북한이 개발한다는 극초음속 미사일은 무엇?

편집자주: 얼마전까지만 해도 러시아, 중국, 미국 3개국만 성공했던 극초음속 미사일 발사를 북한도 성공했다는 소식이 나오면서 극초음속 미사일에 대해 관심이 집중되고 있다. 극초음속 미사일에 대해 간결하게 설명한 안보 행사 및 미디어 단체인 디펜스아이큐의 인터뷰를 축약해 소개한다.
원문: Hypersonic Missiles:What are they and can they be stopped?

극초음속 미사일이 무엇인가?

극초음속 미사일이란 마하 5, 그러니까 음속 5배 이상의 속도로 이동할 수 있는 미사일을 말한다. 고도와 온도에 따라 편차를 보이지만 음속 5배는 대략 시속 6,125km, 초속 1,700m의 속도다. 러시아의 최신형 공대지-공대함 극초음속 순항미사일인 KH-47M2 킨잘은 마하 10(시속 12,347km)에 도달할 수 있고 1,931km 거리를 갈 수 있다고 러시아는 주장한다.

비교를 위해 살펴보자면, 미국과 영국 해군이 주로 사용하는 장거리 지상공격 순항미사일인 토마호크는 대략 시간당 880km, 즉 음속 이하의 속도로 이동하며 최대 2,414km 거리를 갈 수 있다.

(필자주 - 북한은 극초음속 미사일 시험발사를 지난 28일 성공했다고 주장했다. 북한 “새로 개발한 극초음속미사일 ‘화성-8형’ 시험 발사 진행”)

북한이 극초음속미사일 ‘화성-8형’ 시험발사하는 모습. 북한 노동신문 캡쳐ⓒ뉴스1

극초음속 미사일은 극초음속 순항미사일과 극초음속 활공비행체 등 두 가지 유형이 있다.

- 극초음속 순항미사일은 고속 제트엔진을 사용해 마하 5보다 빠른 극한의 속도로 이동한다. 극초음속 순항미사일은 전통적인 대륙간탄도미사일(ICBM)과는 달리 목표물을 맞추기 위해 중력을 이용하지 않는다.

- 극초음속 활공비행체는 로켓 부스터에 의해 아치형 궤도를 따라 우주로 발사 되었다가 부스터에서 분리된 후 초음속으로 대기권에 재진입해 40~100km 고도에서 탄두를 싣고 활공한다. 극초음속 활공비행체가 음속을 돌파할 때 자체 양력으로 의해 충격파가 발생하는데, 극초음속 활공비행체는 자기의 공기역학적 형태 덕분에 이를 타고 지금의 미사일 방어 시스템을 피할 수 있는 속도를 충분히 내고 공기력을 십분 활용해 목표물에 도달한다.

극초음속 미사일이 군사작전에 사용되면 미사일 공격력과 미사일 방어체계 간의 간극이 엄청나게 커질 것이다. 쉽게 말해 극초음속 미사일을 요격할 수 있는 미사일 방어체계는 없다. 바로 그렇기 때문에 극초음속 무기 개발 경쟁이 중요한 것이다.

극초음속 미사일은 철저히 비밀에 붙여졌지만 최근 몇 달 동안 많은 국가가 극초음속 미사일 실험이 성공했다며 미래 프로젝트를 발표했다.

극초음속 미사일은 어떤 영향을 미칠까

극초음속 미사일은 (이동식 탄도 미사일 발사기가 목표물일 때처럼) 재빠른 공격이 필요하거나 항공모함처럼 견고하게 방어되고 있는 목표물을 공격할 때 아음속 무기나 초음속 무기에 비해 큰 이점이 있다.

극초음속 미사일을 개발하고 배치한 국가는 공격력이 향상되고 잠재적으로는 다른 국가를 강제할 수 있는 수단을 갖출 수 있다. 특히 지역의 강대국이 주요 목표물을 극초음속 무기로 공격하겠다는 협박으로 이웃 국가를 강압하려는 경우 효과적일 것이다. 그렇기 때문에 극초음속 무기가 확산되면 힘의 균형이 흔들려 지역이 불안정해질 수 있다.

극초음속 미사일을 갖춘 국가가 공격을 감행할 경우 공격을 받는 쪽은 탑재된 탄두가 재래식인지 핵탄두인지 알 길이 없고, 미사일은 극초음속으로 날아오니 의사결정할 시간은 매우 짧아서 대응하기가 매우 어려워진다.

잠수함에서 발사할 수 있는 극초음속 미사일이 개발되면 핵잠수함 특유의 잠행능력과 극초음속 미사일의 속도가 결합되어 다른 국가의 지도자나 수뇌부를 사살하는 참수작전의 위협이 커진다.

