우주에서 지상 &지하 핵시설물 파괴 목적 개발


신의 지팡이(Rods from God) 개념도.    출처:www.pakalertpress.com


최근 우주사이트 스페이스 닷컴에 따르면 러시아의 일부 언론매체가 2026년 4월 13일 하나의 소행성과 지구의 충돌 가능성을 제기했다. 러시아 언론에서 주목한 소행성은 아포피스(Apophis)로 미국의 과학자가 2004년 최초로 발견한 지름 390m, 무게 약 2700만 톤에 달할 것으로 추정된다. 만약 이 소행성과 지구가 충돌한다면 히로시마 원자폭탄 10만 배의 폭발력으로 지각변동·대기오염·온도변화 등의 엄청난 재난을 불러올 것이라고 보도했다.

 한편 2012년 1월 8일 이란의 현지 유력 일간지 카이한(Kayhan)은 이란 당국이 중북부 도시 콤(Qom) 인근 산악지대의 포르도(Fordo)라 불리는 지하시설에서 원심분리기로 우라늄을 농축하기 시작했다고 전했다. 이 신문은 외국의 군사적 위협이 높아지는 가운데 포르도 시설에서 우라늄 농축이 시작됐다고 전하며, 이 지하시설은 외부 공습으로부터 잘 보호받을 수 있다고 덧붙였다.

 지구의 행성 충돌이나 핵전쟁 같은 엄청난 재앙으로부터 지구를 구할 수 있는 방법은 없을까. 많은 과학자들은 지구가 소행성과 충돌할 위험이 있을 경우 소행성에 우주선을 발사해 궤도를 수정하거나 핵무기로 소행성을 제거할 수 있고, 우라늄 농축시설과 같이 지하 깊숙이 위치한 핵시설들은 일명 ‘벙커 버스터’라고 불리는 지하침투탄으로 파괴할 수 있다고 주장한다. 그러나 엄청난 속도로 낙하하는 소행성을 지구궤도 밖에서 요격하거나 지하 수십 미터 아래에 위치한 핵시설 등을 파괴하는 것은 생각처럼 쉬운 일이 아닐 것이다.

 이러한 관점에서 미국이 우주무기 프로젝트 일환으로 개발하고 있는 일명 ‘신의 지팡이’라고 불리는 ‘Rods from God’에 주목해 본다. 미국에서 개발 중인 것으로 알려진 신의 지팡이는 지구 궤도에 떠 있는 위성에 탑재된 플랫폼에서 지하 깊숙이 자리 잡은 핵시설과 같은 지상 목표물을 공격하기 위해 개발 중인 운동에너지를 이용한 우주무기의 일종이다. 미 공군 보고서에 따르면 이 우주무기는 직렬 위성·통신 플랫폼·금속 기둥의 운반체로 구성되고, 금속 기둥 운반체에는 여러 개의 금속 기둥이 다발로 묶여 탑재돼 있다. 각 금속 기둥들은 텅스텐 재질의 길이 6.1m, 직경 0.3m의 큰 기둥 형태로 대기권에 진입할 때 약 11㎞/sec로 비행, 15분이면 지상 목표물에 도달할 수 있다.

 이 시스템은 소형 핵무기급의 위력을 갖고 있는 것으로 알려져 있으나, 플랫폼을 지구 궤도까지 쏘아 올리고 유지하는 데 많은 비용이 소요되고, 대기권 비행 중 발생하는 엄청난 마찰열 때문에 충격과 동시에 기화하는 현상 등 해결해야 할 문제점들이 있다. 미래 과학기술을 활용해 이러한 문제점을 극복하고 이 무기체계가 실용화된다면 고폭화약 대신 운동에너지를 사용하기 때문에 방사능 오염 없이 지하 수십 미터 아래에 위치한 핵시설도 파괴할 수 있어 핵무기 확산방지 및 핵전쟁 억제에 기여할 수 있을 것으로 기대된다.

 비록 이 무기체계가 우주에서 지상에 위치한 지하 시설물 파괴를 목적으로 개발되고 있지만 먼 미래에는 소행성 충돌로부터 지구를 보호하는 데에도 활용될 수 있을 것으로 보인다. 과학자들이 예측한 대로 2026년 4월 13일 소행성 아포피스가 지구를 향해 엄청난 속도로 다가오고 있다고 가정해보자.

