[군사대로]北 개발한 극초음속 활공체, 미·중·러·독·프·일·인 경쟁 중

[서울=뉴시스] 박대로 기자 = 북한이 지난달 28일 새로 개발한 극초음속 미사일 화성-8형을 시험 발사했다고 밝힌 가운데 그 진위를 놓고 의견이 분분하다. 북한이 공개한 발사 사진에 포착된 발사체 형상은 엄밀히 말하면 미사일보다는 극초음속 활공체로 표현해야 한다. 극초음속 활공체는 세계 각국이 투자를 아끼지 않고 있는 무기다.

충남대 황기영·허환일 연구진이 한국항공우주학회지에 게재한 '극초음속 활공 비행체(HGV)의 연구개발 동향' 논문에 따르면 극초음속 활공체를 개발했거나 현재 개발 중인 나라는 미국, 중국, 러시아, 일본, 인도, 프랑스, 독일 영국 등이다.

극초음속이란 공기 중에서 음속의 5배(마하 5) 이상의 속도를 뜻한다. 극초음속 무기는 대기권에서도 이런 속도로 비행할 수 있는 무기다. 시간당 약 6200㎞를 비행할 수 있다.

극초음속 무기 종류는 극초음속 순항미사일(hypersonic cruise missile), 극초음속 활공체(Hypersonic Glide Vehicle, HGV), 탄도 미사일(ballistic missile) 등이다.

이 가운데 극초음속 활공체는 로켓 부스터에 의해 수직 상승해 대기권 바깥 부근까지 올라가서 부스터에서 분리된 후 대기권으로 재진입해 진행 방향을 바꾸면서 약 30~70㎞ 고도에서 마하 5 이상 극초음속으로 활공한다.

극초음속 활공체는 진행 방향과 탄착점 등 비행경로를 예측하기 어려운 무기다. 또 비행고도가 탄도 미사일에 비해 매우 낮다.

지상 레이더로는 시야각 제한으로 근거리에서만 극초음속 활공체를 탐지할 수 있다. 위성은 배경 산란(background clutter) 현상 탓에 이를 탐지하기 어렵다. 이 때문에 현재 미사일 방어 기술로는 극초음속 활공체를 요격하기 쉽지 않다.

이 같은 유용성 때문에 각국은 극초음속 활공체 개발에 매진하고 있다.

미국 항공우주국(NASA)은 2004년 X-43A 비행체로 10초간 스크램제트 엔진(수소연료)을 작동해 최대 마하 9.7 비행에 성공했다. 미국 국방고등연구계획국(DARPA)과 공군연구소(AFRL)는 X-51A 스크램제트 비행체를 개발해 2013년 210초 비행 동안 최대 마하 5.1에 도달했다.

미국은 2014년부터는 HAWC(Hypersonic Air-breathing Weapon Concept) 프로그램이라는 이름으로 공중발사 극초음속 순항 미사일용 핵심기술을 개발해왔고 최근 성공했다. 미 국방고등연구계획국은 지난달 27일 "이번 실험 성공으로 극초음속 공기흡입식 무기 설계개념(HAWC)에서 미군에 차세대 역량을 제공할 수 있는 단계로 한층 나아가게 됐다"고 발표했다.
중국은 DF-ZF(WU-14) 활공체를 개발해 2014년부터 9번 이상 비행시험을 했으며 DF-ZF을 탑재한 DF-17 미사일을 2019년 말에 공개했다.

중국은 또 마하 5.5~6.0으로 400초 이상 비행하는 Xing Kong(싱쿵)-2 극초음속 미사일(스크램제트)의 비행시험을 2018년 8월에 처음으로 성공했다.
러시아는 2011년부터 지르콘 극초음속 미사일(마하 6~8, 고도 30~40㎞, 스크램제트)을 개발해 2017년 4월과 2018년 12월 비행시험(최대 마하 8)에 성공했다. 또 아방가르드(Yu-71) 활공체를 SS-19 대륙 간 탄도미사일(ICBM)에 탑재해 비행시험에 성공한 뒤 2019년 12월 미사일 부대에 배치했다.

