것 10년 쯤 지난 1970년대 초였습니다.

첫째로 굴절식은 반사판 밑에 특수한 디스플레이 장치를 갖추고 있습니다.
소형 CRT 모니터 위에 대형 렌즈를 놓고 그 광선을 굴절시킨 화면이 다시 투명판에 반사되는 구조를 하고 있죠.
조종사의 전방시야는 유지되면서 심볼을 비롯한 각종 정보가 투명판에 반사되면서 나타나죠.
다시말해 투명판 밑에는 커다란 렌즈가 있고 이 밑에 소형 모니터가 있죠.
이게 통상적인, 초기형 후드의 모습입니다.
매니아들도 사진으로 많이 봤을 것입니다.
보면서 커다란 렌즈가 무슨 구실을 하는지 궁금했을 것입니다.

CRT로부터 나온 광선은 상이 형성되는 지점을 반사판 각에 정확하게 맞추기 대형 렌즈에
의해 굴절됩니다.
왜냐하면 CRT는 수평으로 있고 그 위에 반사판이 경사져 있기 때문에 거리가 동일하지가 못하거든요.
그냥 반사시키면 가까운 쪽은 작게 먼 쪽은 길게 상이 맺히고 초점도 다 달라져서 흐릿하기 이를 데 없어집니다.
이걸 균일하게 하여 선명하게 상을 맺히게 하려고 두꺼운 렌즈를 사용하죠.
굴절된 빛은 대형 렌즈의 유리면과 공기층을 번갈아 통과할 때 매질이 서로 다르기 때문에 그 굴절도가 변화하는데 이걸 정밀하게 조종하여 초점을 정확히 맞추고 크기도 균일하게 하여 글자나 심볼의 왜곡현상을 없에죠.

실제로 굴절식 후드에 비추어지는 숫자나 심볼은 일그러짐 없이, 크기도 균일한 게 아주 깨
끗합니다. 렌즈로 굴절시켜 조절하지 않으면 절대 불가능하죠.
이 렌즈는 사실 정밀 광학기술의 산물로 초정밀 렌즈의 하나입니다.

그 다음으로 개발된 방식은 홀로그래픽 방식입니다. 회절식이라고 번역을 하는데, 홀로그래
피가 그냥 우리말화 했으니 홀로그래피식이라고 하는 게 편하겠죠.
통상적인 후드, 즉 굴절식 후드에서 커다란 렌즈가 하던 역할을 레이저를 이용한 홀로그래피 방식으로 바꾼 것입니다.

홀로그램(Hologram)에 의해 빛의 회절을 조절하여 반사판에 선명한 상이 맺히도록 하는데,
그 밝기가 훨씬 밝아졌고 넓은 면적을 커버할 수도 있고 무게도 가볍고 부피도 작아, 요즘
최신예 전투기들은 다 이 홀로그래피식을 사용합니다.
"광각 후드"라고 하는 표현들이 그냥 넓다는 소리가 아니라, 바로 이 홀로그래피식 후드라고 이해하면 됩니다.

원리는 그렇지만 실제론 굴절식 후드보다 훨씬 복잡합니다.
반사판에 코팅되거나 두장 사이에 끼워진 감광성 물질(중크롬산염 젤라틴)의 표면에 두 개의 일치된 레이저 광선이 쬐여짐으로써 홀로그램이 만들어지는데, 이 홀로그램은 젤라틴 필름의 두께를 통해 화면에 맺히는 상의 일그러짐을 조절합니다.

아무튼 후드는 이런 구조를 하고 있습니다. 후드에 표현되는 정보는 엄청 많습니다.
옛날에는 그저 숫자, 심볼 이런 것들 뿐이었는데, 요즘은 극히 높은 해상도의 사진, 동영상도 비추어 집니다.
펄스 도플러 레이다가 작성하는 고해상도 지형매핑이나, 랜턴 포트의 레이다나 적외선으로 이미징된 정밀 타격 목표물 화면들도 다기능 디스플레이가 아닌 후드에 비출 수 있답니다.

구체적으로 종류를 들어보자면, 안전비행을 위한 각종 정보들, 비행속도, 대지고도, G하중,
방위, Mach수, 영각, 비행자세 같은 것들과 화력통제 정보들, 목표물 거리, 속도, 방위, 소요
무기의 상태, 조준 심볼, 록온 상태 등을 다 표시해줍니다.

