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패트리어트는 걸프전에서 이라크의 스커드 지대지 미사일에 대한 우수한 요격능력을 과시해 미국의 자존심을 지켜준 지대공 요격미사일이다.

미사일(Missile)의 기원은 제2차 세계대전 당시 독일이 영국을 공격할 때 사용해 극심한 피해를 입힌 V2로켓이다. V2는 미사일이 아닌 로켓으로 분류되지만 원시적인 유도방법이 적용됐기에 일반적으로 미사일의 기원으로 간주된다. 제2차 세계대전이 독일의 패전으로 종결됨에 따라 V2기술은 미국과 소련을 비롯한 연합국으로 이전 됐다. 그 후 약 40년 동안의 짧은 역사에도 불구하고, 미국과 구소련을 비롯한 군사 강대국들의 경쟁적인 미사일 개발로 인해 미사일은 급속한 발전을 거듭하며 현대 무기의 가장 중요한 위치를 차지하게 됐다.

걸프전에 미사일 위력 발휘

소련은 1957년 미국에 앞서 대륙간 탄도탄(ICBM : Inter-Continental Ballistic Missile)을 개발했고, 1958년에는 미국의 항공모함을 겨냥해 최초의 대함 미사일도 개발했다. 미국도 1950년대에 대륙간 탄도탄 개발을 비롯해 토마호크순항미사일, 패트리어트 대공 미사일 등 수많은 미사일을 개발해 왔다.

현대의 미사일은 사람이 휴대할 수 있는 소형 미사일에서 핵탄두를 탑재하고 수중에서 발사되는 잠수함 발사 탄도탄(SLBM : Submarine-Launched Ballistic Missile)에 이르기까지 그 종류와 수량은 헤아릴 수 없을 정도에 이르렀다. 특히 첨단무기의 전시장이 됐던 지난 걸프전에서 미사일의 위력이 유감없이 발휘됐다. 이제 미사일이 없는 전쟁은 상상할 수 없을 정도로 현대 무기의 핵심이 됐다.

이 글에서는 미사일에 대한 독자의 이해를 돕기 위해 미사일의 구조와 종류, 유도원리 등을 살펴보고 지난 걸프전에서 명성을 떨친 토마호크와 패트리어트 미사일에 대해 좀 더 깊이 알아보기로 한다.

미사일이란 자체추진 능력을 가지고 비행하면서 표적을 추적해 격파하는 무기다. 따라서 미사일의 일반적인 구조는 (그림 1)과 같이 미사일을 추진하는 추진기관과 비행 방향을 조종하는 조종장치, 표적을 추적하는 유도장치, 표적을 폭파시키는 탄두로 구성된다.

미사일의 기체는 비행에 적합하도록 공기 저항을 극소로 줄이게 설계돼 있다. 추진기관은 대부분 로켓 추진기를 채택하고 있으나, 토마호크나 하푼과 같이 대지(대함)미사일의 경우 항공기에 이용되는 제트 엔진을 사용하기도 한다.

탄두는 보통 핵탄두와 재래식 탄두로 구분할 수 있는데, 강대국의 전략 미사일은 대부분 핵탄두를 사용하고 전술용은 소형 핵탄두나 고성능 폭약을 이용한 재래식 탄두로 돼 있다. 탄두는 표적에 따라 가장 효과적으로 파괴하도록 설계돼 있다. 예를 들어 대전차 미사일의 탄두는 전차의 두꺼운 철판을 뚫기 위해 폭약의 에너지가 미사일의 앞으로 집중되도록 설계되며, 기체의 강도가 전차에 비해 상대적으로 약한 항공기나 미사일을 요격하는 미사일은 살상 반경을 넓히기 위해 폭약의 에너지가 미사일의 횡방향으로 퍼지도록 설계된다.

유도 조종장치는 미사일의 가장 핵심이 되는 부분으로 유도장치와 조종장치로 구성된다. 유도장치는 다시 눈의 역할을 하는 레이더와 두뇌의 역할을 하는 컴퓨터로 구성돼 표적을 찾아내고 미사일을 표적까지 유도하기 위한 비행경로를 계산해 조종장치에 경로수정 신호를 보낸다. 조종장치는 유도장치로부터 전달된 신호를 받아서 미사일이 원하는 방향으로 비행하도록 날개를 조종한다.
 

전략미사일과 전술미사일로 구분
 

미사일은 전략 미사일과 전술 미사일로 구분된다. 그러나 이 구분은 나라마다 상대적이기 때문에 뚜렷한 기준은 없다. 미국과 러시아와 같은 초강대국은 사정거리 1천km 이상 장거리미사일과 핵폭탄을 이용한 핵미사일을 전략 미사일로 구분하고 그 외의 모든 미사일을 전술 미사일로 구분하고 있으나 우리나라와 같이 국토의 면적이 좁은 경우에는 사정거리가 3백km 이상인 미사일도 전략 미사일로 구분될 수 있다.

