- K-SLBM, 킬 체인보다 주변국 군사력 평창 위협에 은밀히 맞설 수 있는 강력 수단
[방위산업전략포럼] 조현상 기자 = 한국형 SLBM(잠수함 발사 탄도미사일) 수중발사 성공했다고 4일 새벽 YTN을 통해 보도되었다.
SLBM 잠수함 수중발사 자료사진.
한국은 이번 수중발사 성공으로 인해 안보리 상임이사국 5개국, 인도와 북한에 이어서 세계 8번째 SLBM 개발국이 된 셈입니다. 이와 함께 잠수함 기만기 문제가 해결됨에 따라 도산 안창호함은 올해 7월 중에 해군에 인도되어 전력화될 예정이다.
이로서 북한이 먼저 개발해 위협을 받았지만, 우리도 SLBM을 성공시킴으로써 북한의 위협에 대처할 수단을 갖게 된 것이다. 앞서 우리군은 한국형 K-SLBM 개발사업을 공개하면서 장보고급-Ⅲ 잠수함에 탑재해 북한 탄도미사일 발사대나 SLBM에 대한 “킬 체인” 수단으로 사용할 계획이라고 발표하면서 그 이유에 대해 북한과 가까운 해역에서 발사할 수 있기 때문이라고 했다. 여기에 선제 타격을 할 수 있기 때문이라고 했지만, 이는 현실적이지 않다.
잠수함은 전파가 차단되는 수중에서 작전을 하기 때문에 실시간 작전통신이 거의 불가능하다. 그리고 우리군이 통신 명령을 받고 SLBM을 잠수함에서 대응 발사하기 위해서는 저수심까지 부상해야하고 여기에 잠수함에서 발사할 수 있도록 함을 안정화하는 데에는 최소 10여 분이 필요하다.
즉 븍한 탄토미사일 발사가 탐지되면 우리 군은 20분 이내에 선제 탄도미사일을 발사해 타격한다는 개념이 “킬 체인” 작전이다. 따라서 잠수함 SLBM은 킬 체인용으로 적합하지 않다고 볼 수 있다. 그럼에도 장보고-Ⅲ급에 K-SLBMDL 탑재된 것은 주변국들의 군사력 증강에 맞서 은밀하고 위협적인 수단 가운데 SLBM이 가장 효과적인 전술이기 때문이다.
도산 안창호함 초기 개념설계도이다. 당시만 해도 순항미사일 탑재를 염두에 두었기에 수직발사기 숫자가 12기나 됨을 알 수 있다.
한국형 SLBM 개발사업은 세계적 수준의 탄도미사일 기술 보유국이므로, SLBM 형태의 탄도미사일 개발 자체는 어렵지 않았다. 하지만 SLBM을 탑재할 수 있는 잠수함 및 SLBM을 발사할 수 있는 수중 발사체계를 개발하는 것은 기술적 문제가 클 뿐만 아니라, 정치적으로도 아주 민감한 문제였다.
실제로 장보고-Ⅲ급은 사업 초창기에 사거리 1,500km급의 해성-3 아음속 잠대지 순항미사일을 운용하는 수직발사기 12기를 탑재하는 잠수함으로 건조될 예정이었다. 당시만 해도 정치적으로 SLBM(잠수함 발사 탄도미사일)이 민감한 시기였다.
2011년, 두산 DST(현 한화디펜스)와 대우조선해양이 공동으로 잠수함용 수직발사기 시험발사에 성공했다. 당시에 시험 발사된 것은 당연히 순항미사일이었고 향후 초음속 순항미사일 탑재 정도가 고려되고 있었다.
이후 북한이 차후에 북극성-1호 SLBM 개발을 본격화하고 있다는 정보가 입수됨에 따라, 국방부는 이미 2013년부터 장보고-Ⅲ급에 대한 SLBM 탑재를 검토하기 시작했다.
국방과학연구소 개발한 혼합 가스식 사출체계 개념도. (출처: 국방과학연구소)
이후 북한이 북극성(ㅅ)1~2 발사에 성공하자 우리 군은 이에 자극받아 SLBM 개발을 현실화하고 중량 1.5톤급의 순항미사일 사출에 맞추어 개발되던 수직발사기를 한국형 SLBM에 발맞추어 사출 중량이 최소 4~5톤 수준으로 크게 늘릴 필요성이 있다고 판단하고 개발에 들어갔다. 사출물의 대형화에 따라 장보고-Ⅲ급의 내부 구조가 크게 변경됨은 물론, 수직발사기 개발방식도 업체주도 개발사업에서 국방과학연구소 주도형으로 변경됨과 동시에 새로운 “혼합 가스식 사출체계”가 개발되기 시작했다.
군 관계자에 따르면, 한국 해군이나 대우조선해양 모두 장보고-Ⅲ Batch1이 아닌 후기에 건조될 장보고-Ⅲ BatchⅡ급부터 SLBM이 탑재되길 원했다고 한다. 하지만, 북한 위협이 강화됨에 따라 SLBM 탑재를 결정하게 된다.
