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마이너러티 리포트 - 비행기 납치범 제압하는 충격음파총

서기 2050년. 워싱턴 DC 경찰인 존 앤더튼은 범죄 사전예방시스템 내에서 인지자들이 미래의 범죄를 미리 예측하면 그 범죄자를 추적, 체포하는 임무를 띤 ‘프리 크라임’ 부서에 소속해 있다. 어느날 그는 인지자들이 자신을 미래 살인자로 지목하면서 동료들로부터 쫓기는 신세가 된다. 이 과정에서 미래의 경찰이 사용하는 총은 살상용이 아닌 제압용 충격음파총이다. 자동차 조립공장에서 앤더튼은 이 총을 뺏어 추적하는 경찰들에게 쏜다. 그러자 이 충격음파에 맞은 경찰들은 두팔을 벌린 채 뒤로 나가떨어진 후 정신을 못 차린다.

이 신기한 음파 무기가 이미 현실로 나타나고 있다. 충격음파총은 고강도 음탄(sonic bullet)을 발사해 비행기 납치범을 무력화할 목적으로 미국 캘리포니아에 위치한 아메리칸 테크놀로지스사에서 2001년부터 개발되고 있다. 이 무기는 비행기 기체와 창문을 파괴하지 않고 비행기 납치범에게 일시적으로 극심한 통증을 유발하며 방향감각을 잃게 한다.

이 무기의 핵심장치는 길이 1m에 지름이 4cm인 폴리머 복합재료로 만들어진 튜브 안에 담겨 있다. 튜브 안에는 여러개의 압전판이 일정한 간격으로 늘어서 있다. 압전판은 전기를 걸어주면 모양이 저절로 변형된다. 반대로 압전판에 압력을 주면 전류가 발생한다. 이같은 압전판은 음파충격총에서 작은 스피커 역할을 한다. 튜브 뒤쪽의 첫번째 압전판이 배터리로부터 전기에너지를 공급받으면 팽창하면서 주변 공기를 떨게 해 지속시간이 짧은 펄스 음파를 내보낸다. 이 펄스 음파가 두번째 압전판에 도달하면, 두번째 압전판이 전기에너지를 공급받아 두번째 펄스 음파를 내보낸다. 이때 두 압전판 사이의 거리는 첫번째 펄스 음파와 두번째 펄스 음파가 보강간섭하도록 맞춰져 있어, 펄스 음파가 증폭된다. 각각의 압전판이 차례차례 적절한 시간에 음파를 발생시키면, 펄스 음파는 튜브를 따라 이동하면서 계속 증폭되는 것이다.

증폭된 펄스 음파의 세기는 1-2초 동안 1백40db(데시벨) 이상으로 거의 총알 수준이다. 이는 자동차 경적소음 기준치인 1백10db보다 1백-1천배 이상 크고, 사람에게 고통을 느끼게 하는 수준인 1백20-1백30db보다 10-1백배 이상 크다. 충격음파총은 현재 초음파 대역의 펄스 음파를 발사하는데, 초음파는 공기나 물체에 비교적 쉽게 흡수돼 가까운 거리에서만 효과가 있다. 최종 모델은 6-10kHz의 가청주파수 대역의 음파를 발사해 수십m까지 위력을 발휘할 것이라고 한다.

이 음파 무기는 두가지 방식으로 비행기 납치범을 괴롭힌다. 첫번째 효과는 고막에 강한 통증을 유발하는 것이다. 이는 고통이 극심해 몇시간 동안 청각을 잃을 수도 있다. 두번째 효과는 어지럽게 만드는 것이다. 툴리오 현상이라고 알려진 효과로 강한 음파가 내이(內耳)의 균형 시스템에 충격을 줘 방향과 균형감각을 무력하게 만든다.

스파이더맨 - 그물 내뿜는 거미총

평범하고 내성적인 고등학생인 피터 파커. 그는 수업중 우연히 울긋불긋한 신종 슈퍼거미에게 물린다. 그후 DNA 변화가 일어나면서 피터는 손목에서 강력한 거미줄이 나오고 벽을 기어오를 수 있는 거미와 같은 능력을 지닌 스파이더맨이 된다. 스파이더맨은 자신의 최대 무기인 거미줄을 사용해 악당들을 체포하고 선량한 시민들을 위기에서 구한다.

실제로 영화 ‘스파이더맨’에서처럼 손목에서 나오는 거미줄은 아니지만 거미줄을 발사하는 ‘거미총’이 이미 개발됐다. 지난 2002년 월드컵에서 일본 경찰이 유럽의 훌리건 난동에 대처하기 위해 ‘거미총’ 무기를 개발·시험했다. 몸집이 큰 외국인 훌리건을 직접적으로 다치지 않게 하면서 제압하고자 했기 때문이다. 경찰이 유도와 검도 훈련을 받았지만 격렬한 축구팬을 다루는 데는 그물이 더 효과적인 방법이었던 것이다. 진압 경찰은 연습훈련에서 거미총을 사용해 훌리건 복장의 경찰들을 성공적으로 검거했다.

