바다 속을 잠수해 작전을 수행하는 잠수함은, 한 번 잠수해버리면 몇 시간, 며칠 또는 몇 달 동안 부상하지 않는 경우가 많다. 사방이 모두 바다 인 상황에서 잠수함은 어떻게 다른 함선과 지상과 연락을 취하고 있는지, 바다에서의 통신의 역사에 대해 기술계 뉴스 블로그 Hackaday가 설명하고있다.
잠수함이 본격적으로 전장에서 활약하게 된 제1차 세계 대전에서는, 잠수함은 한 번 바다에 잠수 해 버리면, 다시 해수면까지 부상해야 기지국 및 기타 함과 통신이 가능했다고한다. 그러나 당시의 잠수함은 기본적으로 수상함으로 활동하고 있었고, 잠수하는 것은 공격시나 추적을 회피할 때에만 한정적으로 제한되어 있었기 때문에, 잠수 중에 통신이 불가능하게 되더라도 특히 문제가 없었다고한다.
제2차 세계 대전 때, 독일 해군 잠수함 부대 사령관이었던 칼 데니츠가, 여러 잠수함으로 연계하면서 적의 수송선단을 공격하는 이리 떼 전술을 고안하고, 잠수함도 적극적으로 통신 환경이 요구되었다. 그러나 당시의 잠수함은 다른 선박과의 연락을 단파 라디오로하고 있었으며, 라디오를 사용하기 위해서는 수면으로 부상해야 할뿐만 아니라, 통신 내용을 적에게 탐지 될 가능성이 있었다.
독일과 비슷한 전략을 실행하고 있던 미국 해군은, 잠수함이 물속에서 통신 할 수 있도록 하기위해, "AN/BQC-1A", 일명 "거트루드"라는 통신 기기를 도입했다.
거트루드는 배터리로 기동하는 수중 전화로, 아마추어 무선에서는 일반적인 SSB 통신 방식을 채택했다. 거트루드는 약 4~5km 범위에있는 소나 배포된 다른 함을 24.26kHz 초음파로 호출 할 수 있으며, 약 365m 이내의 거리라면 8.3375kHz에서 11.0875kHz의 반송파로 음성 통신을 할 수 있었다. 그러나 염분을 포함한 해수는 공기보다 간섭이 강하기 때문에, 신호의 감쇠 또는 손실이 발생하기 쉬웠다고한다.
제2차 세계 대전이 끝나고, 몇 달 동안 잠수 활동을 할 수있는 원자력 잠수함이 등장하면서, 잠수함의 역할은 "연계하면서 적의 수송선을 공격하는 유닛"으로 "바다에서 핵 미사일을 발사 할 수있는 장치"로 변화. 따라서 잠수함의 스텔스 성은 그 어느때보다 더 중시되게되었다.
그러나, 잠수함에서 지상을 향해 신호를 보내는 것은 자신의 위치가 노출되고, 또한 큰 용량의 데이터를 전송할 수있을 정도의 설비를 잠수함에 정돈하는 것은 매우 어려운 일이었다. 따라서, 냉전 시대의 잠수함의 통신 시스템은 "육상의 송신소에서 발생 된 전술 명령을 스텔스 성을 해치지않고 받는 것"이 요구되는 것으로 되었다.
통신에 사용되는 전파는, 주파수에 따라 그 성질이 크게 변화한다. 3MHz~30MHz의 단파대(HF)와 30kHz~300kHz의 장파대역(LF)은, 육상이라면 전리층의 굴절에 의해 지구 전체에 도달하는 것이 가능하지만, 해수 중에서는 급속히 감소 해버리기 때문에, 바다에있는 잠수함과의 통신에 사용하기에는 적합하지 않다.
3kHz~30kHz의 초장파 대역(VLF)이면, 수심 20미터까지 통신 할 수있지만, 잠수함의 스텔스 성을 확보하기에 충분한 깊이가 아니다. 그러나 훨씬 낮은 주파수가되는 3Hz~300Hz의 초 저주파 대역(ELF)이라면, 수심 120미터라는 충분한 깊이까지 통신이 가능하다는 것. 그래서 미국 해군은 1968년에 "Project Sanguine"라는 프로젝트를 추진하여, ELF 통신 시스템의 구축을 계획했다.
그러나, ELF는 전파를 송신하기 위해서는 거대한 안테나와 고출력 송신기가 필요하다. 그래서, Project Sanguine에서는, 미국 북부, 위스콘신 주의 땅에 안테나 케이블을 묻고 800메가 와트로 작동하는 고출력의 거대한 송신소를 건설했다.
송신기는 위스콘신 주와 미시간 주에 건설되었다. 화강암 암반에 박힌 나무 기둥에 붙어있는 안테나의 길이는 약 22~44km로, 통전하면 ELF를 발신하는 거대한 자기장이 생성. 즉, 거대한 암반을 통째로 무선 통신용 안테나로 해 버린 것이다.
하지만, ELF에 의한 잠수함과의 통신 시스템은 반전 단체나 환경 단체에서 "예산 낭비다", "전자파가 주변 환경에 미치는 영향을 무시하고있다"라고 맹비난을 받게되었다. 또한 미국 북부에 건설 된 거대한 송신기는, 미국 남부 플로리다 반도 앞바다의 수심 122미터에 메시지를 보낼 수 있었다고 하지만, 대역폭이 매우 낮았기 때문에 3문자 암호를 전송하는데 15분이나 걸려버렸던 것.
또한 통신 기술의 발전을 통해 "공중의 거대한 수송기를 중계 포인트로하고 VLF및 HF에 의한 통신을 실시한다"라는 방법이 확립되었기 때문에, 이 ELF에 의한 통신 시스템은 2004년에 폐지되었다.
그리고 요즘은, 수중 통신 기술은 더욱 발전. 2020년 6월에 발표 된 논문에서는, Raspberry Pi를 포함 한 기성품 구성 요소, LED, 레이저를 사용하여 수중에 인터넷 무선 연결을 가능하게하는 시스템 "Aqua-Fi"라 발표되었다. 킹 압둘라 과학 기술 대학의 연구팀에 의한 실험에서는, 방수 스마트폰과 파란색, 녹색 레이저를 사용하는 것으로, 2.11Mbps라는 속도로 Skype 통화하는데 성공.
Hackaday는 "Aqua-Fi가 잠수함의 네트워크로 미래에 응용 가능하다고 생각하기 쉽지만, 이러한 시스템이 지원할 수있는 것은, 바다의 전쟁뿐만이 아닙니다"라고 코멘트. 예를 들어, 태양광 전력의 부표에 의해 Aqua-Fi의 액세스 포인트를 만드는 것으로, 다이버와 원격 조작의 해저 탐사선이 인터넷에 항상 연결되어 있을 가능성을 시사하고, 해양 생물학이나 지질학, 자연 보호, 스포츠 및 레크레이션에 충분히 응용할 수 있다고 주장하고있다.
