1. 극초음속무기란?
- 극초음속무기(Hyersonic Weapon)의 일반적 정의: 마하 5(시속 6120㎞) 이상의 속도로 비행하는 모든 무기체계
- 하지만 위의 단지 속도만을 이용한 정의로는 극초음속무기의 종합적인 특성을 포괄할 수 없다. 탄도미사일의 경우에도 대기권 재진입시 마하 5와 비슷하거나 그 이상의 속도를 내기 때문이다.
- 따라서 CSIS 보고서에서 제시하고 있는 3가지 특성을 모두 고려하여 극초음속무기의 개념을 이해하는 것이 좋을 듯 싶다.
- 3가지 특성: ① 마하 5 이상의 속도
② 지속적인 대기권 비행(=저고도)
③ 기동성
2. 주목받는 이유: 게임체인져
- 극초음속 무기는 3가지 특성(초고속, 저고도, 기동성)의 결합으로 지상레이더로는 추적이 어려워 그 요격 난이도가 매우 높다.
- 사실상 현존하는 미사일 방어 시스템으로 요격이 불가능한 것으로 평가되며 탄도미사일 이상의 위협으로 간주된다.
3. 극초음속미사일의 2가지 체계
- 일반적으로 극초음속무기의 경우 추진체계 차이로 크게 '극초음속순항미사일(HCM)'과 '극초음속활공체(HGV)'로 구분된다.
1) 극초음속순항미사일(Hypersonic Cruise Missile, HCM)
- 스스로 추진하는 체계(스크램제트 엔진 탑재)
- 기술장벽이 매우 높은 체계이며, 스크램제트 엔진을 이용해서 지속적인 고속 비행이 가능하다.
- 대표적인 예시: 러시아 3M22 ZIRCON(22년 배치), 미국 X-51 Waverider(개발중), 한국 하이코어(개발중)
2) 극초음속활공체(Hypersonic Glide Vehicle, HGV)
- 부스트-글라이드형 체계
- 탄두부에 별도의 추진체 없이 공력제어를 통해 글라이더처럼 활공하는 체계
- 기존 탄도미사일의 1단 추진체에 글라이더 형태의 활공체(Glide Vehicle)를 탄두에 탑재해서 발사하는 방식
- HGV에 Reaction Control System(추력기 기반의 소형추진시스템)을 장착하여 측면 기동 가능
- 상대적으로 낮은 기술장벽의 체계
- 대표적인 예시: 중국 DF-ZF(19년 배치)
2-1) 부스트-글라이드와 탄도미사일의 차이점: 비행방식
- 상승단계(동일): 통상 탄도미사일처럼 1단 추진체 사용하여 일정고도까지 상승
- 비행단계(차이):
탄도미사일 - 탄도정점을 거쳐 포물선 낙하
부스트-글라이드 - 탄두부가 상승 후 한 차례 급속하강 후 대기권 상층부를 따라 '초고속 활공 비행'. 재돌입체의 배면이 대기권에 대해 일정수준의 양의 받음각을 형성하도록 자세를 제어하며 극초음속 비행에서 발생하는 충격파를 활용, 대기권 상층부에서 미끄러지듯 튕겨 오르며 비행(스키핑 비행). 표적인근에서 고속으로 낙하-돌입하는 방식. 또한 부스트-글라이드는 경사각 조정을 통해 '횡방향 기동'이 가능하다.
2-2) HGV의 군사적 장점
1) 지구 곡률로 의한 미사일 은폐
낮은 고도로 비행할시, 지구의 곡률로 인해 미사일 은폐가 가능하다. 이는 지·해상 미사일탐지체계의 조기 탐지능력을 저하시킨다.
2) 사거리 증가
완만한 각도로 활공비행하기 때문에 동급의 로켓 부스터를 사용하는 탄도미사일에 비해 사거리 50~100% 증가한다.
3) 탄도미사일 요격무기체계 무력화
일반적인 탄도궤도로 비행하는 탄도미사일을 대응하기 위해 설계된 탄도미사일 요격무기체계의 대응능력을 저하시킨다. 스키핑, 횡기동 등은 예상 낙하지점 추정을 어렵게 한다. 또한 위치가 확인된 지대공 무기체계의 요격영역을 우회 가능.
4) 항공모함 등 대형 이동표적용으로 사용가능
레이더 등 유도용 센서 조합시 함공모함과 같은 대형 이동 표적을 상대로도 사용 가능
2-3) 필요기술: 특수소재, 형상설계, 공력제어, 데이터 전송능력 등등..
극초음속활공체를 이용한 무기는 상당한 수준의 첨단기술이 필요하다. 대표적으로 언급된 몇 가지만 간단히 짚어보도록 하겠다.
1) 특수소재 기술
공기저항+공력가열로 인해 비행체 표면에 막대한 열과 압력이 발생.
마하 5 이상 - 1500도 이상
마하 10 이상 - 3500도 이상
따라서 엄청난 압력과 마찰열로 인한 ‘구조변형’을 견뎌 낼 특수소재와 구조에 대한 기술이 필요
2) 형상설계 기술
극초음속 비행으로 비행체 표면에 충격파 형성되며, 장시간의 비행을 위해서는 최적화된 형상설계가 필요함.
