“극초음속도 막는다”… 미사일 위협 키우는 북한, 한국 ‘하늘의 방패’ 세운다 [박수찬의 軍]

미사일 위협을 높이는 북한에 맞서 한국도 미사일방어(MD)체계를 대폭 강화할 태세다.

방위사업청은 지난 25일 제153회 방위사업추진위원회를 열어 장거리지대공유도무기(L-SAM)Ⅱ·중거리지대공유도무기(M-SAM, 천궁)Ⅲ 사업추진 기본전략안을 심의·의결했다.

독자적인 미사일 다층방어체계를 구축, 북한 미사일 공격 시 두 번 이상의 요격 기회를 만드는 것을 목표로 한다. 

L-SAMⅡ는 내년부터 2035년까지 2조7100억원, M-SAMⅢ는 내년부터 2034년까지 약 2조8300억원이 투입된다. 한국형미사일방어(KAMD) 강화에 5조원을 쏟아붓는 셈이다. 

국방과학연구소(ADD)를 중심으로 연구개발이 이뤄지며, 방산업체는 시제제작 등을 담당할 전망이다. 국산화율은 70~80%를 목표로 한다.

북한이 풀업기동(미사일이 정점 고도 도달 후 하강하다 다시 위로 상승)능력을 갖춘 KN-23 단거리 탄도미사일과 극초음속 미사일을 개발, 요격 시도를 무력화하겠다는 의도를 노골적으로 드러낸 것에 대한 맞대응이라는 해석이다.

한화시스템이 개발중인 L-SAM 레이더 시제품. 방위사업청 제공

◆고난도 기술 필요한 L-SAMⅡ

현재 한미 연합군이 보유한 패트리엇(PAC-3), M-SAMⅢ, 사드(THAAD·고고도미사일방어체계)은 포물선을 그리며 낙하하는 일반적인 탄도미사일 요격에 초점이 맞춰져 있다.

북한의 단거리 전술유도무기나 스커드 미사일 등은 요격이 가능하지만, 종말단계 전에 풀업기동을 하는 KN-23이나 음속의 5배가 넘는 속도로 날아가면서 활공 도중 선회비행을 하는 극초음속 미사일 대응은 불가능하다. 

탄두가 지상으로 낙하할 때 요격을 시도할 수는 있으나, 이 단계에선 요격 기회가 한 번에 불과하다. 요격이 실패할 가능성이 높아지는 셈이다. 낙하 전 활공단계에서 요격을 시도해야 두 번 이상의 요격 기회를 확보할 수 있다.     

개발이 마무리단계인 L-SAM의 미사일 요격고도는 40~80㎞ 정도로 알려져 있다. 효과적인 미사일 다층방어체계가 작동하려면, 요격고도를 더 높여야 한다. L-SAM이 실전배치되지 않은 상황에서 L-SAMⅡ 개발을 추진하는 이유다.

L-SAMⅡ는 이같은 현실을 반영, 고고도 요격미사일과 활공단계 요격미사일을 함께 개발한다. 이를 운용하고자 기존 L-SAM 포대에 발사차량 2대를 추가한다. 

날아오는 미사일을 L-SAM 포대 레이더가 탐지하면, 교전통제소가 요격무기 및 적 미사일 특성을 감안해 적절한 종류의 요격미사일을 선정한다. 이후 고성능 네트워크를 통해 발사차량을 원격 제어하며 요격작전을 수행한다.

신형 고고도 요격미사일은 고도 70~150㎞에서 탄도미사일을 파괴하는 성능을 갖출 전망이다. L-SAMⅡ 고고도 요격미사일과 L-SAM, M-SAM으로 구성되는 방어망이 생기는 셈이다. 

