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“완전히 무장한 군인들로 구성된 부대가 험비 장갑차 뒤를 바짝 뒤쫓아 도심 전장의 폐허를 조심스럽게 지나간다. 그들 전방 약 1km 하늘에는 작은 소형항공기(드론)가 제자리를 맴돌고 있다. 갑자기 한 군인이 양손으로 눈을 움켜쥐고 비명을 지르고 연기가 손가락 사이로 말려든다.”

사우스차이나모닝포스트는 15일 레이저 총을 탑재한 공격용 소형 드론의 위력에 대한 가상 시나리오를 이렇게 소개하면서 중국 기술진이 이러한 첨단 공격 드론 개발에 성공했다고 보도했다.

이에 따르면 중국 인민해방군 산하 중국 국방과기대학(國防科技大學) 연구진이 그동안 불가능한 것으로만 여겨져 왔던 사람은 물론 장갑차 철판까지 뚫는 초강력 레이저총을 탑재한 소형 드론 개발에 성공했다. 이 매체는 최근 레이저 전문가 ‘크레이지 리(Crazy Li)’가 이끄는 연구진이 이같은 위력적인 무기를 개발했다고 전했다.

소형 드론에 강력한 레이저총을 탑재할 수 있는 기술력은 지금까지 불가능한 것으로 여겨져 왔기에 주목받고 있다. 이를 이용하면 육안으로는 피아 식별조차 불가능한 1km 밖 거리에서도 적군을 정확히 공격할 수 있다.

사우스차이나모닝포스트는 소비자용 드론과 같은 소형 플랫폼은 절대 그런 강력한 고출력 레이저 무기나 그에 필요한 에너지 공급체계를 운반할 수 없다는 것이 통념이었지만 중국기술팀이 이를 극복했다고 보도했다.

소형 플랫폼에서 생성된 고출력 레이저의 위력

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중국 국방과학기술대학의 리샤오와 그의 동료들은 최근 일반적으로는 트럭 크기의 장비가 필요하기에 불가능한 것으로만 여겨졌던 장거리 살상능력을 갖는 레이저 빔 생성 문제를 해결했다.

이들은 드론이 지상에서 강력한 레이저 빔을 받아 적 목표물로 정밀하게 방향을 바꿀 수 있는 작고 가벼운 장치를 발명함으로써 이 한계를 극복했다.

이 강력한 레이저빔은 불과 5마이크로와트(1μW=100만분의 1와트)의 출력만으로도 적 병사를 실명시킬 수 있을 정도다. 이 광선은 1밀리초(1밀리=1000분의 1) 동안만 접촉해도 인체 조직이 기화되고 그을려 버릴 정도로 위력적이다. 플라스틱, 나무, 직물과 같은 재료는 거의 즉시 발화하거나 분해된다. 2.54cm 두께의 철판조차도 이 1kW 출력의 레이저총의 파괴력에 견디지 못한다.

시나리오에 따르면 이들의 단일 소형 드론은 1080나노미터 파장의 근적외선 레이저 빔을 쏘아 완전 무장한 군인 분대와 맞설 수 있다.

소형 드론속 고출력 레이저 무기의 비밀

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다만 kW급 레이저는 여전히 소형 드론에 탑재하기엔 너무 무겁고 부피가 크다. 그렇다면 샤오와 그의 팀은 어떻게 이런 무기를 개발했다고 주장할 수 있을까.

그들도 레이저 발생 장치를 드론에 탑재할 수 없었다. 하지만 이들은 드론이 레이저를 쏠 수 있도록 하기 위해 묘안을 냈다.

즉, 무게와 크기의 한계를 극복하기 위해 레이저 생성 장치를 드론 동체에 탑재하지 않고 드론이 지상에서 목표물로 보내는 레이저를 중간에서 받아 반사해 쏘도록 했다. 이를 위해 이 드론에는 망원경을 닮은 두 개의 관(管)이 있는 간단하면서도 효과적인 레이저 빔 방향 전환 장치가 장착됐다.

연구를 이끈 리샤오에 따르면 이 관 중 하나는 이동식 지상 기지국에서 방출된 근적외선 레이저 빛을 수집해 이를 다른 튜브로 전달함으로써 “금속을 절단하기에 충분한” 강력한 빔을 표적에 반사한다. 관은 초정밀 고도 서보 메커니즘과 방위각 턴테이블에 의해 안내되며, 고성능 반사거울이 이들 사이의 광학 경로를 연결한다.

이같은 방식으로 드론의 레이저 출력을 30kW 이상으로 높이고 건물과 같은 장애물 주변에서 빔이 휘어지게 해 목표물을 타격할 수 있다.

근적외선 레이저는 사람의 눈에는 보이지 않으며, 그 원천을 탐지하기 위해서는 특별한 장비가 필요하다. 1kW, 1080nm 레이저는 일반적으로 금속을 용접, 절단 및 드릴링하는 데 사용되는 클래스4 레이저로 간주된다. 1080nm 파장은 스테인리스강, 탄소강, 알루미늄과 같은 금속에 특히 잘 흡수되며, 이를 이용하면 금속을 빠르게 녹여서 용접할 수 있다. 달리 말하면 이 레이저총은 조건이 맞을 경우 1kW 출력에서 2.54cm 두께의 장갑 철판을 녹이는 데 약 17초가 걸린다.