 NASA를 비롯한 각국 과학자들이 아포피스의 비행 궤적과 속도를 정확히 예측해 위성에 탑재된 신의 지팡이 발사 플랫폼에 전달해 준다. 발사 플랫폼의 사격통제장치에서는 예상 요격점을 계산한 후 여러 개의 신의 지팡이를 발사한다. 발사 플랫폼을 떠난 신의 지팡이들은 엄청난 속도로 다가오는 소행성을 대기권 밖에서 정확히 요격, 소행성을 산산조각 낸다. 지구가 멸망할지도 모른다는 공포 속에서 이 광경을 지켜보던 지구인들은 소행성의 충돌에서 벗어났다는 안도와 함께 다시 평온을 되찾고 일상으로 돌아갈 것이다.

<조기홍 국방기술품질원 책임연구원>


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저고도 비행 헬기 음향센서로 감지해 폭발시켜


대헬기 지뢰(왼쪽 러시아, 오른쪽 폴란드) 출처:Jane’s Land-Based Air Defence 2012



지뢰는 저가의 비용으로 손쉽게 설치가 가능하고 적의 이동을 차단, 기동력을 줄이고 아군의 손실없이 적의 전투력을 감소시킬 수 있는 효과적인 무기다. 대부분의 지뢰는 지상에 살포돼 적이 근접·통과 시 폭발해 목표물에 타격을 주는 방식으로 운용되고 있다. 주로 대인용 또는 대전차용으로 운용되고, 기술의 발전에 따라 다양한 형태의 지뢰가 개발되고 있다.

 이 때문에 지뢰는 지상으로 접근하는 적을 방어하기 위해서만 사용하는 것으로 이해하기 쉽다. 그래서 공중을 통해 접근하는 적을 지뢰로 방어하는 개념은 다소 생소한 분야로 인식되고 있다.

 대헬기 지뢰는 저고도로 비행하는 헬기를 표적으로 하는 지뢰로 일부 국가에서만 개발되고 있다. 2000년대 말, 러시아와 폴란드에서 각각 개발한 것으로 알려진 대헬기용 지뢰는 핵심시설 등의 주변에 배치해 헬기에 의한 공격을 방어하기 위해 개발됐다.

 이 지뢰의 운용개념은 개략적으로 다음과 같다. 우선 지상에 설치되면 음향센서를 이용해 접근하는 헬기를 감지하고 피아를 식별한다. 그리고 헬기의 열을 감지하는 적외선 센서를 이용해 기폭시간 및 방향을 정밀하게 선정한다. 이후 센서의 정보를 이용해 지상에서 폭발하며, 내장된 화약의 폭발에 의해 만들어진 관통자를 이용, 헬기의 메인 로터를 파괴해 추락시킨다.

 이 지뢰에 장착된 음향센서의 경우 1㎞ 이상의 헬기를 탐지할 수 있으며, 유효사거리는 대략 150m에서 180m 정도로 알려져 있다. 원격조종을 통해 장전 &해제가 가능하고, 자체적으로 신호를 발사하는 방식이 아닌 표적이 발산하는 음향과 적외선을 감지하는 센서를 이용하기 때문에 헬기에서는 감지가 어렵다는 특징을 갖고 있다.

 대헬기 지뢰는 과거 불가리아·오스트리아 등의 국가에서도 개발한 것으로 알려져 있다. 센서는 음향센서와 적외선 센서를 탑재해 러시아와 폴란드에서 개발된 형태와 유사하지만 파편형 탄두를 적용한 점이 다르다.

다양한 형태의 대공방어 무기체계 개발 능력을 보유한 미국에서도 기술개발을 추진한 것으로 파악된다. 대헬기 지뢰는 기능과 구성이 단순해 기술적 접근이 용이한 무기체계다. 그러나 대공유도무기와 대공포 등 기능과 성능이 현저히 우수한 무기체계 덕택으로 대헬기 지뢰의 발전과 확산이 더디게 이루어지는 것이 현실이다.

 공중표적을 공격하고 무력화할 수 있는 무기체계들은 다양하다. 하지만 대헬기 지뢰는 근거리의 공중표적을 제압하는 타무기체계에 비해 비용 측면과 설치·운용의 용이성에서 유리하다. 이 때문에 대헬기 지뢰도 첨단기술이 적용돼 진화 발전될 것으로 예상된다. 아직까지 진보적인 형태의 대헬기 지뢰는 나타나지 않았지만 탐지·식별능력 증대, 사거리 증대, 원격조종능력 확대와 지능화가 이루어진다면 전장에서의 활용가치는 무시할 수 없을 것이다.