이에 따라 국방과학연구소와 대우조선해양의 설계팀은 급격한 설계변경을 통해 6발의 SLBM을 탑재할 수 있는 잠수함 설계를 완성하고 2014년 11월에 겨우 잠수함 건조용 강재 절단식(Steel Cutting Ceremony)을 가질 수 있었다.
북한의 북극성-1호 SLBM 발사 모습. 북한의 북극성 SLBM 시험발사 성공에 따라, 한국도 SLBM을 개발 및 탑재하는
정치적 정당성을 얻을 수 있었다.
국방부의 결정에 따라 2013년부터 국방과학연구소는 급히 한국형 SLBM 개념설계를 시작해, 2014년부터 당시 개발 중이던 K-2C 현무 탄도미사일 기술을 기반으로 한국형 SLBM 개발사업을 시작했다.
앞서 언론에서는 K-2B 현무를 기반으로 한국형 SLBM이 개발된다고 나왔지만, 그건 그 당시만 해도 K-2C 현무(2017년에 공개됨)가 공개되지 않았기에, 당시 공개된 탄도미사일 중에 가장 발전된 모델인 K-2B 현무 이름을 그냥 사용한 것뿐이었다. 실제로는 K-2C 현무의 기술이 사용되었고 현재 현무-4시리즈 중의 하나가 되었다.
관계자들은 장보고-Ⅲ급의 SLBM 탑재가 그야말로 북한이 준 선물(?)이란 표현을 사용하곤 한다. 장보고-Ⅲ급은 사업 초기부터 전략적 억제력, 즉 정치적 영향력이 강력한 SLBM 탑재를 고려했지만, 주변국의 정치적 반발을 우려해 탑재가 구체화할 수는 없었다.
그러다가 북한이 2013년에 3차 핵실험을 실시함과 동시에 SLBM 개발 첩보가 입수됨에 따라, 당시 정치권의 주도하에 급속히 한국형 SLBM의 개발 및 탑재 결정이 이루어졌다.
러시아가 한국에도 수출하고자 했던 수직발사기 장착형 아모르급 잠수함도 8발의 다목적 수직발사기를 장착하고 있다.
도산 안창호함은 6발의 한국형 K-SLBM을 장착하고 있으며, SLBM을 안정적으로 수중에서 사출시키기 위한 다양한 장비를 갖추고 있다.
먼저 잠수함이 SLBM을 수중에서 사출시키기 위해서는 조류속도나 해풍의 영향을 받는 저수심에서 잠수함을 안정화하는 기술이 필수적이다. 장보고-Ⅲ급의 3,705t의 수중배수량은 SLBM 발사가 가능한 최저 톤수 한계선에 해당한다. 당연한 이야기이지만 배수량이 많을수록 주변 환경의 영향을 적게 받는다.
잠수함은 일정한 수심을 유지할 수 있도록 대규모 밸러스트 탱크를 갖추며, 잠수함의 수평을 세세하게 조정하고 상승 및 하강하고자 트림 탱크도 함께 갖추고 있다. 잠수함 부상 과정을 보면, 함수의 트림 탱크에서 해수를 방출해 잠수함을 수면 방향으로 올린 다음 이후, 밸러스트 탱크의 해수를 방출해 부력을 높임으로써 수면 위로 부상한다.
여기에 추가해 잠수함은 중량 보상 탱크를 갖추고 있다. 잠수함은 지속적으로 내부의 디젤연료를 소모하며 또한 잠수함의 오수 탱크를 비워내는 과정에서도 중량 밸런스가 어긋나게 된다. 특히나 중량이 톤 단위로 나가는 중어뢰나 SLBM을 사출시킬 경우, 갑작스럽게 중량 밸런스가 변화하므로 중량보상 탱크에 해수를 추가하는 방법으로 보상하게 된다.
과거에는 세 가지 탱크 모두를 인력이 관리해야 했지만, 현재는 잠수함에 장착된 전자적으로 제어되는 SCC(Submarine Control Console : 잠수함 컨트롤 콘솔)를 사용해 전체적인 제어 및 방향 제어를 수행하고 있다. 그리고 기술이 발전함에 따라 잠수함이 항해하는 해양환경(부력에 영향을 미치는 염도와 수온) 정보와 잠수함에 가해지는 외력정보(주로 수중의 조류와 파도세기) 정보를 입력받아 자동적으로 함정을 안정화하고 있다.
국방과학연구소와 대우조선해양은 공동으로 K-SLBM 발사를 위하여 가스-스팀 혼합 가스식 사출발사(Gas-Steam Eject Launch Method) 기술을 개발했다.
K-SLBM의 부피와 중량은 공개되지 않았지만, SLBM이 수중에서 사출할 때 외력으로부터 미사일을 보호하는 수중용 캐니스터 중량을 합치면 거의 10톤에 근접할 정도로 무거울 가능성이 높다는 전문가들의 예측이다.
