[남·북·미 무기 열전 42]  신냉전 시대의 ‘국면 전환자’ 극초음속 미사일

문 경 환 기자 자주시보 4월 2일 서울 

최근 세계 무기 분야의 최대 화두는 극초음속 미사일이다. 

 

극초음속(hypersonic)은 보통 음속의 5배, 즉 마하 5 이상의 속도를 말한다. 

 

그렇다고 마하 5 이상으로 날아가는 미사일을 모두 극초음속 미사일이라고 하지는 않는다. 

 

사실 일반적인 탄도미사일은 대부분 이 정도 속도로 날아가며 심지어 단거리 탄도미사일도 마하 5의 속도를 내는 게 있다. 

 

따라서 극초음속 미사일이라고 하면 단지 속도만 빠르다고 해당하는 게 아니다. 

 

미국의 전략국제연구센터(CSIS)는 속도, 기동성, 지속적인 대기권 비행이라는 3요소를 모두 만족해야 극초음속 미사일이라고 구분한다. (Tom Karako, Masao Dahlgren, 『Complex Air Defense -Countering the Hypersonic Missile Threat』, Rowman & Littlefield, 2022.)

 

예를 들어 일반적인 탄도미사일은 속도 요소를 만족하지만 기동성과 지속적인 대기권 비행 요소는 만족하지 못한다. 

 

일반적인 순항미사일의 경우 기동성과 지속적인 대기권 비행 요소는 만족하지만 속도를 만족하지 못한다. 

 

속도, 기동성, 지속적인 대기권 비행이 극초음속 미사일의 요소로 꼽히는 이유는 극초음속 미사일 개발 목적을 보면 알 수 있다. 

 

2002년 미국이 탄도탄 요격미사일 조약(ABM 조약)을 파기한 후 미국을 비롯한 여러 나라가 탄도미사일을 요격하는 미사일 개발에 뛰어들었다. 

 

방패가 두꺼워지면 방패를 뚫기 위해 더 강력한 창을 개발하는 게 무기 분야의 기본 법칙이다. 

 

따라서 요격미사일을 회피하는 새로운 미사일 개발도 시작되었다. 

 

요격미사일을 회피하려면 ▲속도가 빨라야 하고 ▲정해진 경로로 비행하지 않고 자유자재로 경로를 바꿔야 하며 ▲레이더에 최대한 늦게 걸려야 한다. 

 

속도가 느릴수록 요격이 쉬운 건 당연하다. 

 

순항미사일의 경우 보통 음속보다 느린 아음속으로 비행하므로 요격이 쉽고 심지어 초음속 전투기가 쫓아가서 격추할 수도 있다. 

 

미사일이 정해진 경로로 비행할 경우 적이 미리 경로를 예측해 요격할 수 있다. 

 

탄도미사일의 경우 속도는 빠르지만 정해진 경로로만 비행하므로 요격이 가능하다. 

 

러시아의 극초음속 미사일 킨잘의 경우 경로를 바꾸는 기능이 없어 엄밀한 의미에서 극초음속 미사일이 아니다. 

 

미사일이 레이더에 걸리면 그때부터 상대방이 요격 준비에 들어가기 때문에 최대한 늦게 걸리는 게 유리하다. 

 

지구는 둥글기 때문에 일반적인 레이더는 멀리 있는 물체가 지평선 위로 올라올 때까지 탐지할 수 없다. 

 

따라서 미사일이 최대한 오랫동안 지평선 아래로 저공비행을 하는 게 유리하다. 

 

또 저공비행을 하면 정찰위성으로 감시해도 배경 산란 때문에 감지가 어렵다. 

 

이 때문에 지속적인 대기권 비행 요소가 필요하다. 

 

▲ 비행체 종류에 따른 궤도 비교. 지속적인 대기권 비행을 하는 비행체는 극초음속 활공체(HGV), 극초음속 순항미사일(HCM) 뿐이다.  © CSIS

극초음속 미사일에는 크게 두 종류가 있다. 

 

하나는 극초음속 활공체(HGV)로 보통 이걸 먼저 개발한다. 

 

극초음속 활공체는 일단 미사일에 실려 날아오른 다음 우주로 나가기 전에 분리, 글라이더처럼 활강하며 목적지까지 날아간다. 

 

이때 속도가 마하 5 이상으로 매우 빠르다. 

 

따라서 극초음속 활공체를 개발하려면 공기저항을 이기고 이런 극초음속을 유지하는 기술, 마찰로 인해 표면온도가 2천 도까지 올라가는데 이를 견디는 기술, 활공체 주변에 발생하는 플라스마에 영향을 받지 않는 센서 기술, 극초음속 상태에서 자세와 방향을 제어하는 기술 등 매우 높은 수준의 과학기술력이 필요하다. (황기영 외, 「극초음속 활공 비행체(HGV)의 연구개발 동향」, 『한국항공우주학회지』 제48권 제9호, 2020, 732쪽.)

 

현재 여러 나라가 극초음속 활공체를 개발하고 있으며 실전 배치한 나라는 중국(DF-ZF), 러시아(아방가르드), 이란(파타-2), 북한(화성포-8형, 명칭 미상 원뿔형 미사일) 등이다. 

 

▲ DF-17 탄도미사일에 탑재된 탄두가 DF-ZF 극초음속 활공체다.  © 颐园居

 

▲ 파타-2.  © Gamir88

극초음속 미사일의 다른 종류로 극초음속 순항미사일(HCM)이 있다. 

 

극초음속 순항미사일은 극초음속 활공체와 달리 발사 초기에 높이 올라가지 않으므로 그만큼 상대방이 탐지하기 어렵다. 

 

또 마지막까지 계속 엔진이 작동해 가속하므로 훨씬 복잡한 경로를 그릴 수 있다. 

 

일반 순항미사일에 사용하는 터보제트 엔진은 마하 3 이상에서 효율이 극도로 떨어진다. 

 

따라서 극초음속 순항미사일은 스크램제트 엔진을 사용한다. 

 

▲ 스크램제트 엔진 구조.  © Emoscopes:Luke490

다만 스크램제트 엔진은 극초음속 이하의 속도에서는 작동하지 않으므로 로켓 등을 이용해 초반에 가속해야 하는 단점이 있다. 

 

스크램제트 엔진 자체가 러시아만 상용화에 성공했기 때문에 현재까지 개발된 극초음속 순항미사일은 2023년 1월 실전배치한 러시아의 3M22 지르콘뿐이다. 

 

러시아는 2024년 2월 7일 우크라이나 전쟁에 지르콘 미사일을 사용하였다. 

 

이 밖에 극초음속 대공미사일도 있는데 이는 별도로 다루겠다.