 <송유하 국방기술품질원 선임연구원>


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가파른 험지 등 동물 로봇 활용 적 정찰·추적 가능
시속 43.4km…야지를 육상 트랙처럼 달린다




타조 로봇 상상도. 출처:www.ihmc.us/groups/fastrunner




2025년 중앙아시아의 한 험준한 산맥에서 게릴라 척결 임무를 부여받은 알파 대원들은 다섯 마리의 개 로봇과 한 마리의 타조·치타 로봇을 대동하고 행군하고 있다. 개 로봇에는 수일치의 식량과 탄약, 야영에 필요한 장구류를 적재했다.

 오랜 행군에 지친 그들은 가파른 오르막길에 가로막혔으나 척후 임무를 부여받은 타조 로봇은 언덕에 올라 적의 동태를 아군에게 전송한다. 이 정보를 기반으로 대원들은 적을 정확히 타격하고 도망가는 일부 적들은 치타 로봇에 의해 모두 섬멸됐다.

 동물의 발을 가진 지상 군용 로봇에 대한 연구가 활발하다. 이는 세계의 어느 곳이든 전쟁터가 될 수 있으나 궤도 차량으로 접근 가능한 지역이 제한돼 발을 사용하는 인간과 동물만이 거의 모든 곳에 갈 수 있기 때문이다.

 최근 패스트 러너(Fast Runner)라는 발을 가진 타조 로봇이 놀라운 발전을 하고 있다. 타조 로봇은 시속 40.2㎞ 이상의 속도를 갖게 개발하고자 하는 미국방위고등연구기획국(DARPA) 연구의 산물이다. 미 MIT 대학과 플로리다 IHMC 연구소가 협력해 개발하고 있으며, 두 발 달린 동물 중 가장 빠른 타조 형상을 모방해 1.4m의 높이와 30㎏의 중량을 갖는 개체로 구현될 것이다.

 모터와 스프링만으로 구성돼 초경량이고 자체 안정화된 다리 설계 덕분에 타조 로봇의 움직임은 매우 빠르고 효율적이다. 모의 실험을 통해 타조 로봇은 지구상 가장 빠른 인간인 우사인 볼트를 능가하는 시속 43.4㎞의 속도를 실현했다. 이를 기초로 연구원들은 평탄한 도로에서 시속 32.2㎞로 주행 가능하고, 거친 도로에서는 시속 16㎞의 주행 실험을 준비하고 있으며 최종 목표는 시속 80.4㎞다.

 기존 로봇들과 비교해 타조 로봇의 속도는 매우 경이로운 수준이다. 일본 혼다 사가 인간을 돕기 위해 개발한 아시모 로봇은 1.3m 높이와 54㎏의 중량을 갖는 인간 형태의 로봇으로 두 발로 걷거나 시속 6㎞로 달릴 수 있다. 미국의 보스톤 다이내믹스 사가 군수품 수송을 위해 개발한 빅독 로봇은 0.7m의 높이와 73㎏의 중량, 그리고 1m의 길이의 큰 개 형태의 로봇으로 시속 6.4㎞로 달릴 수 있다. 중량 150㎏을 운반하고 35도 경사를 오를 수 있다.

 또 보스톤 다이내믹스 사가 걷는 방법에 대한 연구를 위해 개발한 리틀독 로봇은 14㎝의 높이와 2.2㎏의 중량, 그리고 30㎝의 길이를 가진 작은 개 형태의 로봇으로 7.9㎝의 장애물을 시속 0.15㎞(0.1mph)로 이동할 수 있을 뿐이다.

 빅독 로봇·타조 로봇·치타 로봇 등 발을 가진 로봇이 실용화돼 전장에 배치된다면 전투 형태는 큰 변화를 가져올 것이다. 전투원들은 과거 차량으로는 임무 수행이 곤란했던 가파르고, 미끄러운 험지 등에서 동물 로봇을 활용, 군수품을 운반한다. 적지를 정찰·추적 가능하며 필요 시 탑승해 이동함으로써 이동 범위와 속도를 획기적으로 증대해 병사의 위험도와 피로도를 감소시켜 전쟁을 유리하게 이끌 수 있을 것이다.