보통 많이 사용하는 분류 방법으로 미사일 발사 모체와 표적의 종류에 따라 분류하는 방법((그림2) 참조)이 있는데 크게 지대지 지대공, 공대공 공대지 미사일의 네가지로 분류되며 세부적인 미사일 종류와 대표적인 미사일을 예로 들면 (표1)과 같다.

사정거리에 의한 분류는 보통 1천 km 이상이면 장거리, 40km 이하면 단거리, 나머지는 중거리로 분류하지만 이것도 나라마다 다르며 명확한 분류 기준은 없다.
 

미사일의 유도원리

■관성유도

관성항법의 원리는 (그림 3)에 요약돼 있다. 먼저 3개의 가속도 측정기에서 나온 xyz-축 방향의 가속도 정보를 두번 적분해 비행속력과 거리를 계산한 후, 자이로가 제공하는 기준좌표로 속력과 거리를 변환하면 미사일의 현재 위치와 비행 방향을 알 수 있다. 그 다음 이 데이터를 발사 전에 미리 입력된 비행 경로와 비교해 그 오차만큼 경로를 보정해 주도록 제어장치에 명령을 보내면 미사일의 조종날개가 움직여서 지정된 목표로 방향을 수정한다.

관성유도 방식은 지상에 고정된 표적에 사용되는 지대지 미사일이나 중장거리 대함, 대공 미사일이 표적에 근접하기 전까지 중간 비행 단계에 주로 사용되는 유도 방식이다. 이 방식은 지정된 경로로 미사일을 유도하기 때문에 발사 후 외부로부터의 정보가 필요없고 목표지점에 도달할 때까지 미사일 자체 내에서 비행 경로를 계산하는 점이 특징이다. 
 

■지령유도

지상의 레이더로 표적과 미사일을 추적해 컴퓨터로 표적을 명중시킬 수 있는 미사일의 비행경로를 계산한 다음 미사일에 비행 경로를 수정하도록 하는 지령을 통신장치를 통해 전달하는 방식으로 주로 대전차 미사일이나 단거리 지대공 미사일에 사용된다.
 

■호밍(Homing)유도

호밍유도는 표적에서 반사되거나 방출되는 전파나 적외선 신호를 미사일이 수신해 표적을 추적하는 방식으로 일반 전술 미사일에 가장 많이 사용되며 능동 호밍, 반능동 호밍, 수동 호밍 방식의 세가지로 세분된다.

능동 호밍은 미사일 내부에 설치된 레이더에서 전자파를 발사하고 표적에서 반사된 전자파를 다시 레이더로 수신해 표적의 위치를 알아낸 후 표적을 향해 비행경로를 수정하는 방식으로 주로 중장거리 대공 미사일 또는 대함 미사일에 응용되고 있다.

반능동 호밍은 지상이나 함정에 설치된 레이더로부터 방출된 전자파가 표적에 반사되면 미사일의 시커(Seeker)가 반사된 레이더파를 탐지해 표적을 추적하는 방식이다. 표적이 미사일 기지에서 멀수록 표적에서 반사된 레이더파가 약해지기 때문에 반능동 호밍방식을 이용한 미사일은 능동 호밍 방식보다 사정거리가 짧으며 중단거리 미사일에 사용된다.

수동 호밍은 적의 레이더에서 송신되는 전자파 또는 항공기의 엔진이나 비행할 때 기체와 공기의 마찰에 의해 방출되는 적외선을 수신해 표적을 쫓아가는 방식이다. 이 방식은 적의 레이더 기지를 파괴함으로써 방공망을 마비시키는 대방사 미사일(ARM : Anti-Radiation Missile)이나 지대공 미사일에 채택되고 있다.

걸프전 승리의 주역 토마호크

토마호크는 미국이 자랑하는 순항 미사일의 걸작답게 걸프전에서 약 6백발이 발사돼 90% 이상이 목표물에 명중하는 막강한 전과를 올렸다. 1천km가 넘는 장거리를 날아가 최종 목표물을 정확히 명중시키는, 고도 군사 과학기술의 진수를 보여준 혁신적인 이 미사일의 개발 경위와 유도 원리를 알아보자.

