[미사일, 8가지 궁금증] 장거리 미사일에는 액체연료 사용

잠수함에서 발사할 땐 압축공기 이용… 발사체 기술은 러시아가 으뜸

1. 미사일과 대포는 어떻게 다른가 둘 다 불(火)의 힘을 이용, 파괴력(에너지=질량×가속도)을 원하는 곳까지 다다르게 하는 점에서는 비슷하다. 대포는 포탄을 관(Tube) 속에서 발사, 연소하는 화약에 의해 발생하는 가스(Gas) 압력으로 포신을 따라 가며 가속도를 얻는다. 포신의 각도에 의해 탄도(포탄의 궤적)가 조절된다. 특별한 보조 장치를 부착하지 않는 한 대포의 사정거리는 40㎞ 정도로 한정된다. 현재 미 해군은 125㎞ 이상을 날아가는 정밀 유도 대포를 시험하고 있다. 반면 미사일은 파괴력을 목표까지 다다르게 하는 추진장치(엔진)와 폭발물(탄두), 그리고 파괴력을 목표에 명중토록 안내하는 유도장치가 한몸을 이룬다. 대포와는 달리 관(포신)에서 발사되는 것이 아니라 자체에 내장한 추진제를 연소하여 고온고압의 가스를 분사함으로써 그 반작용으로 추진된다. 추진장치의 위력에 따라 사정거리 5000㎞ 이상의 대륙간 탄도미사일(ICBM)도 만들어진다. 탄두의 크기나 무게도 추진장치의 위력에 따라 결정되는데 스커드(SS-1 Scud)의 경우 직경 85㎝, 길이 100㎝에 1t(2200파운드) 정도의 운반능력을 갖는 것으로 알려져 있다. 2. 탄도미사일은 목표를 어떻게 추적하나 지대지 탄도미사일의 조준 방식은 기본적으로 포신각을 조절하여 탄도를 조절하는 대포 조준 방식과 유사하다. 탄도미사일의 비행 경로는 정점을 기준으로 양쪽이 대칭을 이루는 포물선을 그린다. 탄도를 그리는 유도탄은 가스 분사구를 2개의 조절축 위에 설치하여 분사각도를 조절한다. 이러한 방식은 사정거리에 비례하여 오차가 증가하는데 통상적인 탄도유도탄의 탄착 오차는 비행거리의 3~5% 정도이다. 표적 명중 정도를 높이기 위하여 정교한 유도장치를 복합적으로 운용하기도 한다. 외기권(우주권)에서는 ‘자세 제어 로켓’을 이용하고, 대기권으로 재돌입할 때는 공기역학을 응용하여 비행각도를 조절하거나 요격미사일을 회피하는 기동을 수행할 수 있게 설계한다. 범지구적위치표지체계(GPS)를 이용하면 수십㎞의 탄착오차를 수십m 정도로 줄일 수도 있다. 특히 순항미사일(Cruise Missile)은 보통의 탄도미사일과는 다르게 설계된다. 포물선 궤적으로 비행하는 것이 아니라 보통의 항공기처럼 경제적인 속도(마하 0.85)로 나무 높이 정도의 고도로 비행하여 적의 레이더에 걸리지 않게 표적을 공격한다. 소형의 제트엔진을 추진체로 사용하며, 지형대조기법(TERCOM)과 GPS를 응용하여 표적에 돌입한다. 지형대조기법은 사전 정찰을 통하여 비행 예정코스의 높낮이를 디지털화(수치화 작업)하여 유도탄의 컴퓨터에 입력해 뒀다 유도탄이 비행 경로로 들어서면서 실측한 레이더 고도와 대조하며 나아가는 방법이다. 3. 미사일의 연료는 어떤 것인가 미사일에 사용되는 로켓 엔진은 연료의 형상에 따라 고체와 액체 연료식으로 구분된다. 고체연료는 비교적 천천히 연소하는 화약이라고 생각하면 된다. 연료와 산화제를 섞은 후 엔진 크기에 맞추어서 모양을 만든다. 취급이 용이하고, 장기 저장성이 좋으며, 비용이 크게 들지 않는다는 장점이 있으나, 일단 점화한 후에는 출력을 조절하기 어렵고, 폭발의 위험성 때문에 큰 출력을 얻기가 용이하지 않다는 단점이 있다. 따라서 잘 포장한 형태로 중·저출력이 요구되는 단(短)사정 유도탄에서 많이 사용한다. 액체연료는 큰 출력을 낼 때 사용된다. 탄화수소 화합물들을 산소로 연소시켜 고온고압의 가스를 발생케 하여 추진력을 얻는다. 케로신(백등유)은 전통적으로 사용되어온 좋은 탄화수소계열 연료이다. 산화제는 산소를 액화하여 사용하는 것이 추력효과가 가장 큰데 액체 산소는 영하 140도 이하를 유지해야 하기 때문에 대량생산과 저장이 용이하지 않다. 일반적으로 사용할 시각에 맞춰서 필요한 양을 생산하는데 스커드(SS-1C)의 경우 8시간 이상 소요된다. 대륙간 탄도미사일이나 위성체들을 운반하는 로켓은 큰 출력을 낼 수 있는 액체연료 로켓을 주엔진으로, 순간 가속력을 크게 할 수 있는 고체연료 엔진을 보조 엔진으로 삼는다. 