사고실험 및 시뮬레이션 기법을 활용한 유ㆍ무인 해상초계기의 복합 운용효과에 관한 연구 = A Study on the Effects of Manned-Unmanned integrated Operations of Maritime Patrol Aircraft Using Thought Experiments and Simulation Methods|RISS 상세보기

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

This study analyzes the effects of integrated operations between manned and unmanned maritime patrol aircraft (MPA) as a means of ensuring the sustainable operation of naval air power under the constraints of manpower shortages in an era of population decline. The analysis is conducted using a combination of thought experiments and simulation-based methods. The manned P-8A Poseidon and the unmanned MQ-9B SeaGuardian were selected as the comparative platforms, and mission success rate, personnel substitution effect, and cost-effectiveness were employed as the primary evaluation metrics.
As an analytical approach, thought experiments were first conducted to qualitatively assess mission performance and personnel substitution effects under variations in key environmental factors affecting MPA operations, including weather conditions, operational range, and threat conditions. Based on these results, nine representative scenarios were selected. Agent-Based Modeling (ABM) was then implemented for the selected scenarios to estimate the mission success rates and personnel substitution ratios of manned and unmanned maritime patrol aircraft. Subsequently, an extended probabilistic model grounded in Koopman’s search theory was applied to mathematically simplify the complex processes embodied in the ABM, and a probabilistic abstraction framework was employed to cross-validate the simulation results. The cross-validation results indicate that the thought experiment, ABM, and probabilistic abstraction consistently exhibit coherent trends in both mission success rates and personnel substitution effects. Furthermore, cost-effectiveness analysis reveals that while manned maritime patrol aircraft demonstrate higher mission success rates, they impose greater cost and manpower burdens, whereas unmanned maritime patrol aircraft exhibit relatively lower mission success rates but show competitive advantages in terms of cost reduction and personnel substitution.
The analysis confirms that manned–unmanned integrated operations can achieve a maximum personnel substitution effect of approximately 21%. Based on these findings, an optimal integrated operational strategy for manned and unmanned maritime patrol aircraft was derived. Rather than prescribing a fixed operational ratio, the proposed strategy presents a flexible operational range that can be adjusted according to policy objectives—such as mission success assurance, manpower reduction, and cost efficiency—within a range of 30–50% for manned maritime patrol aircraft and 50–70% for unmanned maritime patrol aircraft. This implies that manned maritime patrol aircraft can ensure mission success in critical operations, while unmanned maritime patrol aircraft can play a complementary role by enhancing cost efficiency and reducing manpower requirements, thereby contributing to the long-term sustainability of naval air power.
At the outset of the study, four research questions were formulated : (1) To what extent do manned–unmanned integrated operations affect personnel substitution? (2) How does the personnel substitution effect vary with operational environmental factors such as weather conditions, operational range, and threat levels? (3) What constitutes an efficient integrated operational strategy when personnel substitution is considered? (4) What direction should the future structure of naval air power take when personnel substitution effects are incorporated?
This study was conducted with the objective of addressing these questions, and the findings are intended to provide foundational reference material for the development of strategies aimed at the stable and sustainable operation of manned–unmanned naval air power.

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국문 초록 (Abstract)

본 연구는 인구 감소시대에 병력 확보의 제약 속에서 해군 항공전력의 안정적인 지속 운용을 위한 방안으로서 유ㆍ무인 해상초계기의 복합 운용효과를 사고실험과 시뮬레이션을 통해 분석하였다. 비교 대상은 유인 해상초계기인 P-8A 포세이돈과 무인 해상초계기인 MQ-9B 시가디언으로 선정하였으며, 임무 성공률, 병력 대체효과, 비용 대비 효과성 등을 주요 평가 지표로 삼았다.
분석 방법으로는 사고실험을 통해 기상 조건, 작전 범위, 위협 조건 등 해상초계기 운용에 영향을 미치는 환경 요인의 변화에 따른 정성적 임무 성과와 병력 대체효과를 판단하고, 실험 결과를 토대로 9개 시나리오를 선정하였다. 선정된 시나리오를 토대로 에이전트 기반 모델링(Agent-Based Modeling, ABM)을 실행하여 유ㆍ무인 해상초계기의 임무 성공률과 병력 대체율을 산출하였다. 이어서 Koopman의 탐색이론에 근거한 확장형 확률모형을 적용하여 복잡한 과정을 거쳐 진행되는 ABM을 수학적으로 단순화한 확률적 추상화 기법을 활용하여 ABM의 결과를 교차 검증하였다. 교차 검증 결과, 사고실험과 ABM 및 확률적 추상화는 임무 성공률 및 병력 대체율에 있어서 일관된 경향성을 유지하였다. 이어 비용 대비 효과 분석을 통해 유인 해상초계기는 임무 성공률은 높으나, 비용과 인력 부담이 큰 반면, 무인 해상초계기는 상대적으로 임무 성공률은 낮으나, 비용 절감과 병력 대체효과 측면에서 경쟁력을 보이는 것을 확인하였다.
연구 결과를 분석해 보면, 유ㆍ무인 해상초계기 복합운용을 통해 최대 21% 수준의 병력 대체효과를 확인하였다. 이를 바탕으로 유ㆍ무인 해상초계기 간 최적의 복합 운용전략을 도출하였으며, 해당 전략은 특정 비율로 고정되지 않고, 정책 목표(임무 성공률 보장, 병력 절감, 비용 효율)에 따라 유인 해상초계기 30 ~ 50%, 무인 해상초계기 50 ~ 70% 범위 내에서 유연하게 조정 가능한 가변적 운용 범위를 제시하였다. 이는 유인 해상초계기는 핵심 작전에서 성공률을 보장하고, 무인 해상초계기는 비용 효율과 병력 절감을 통해 항공전력의 지속 운용 가능성을 확보하는 상호보완적 역할을 수행할 수 있음을 의미한다.
연구를 시작하면서 다음과 같은 네 가지 질문을 선정하였다. 연구 질문은 첫째, ‘유ㆍ무인체계 복합운용이 병력 대체효과에 미치는 영향은 어느 정도인가?’ 둘째, ‘기상 조건ㆍ작전 범위ㆍ위협 조건 등 작전환경 요인에 따라 병력 대체효과는 어떻게 변화하는가?’ 셋째, ‘병력 대체율을 고려할 때 유ㆍ무인체계의 효율적인 복합 운용전략은 무엇인가?’ 넷째, ‘병력 대체효과를 반영한 해군 항공전력 구조의 방향은 무엇인가?’ 등이었다.
연구는 이러한 질문에 대해 답을 제시하는 것을 목표로 진행하였으며, 제시된 답변이 향후 해군의 유ㆍ무인 항공전력을 안정적으로 운용할 수 있는 방안을 마련하는데 있어서 기초자료가 될 수 있기를 바라면서 연구를 마무리하였다.

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본 연구는 인구 감소시대에 병력 확보의 제약 속에서 해군 항공전력의 안정적인 지속 운용을 위한 방안으로서 유ㆍ무인 해상초계기의 복합 운용효과를 사고실험과 시뮬레이션을 통해 분석...

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