연구팀은 향후 적용을 통해 이 장치가 장착된 여러 대의 드론이 표적을 감지하고 지상에서 레이저 지원을 요청할 수 있어 응답 속도를 향상시킬 수 있다고 강조했다.

고정밀 겨냥의 장애물인 ‘진동 문제’ 어떻게 해결했나

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중국 연구진의 논문에 따르면 이들은 새로운 레이저 드론과 관련된 대부분의 기술적 과제를 해결했다. 이 드론 성공의 주요 장애물은 비행 중 발생하는 진동인데 이는 결정적으로 레이저 빔을 산란시켜 목표물 타격 정밀도를 떨어뜨릴 수 있다.

리샤오에 따르면 이 장치는 이 문제를 방지하기 위해 뛰어난 진동 차단 기술을 필요로 했다.

여기에는 앞서 이룩한 중국과학자들의 기술적 진전이 활용됐다.

중국은 지난 2016년 세계 최초로 양자 위성을 발사해 공상과학(SF) 속의 초장거리 레이저 조준 기술을 현실화했다.

최근 몇 년 동안 중국 과학자들은 모바일 기기에서의 초정밀 시각 동기화에도 상당한 진전을 이루면서 지능형 무기 플랫폼 간의 조정 정확도를 크게 향상시켰다.

이를 통해 서로 다른 플랫폼에서 방출되는 마이크로파나 레이저를 결합해 하늘에서 강력한 에너지 빔을 만드는 등 한때 불가능하다고 여겨졌던 기술적 돌파구를 마련했다. 이러한 발전으로 인해 먼 거리에서 시스템 간의 조정과 통신이 더 쉬워졌다.

강력하지만 지대공 레이저에 그친 서방세계

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미군과 영국군이 중국국방과기대학이 만든 레이저총 발사 드론의 빔보다 훨씬 더 강력한 지대공 레이저총을 개발해 놓고 있지만, 병사들이 전장에서 이런 위력적 레이저 기술을 사용하는 드론과 맞닥뜨린다는 것은 또다른 일이다. 진정으로 두려운 일일 것이다.

지난 한 달 동안 오픈AI, 메타, 앤트로픽은 이러한 위협에 대응하기 위해 군수회사인 안두릴 인더스트리, 팔란티어 등과 파트너십을 맺었다.

레이저 무기의 장점

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믿을 수 없을 정도로 멋져 보이는 것 외에도 레이저 무기의 장점은 무엇일까.

기존 하드웨어 무기에 대비되는 레이저의 가장 분명한 장점은 레이저가 광선이기 때문에 빛의 속도로 이동한다는 점이다. 마하 7(시속 8346km)로 이동할 수 있는 극초음속 미사일이 꽤인상적이지만 레이저 빔은 초속 30만km로 이동한다. 이는 음속의 87만2705배(마하 87만2705)다. 따라서 레이저총에 맞는 사람은 맞을 때에야 이를 알아챌 수 있다.

레이저 무기를 돋보이게 하는 또 다른 점은 정확도가 뛰어나다는 점이다. 이상적인 조건이나 비교적 짧은 거리에서는 표적에 정확하게 배치할 수 있다. 실제로 레이저 조준경은 이제 권총과 소총에서 흔히 볼 수 있는 아이템이 됐으며 사수가 의도한 대로 더 잘 맞출 수 있다. 아이러니하게도 발사될 때 총알은 활모양의 경로를 따라가기에 사수가 보정해 줘야 하지만 레이저는 완벽하게 직선으로 움직이기에 그럴 필요가 없다. 레이저가 충분히 강력하다면 탄약은 잉여분으로 남게 될 것이다.

레이저는 또한 제어하기가 매우 용이하다. 원하는 손상의 양을 정확히 유발하도록 설정할 수 있다. 심지어 손상 대상(재료)을 판별할 수도 있어 빔이 한 가지 대상은 파괴하되 바로 옆에 있는 다른 것에는 영향을 미치지 않게 할 수도 있다. 또한 레이저는 반동이 없기 때문에 (탄알 발사시의) 충격 흡수 메커니즘이 필요하지 않다. 게다가 이 무기는 충분한 전력이 공급되는 한 발사당 13센트(약 190원)이라는 저렴한 가격으로 무한정 사용할 수 있다.

그러나 심각한 단점도 있다.

레이저는 엄청난 양의 전력이 필요하고 발전기의 부피가 크다. 휴대용 레이저 권총을 기대하기 힘든 이유다. 이러한 장비에 전력을 공급하는 데 필요한 배터리는 매우 강력하고 위험해 수류탄으로 사용해도 좋을 정도다.

레이저는 또한 에너지 효율성 측면에서 매우 비효율적이기도 하다. 출력을 내는 데 사용되는 대부분의 에너지가 열로 낭비되고, 먼지, 연기, 구름, 비, 안개, 난류에 의해 차단될 수 있으며, 가장 강력한 레이저 중 일부는 대량의 위험한 독성 화학 물질을 필요로 한다.

이재구 기자

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