이 거미총은 1.5m를 날아가서 터지는 캡슐을 발사한다. 이때 캡슐에서 그물이 발사되면서 10m까지 날아간다. 이 그물은 1초에 30m를 움직이기 때문에 이를 피하기는 사실상 불가능하다. 게다가 그물 끝에는 작은 추가 달려 있어 목표물을 감싸버리기 때문에 그물에 걸린 사람은 빠져 나오기 어렵다. 하지만 거미총은 보통 가까운 거리에서 사용해야 정확하고 효과적이다.

거미총이 소형이라면 ‘로켓추진 그물포’는 대형이다. 로켓추진 그물포는 마약 밀수선의 속력을 늦춰 마약 밀수업자들을 체포하기 위해 미국에서 고안됐다. 그동안 미 해군과 연안 경비대는 마약 밀수업자가 유유히 도망치는 것을 눈앞에서 지켜볼 수밖에 없었다. 연안 경비대의 추격선은 35노트(시속 65km)까지 속력을 낼 수 있지만 마약 운반선의 속력은 40노트에 이르기 때문이다. 연안 경비대가 마약 운반선을 따라잡을 수 있는 헬리콥터를 보유하고 있긴 하지만 헬리콥터는 밀수업자가 순순히 배를 멈추지 않는 한 무용지물일 뿐이다.

로켓추진 그물포는 바다의 지뢰에 해당하는 기뢰를 제거하는 장치(기뢰제거기)에서 아이디어를 얻었다. 기뢰제거기는 앞에 장착된 두개의 로켓과 뒤에 달려있는 여러개 낙하산의 도움으로 그물을 넓게 펼친다. 그물에 장착된 폭약이 터지면 그물 밑에 있는 수뢰가 함께 폭발한다. 이로부터 마약 밀수선을 붙잡는 로켓추진 그물포가 고안됐다.

연안 경비대 추격선이 로켓으로 추진되는 커다란 그물을 발사하면 그물 앞쪽의 로켓과 뒤쪽의 추에 의해 마약 밀수선을 덮어버린다. 이때 그물의 일부가 물 속에서 끌리는데, 그물 끝에 무거운 추와 낙하산을 달아놓았기 때문에 낙하산이 물 속에서 끌리면서 배의 속력을 늦출 수 있다.

로켓추진 그물에는 밀수업자들을 제압할 수 있는 수단을 추가할 수 있다. 그물에 설치된 장력(tension) 센서에 최루가스통을 연결시키면 그물이 물 속에서 끌리기 시작하자마자 최루가스 구름이 밀수선을 덮어버린다. 또한 밀수업자가 그물을 자유롭게 자를 수 없도록 그물선 내부는 전기가 흐르고 있다. 그래서 칼로 그물을 자르다가는 심한 전기 충격을 받는다.

007골든아이 - 이라크 전쟁에서 첫선 보일 전자기파 펄스 무기

영화 007골든아이는 ‘골든아이’ 라는 러시아의 우주무기를 사이에 두고 제임스 본드와 야누스파 간의 대결을 다루고 있다. 페티야와 미샤라는 이름의 두대의 골든아이가 지상 1백km 궤도를 돌고 있는데, 그중 한대가 러시아 세베르나야의 우주무기조종센터를 목표로 야누스파에 의해 발사된다. 골든아이는 폭발과 함께 강력한 전자기파 펄스를 발사해 지상의 우주무기조종센터, 미그기, 위성들의 전자장비뿐만 아니라 반경 50km 지역의 전기까지도 끊어놓는다.

이러한 전자기파 펄스 무기가 이라크 전쟁이 발발한다면 첫선을 보일 것으로 점쳐지고 있다. 미 정보국의 보고서에 따르면 이라크는 대량살상무기를 비롯한 핵심무기를 병원과 같은 민간건물 지하나 요새화된 지하기지에 숨겨놓았을 가능성이 높다고 한다. 따라서 영화에서처럼 사람을 죽이지 않고 목표물을 무력화하는 정밀한 비살상무기가 필요하다. 바로 이 역할을 수행하는 무기가 전자기파 펄스다.

전자기파 펄스 무기는 지하 깊숙이 묻혀있는 벙커까지 전기를 보내는 케이블이나 송수관을 타고 침투할 수 있다. 전자 장비를 이로부터 보호한다는 것은 기술적으로 매우 어려울 뿐만 아니라 현실적으로 비용이 많이 든다.

전자기파 펄스 무기의 효과는 강력한 전자기파 펄스에서 생긴다. 전자기파 펄스의 효과는 히로시마에 원자폭탄이 투하된 이후 1950년대에 실시된 초고층대기 핵실험 중에 우연히 확인됐다. 당시 하와이의 가로등이 갑자기 소등된 사고가 발생했는데, 그 원인이 핵폭발 중 방사된 강력한 전자기파 펄스에 의한 것임이 밝혀졌던 것이다. 이때부터 전자기파 펄스 무기에 대한 연구가 시작됐다. 핵폭탄은 수많은 인명과 시설에 피해를 주고 그 후유증도 심했기 때문에 연구는 핵폭탄을 사용하지 않고 강력한 전자기파 펄스를 발생시키는데 초점을 두었다.