3) 공력제어 기술
활공비행을 하기위해서는 이에 적합한 고도의 공력제어 기술 필요
3) 데이터 전송능력
초고속의 탄두부의 움직임을 제어하며 정밀한 타격을 위해서 지휘소와 발사체간의 데이터 전송능력이 필요
3. 북한의 극초음속미사일 시험발사
1) 발사일지
2021-09-28: '화성 8형'
2022-01-05: '신형 미사일'
2022-01-11: '신형 미사일'
2) 엇갈린 주장
북한의 주장 - 극초음속마시일
합참의 주장 - MaRV(Maneuverable Reentry Vehicle)
확실히 HGV와는 다른 외형상 특징을 파악할 수 있다. 발사사진과 KODEF의 자료를 보면 원통형의 몸통으로 미국의 퍼싱과 중국의 DF-15와 그 외형이 유사하다. MaRV의 경우 상승 및 중간단계까지는 일반적인 탄도궤도를 유지하고 종말단계에서 공력제어를 사용하여 기동한다.
하지만 비행궤적 데이터가 공개되지 않은 상태에서 단지 외형만으로 극초음속미사일인지 MaRV인지 단정지을수는 없다.
장영근 한국항공대 교수의 분석에 따르면
원뿔 형상 활공비행체의 경우, 하단의 날개를 통해 Wedge 형상(최대 양항비 4.0) 보다는 작지만 우수한 제어 능력을 갖고 최대 2.0 정도의 양항비를 생성할 수 있기 때문에 충분히 활공이 가능하다고 분석이다. 또한 이번에는 원뿔 형상을 가진 비행체로 HGV의 형상설계를 시험했을 가능성도 있다.
참고로 미 육군이 개발 중인 LRHW(Long-Range Hypersonic Weapon) 극초음속활공비행체(C-HGB; Common-Hypersonic Glide Body)도 90도 간격으로 4개의 꼬리 날개를 가진 원뿔 형상을 가지고 있다.
3) 의문점: 전력화 수준에 대한 의문
북한은 이번 시험발사가 '개발된 극초음속무기체계의 전반적인 기술적 특성들을 최종확증하는데 목적'을 두고 진행되었음을 밝혔다.
이에대해 과연 북한이 전력화 수준의 기술력과 신뢰성을 확보했는가에 대한 의문을 가지게 한다. 북한의 주장인 탄두부가 측면기동을 했다는 점과 연료체계의 암풀화했다는 주장을 믿는다면 핵심기술을 일정 부분 확보했음을 뜻한다고 볼 수 있다. 하지만 현재까지 북한이 시행한 극초음속미사일 시험발사는 3차례로 중국의 9차례의 시험발사와 비교했을 경우에도 횟수가 적다는 점에서 전력화 수준의 충분한 안정성과 신뢰성을 위한 데이터를 확보했는지는 의문이다. 또한 위에서도 언급한 핵심기술들을 확보하기 위해 필요한 고가의 실험장비와 소재 등을 확보 했는지도 의문이다.
이러한 점을 종합해 볼 때, 향후 러시아와 중국을 통한 북한의 추가적인 기술·소재 ·장비 등의 습득을 경계해야 하며 추가적인 극초음속미사일 시험 가능성에 주목할 필요가 있어보인다.
4) 북한의 의도에 대한 개인적인 생각
공개된 데이터가 부재한 상황에서 분석은 한계가 있다.
결국 중요한 것은 북한이 극초음속무기를 통해 얻고자 하는것 즉, 북한의 의도일 것이다.
개인적으로 북한은 북한식 A2/AD를 구축해 나아가고 있다고 생각한다. HGV이건 MaRV이건 한미일의 MD를 무력화시킬 수 있는 방향은 분명하다. 중거리 미사일 사정거리를 생각하면 괌과 주일미군 기지가 포함되며, 나아가 더욱 기술이 발전한다면 현재 시험중인 '화성-17형 추진체'와 장거리HGV, MaRV를 결합하여 미국 본토 타격능력 강화할 수 있을것이다.
더욱이 우크라이나 전쟁은 북한에게 하여금 핵 미사일에 더 집착할 수밖에 없게 만들었다. 핵을 폐기하고 맺은 구속력없는 안전보장이 전쟁을 막지 못한다는 점을 여실히 보여주었기 때문이다.
북한의 계속된 미사일 발사능력 고도화는 동북아의 안보지형을 변화시킬 것이다. 한미일의 새로운 군사훈련과 첨단무기 개발을 가속화 할 것이고, 현재 언급되고 있는 일본 내 미국 중거리 미사일 전력을 배치 옵션을 부채질하는 요소로 작용할수도 있다.
[참고자료]
CSIS, 'Countering the Hypersonic Missile Threat'
KIDA, '북한의 신형 탄도미사일 시험발사 평가 및 함의'
KIDA, '북한 극초음속활강체 개발 의도와 함의'
장영근, '북한 극초음속활공비행체(HGV) 시험발사 분석'
유튜브, '샤를의 군사연구소'
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