진화하는 ‘쓰레기 풍선 테러’… K레이저 빔 쏘면 10초 만에 격추[한국과학기술연구원(KIST) 함께하는 과학 다이브]

‘원샷원킬’ 레이저 무기의 세계

올 5월부터 5500여개 날려보낸 北서울·경기 일대 낙하하며 큰 피해차량 파손·인천공항 이착륙 중단9월엔 대통령실·합참 상공 위 포착최근엔 다탄두미사일처럼 고도화기폭장치·발열타이머로 화재 유발변칙적 도발… 레이저 무기 꺼내나재래식 포탄과 달리 정확도 뛰어나전력만 공급되면 즉시 발사 가능무인기 사태 후 ‘블록-1’ 개발 성공1회 발사비용도 2000원 세계 최저연내 실전 배치… ‘블록-2·3’ 개발 중

① 북한은 지난 5월 말부터 20여차례에 걸쳐 5500여개의 쓰레기 풍선을 남한으로 날려 보냈다.최근에는 낙하를 위한 발열타이머나 기폭장치(동그라미)를 장착해 화재를 일으키기도 했다. ② 미국은 군함용 레이저 무기를 발전시켜 2020년 LWSD라는 150㎾급 레이저 무기를 미 군함 USS 포틀랜드에 장착했으며 비행 중인 각종 무인기를 격추시키는 데 성공했다. ③ 우리나라도 지난 7월 한국형 대공 레이저 무기 ‘블록-I’을 양산한다고 밝혀 연내에 실전배치할 예정이다. ④ 출력을 높인 차량탑재형 대공 레이저 무기 ‘블록-II’ 도 2026년을 목표로 개발이 진행되고 있다. 연합뉴스·Global Village Space 방사청·한화에어로스페이스

북한의 쓰레기 풍선 살포가 4개월 넘게 이어지고 있다. 지난 5월 시작된 이래 최근까지 20여 차례, 5500개 이상을 날려 보내는 중이다. 그중 상당수가 서울과 경기도 일대에 낙하하며 피해 사례도 늘고 있다. 주거지역에 떨어져 사람이 다치거나 차량이 파손됐다는 신고가 계속되는 가운데 인천공항의 항공기 이착륙이 중단되는 사태도 빚어졌다. 특히 9월에는 대통령실과 합동참모본부 청사가 있는 서울 용산 상공에서도 쓰레기 풍선이 식별됐다.

북한의 쓰레기 풍선은 대체적으로 1~3개의 풍선이 10㎏가량의 쓰레기봉투를 매달고 있는 형태이다. 비행고도는 약 3㎞, 속도는 초당 5m 정도이며 내용물은 폐전선, 폐건전지, 폐지, 담배꽁초, 분뇨 등 아직까지는 그리 위험하지 않은 종류의 생활 쓰레기로 확인되고 있다. 북한은 우리 군의 대북확성기 방송과 민간단체의 대북전단에 대한 맞대응으로 쓰레기 풍선을 살포하고 있다는데 현재까지로만 보면 비용 대비 효과가 상당하다. 무엇보다 가격이 저렴하고, 무기가 아니기 때문에 정전협정 위반으로 보기도 애매하다. 특히 언제 어디에 떨어질지 모른다는 예측 불가능성이 정부와 국민 모두에게 큰 곤혹감을 안기고 있다.

현재 우리가 쓰레기 풍선에 대응할 수 있는 수단은 마땅치가 않다. 격추시키려면 소총 사거리로는 어렵고 저고도 대공화기인 벌컨포나 대공포를 써야 한다. 하지만 인구밀집지역이나 중요시설물 상공에서 요격되면 유탄이나 적재물 낙하에 더 큰 피해가 생길 수 있기 때문에 적극적인 사용이 불가하다. 당장은 쓰레기 풍선이 자연 낙하하기를 기다렸다가 신속히 수거해 없애는 방법이 최선이라는 데 별다른 이견이 없다.

걱정스러운 대목은 쓰레기 풍선이 드론처럼 공격용으로 진화할 가능성이 있다는 점이다. 최근 북한이 살포하는 쓰레기 풍선 중에는 보다 고도화된 모습들이 자주 발견된다. 낙하를 위해 장착된 기폭장치 또는 발열타이머가 공장 화재와 산불의 원인으로 추정되고 있기도 하다. 한 봉지 안에 여러 묶음의 비닐봉투가 들어 있는 형태도 있다. 일정 고도에 이르면 자탄이 분리되는 다탄두미사일을 흉내 내고 있는 것으로 보이는데 가볍게 볼 만한 사안이 아니다. 만일 정체불명의 분말이라도 들어 있다면 화학전이나 생물학전 공포에 사회 전체가 집단적 패닉에 빠질 수도 있다.