아울러 러시아는 이스칸데르 미사일을 개량한 킨잘 극초음속 미사일(마하 10, 고체로켓)을 개발해 미그-31K 전투기에 장착했다.
일본은 위성항법장치(GPS) 등으로 유도되는 사거리 500㎞ 이내 극초음속 활공체 'HVGP(Hyper-Velocity Gliding Projectile) 개발 계획을 발표했다.

일본은 1단계로 일본 남서부의 센카쿠, 난세이 등 섬 방어를 목표로 2026년께 개발 완료할 계획이다. 이어 2단계로 항공모함의 두꺼운 갑판을 관통할 수 있도록 탄두를 발톱 모양으로 개량한 대함용 극초음속 활공체를 2028년 이후에 개발 완료할 방침이다.

인도 DRDO(Defence Research and Development Organisation)는 개발 중인 스크램제트 비행시험 실증기 HSTDV(HyperSonic Technology Demonstrator Vehicle, 마하 6, 고도 32.5㎞)에 대한 첫 비행시험을 2019년 6월에 수행했다.

인도는 러시아와 공동으로 BrahMos-Ⅰ 초음속 순항미사일의 후속 모델인 BrahMos-Ⅱ 극초음속 순항 미사일(마하 7, 스크램제트 엔진)을 개발 중이다. 또 인도 최초의 극초음속 활공 비행체인 HGV-202F를 개발하려고 계획 중이다.

프랑스는 램제트 추진 공중발사 미사일 ASMP·ASMP-A(마하 3)를 개발해 라팔 등 전투기에 장착했다. 1990년대부터는 극초음속 추진기술 연구를 기반으로 ASMP-A 후속 모델인 ASN4G 극초음속 미사일(마하 4~8, 스크램제트 엔진)을 개발하고 있다.

프랑스는 또 V-max(Véhicule manoeuvrant expérimental) 프로젝트로 마하 5 이상의 공중발사 극초음속 활공체를 개발해 2021년께 첫 비행시험을 할 예정이다. 프랑스 방위사업청(DGA)은 V-max를 통해 극초음속 비행 시 기동성능, 초고온에
견디는 내열 소재 등을 연구할 예정이다.
독일항공우주센터(DLR)는 대기권 재진입 능력을 가진 우주캡슐, 극초음속 비행체, 우주 비행기의 소재(복합재), 능동·수동냉각, 비행제어, 항법 등을 검증하는 SHEFEX(SHarp Edge Flight EXperiment) 사업을 수행 중이다.

SHEFEX Ⅰ은 2005년 10월에, SHEFEX Ⅱ는 2012년 6월에 2단형 고체 부스터에 의해 발사됐다. SHEFEX Ⅲ은 2021년께 발사할 예정이다.

영국 DSTL (Defence Science and Technology Laboratory)은 극초음속 활공체의 특성 분석·개념 설계를 통해 'UK-Blended body'라는 극초음속 활공체 형상을 도출했다.

영국이 개발하는 극초음속 활공체는 보잉-747로부터 공중 발사돼 2단 고체 로켓에 의해 고도 약 60㎞에서 마하 5까지 가속된 후 분리돼 고도 40㎞에서 순항하며 약 600㎞ 비행하는 것을 목표로 한다.

극초음속 활공체를 완벽하게 개발하기 위해서는 상당한 기술적 역량이 필요하다고 전문가들은 지적한다.

황기영·허환일 연구진은 "극초음속 활공 비행체 개발 관련 핵심기술로는 대기권내에서 공기 마찰로 인해 야기되는 약 2000℃ 고온에 견디는 비행체 내열 설계와 소재(복합재료), 대기권 진입 직후의 비행 공력, 극초음속으로 활공하는 넓은 운용 영역에서 작동 가능하고 비행체를 둘러싸고 있는 플라즈마에 영향을 받지 않는 센서, 항법, 유도, 제어 시스템 등이 있다"며 "향후에도 이런 핵심기술을 발전시키기 위한 많은 연구가 진행될 것으로 예상된다"고 밝혔다.


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