군이 지난해 2월 공개한 신무기 관련 동영상에서 L-SAM이 일정 고도에서 가상의 표적 요격에 성공하는 컴퓨터 시뮬레이션 화면. 국방부 영상 캡쳐

1·2단으로 구성된 L-SAM이 발사 직후 단분리 과정을 거쳐 요격지점까지 비행, 적 미사일을 직접 타격하는 개념은 L-SAMⅡ에도 적용될 전망이다.

구체적인 기술 활용은 상당 부분 차이가 있을 것으로 보인다. L-SAMⅡ 고고도 요격미사일은 L-SAM보다 더 높은 고도로 빠르게 상승해야 한다. 이를 위해서는 L-SAM보다 추력 연소 시간이 더 길고 연비도 우수해야 하며, 정밀 자세제어 기능도 필요하다.

미사일 크기와 무게중심 등의 문제로 연료 탑재량에 제한이 있다는 점을 감안하면, 추력 크기를 조절하는 등의 방식으로 연비를 늘리는 기술이 필요하다. 이는 요격미사일의 자세제어에도 도움이 된다.

활공단계 요격미사일은 기술적 난도가 상당한 수준으로 평가된다. 음속의 5배가 넘는 속도로 활공하는 미사일을 파괴해야 한다. 

극초음속 미사일 중 가장 일반적인 극초음속 활공체(HGV)는 발사 직후 고고도로 상승한다. 이후 하강하면서 가속도를 낸다.

지상 표적에서 상당히 떨어진 거리에서 활공비행에 들어간다. 이때 고도는 40~100㎞ 수준이다. 지상 레이더는 매우 가까운 거리에서만 HGV를 탐지한다. 단거리 방공망으로는 요격이 쉽지 않다.

북한이 극초음속 미사일을 개발했다고 주장하고 있고, 중국 등 주변국도 극초음속 미사일 실전배치를 서두르는 상황에서 이에 대응할 활공단계 요격미사일 개발 필요성은 충분하다.

매우 빠른 속도로 선회 및 활공비행을 하는 극초음속 미사일을 요격하려면, 활공단계 요격미사일은 기동력과 선회력이 우수하고 운용시간도 길어야 한다.  

한화시스템이 만든 M-SAMⅡ 다기능레이더. 한화 제공

이를 위해 M-SAMⅡ처럼 미사일 동체에 보조날개가 장착될 가능성이 있다. 보조날개는 미사일 기동성 향상에 도움이 된다. 고속 비행하는 과정에서 발생하는 마찰열을 동체와 내부 장비들이 견디는 기술도 적용될 것으로 보인다. 

요격미사일의 자세제어 등에 쓰이는 측추력기도 보조날개와 결합, 한층 정교한 제어가 이뤄질 수 있다. 

현재 미국과 일본, 중국, 유럽에서 극초음속 미사일 요격기술 개발이 이뤄지고 있다. 한국도 L-SAMⅡ를 통해 이같은 추세를 따라가고 있다. 

하지만 수평선 너머에선 탐지가 쉽지 않은 극초음속 미사일의 특성을 고려, 우주 기반 감시 센서나 중고도 무인정찰기 등을 포함한 탐지자산을 결합해 탐지→식별→요격으로 이어지는 미사일방어작전을 더욱 효율화해야 한다는 지적도 나온다.

한국 공군 패트리엇(PAC-3) 요격미사일이 가상 표적을 향해 발사되고 있다. 세계일보 자료사진

◆한국판 PAC-3 MSE 만드나 

군 당국은 KAMD에서 하층방어를 담당하는 M-SAM의 성능을 대폭 개량한 M-SAMⅢ 개발도 추진한다. 

M-SAMⅢ의 교전 범위와 시간 등은 미국산 신형 패트리엇(PAC-3)보다 향상된 수준이 될 전망이다. 구체적으로는 PAC-3 MSE와 유사한 형태다.

PAC-3 MSE는 한국군도 도입한 최신형 패트리엇이다. 사거리가 70㎞에서 90㎞로 늘어났고, 최대 상승고도는 기존보다 10㎞ 높아진 40㎞, 탄도미사일 요격고도는 30㎞, 대응거리는 40㎞에 달한다. 사거리와 고도가 늘어나면, 그만큼 요격 기회가 늘어날 가능성도 높아진다.