<김국현 국방기술품질원 선임연구원>


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보조엔진 없이 마하4 이상 초음속 비행 가능


미 공군이 개발한 펄스 데토네이션 엔진으로 시험비행 중인 ‘Long E-Z’           출처:Wright-Patterson 미공군 홈페이지



‘더 높이! 더 멀리! 더 빨리!’. 서울 올림픽을 개최하고 2018년 평창 동계올림픽을 개최할 우리에게는 너무나도 익숙한 올림픽 슬로건이다. 이를 위해 육상선수들은 뼈를 깎는 고통을 감내하며 새로운 기술을 연마하고 훈련에 훈련을 거듭하고 있다. 인류의 무기도 올림픽 슬로건처럼 더 높이, 더 멀리, 더 빠르게 진화해 왔다. 항공기나 유도탄·함정·전투차량 등이 이처럼 기동할 수 있는 근간은 추진기관이다.

 현재까지 유·무인 항공기나 유도탄 등과 같은 비행체에는 디젤 엔진이나 가스터빈 엔진·고체로켓·액체로켓 추진기관이 보편적으로 적용돼 왔다. 최근에는 항공기나 유도탄이 초음속 또는 극초음속으로 순항할 수 있게 해 주는 램제트 및 스크램제트 엔진 등이 선진국을 중심으로 활발하게 개발되고 있으며 이미 실용화 단계에 있다. 이와 함께 차세대 극초음속 추진 엔진으로 주목받고 있는 것이 펄스 데토네이션 엔진(PDE : Pulse Detonation Engine)이다.

 PDE는 탄화수소와 같은 가연성 혼합기체가 점화될 때 발생하는 연소파와 초당 2~3㎞ 속도로 이동하는 강력한 폭발 충격파를 이용해 추진력을 얻는 엔진이다. PDE는 램제트 엔진이나 스크램제트 엔진과 마찬가지로 별도의 압축기나 터빈이 필요 없어 구조가 간단하고 소형 경량화가 가능하다.

 또 램제트 및 스크램제트 엔진은 운항 초기에 별도의 초음속 추진기관이나 항공기 등을 이용해 초음속 비행조건을 만들어 줘야 하지만 PDE는 연료를 점화할 때 발생하는 충격파를 이용하기 때문에 이러한 준비 과정을 생략할 수 있다. 엔진의 효율성 측면에서도 단위 중량당 추진력의 크기를 나타내는 비추력이 높고 연료 소비가 적어 열효율이 매우 우수하다.

 PDE의 유래는 불분명한데, 그 이유는 이 엔진이 보유한 장점과 전략적 가치로 일부 국가를 중심으로 은밀하게 개발돼 온 측면이 없지 않다. 1998년 미국 MIT 출신의 버싱 박사는 항공기용 PDE를 처음으로 발표해 주목받았다. 이 엔진은 보조엔진 없이 마하4 이상의 초음속 비행이 가능한 것으로 알려졌다.

 현재 미 공군과 DARPA, NASA, Pratt & Whitny사 등이 실용화 개발을 추진하고 있으며, 2012년 후반에 계획된 Falcon HTV-3X 시험비행에 펄스 데토네이션 엔진을 적용할 계획인 것으로 알려져 있다. 우리나라는 일부 대학과 연구소를 중심으로 기초연구가 진행되고 있다.

 PDE를 항공기나 유도탄용 추진기관으로 실용화하기 위해서는 두 가지의 기술적 과제를 해결해야 한다. 첫째, 연료의 폭발연소를 안정적으로 유지·제어할 수 있어야 하며 둘째, 폭발 연소로 인해 발생하는 강한 충격과 고온에 견딜 수 있는 신소재를 개발해야 한다.

 펄스 데토네이션 엔진을 실용화하기까지는 향후 10년 이상이 소요될 것으로 예상된다. 이 엔진이 실용화될 경우 유·무인 항공기나 순항 유도탄의 비행 속도와 거리를 획기적으로 증대시킬 수 있을 것이다. 또 연료 소모와 공해물질 배출이 적기 때문에 녹색기술로서도 각광받을 것으로 예상된다.

<이용진 국방기술품질원 선임연구원>


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