순항미사일은 산화제인 산소를 외부에서 얻어 그 연소열로 추진하는 제트엔진 방식을 사용한다. 로켓방식은 대기권을 지나 외기권을 통과하여 장거리를 비행할 수 있지만 제트엔진 방식은 대기권 내에서만 비행할 수 있다. 4. 미사일은 마찰열을 어떻게 극복하나 미사일 탄두가 대기권으로 재돌입할 때는 섭씨 1000도 이상의 열이 발생, 궤도나 내부장비(유도장치, 격발장치, 탄두 등)에 영향을 주기도 한다. 그러한 악영향을 제거하기 위해 형상과 재질을 내열 구조로 만들고, 표면을 액상의 헬륨이나 질소로 식히기도 한다. 잠수함에서 쏘아 올리는 미사일은 냉간발사(Cold Launching) 방법을 사용한다. 기도비닉(企圖秘匿)을 존립 가치로 하는 잠수함은 공격태세를 취하기 위해 수면으로 부상하는 순간 적의 탐지체계에 쉽게 노출돼 전략적 의미를 상실한다. 그래서 수중에 잠수한 상태에서 미사일을 발사하는 방법을 개발했다. 수직일렬로 발사관을 배치하고 각 발사관에 밀봉해둔 미사일 탄체를 고압의 압축공기로 물위 수십 피트까지 밀어올린 후 거기서 주 로켓 엔진을 점화해 궤도에 진입하는 방식을 사용한다. 5. 대륙간 탄도미사일은 인공위성 발사체와 같은 것인가 다른 것인가 3단 로켓이라면 대륙간 탄도미사일(ICBM)로도 쓸 수 있고 인공위성도 쏘아 올릴 수 있다. 미국의 새턴 로켓은 타이탄 ICBM의 발사체로 사용되고 각종 위성 발사체로도 사용된다. 소련의 에네르기아 로켓은 코스모스 위성을 쏘는 데 사용되는데 핵탄을 달면 SS-18 ICBM이 된다. 6. 인공위성은 주로 적도 부근에서 쏘아 올리는데 대륙간 탄도미사일도 쏘는 위치에 따라 정확도와 사정거리가 달라지나 인공위성을 적도 부근에서 쏘아 올리는 것은 지구궤도에 쉽게 진입하기 위해서다. 즉 큰 물체를 적은 연료로 쏘아 올릴 수 있기 때문이다. 미국이 플로리다 반도에, 프랑스가 기아나에 우주 발사기지를 두는 것이 그러한 이유이다. 러시아는 위도가 높은 곳에서도 성공적으로 쏘아 올리며 러시아의 발사체 기술은 세계 으뜸으로 평가받는다. ICBM은 위도에 관계 없이 임의의 지점에서 임의의 지점으로 발사할 수 있도록 만든다. 지구 자전 반대 방향으로 쏠 때와 자전 방향으로 쏠 때의 탄착점은 제법 큰 차이가 있다. 그것을 ‘지구세차’라고 한다. ICBM의 운용과정에서 유도장치에 자료를 입력할 때 그것까지 고려하도록 되어 있다. ICBM은 상승고도가 수십㎞가 된다. 상승 도중과 대기권 재돌입 과정에서 편서풍·제트기류를 만나게 되면 심한 편류(옆으로 흘러 궤적이 흐트러짐)가 일어난다. 계절과 시간별로 그러한 상황도 고려해야 명중률을 높일 수 있다. 7. 미사일의 사정거리에 따라 궤적이 달라지나 지대지 탄도유도탄의 궤적은 발사할 때의 각도에 의해 모양이 결정되고 발사거리가 결정된다. 45도 발사각일 때 가장 멀리 쏠 수 있다. 높은 값의 각도로 발사하면 고탄도(High Trajectory), 낮은 값의 각도로 발사하면 저탄도(Low Trajectory)라 한다. ICBM은 고탄도의 포물선을 비행하는데 60도 이상의 수직에 가까운 각도로 발사한다. 8. 미사일이 사용된 최초의 전투는 2차 세계대전 때 영국에 대한 독일의 공습 사례라고 해야 할 것이다. 2500여년 전 중국에서 사용한 단순한 형태의 로켓이나 창과 화살을 멀리 보내기 위해 첨가한 추진체는 미사일이라고 보기 힘들다.   2차 대전 당시 독일은 물자 및 인력이 부족하여 대형 폭격기를 만들 수 없었다. 그래서 V1이라는 비행기형의 폭탄과 V2라는 탄도무기를 상당수 사용하였고 제법 큰 전과를 올릴 수 있었다. 전후 소련 영국 미국 등의 전승 국가들은 독일에 남아 있던 V1과 V2를 가져가 연구를 계속하였다. V1은 크루즈미사일의 모체가 되었고, V2는 탄도미사일의 전형이 되었다. ICBM은 1957년 8월 소련이 가장 먼저 개발했고, 미국은 1959년에 실용화했다.   1980년부터 1988년까지 이란과 이라크가 승산 없는 전투를 무의미하게 지속했을 때, 양측은 800여발의 미사일을 거의 낭비적 수준으로 발사했다. 권제상 충남대 평화안보대학원 교수 (eaglenest@unitel.co.kr)