이렇게 무거운 SLBM 캐니스터 캡슐을 수면 위로 사출시키기 위해서는 강력한 가스압력이 필요하고, 이를 위해서 로켓연료 수준의 강력한 고체추진제를 연소시킬 필요성이 있다. 고체추진제를 연소시킬 때의 온도는 2,000도가 넘어서며 그 내부 압력도 2,000psi에 이르므로, 잠수함 수직발사기는 물론, SLBM을 보호하는 캐니스터도 아주 두텁고 튼튼할 필요가 있습니다.
그런데 이것은 모두 중량 증가를 의미하므로, 국방과학연구소는 K-SLBM 탑재에 대응해 미국과 영국의 최신 전략원잠에 적용된 혼합 가스식 수직발사 사출체계를 2020년 8월까지 개발한다고 발표했었다.
국내에서 개발한 혼합 가스식 사출체계 개념도이다. 고체추진제를 연소시켜서 만들어진 고압의 가스가 SLBM의 하단부와 발사관에 접촉할 수 없도록 냉각제를 방출해 일종의 보호벽을 형성하는 개념을 보여주고 있다.(출처: 냉각제의 분사조건 및 상변화가 혼합가스 사출시스템의 성능에 미치는 영향 논문). 우측 / 도산 안창호함에 탑재된 프랑스 ECA GROUP의 SNDC 콘솔입니다.
국내에서 개발한 혼합 가스식 사출체계 개념도이다. 고체추진제를 연소시켜서 만들어진 고압의 가스가 SLBM의 하단부와 발사관에 접촉할 수 없도록 냉각제를 방출해 일종의 보호벽을 형성하는 개념을 보여주고 있다.(출처: 냉각제의 분사조건 및 상변화가 혼합가스 사출시스템의 성능에 미치는 영향 논문)
여기서 혼합 가스식 사출체계란, SLBM 수중사출을 위하여 고체추진제를 연소시켜 높은 압력을 얻는 것까진 기존 콜드런치 시스템과 동일하다. 다만, 고체추진제를 연소시켜서 만들어진 고압의 가스가 K-SLBM의 하단부와 발사관에 접촉할 수 없도록 옥사미드(Oxamide)와 멜라민(Melamine)과 같은 냉각제를 방출해 고압가스와 섞어버린다.
이렇게 하면, 수직발사관의 내부온도가 2,000도 수준에서 수백도 수준까지 하락함과 동시에 최대압력도 2,000psi급에서 1,000psi급으로 감소되어도 K-SLBM을 사출할 수 있는 수준의 충분한 가스압력을 형성할 수 있다.
현재 미국과 영국, 프랑스 전략원잠도 비슷한 구조의 혼합 가스식 사출체계를 사용하고 있지만, 자세한 구조와 작동방식은 철저히 비밀로 관리되며 공개되지 않고 있다.
도산 안창호함
국방과학연구소는 혼합 가스식 사출체계를 개발하고자 CFD(Computational fluid dynamics : 컴퓨터를 활용한 유체역학) 소프트웨어를 활용해 기본설계를 완성했다. 그 이후, 지상 수조를 사용해 축소 모형탄을 대량으로 발사하였고 이어서 실제 스케일의 SLBM 발사관을 개발했다.
이어 수중으로 가라앉는 수중 바지선에 SLBM 발사체계를 탑재한 이후, 실제 SLBM과 동일한 중량과 체적을 갖는 더미를 발사하는 방법으로 신뢰성을 확보하는 시험이 2018년에 성공하면서 완료했다.
이어 도산 안창호함에 혼합 가스식 사출 체계가 장착되어 지난 2020년에 대우조선해양 조선소 내부에서 발사가 성공했다. 대우조선해양 관계자에 따르면, 조선소 일부에 엄청나게 큰 스크린을 치고 그 안에서 비밀리에 장착 및 발사 테스트를 진행해 자신들도 그 과정을 제대로 볼 수 없었다고 한다.
하지만 몇 차례의 실패를 겪은 이후에 드디어 SLBM 수중 발사시험이 성공했다는 뉴스가 4일에 보도되면서 K-SLBM 성공을 알렸다.
2014년 중국 CCTV에서 방송한 1982년의 쥐랑-1 SLBM 발사 실패로 폭발 장면이다. 그나마도 SLBM이 공중 폭발해 잠수함은 무사했지만, 발사관을 벗어나지 못하고 폭발하면 잠수함이 침몰할 수도 있다.
하지만 사실 한국형 SLBM 개발이 완벽히 완료된 상태라고 안심할 수 없다. 따라서 이번 발사 성공에 이어 지속적인 시험발사를 통해 완성도를 더욱 높여 갈 것으로 보인다.
예를 들기에 부족한 면이 많지만, 중국의 경우에는 파도가 상대적으로 잔잔한 발해만에서는 수중발사에 성공했다가, 실제 태평양에서 발사할 시에는 실패한 사례가 여러 번 있었기 때문이다. 도산 안창호함, 현재 테스트 대부분을 종료하고 올해 7월에 해군에 인도될 예정이다.
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