70년대에 눈부신 전자기술의 발전에 따라 강대국들은 적의 항공기나 미사일을 찾아내 요격하기 위한 레이더와 대공 미사일을 완비하게 됐다. 이 방공망을 피해 목표에 도달하는 방법은 F-117 스텔스 폭격기와 같이 스텔스 기술(적의 레이더에 잡히지 않는 기술)을 이용하는 방법과 저고도로 비행해 레이더의 전자파를 피하는 방법이 있으나 토마호크를 개발할 당시는 스텔스 기술이 실용화되지 못했으므로 미국은 필연적으로 저고도 비행방식을 채택한 순항 미사일을 개발하게 됐다.

토마호크의 유도방식은 기본적으로 관성유도 방식을 이용하고 있지만 1천km가 넘는 장거리를 비행할 때는 관성유도 방식만으로는 약 3km의 항로 오차가 발생한다. 토마호크는 이 항로 오차를 줄이기 위해 관성유도와 함께 지형조합 유도방식을 이용하고, 목표지역에 도달하면 화면조합 방식을 사용해 목표에 대한 최종유도와 공격을 해 명중오차 10m 이내로 목표물을 파괴한다.

지형조합 유도방식이란 비행 경로상의 지형을 미리 디지털 고도 지도로 만들어 미사일 내부에 있는 컴퓨터에 입력시킨 다음, 미사일이 비행하면서 전파 고도계를 통해 측정된 고도 데이터와 비교해 정확한 비행 경로를 찾아가는 방법이다. 토마호크의 비행거리가 장거리이기 때문에 모든 비행 경로에 대한 디지털 지도를 입력하는 것은 방대한 양의 데이터 때문에 미사일의 소형 컴퓨터에 입력이 불가능하다. 그러므로 토마호크는 비행 경로상의 주요 지점을 미리 '체크포인트'로 지정해 놓고 이 지점에서만 지형조합 유도방식을 사용하고 체크 포인트 사이는 관성항법으로 비행한다.(그림4)참조.

지형조합 유도방식은 미사일을 목표지점의 반경 1백m 이내로 유도하지만 토마호크가 오차반경 10m 이내로 표적을 공격할 수 있는 능력은 종말 비행단계에서 화면조합 방식을 이용하기 때문이다. 화면조합 방식이란 미리 디지털화해 컴퓨터에 입력돼 있는 표적의 형상과 미사일의 레이더를 이용해서 얻은 표적 주변의 영상신호를 비교해 찾아내는 것이다. 이 때문에 토마호크를 일명 '눈이 달린' 순항 미사일이라 한다.

걸프전에서는 토마호크에 재래식 탄두만을 사용했지만 핵탄두도 장착할 수 있으며 발사대도 지상뿐만 아니라 함정 항공기 심지어는 잠수함에서도 발사할 수 있는 다재다능한 미사일이다.
 

미국의 자존심 지켜준 패트리어트

패트리어트(Patriot, 일명 애국자)는 걸프전에서 이라크의 스커드 지대지 미사일에 대한 우수한 요격능력을 과시해 미국의 자존심을 지켜준 지대공 요격 미사일이다. 적의 항공기나 미사일을 요격하기 위해 개발된 이 미사일은 60년대 초반부터 개발계획이 수립되고 72년부터 8년간 20억 달러의 연구개발비를 투자해 개발한 후 82년부터 생산됐다.

패트리어트는 미사일 자체만으로는 요격능력을 갖지 못하고 (그림 5)와 같이 위상배열 레이더와 교전 통제소, 발사대가 일체가 돼 운용된다. 위상배열 레이더는 수천개의 작은 레이더를 평면상에 배열한 것으로 레이더가 회전하지 않고도 레이더파의 방향을 자유자재로 송수신할 수 있는 특성 때문에 동시에 많은 표적을 포착할 수 있다. 교전통제소는 위상배열 레이더에서 보내온 데이터를 분석해 적인지 아닌지를 판단하고, 적일 경우 미사일 발사대에 미사일 발사 지령을 내리는 기능을 한다. 또 미사일이 표적에 정확히 유도되도록 최적의 경로를 계산, 미사일이 그 경로로 비행하도록 미사일에 무선신호를 보내는 패트리어트 체계의 두뇌 역할을 한다.

미사일은 표적에서 반사된 레이더파를 탐색해 이 신호를 레이더에 되돌려 보내고 다시 교전통제소에서 최적 경로를 계산해 미사일에 경로를 수정하도록 신호를 보낸다. 이러한 유도방식을 TVM(Track Via Missile)유도라고 하며 구소련도 SA-6, SA-10 대공 미사일에 이 유도방법을 사용한 것으로 추측된다.
 