아음속, 초음속 및 극초음속의 차이점은 무엇인가

- 아음속 미사일은 음속보다 느리다. 미국의 토마호크 순항미사일과 프랑스의 엑조세, 인도의 니르베이와 같이 가장 잘 알려진 미사일들의 대부분이 아음속이다. 마하 0.9 정도의 속도로 이동하는 아음속 미사일은 느리기 때문에 요격이 쉽지만, 현대전에서 여전히 큰 역할을 한다. 생산비가 상대적으로 훨씬 낮고 일어날 수 있는 거의 모든 기술적인 문제가 해결됐기 때문이다. 게다가 속도가 느리고 크기가 작기 때문에 전략적 이점도 있다. 연료효율성 때문에 목표물에 근접할 수 있고, 속도가 비교적 느리기 때문에 군 고위 의사결정자들이 공격을 계속할지 포기할지 결정할 수 있는 충분한 시간을 준다. 초음속이나 극초음속 미사일의 경우 이런 결정을 내려야 하는 시간이 불과 몇 분으로 단축된다.

- 초음속 미사일은 음속보다 빠르지만 마하 3보다는 느리다. 대부분의 초음속 미사일은 마하 2~마하 3의 속도로 이동한다. 가장 잘 알려진 초음속 미사일은 가장 빠른 인도와 러시아의 합작 미사일 브라모스로 시속 3,380~3,701km에 도달할 수 있다.

- 극초음속 미사일은 음속의 5배인 마하 5보다 빠른데, 현존하는 방어체계로는 이를 막을 수 없다. 그 결과 미국, 러시아, 중국, 인도 등 많은 군사 강대국들이 극초음속 미사일 개발에 매진하고 있다. 그러나 초음속으로 인한 극한의 온도를 견디면서 미사일의 연소를 어떻게 지속시킬 것인가 등 해결해야 하는 기술적 문제가 많다.

어떤 나라들이 극초음속 미사일을 개발하고 있는가

미군 고위급을 통해 나오기도 했는데, 극초음속 미사일 경쟁에서 미국이 러시아와 중국에 뒤쳐지고 있다는 얘기가 많다. 이는 어느 정도 사실이다.

미국

미국은 다양한 첨단 극초음속 시스템을 개발하고 있으며, 최근에는 극초음속 재래식 타격무기와 AGM-183A 공중발사 식속 대응 무기의 두 시스템 개발과 관련해 록히드마틴과 각각 9억 2,800만 달러와 4억 8,000만 달러의 계약을 맺었다.

하지만 미국은 러시아나 중국에 비해 극초음속 미사일의 실용화에 신경을 덜 썼다는 지적이다. 러시아나 중국은 구체적으로 미국의 미사일 방어 체계를 염두에 두고 접근거부(A2/AD) 능력을 개발하고 있다. 이에 반해 미국은 러시아나 중국만큼 극초음속 시스템 개발에 중점을 두지 않고, 정확도가 그다지 중요하지 않은 핵무기보다는 정밀 타격이 가능한 장거리 재래식 시스템의 업그레이드에 초점을 맞추고 있다.

이를 감안해 미국이 핵추진 항모전단에 지나치게 의존한다는 지적이 나오기도 한다. 극초음속 미사일을 실용화하면 러시아와 중국은 공습의 작전 범위에 도달하기 전에 극초음속 미사일로 미국의 항모전단을 공격할 능력을 갖출 것이다. F-35 스텔스 전투기들의 전투행동반경이 725~965km인데 극초음속 미사일은 사거리가 1930km를 넘을 수 있기 때문이다.

브라모스와 같은 초음속 미사일들은 현재 사거리가 대략 595km이지만, 활공비행체를 사거리가 더 늘어날 수 있다. 항공모함들이 효과적인 위협이나 공격을 하려면 적대지역에 위험할 정도로 가까이 접근해야 한다.

미국은 2019년에 7,170 달러의 국방예산을 승인한 국방수권법을 통과시켰다. 그리고 미국이 미사일 경쟁에서 지난 10년간 극초음속 미사일 개발에 자원을 쏟아부은 러시아와 중국과의 격차를 좁히려고 노력하기 시작했다.

영국과 프랑스가 공동개발 중이 극초음속 미사일 페르세우스. 그림은 2011년 파리 에어쇼에서 공개된 것이다.ⓒ그림=MBDA

영국과 프랑스

영국과 프랑스 해군은 2011년부터 각각 노쇠한 하푼과 엑조세를 대체할 극초음속 미사일을 공동개발 중이다. 개발 중인 페르세우스는 초소형 연속폭파엔진을 중심으로 제작된 램제트 모터로 구동되는 민첩하고 감지하기 어려운 기체를 가질 예정이다. 페르세우스는 2030년쯤에 실용화될 것으로 보인다.

중국

중국은 극초음속 여러 개의 미사일 개발 프로젝트를 추진 중이다. 그 중 탄도 미사일 발사 극초음속 활공비행체인 DF-17은 실전 배치가 곧 이뤄질 것이라 추정되고 있고, 스크램제트 구동 미사일인 링윈은 이미 공개됐다.