북한의 이런 변칙적인 도발은 한반도에 북서풍이 부는 가을과 겨울 더욱 잦아지게 될 것으로 보인다. 이미 높은 수준의 심리전 효과가 확인된 만큼 더욱 빈번해질 가능성이 높다. 그렇다면 이에 대한 최선의 대응책은 무엇일까? 우리 정부와 군은 ‘레이저 무기’를 꼽고 있다. 레이저 무기는 영화 스타워즈의 광선검과 은하전투기의 블래스트포를 현실화한 고에너지 레이저 (HEL·High Energy Laser) 무기체계이다. 볼록렌즈로 햇빛을 모으는 것처럼 강력한 레이저 빛의 에너지를 목표물에 집속시키면 흡수된 빛 에너지가 열에너지로 변환되면서 목표물이 파괴된다.

레이저 기술이 군용으로 처음 사용된 것은 1960년대 레이저 거리측정기가 개발되면서부터다. 레이저 거리측정기는 레이저 펄스를 조사해 목표물에 반사돼 돌아오는 시간을 측정함으로써 거리를 측정하는 기기이다. 이전까지는 주로 삼각 측량법을 이용한 거리측정기가 사용됐는데 레이저 거리측정기가 나오면서 포격 혹은 폭격의 정밀도가 크게 높아졌다. 이후 등장한 레이저 유도 폭탄은 현대전의 양상을 완전히 뒤바꾸게 된다.

베트남전 당시 미군은 월맹군의 주요 보급로인 탄호아 철교를 파괴하기 위해 3년간에 걸쳐 600여대의 항공기를 동원해 폭탄을 퍼부었지만 번번이 실패했다. 월맹군이 구축한 촘촘한 대공방어망과 항상 강한 바람이 부는 지형을 피해 저공 대신 고공 폭격에 의존한 탓에 명중률이 떨어진 것이다. 그러나 레이저 유도 폭탄이 개발된 뒤 1972년 단 한 번의 출격으로 철교를 폭파하는 데 성공했다.

이후 레이저를 유도무기뿐만 아니라 그 자체로 무기화하기 위한 연구개발에도 가속도가 붙었다. 하지만 경제성과 신뢰성이 쉽사리 입증되지 못했는데 산업용 레이저 기술이 크게 발전하며 중요한 전기를 맞게 됐다. 고체 레이저 위주였던 기존의 레이저 가공 산업이 광섬유 레이저 중심으로 재편되면서 마침내 실용성이 확보된 것이다. 광섬유 레이저 기술을 이용한 레이저 무기체계들이 속속 개발되는 가운데 기존의 고체 레이저를 무기화하기 위한 시도 역시 다시 활발해졌다. 레이저 매질에 구멍을 뚫고 그 사이에 굴절률이 같은 액체 냉매를 흘려 냉각효율을 증대시키는 고출력 액침 레이저(Liquid Laser) 기술이다.

레이저 무기의 실전성은 무궁무진하다. 빛의 속도로 직진하기 때문에 사실상 회피기동이 불가능하고 포물선을 그리는 재래식 포탄과 달리 정확도 역시 한층 뛰어나다. 전력만 공급되면 언제 어디서나 즉시 발사가 가능한 신속성과 함께 1회 발사 비용이 다른 무기체계보다 저렴하다는 것도 큰 장점이다. 미 회계감사원(GAO) 분석에 따르면 레이저 무기를 발사할 때 소요되는 비용은 총알을 사용하는 수준으로 저렴하다. 목표물에 장착된 각종 센서를 무력화하거나 동시에 여러 개의 목표물을 겨냥하는 다표적 교전도 가능하다. 레이저 무기의 이런 장점들은 특히 드론과 미사일이 주도하는 달라진 전장 환경에서 방어용으로 효과적이다.

이에 따라 주요 군사강국들은 표적에 일정 시간 지속해서 레이저를 조사해야 하는 레이저 무기체계의 단점을 극복하기 위한 연구개발에 많은 힘을 기울이고 있다. 특히 대륙간탄도미사일 요격을 목표로 1㎿급 고출력 레이저 무기체계 개발에 주력해온 미국은 2014년 최초로 중동 걸프만의 미 해군함정 USS 폰스에 30㎾급 레이저 무기를 장착한 데 이어 150㎾급 레이저 무기의 실전배치에도 성공한 것으로 전해진다. LWSD(Laser Weapon System Demonstrator)로 불리는 이 레이저 무기는 현재 10여척의 군함에 배치돼 있다. 해군에 먼저 적용된 것은 원양작전 수행 시 탄약 보급 없이 전력만으로도 연속 발사가 가능하기 때문이다. 다만 현재의 수준으로는 레이저 무기 단독으로 함정을 방어하는 데 한계가 있기 때문에 펠링스, 골기퍼 같은 기존 방어용 기관포와 상호보완적으로 사용되고 있다. 미 육군 역시 적의 드론 공격을 방어하기 위한 레이저 무기를 동맹국에 주둔한 미군에 배치했다고 공식적으로 밝혔다. 미 국방부는 구체적인 레이저 무기 배치 지역을 밝히지 않았지만 이스라엘을 방어하기 위해 중동 지역에 배치됐을 것으로 추정된다.