후드는 크게 두가지 부분으로 나눕니다. D.U와 E.U. D.U는 조종사에게 직접 시각정보를 제공하는 Display Unit이고 E.U는 디스플레이를 위한 각종 정보를 전자적으로 처리하는 Electronic Unit을 뜻하죠.
우리말로 번역하면 화상표시부와 전자계산부라고 할 수 있겠지요.
물론 전자계산부는 화력통제컴퓨터와 별도이면서 최소한의 데이터 처리 유닛을 독자적으로 갖고 있습니다.
디스플레이 유닛은 다른 모든 디스플에이 장치와 마찬가지로 수평 ***라인, 수직 ***라인
하는 고유의 해상도를 가지고 있습니다.
전자계산부(Electronic Unit)는 일반 컴퓨터와 마찬가지로 일정량의 기억용량(메모리)과 Cpu, 이와 연동된 고유의 소프트웨어를 갖고 있지요.

프로그램은 특정 목적을 위해 신속한 계산을 가능케하는 고유의 알고리즘, 예컨대 무장발사 알고리즘, 비행지시 알고리즘 같은 처리 알고리즘을 갖고 있습니다.
아울러 후드에는 그 성격상 어쩔 수 없이 시야(FOV, Field of View)가 제한되어 있죠.
대게 몇 도 라고 표시되는데, 조종사와 반사판의 거리, 반사판의 크기에 따라 결정됩니다.

굴절식 후드에는 이걸 넓히기 위해서, 마치 영화촬영에서 처럼 35mm 필름에 촬형카메라 렌즈에 피사체를 굴절시켜 파나비젼이나 애너모픽 와이드 화면 같은 넓은 화면을 담듯이 반사판 뒤쪽면을 약간 오목처리 하거나 아니면 낮은 배율의 굴절렌즈를 하나 더 달아서 시야를 넓히는 방법을 쓰기도 했습니다.

허나 굴절식 렌즈보다 2배 이상의 넓은 시야를 갖는 홀로그래피식이 등장하면서 좁은 시야
로 인한 고민은 많은 부분이 해결되었죠.
아울러 이 후드는 전투기 전자장비의 중추인 레이더와 연동된 화기관제컴퓨터와 연결되어
조종사가 선택한 각종 모드에 따라 다양한 화면을 보여줍니다.
이 모드는 대게 화력통제 레이다의 모드와 같은데, 이건 이어서 다음 글에서 자세히 설명하도록 하겠습니다.
다만 특별한 임무가 아닌 통상적인 임무에 자주 사용되는 경우는 화력통제 레이다나 컴퓨터
와 별도로(일부는 연동하여) 모드를 선택할 수 있는데 그 몇가지를 보면 아래와 같습니다.

- 순항 Mode
비행기의 안전 비행을 위한 일반적인 정보를 표시합니다. 고도, 기울기, 받음각, 비행궤도,
속도, 마하수 또는 TAS(Take off Air Speed, 이륙속도), Pitch 표시선, 해당 고도 에서의 최
소속도 등등.

- 착륙 보조모드
수평비행을 하다 착륙시 안전착륙을 위해 자동으로 선택되는 모드입니다.
고도표시 눈금자, 활공비 지시계, 받음각, 속도 눈금자, 마하수/TAS, 자기방향표시 눈금자,
수평지시선, 풍속, 수직속도 표시 눈금자.

다음으로 CCIP 모드가 있습니다.
CCIP는 Continuously Computed Impact Point의 약자로 글자 그대로 조종사가 정밀유도무기가 아닌 재래식 폭탄이나 포켓탄을 발사할 경우 명중을 위한 정확한 목표점을 계산해주는 자료입니다.
옛날엔 아날로그식으로 광학 및 기계식 계산도구에 의존했는데 요즘은 컴퓨터로 하지요.
F-4 팬텀에도 있고, F-16엔 더 정교한 CCIP 컴퓨터가 장착되어 있답니다.

넓게 보면 지상공격 모드의 하나인데, 화력통제 컴퓨터나 레이다와 복잡하게 연동할 필요가
적은 무기체계의 특성상 후드로만 작동하기도 하죠.
전투기의 고도, 속도, 하강각도 등의 수치를 계산하여 목표물에 명중시킬 지점이 지속적으로 계산됩니다.
매 초당 무려 50번의 수정을 통해서 목표 공격 지점에 대한 정확한 정보를 항상 유지시킵니다.

- CCIP 로켓모드
재래식 로켓을 발사할 경우 사용됩니다. 조준기호와 조종사의 주무장 상태, 지상폭발시 전투
기를 안전거리로 도피시키기 위한 예정 범위 표시, 최소발사 범위 표시.

- CCIP 폭탄모드
통산적인 폭탄을 투하할 때 사용됩니다. 조준선 표시. 폭탄 투하선 표시. 예고신호 Cue 표시
지상 폭파 피해를 회피하기 위한 신호표시, 폭탄투하시 비행 경로 표시기.

이 정도면 후드에 대해서 어느 정도 이해가 되었으리라고 믿습니다.
이런 후드의 장점 때문에 요즘은 고가의 대형 민간 항공기나 헬리콥터에도 장착되는 추세에 있답니다.