탄도미사일은 어떤 특징을 가지고 있나

 미사일은 제2차 세계대전 당시 독일이 개발한 V-1, V-2 미사일에 의해 처음으로 소개되었다. 나중에 V-1 미사일은 순항미사일로 발전하였고, V-2 미사일은 탄도미사일로 발전하게 되었다. 순항미사일은 사정거리 30∼3000㎞로 지상, 해상, 그리고 공중 어디서든지 발사가 가능하고 다양한 경로 선택이 가능하지만 항공기와 유사하게 공기 흡입방식으로 비행한다. 탄도미사일은 로켓을 이용하여 수직으로 발사된 후 연료 연소가 종료된 시점의 조건에 의해 탄도비행을 하며, 최고 속도는 음속의 수배에서 수십 배가 되고, 최고 고도가 수백㎞에 이르며, 탄착 시 낙하 각도가 크며, RCS가 전투기의 수 십분의 일정도로 일반 탐지레이더로는 탐지가 곤란하다.

 탄도 미사일은 사정거리로 구분

 탄도 미사일은 사정거리에 따라 600㎞ 이하를 단거리 탄도미사일(SRBM, Short Range Ballistic Missile), 1,300㎞ 이하를 중거리 탄도미사일(MRBM, Medium Range Ballistic Missile), 5,500㎞ 이하를 중장거리 탄도미사일(IRBM, Intermediate Range Ballistic Missile), 그 이상의 사정거리를 가진 미사일을 대륙간 탄도미사일(ICBM, InterContinental Ballistic Missile)로 구분한다. 미사일이 낼 수 있는 최대 사정거리는 가용 추진제의 에너지, 추진제의 양, 그리고 부스터가 포함된 발사 중량이 미사일에 의해 비행거리까지 운반되지 않도록 일정 단계에서 소모된 추진장치를 떼어낼 수 있는 능력 등 세 가지에 의해 결정된다. MRBM은 1단 추진체, IRBM은 2단 추진체, ICBM은 3단 추진체를 갖는 것이 일반적인 특징이다.

 탄도 미사일 비행단계

 발사 직후부터 목표지점에 도착할 때까지의 탄도미사일 비행단계는 통상 3단계로 구분하여, 로켓추진단계(boost phase), 중간단계(midcourse phase), 종말단계(terminal phase)로 구분하는데 로켓추진단계는 추력 및 내부유도장치를 이용하여 페이로드(탄두중량)를 특정 속도, 고도 및 발사각을 갖는 위치로 옮기는 단계이며, 중간단계는 지구 중심에 원점을 둔 자유비행단계로 대기권 밖에서의 케플러 타원운동이 이루어지는 단계이고, 종말단계는 고고도에서 대기권으로 재진입 후 목표까지 도달하는 단계이나 일반적으로 400㎞ 이하의 단거리 탄도미사일의 경우 대기권을 벗어나지 못하지만 그 이상의 사정거리를 갖는 탄도 미사일은 대기권을 벗어난 후 다시 대기권을 재진입하는 궤도를 그린다.

 탄도 미사일 속도와 유도방식

 중거리 이상의 탄도 미사일은 로켓으로 미사일이 대기권 밖으로 쏘아 올려져 원심력을 이용하는 탄도비행으로 목표에 도달하게 된다. 이때의 탄도미사일 사정거리는 탄두를 발사할 때의 고도와 속도로 결정되는데 2,000㎞의 사거리를 갖기 위해서 고도 400㎞, 최종연소속도(burn-out velocity) 3.9㎞/sec가 필요하다, 3,000㎞ 사정거리에 필요한 최종연소속도는 5㎞/sec이고, 사정거리 12,000㎞의 ICBM은 최종연소속도로 7.2㎞/sec를 낼 수 있어야 한다. 탄도미사일 범위를 넘어 인공위성 궤도를 형성하기 위해서는 8㎞/sec 이상의 최종연소속도가 필요하며 정지궤도 위성은 11.2㎞/sec의 속도가 필요하다. 탄도미사일의 경우 지상의 목표로 탄도비행을 해야 함으로 최대 속도는 8㎞/sec 이하이어야 한다.