강력한 전자기파 펄스를 발생시키기 위해서는 폭약을 사용해 수십μ초(마이크로초, 1μ초 = ${10}^{-6}$초) 정도의 짧은 시간에 자기장을 압축하는 압축자속발생기(flux compression generator) 기술을 사용한다. 이 압축자속발생기는 수십-수백μ초 내에 수십MJ(메가줄, 1MJ = 106줄)의 전기에너지를 발생시킬 수 있는데, 최고전력이 수십TW(테라와트, 1TW = ${10}^{9}$와트)에 이른다. 이 엄청난 전력이 전자기파 발생기에 공급되면 강력한 전자기파가 만들어진다. 이 전자기파는 안테나를 통해 목표물을 향해 발사된다.

전자기파 펄스 무기는 거의 모든 순양 미사일이나 무인 비행기에 실려 운반될 수 있어 무기로서의 효용성이 크다. 실제로 미국의 항공우주기업인 BAE 시스템사는 아프가니스탄에서 맹활약을 했던 프레데터와 같은 무인 비행체에 장착할 소형의 전자기파 펄스 무기를 개발하고 있다고 밝혔다. 적의 통신을 방해하고 적의 컴퓨터 시스템에 심각한 타격을 주기 위해서다.

스타워즈 - 수천km 거리에서 명중시키는 레이저 플라스마 충격파

영화 스타워즈 시리즈에서 가장 인상깊은 무기는 무엇일까. 뭐니뭐니 해도 제다이의 포스(Force)와 이의 상징인 광선검이 아닐까. 그 다음으로 생각나는 게 있다면 바로 레이저 무기일 것이다. 레이저 총에서 레이저 포까지 실로 다양한 레이저 무기가 영화 스타워즈 시리즈의 우주 활극에서 맹활약한다.

영국의 BBC 방송은 2002년 11월 5일 미군이 뉴멕시코주 화이트샌드 미사일 실험장에서 미사일 방어용 레이저 무기인 이동식 고에너지 전술 레이저를 사용해 비행중인 포탄을 추적해 격추했다고 보도했다. 이 레이저 무기는 고에너지 레이저 광선을 수십-수천km 거리에 있는 목표물에 광속으로 명중시킬 수 있기 때문에 향후 강력한 무기가 될 수 있다고 전했다. 이처럼 SF영화에서나 볼 수 있었던 레이저 무기가 실전에서 첫선을 보일 날도 머지 않았다.

레이저 무기에는 고에너지 펄스 레이저인 화학레이저와 고체레이저가 사용될 수 있다. 그러나 일반적인 레이저로는 무기가 될 수 없다. 고출력의 펄스 레이저여야 한다. 고에너지 펄스 화학레이저는 1990년대 초 미 로스알라모스국립연구소에서, 고에너지 펄스 고체레이저는 미 로렌스리버모어국립연구소에서 최근에 개발됐다. 고체레이저는 2001년에 2cm 두께의 강철판에 지름 1cm의 구멍을 내는데 성공했다.

고에너지 펄스 레이저는 수μ초 동안 수백J의 에너지를 목표물에 가해 목표물 표면을 녹이면서 고밀도의 플라스마를 만든다. 이 플라스마는 연이어 오는 레이저 펄스에 의해 가열돼 격렬하게 팽창한다. 그 이유는 역 브람스트랄룽(Brehmsstrahlung) 현상 때문이다. 브람스트랄룽 현상은 움직이는 전자의 속도가 줄어들 때 생기는데, 전자 에너지의 일부가 광자로 방출되는 현상이다. 그 반대 경우가 역 브람스트랄룽 현상으로, 전자가 광자 에너지를 흡수하면서 속도가 증가한다. 이렇게 가열돼 급속히 팽창하는 플라스마는 강력한 충격파를 발생시키는데, 이 충격파는 목표물을 날려버릴 정도로 매우 강하다. 이 고에너지 펄스 레이저 무기는 레이저 충격파에 의한 물리적 충격뿐만 아니라 엄청난 굉음과 표면을 녹이는 등 다양한 효과를 갖고 있어 다양한 살상 및 비살상무기 개발로 이어지고 있다.

만약 이것을 비살상무기로 사용한다면, 사람이 받는 충격은 플라스틱 총알 이상으로 크다. 극심한 통증, 피부손상, 조직장애, 일시적인 마비, 호흡곤란, 어지러움 등을 유발한다. 실제로 이런 개념의 무기는 현재 개발을 눈앞에 두고 있으며 2006년경에 사용될 계획이다. 펄스 레이저 무기를 트럭, 비행기, 헬리콥터에 싣고 안전한 거리에서 레이저 펄스를 발사함으로써 폭도, 저격병, 적군을 충격파로 때려눕혀 제압한다는 것이다. 이렇게 되면 군인들이 직접 출동했을 때 처할 수 있는 위험들을 사전에 제거할 수 있다.