중국은 실제로 군사작전에 활용될 수 있어야 한다는 독트린에 따라 미국의 항모전단이 작전 범위 내로 들어가지 못하도록 막아낼 무기를 개발 중이다. DF-ZF는 단거리에서 중거리의 극초음속 미사일 활공비행체로 실용화되면 그 목표를 달성할 수 있다. 중국이 해군력으로 경쟁하지 않고도 장기적인 전략적 목표를 달성하게 되는 것이다.

그뿐 아니다. 중국은 스타리 스카이2 극초음속 활강비행체도 성공적으로 시험한 것으로 알려졌다. 스타리 스카이2 는 최고 마하 6에 이를 수 있고, 비행 중에 방향을 바꿀 수 있으며, 재래식 탄두와 핵탄두 모두를 탑재할 수 있다. 5년 후면 스타리 스카이2가 실용화될 것으로 보인다.

러시아

바다 건너에 있는 미국뿐만 아니라 가까이에 있는 유럽 NATO 회원국과도 경쟁해야 하는 러시아는 단거리와 장거리 미사일 모두를 가져야 한다는 독트린에 따라 U-71, 브라모스II, 3M22 지르콘 등 수많은 미사일을 가지고 있다.

러시아는 이미 극초음속 운용체계인 공중발사 탄도미사일 KH-47M2 킨잘을 배치했다. 공중발사 탄도미사일인 KH-47M2 킨잘은 마하 10에 도달할 수 있고 사거리가 1,931km에 이른다고 한다. 실전 배치된 러시아의 또 다른 극초음속 미사일은 아방가르드이다. 아방가르드는 대륙간 탄도 미사일로 발사되는 극초음속 활공비행체다.

러시아의 극초음속 미사일 킨잘이 러시아 공군의 미그-31K 전투기에 탑재돼 있다.ⓒ사진=뉴시스/AP

게다가 러시아의 극초음속 크루즈 미사일인 3K22 지르콘이 곧 실전 배치된다고 한다. 지르콘은 해상과 지상에서 발사되며 마하 4.5와 마하 6과 사이의 초음속과 극초음속으로 비행하며 사거리가 480~1000km이다.

극초음속 미사일을 막을 수 있는가

현재로서는 극초음속 미사일을 막을 방법이 없다. 하지만 기술이 발전하면 이를 막아낼 방법도 등장할 것이다. 지향성 에너지 무기 또는 살인광선, 입자 빔 등 비운동성 무기들을 활용한 방어체계가 가능성 있을 거라는 추측이 많다.

극초음속 미사일의 가치

극초음속 무기는 목표물을 맞추는데 걸리는 시간, 적이 공격을 알아차릴 시간, 방어체계들이 이에 맞설 시간 모두를 단축 시킨다.

극초음속 무기들이 현재의 지대공 및 공대공 미사일 체계의 다음 단계임에는 틀림이 없다. 하지만 극초음속 미사일 체계가 전통적인 정밀 타격 역할을 하려면 강력한 정보, 감시, 표적획득과 정찰의 정교한 네트워크가 필요하다. 직접인 공격, 사이버 공격 혹은 전자 공격으로 이 네트워크를 훼손하면 장거리 극초음속 미사일의 작전 효율성이 크게 떨어질 수 있다. 킨잘이나 아방가르드와 같은 장거리 미사일체계에서는 어렵겠지만, 발사 플랫폼을 타겟으로 상대의 반격을 불러일으키지 않을 만한 우회적인 조치들을 활용하는 것도 가능하다.

중-장기적으로는 지향성 에너지 무기와 전자기 발사기, 향상된 미사일 요격 미사일로 극초음속 위협에 대응할 수 있을 것이다. 미 해군은 이미 미사일과 드론 등을 표적으로 삼을 수 있는 최대 150kW 레이저를 함선들에 장착했고 그보다 100만 배 더 강력한 레이저 무기를 개발 중이라고 한다.

미국의 미사일방어청이 제안한 또 다른 대응책이 있다. 우주에 있는 위성과 센서들을 연계해 네트워크를 구축하면 세계적으로 극초음속 활강비행체를 추적할 수 있다는 것이다. 이것이 이뤄진다면 극초음속 무기를 막아낼 방어체계개발에 중요한 첫걸음이 될 것이다. 미국은 차세대 오버헤드 영구 적외선 위성 개발을 위해 록히드마틴과 29억 달러 계약을 맺었다. 미국이 현재는 불가능한 초음속과 극초음속 무기의 조기 탐지를 위해 이 위성들을 활용할 가능성이 매우 높다.

하지만 이 모든 것은 미래 얘기다. 현재는 미국과 러시아, 중국이 극초음속 미사일의 개발 및 실용화를 위한 치열하게 경쟁하고 있다. 그리고 현재 극초음속 미사일을 막을 방법이 없어 그 전략적 가치는 말할 수 없이 크다.

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정혜연 기자 응원하기

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