 탄도미사일이 적절한 고도와 속도를 얻기 위해 로켓 부스터를 사용하며 1단 로켓만으로는 전체 중량을 줄일 수 없어 막대한 추진력이 필요하므로 연료낭비가 심하다. 이 때문에 다단식 로켓을 사용해 연소가 끝난 다음 불필요해진 하단부를 분리하여 버리고 중량을 가볍게 하여 연료의 낭비를 막고 적은 추력만으로 필요한 고도와 속도를 얻을 수 있는 특별한 기술력이 필요하다. 대기권 밖에서는 공기의 저항을 받지 않으므로 탄두가 계산대로 비행하지만 대기권 진입 이후에는 열과 바람 등으로 인해 예상대로 낙하되질 않는다.

 탄도미사일을 목표에 명중시키기 위해서는 미사일 유도에 관성항법시스템 외에 대기권 돌입 후의 종말단계를 제어하는 유도기술이 필요하다. 이것 중의 하나가 미국의 퍼싱 Ⅱ에서 사용하는 RADAG(Radar Area Guidance) 방식이다. 탄두가 대기권에 진입하여 목표를 향해 낙하하는 과정에서 탄두 앞에 탑재한 레이더로 지상의 목표를 탐지 식별하여 탄두를 목표의 중심으로 유도한다. 유도 장치인 가스분사장치를 이용하여 낙하궤도를 변화시킨다.

 탄도 미사일 추진제

 비행기와 순항미사일은 추력을 얻기 위해 연료를 분사시키는데 필요한 산소를 대기권에서 얻을 수 있지만 진공 속을 날아가는 로켓은 자체적으로 산소를 갖고 있지 않으므로 내부에 지니고 있는 것이 산화제이다. 로켓에는 크게 나눠 액체로켓과 고체로켓이 있다. 액체로켓에는 연료탱크, 산화제탱크, 연료와 산화제를 연소시키는 엔진 등으로 구성되어 있다. 고체로켓은 그레인이라 불리는 고체 추진제, 연소실, 점화장치 등으로 이루어져 있다. 액체로켓은 구조가 복잡하고 산화제로 액체산소를 사용할 경우 액체산소를 상온에서 미사일 내부의 탱크에 보관할 수 없으므로 발사 직전에 주입해야 하는데 주입시간이 많이 걸리기 때문에 미사일을 즉시 발사할 수 없는 단점이 있다. 하지만 제어성이 뛰어나 연소를 중단시키거나 재 점화시키는 등 추진력 조정이 가능한 장점이 있다. 고체로켓은 다루기 쉽고, 저장이 간단하고, 보존이 유리하며, 연소면적을 크게 함으로서 큰 추력을 얻을 수 있다는 장점이 있다. 반면에 일단 점화시키면 중단했다 재 점화시키는 것은 불가능하다.

 북한의 대포동 미사일

 1994년경 미 인공위성은 북한이 2단 로켓 형태의 새로운 미사일을 개발하고 있다는 사실을 포착하고 미국은 실험이 진행된 장소 즉 대포동(현재의 무수단리)의 지명을 따서 이 미사일의 이름을 '대포동 미사일'로 명명하였다. 1998년에 발사된 바 있는 대포동1호 미사일은 노동미사일을 1단 로켓으로 사용하고 스커드-C 미사일을 2단 로켓으로 구성하고 있으며 액체 추진제를 사용하고 있는 것으로 알려져 있는데 사정거리는 1,700∼2,200㎞로 추전된다.

 2006년 발사된 대포동2호 미사일은 1단 부스터용으로 중국의 동풍-3 중장거리 미사일을 사용하고, 2단용으로는 노동미사일을 사용한 것으로 사정거리는 4,000∼6,000㎞로 추정되고 대포동2호도 액체추진으로 산화제와 액체연료가 사용된 것으로 판단된다.

 미국이 대포동 미사일에 심각한 안보위협으로 느끼고 있는 것은 사정거리의 증가와 탄두에 핵과 화학탄을 장착하였을 때의 파괴력 때문이다. (konas)

 김병용 (한국국방연구원 연구위원)