최근에는 이스라엘의 유명한 미사일 방공 시스템 아이언돔의 레이저 버전인 100㎾급 아이언빔, 독일 라인메탈 사가 개발한 30㎾급 스카이레인저 등도 실전배치를 앞두고 있는 상황으로 알려지고 있다. 영국도 시험발사에 성공한 50㎾급 드래건파이어를 2027년까지 해군함정에 탑재한다는 계획이다. 러시아, 중국, 프랑스, 인도, 튀르키예도 최근 몇 년간 레이저 시스템 개발에 막대한 투자를 거듭하는 것으로 전해진다.

우리나라도 2014년 북한 무인기 사태를 계기로 레이저 무기체계 개발에 박차를 가하고 있다. 당시 북한 무인기는 휴전선을 수시로 넘나들며 청와대를 비롯한 비행금지구역을 정찰한 사진이 발견되면서 우리 방공 대비 태세에 큰 비상이 걸렸다. 우선 육군이 운용하던 저고도 레이더로는 탐지가 불가능하다는 사실이 밝혀지면서 이스라엘제 저고도 레이더를 도입한 데 이어 레이저 대공방어 무기체계의 개발도 본격화됐다. 올해 하반기 우리 군의 실전배치 계획이 보도된 ‘블록-1’이 그것이다.

우리나라가 개발한 블록-1은 20㎾급 레이저 출력, 사거리 2~3㎞의 제원을 갖추고 있으며 군 당국의 무기 시험 평가에서 3㎞ 밖 표적 30대를 모두 파괴한 것으로 전해진다. 드론 등의 소형무인기는 10여초면 격추가 가능하고 1㎞ 내외의 짧은 거리에서는 수초 만에 격추할 수 있다. 1회 발사 비용도 2000원으로 전 세계 최저 수준으로 알려졌다. 이와 함께 군에서는 더 높은 30㎾급 출력에 트럭에 탑재돼 이동이 가능한 기동형 레이저 대공무기 ‘블록-2’, 드론뿐만 아니라 미사일 요격도 가능하며 해군 전투함과 공군 항공기에도 탑재할 수 있는 100㎾급 ‘블록-3’의 개발에도 주력하고 있다.

그렇다면 현재 당면 위협이 되고 있는 북한의 쓰레기 풍선도 이런 레이저 대공무기로 무력화가 가능할까? 결론부터 말하자면 충분히 가능하다. 하지만 쓰레기 풍선의 경우 재질 자체가 레이저 흡수가 적고 빛의 투과도 역시 높아서 보다 근거리에서 격추시키거나 레이저 조사시간을 늘려야 할 필요가 있다. 풍선 대신 레이저 흡수가 큰 오물 봉투나 연결부위, 기폭장치나 발열타이머 등을 파괴시키는 게 더 효과적일 수도 있을 것으로 보인다. 이에 대해서는 실제 전력화되는 레이저 대공무기를 이용해 보다 다양한 추가 실험이 진행될 것이라 여겨진다.

KIST에서는 수십년 전부터 센서시스템연구센터, 나노포토닉스연구센터, 양자기술연구단 등 다양한 부서가 국방용 레이저 기술의 개발에 기여하고 있다. 특히 2022년에는 과기부와 국방부가 협의해 KIST에 미래국방 국가기술전략센터가 설치돼 KIST를 중심으로 많은 정부출연연구기관들의 다양한 원천기술을 국방 분야에 응용하도록 힘쓰고 있는 만큼 우리 국민의 불편과 불안을 가중시키고 있는 북한의 쓰레기 풍선 대응에서도 조만간 효과적인 대응책이 마련될 것으로 기대한다.

●전영민 연구본부장은

30여 년 간 산업용, 의료용, 국방용 레이저 관련 각종 융복합 연구를 통해 첨단 레이저 산업을 개척해왔다. 특히 첨단소재 관련 레이저 및 광센서 관련 응용연구와 과학기술정책 수립에 힘을 쓰고 있으며 레이저 기술의 국방관련 응용 연구에 많은 관심을 기울이고 있다. 현재 100여 명의 정규직 연구원과 8개의 연구센터로 구성된 KIST 첨단소재·시스템연구본부를 이끌고 있다.

전영민 KIST 첨단소재·시스템연구본부장

전영민 KIST 첨단소재·시스템연구본부장