미사일의 발전분야 무궁무진

냉전시대가 종결된 후 전략 핵무기를 쓰면 인류가 공멸한다는 인식 하에 전략 핵미사일의 개발은 점차 줄어들고 있는 추세인 반면, 빈발하는 국지전으로 전술용 미사일의 개발은 더욱 촉진되고 있다. 또한 현대전쟁은 경제전쟁으로 세계 각국은 적은 비용으로 최대의 군사력을 구축하려고 노력하고 있는데, 이러한 여건에 알맞는 무기가 바로 미사일이다. 지난 82년 포클랜드 분쟁에서 30만 달러의 엑조세 대함미사일 한 발이 수 억 달러에 달하는 영국의 구축함을 격침시켰던 사실을 상기하면 전술 미사일의 개발이 얼마나 중요한가를 알 수 있다.

미래의 종류별 전술 미사일의 발전추세는 다음과 같이 예상된다.

지대지 미사일의 발전추세는 명중도의 향상과 요격 미사일에 대한 생존성으로 압축된다. 명중도를 높이기 위해서는 토마호크와 같이 종말비행 단계에서 화면조합 방식을 이용하거나 인공위성에서 정확한 비행경로를 미사일에 지령하는 방법이 개발될 것으로 전망된다. 요격 미사일에 대한 생존성을 높이기 위해 스텔스 기술을 응용하는 노력이 진행되고 있고 또 한 방법으로 요격 미사일이 접근하기 전에 여러개의 작은 탄두로 분해돼 요격 미사일을 피해가는 방법이 많이 적용될 전망이다.

현대의 대공방어용 미사일은 동시 다발적으로 공격해오는 표적에 대해서는 패트리어트 같은 최첨단 미사일도 방어능력에 한계가 있다. 따라서 요격 미사일의 연구개발 목표는 동시에 여러개의 표적을 격추시키는 능력에 집중될 것이다. 또 저고도로 침투해오는 순항 미사일, 또는 스텔스 기술을 이용한 항공기나 미사일을 찾아내 요격시키는 대공 미사일의 출현도 기대된다.

공대공 미사일은 공중전에서 가장 중요한 무기로 앞으로는 전투기 자체의 성능보다 전투기에 탑재된 미사일 성능의 비중이 증대될 것이다. 실제로 포클랜드 분쟁에서 영국의 시해리어(Sea Harrier) 전투기가 성능이 훨씬 우수한 아르헨트나의 미라지(Mirage) 전투기와의 공중전에서 압승을 거둔 이유는 영국의 공대공 미사일의 성능이 우수했기 때문이다. 공중전에서는 먼저 보고 먼저 미사일을 쏘는 쪽이 승리하므로 공대공 미사일의 개발은 사정거리를 연장하는 데 중점을 두고 있다. 현재 대부분의 공대공 미사일은 반능동 호밍 유도방식을 사용하고 있는데, 이 방법은 전투기가 미사일을 발사한 후에도 계속해서 표적을 향하고 있어야 하므로 적의 미사일에 격추될 확률이 높다. 따라서 미래의 공대공 미사일은 전투기의 생존성을 높이기 위해 능동 호밍이나 수동 호밍 유도방식 또는 두 방식을 혼합해 사용하는 방법 등으로 발전되고 있다.

미사일은 대부분의 이공학 계열의 기술이 응용되는 첨단 과학기술의 종합 결정체로서 현대 과학의 급속한 발전에 따라 미사일의 성능이 크게 향상되고 있다. 신소재의 개발, 전자공학의 발전, 컴퓨터 응용 등에 의해 미사일의 신뢰도와 명중률이 향상되고 있지만 미사일의 스텔스화, 소형 경량화, 비행 속도의 향상, 개발비용 절감을 위한 다목적 미사일의 개발, 인공지능을 이용한 지능 미사일 등 발전돼야 할 분야는 아직도 무궁무진하다.

북한도 사정거리 1천km 미사일 발사성공

북한은 지난 5월 말 자체개발해온 신형 중거리 탄도미사일 '로동1호'를 시험 발사하는 데 성공했다. 이 미사일은 동해를 향해 발사됐는데, 일본 이시카와현 노토반도 앞바다 목표물에 명중된 것을 일본 자위대가 확인했다.

핵탑재가 가능한 이 미사일은 구소련이 개발한 스커드B 전술핵미사일을 개량한 사정거리 1천km 짜리로 이번 시험에서는 약 5백km 전방을 겨냥, 거의 정확하게 목표지점에 떨어진 것으로 알려졌다.

원래 소련제 스커드B는 사정거리가 3백km인데 비해 북한이 이를 독자적으로 개량한 로동1호는 일본 오사카까지 사정권에 넣을 수 있다. 수년 전 함북 청진 인근의 로동리에 있는 미사일 시험장에서 미국 첩보위성에 의해 처음 발견돼 로동1호라는 이름이 붙었다.