‘천궁’으로도 불리는 M-SAM은 패트리엇과 유사한 형태로 성능이 향상될 전망이다. M-SAMⅠ은 항공기 요격, M-SAMⅡ는 탄도미사일 요격용이다. 

M-SAMⅢ는 탐지거리 300㎞ 이상에 탐지고도 30㎞ 이상의 성능을 목표로 하는 것으로 알려졌다. 요격고도와 사거리도 더 늘어난다. 

지난해 9월 열린 대한민국방위산업전 2022(DX KOREA 2022)에서 한화시스템 부스에 놓인 레이더 모형들. 왼쪽부터 장거리용 다기능레이더, 수출용 다기능레이더, 다표적 동시교전 다기능레이더. 한화 제공

탐지거리와 고도를 늘리는 것은 M-SAMⅢ의 다기능레이더(MFR) 개량을 통해 이뤄질 전망이다. 현재 M-SAM에서 운용하는 다기능레이더는 러시아 기술이 반영된 3차원 수동식 위상배열레이더다. 

개발 당시에는 우수한 성능을 지녔지만, 1990년대 기술이고 운영유지 문제가 커질 우려가 있었다. 

이를 국산 능동전자주사(AESA) 레이더로 교체하면, 빔을 표적에 집중시키는 방식으로 탐지거리를 연장할 수 있다. M-SAMⅡ의 탐지거리가 150㎞ 이상인 것으로 알려져 있는데, AESA 레이더를 사용하면 탐지거리를 300㎞ 수준까지 늘리고 전자전 대응 능력 강화 등의 효과도 얻을 수 있다.

현재 아랍에미리트(AESA)가 M-SAMⅡ를 주문하면서 AESA 레이더 교체를 요구, 한화시스템이 수출용 MRF를 만든 상태다. 수출형 MRF는 수냉식 AESA 레이더로서 발전기 탑재 전원차량을 운용한다. 탐지거리 300㎞, 고도 30㎞ 정도의 성능인 것으로 알려졌다.

M-SAM 미사일과 발사차량. 세계일보 자료사진

UAE의 요구에 따라 적용된 기술은 M-SAMⅢ 개발 과정에도 반영될 가능성이 있다. 요구성능이 유사한 부분이 있고, 비용 절감과 개발 기간 단축 효과가 있기 때문이다. 미국도 카타르에 수출한 F-15QA에 적용된 기술을 활용, F-15EX를 단기간 내 만든 전례가 있다.

요격미사일의 최고 요격 고도 등을 늘리는 시도가 이뤄질 가능성도 제기된다. 이를 위해 연소 체계나 엔진 등에 대한 개량이 적용될 수도 있다.

미국은 사드(고도 40~150㎞), PAC-3 MSE(15~40㎞), PAC-3(15~20㎞)로 구성된 다층방어망을 구축하고 있다.

한국은 L-SAMⅡ(미사일 요격 기준, 고도 최대 150㎞), L-SAM(미사일 요격 기준, 고도 40~80㎞), PAC-3 MSE·M-SAMⅢ(최대 고도 40㎞), M-SAMⅡ·PAC-3(고도 15~20㎞)에 의한 미사일방어망을 갖추게 된다. 미군 PAC-3 MSE가 맡는 임무를 M-SAMⅢ도 맡는 셈이다.

북한은 최근 수년간 다양한 종류의 미사일을 선보이며 한국에 대한 압박을 키워왔다. 한국도 북한 위협에 맞서 미사일방어체계 강화를 추진중이다. 이같은 ‘창’과 ‘방패’의 대결은 한반도 정세에 근본적 변화가 없다면, 한동안 지속될 전망이다.

박수찬 기자 psc@segye.com