'철매-Ⅱ'의 기본형은 중고도(10~15㎞)를 비행하는 적의 항공기를 요격하는 지대공유도무기이다. (사진제공=국방과학연구소)

[장상근 국방과학연구소 前 수석연구원]미사일방어시스템(MD)의 운용 개념은 다음과 같다. 먼저 탄도미사일의 발사 순간을 조기경보위성이 먼저 탐지를 한다. 지구는 둥글기 때문에 수평선 너머의 물체를 레이더로 포착하기 어려워 어느 정도 높이 날아올라야 레이더로 탄도미사일을 탐지할 수 있다. 탄도미사일의 궤적은 수직으로 쏘아올려 로켓이 분사되는 가속단계에서 미사일이 표적을 정확히 향하도록 궤적을 조정하며, 로켓연소가 끝나면 관성으로 표적을 향해 날아간다.

대부분의 탄도미사일은 상승단계 후반에 탄두를 분리하는데, 이때 미사일 탄두 뿐 아니라 적을 교란시키기 위하여 디코이(Decoy)도 방출한다. 일정고도 이상에서는 공기 저항이 없기 때문에 가벼운 디코이도 무거운 실제 탄두와 동일한 궤적으로 날아간다.

대기권에 들어오면 공기 저항으로 디코이의 속도가 느려져 탄두와 구별되지만 탄착까지 시간이 얼마 남지 않아 방어시스템에서 대응하기 어려워진다. 레이더를 이용한 탄도미사일 탐지가 이루어지면 요격미사일 발사가 이루어지며 탄도탄의 비행단계에 따라 대응하는 요격미사일 종류가 다양하다. 탄도미사일 상승단계에서 요격하는 시스템과 GMD(Ground Based Midcourse Defense)와 같이 탄도미사일의 중간비행단계에서 요격하는 시스템, 사드(THAAD)와 같이 탄도미사일의 종말단계에서 요격하는 시스템 등으로 분류할 수 있다.

상승단계 요격시스템은 공중발사 레이저로 요격하는 시스템도 개발 중인데, 현재로서는 미사일에 의한 요격과 레이저 등 에너지로 요격하는 시스템 간의 효과 측면에서 의견이 분분한 상태다.

미사일 기술은 날로 발전하고 있는 바, 최근에는 미사일방어시스템(MD)의 성능이 고도화됨에 따라 이에 대한 생존성을 높이기 위하여 HGV(Hypersonic glide vehicle) 등과 같은 Hypersonic Weapon 기술 개발이 중국, 러시아, 미국 등에서 활발히 진행되고 있다. 다른 나라에 선수를 뺏기지 않으려는 연구개발 투자의 노력을 엿볼 수 있다.

극초음속 무기는 이제 더 이상 공상 과학만화에서만 나오는 무기가 아니다. 상대방보다 더 빨리 표적에 도달할 수 있는 무기를 가졌다면 승리는 눈앞에 있게 될 것이다. 탄도미사일은 탄도궤적을 갖게 되어 방어시스템에서 궤적 예측이 비교적 쉬운 반면에 극초음속무기(Hypersonic Weapon)는 임의의 기동을 하면서 목표지점으로 비행하기 때문에 비행궤적 예측이 상대적으로 어렵게 된다. 미국의 X-51A Waverider와 HAWC(Hypersonic Air breathing Weapon Concept), 중국의 WU-14 등은 이 분야의 선도적인 시스템 개발 사례이다. 창과 방패의 싸움은 끊임없이 지속되는데, 미국에서는 이러한 Hypersonic Weapon을 요격하는 시스템(Hypersonic Defense) 연구에 착수하겠다는 발표도 있는 상황이다.

▲ 핵 억제와 상호확증파괴= 한편, 미사일 개발의 전략적 관점에서 많이 거론되는 핵 억제와 상호확증파괴에 대하여 간략히 소개한다. 냉전 시대에 핵무기를 보유하며 첨예하게 대립했으나 실제로 핵무기가 사용된 적은 없다. 쏘지 못하게 만드는 것이 최선이라는 인식으로, 핵전쟁이 벌어지면 상대방과 함께 파멸한다는 상태를 일컫는 상호확증파괴(MAD, Mutual Assured Destruction) 개념이 자리 잡았다. 이러한 MAD 상태를 유지하는 전략들이 국가별로 고려되고 있다.

미사일 개발에는 다양한 물리학, 수학적 이론이 녹아있으며, 항공·전기·전자·전산·기계 등 수많은 첨단기술이 접목되어 있다. 조금 더 구체적으로 설명하면, 제어/전자 기술 분야에서는 정밀제어, 지능제어, 항법센서, 초소형 MEMS(미세전자제어기술: Micro Electro Mechanical Systems) 등의 기술이 적용되며, 기체 구조 및 발사 기술에서는 유동해석, 유동제어, 열방어 기술, 자율발사 및 전자기력 발사기술이, 센서 기술에서는 안테나, 신호처리, 반도체 기술과 영상처리, 광역전파교란, 우주환경기술 등의 첨단기술이 활용가능하다.

정보통신 기술에서는 실시간 임베디드 시스템 기술, Modelling & simulation, 정보융합, 빅 데이터, 가상/증강 현실, 사물인터넷 및 정보보호 등의 4차 산업혁명 관련기술이 활용성이 높다. 추진기술에서는 고에너지, (극)초음속용 엔진기술, 열통제 등의 복합 기술이 접목 가능하며, 소재 기술에서는 지능형/스마트 구조재료, 지능형 다기능 복합소재 및 나노 소재 기술 등의 첨단 기술 활용도가 높다. 젊은 인재들이 미사일 기술개발 발전에 기여할 수 있는 분야가 많다고 할 수 있다.

최근에는 마이크로프로세서, 센서 및 네트워크 기술이 발달함에 따라 다양한 영상정보와 정보 공유를 통한 미사일의 고지능화 및 고속화 추세로 나아가고 있으며, 특히 요즈음 4차 산업혁명에서 각광받고 있는 인공지능(AI) 기술들이 미사일 기술에도 점차적으로 접목되고 있다. 이러한 기술 발전에도 불구하고 수백 년 전의 과학적 원리가 변함없이 함께 한다는 것은 놀라울 따름이다.