최근 군비 증강에 힘을 쏟고 있는 중국이 음속의 10배에 달하는 극초음속 비행체 발사실험을 한 것으로 드러나 충격을 주고 있다. 미 국방부의 말을 인용한 미국의 온라인 사이트 ‘워싱턴 프리비컨(WFB)’에 따르면 중국이 지난 9일 극초음속 비행체 발사시험을 했고 미 국방부는 이 발사체를 중국의 신형 극초음속(Hypersonic) 미사일 ‘WU-14’로 명명했다는 것.

전문가들은 “중국이 극초음속 미사일 실험을 하는 이유는 미국이 추진하고 있는 미사일 방어(Missile Defense, MD) 체계를 무력화시키기 위해서다”라고 분석하고 있다.


MD 체계란 적의 미사일이 발사돼 아군의 목표물에 탄착되기 전에 요격미사일로 격추시키는 것이다. 일례로, 대량살상무기(Weapon of Mass Destruction, WMD) 운반수단으로 사용가능한 탄도미사일(Ballistic missile)은 비행속도가 매우 빠르고 불규칙한 하강운동으로 인해 정확한 비행궤적의 추정 및 예측이 어려워 요격이 어려운 것으로 알려져 있다.

더욱이 레이더 반사면적(Radar Cross Section, RCS)이 매우 적어 탐지가 잘 안 되기 때문에 전천후 타격이 가능해 많은 나라에서 보유를 위해 노력하고 있다.

하지만 탄도미사일이 결코 무적은 아니다. 전문가들은 “탄도미사일의 경우, 탄착점이 불확실해 명중률이 낮고, 대기권에서는 속도가 떨어지는 약점이 있어 요격이 가능할 수도 있다”고 주장한다.

이에 가상 적국과의 미래전에 대비하는 미사일 선진국들은 요격을 막는 미사일 개발에 주력하는 가운데 “지키느냐. 뚫느냐”의 치열한 미사일 기술 경쟁을 벌이고 있다. 그 중심에 극초음속 미사일이 있다.

음속보다 10배 빠른 극초음속 미사일

로켓부스터로 쏘아 올려지는 탄도미사일은 수직 상승한 후에는 대부분의 비행을 대기권 밖에서 하게 된다. 공기가 희박한 대기권에선 항력이 거의 없기 때문에 속도가 매우 빨라질 수밖에 없다. 일례로, 대륙간 탄도미사일(ICBM)의 경우, 100∼300km 대의 대기권 밖을 마하 8의 속도로 날아갈 수 있어 수천km를 몇 분 내에 도달할 수 있다.

이후 탄도미사일은 대기권 안으로 재진입을 시도하면서 나선형의 매우 불안정한 낙하를 하는데 이는 방어자 입장에서 요격을 어렵게 하는 원인이 된다. 작은 레이더 횡반사면적(RCS) 때문에 현재의 기술수준으론 중간단계에서의 요격도 매우 어려운 것으로 알려져 있다.

전문가들은 “탄도미사일은 고폭탄, 생화학 및 핵무기 등과 같은 WMD 탄두를 탑재할 수 있기 때문에 더 위협적이며, 적 지역의 상공에서 탄두가 확산되므로 탄착점 오차가 크고, 부정확하지만 그 파괴력은 가공할 수준”이라고 설명한다.

이에 비해 순항미사일(Cruise missile)은 탄도미사일보다 크기가 작고, 지상으로부터 약 20m의 저고도를 비행, 적의 레이더망을 기만하는 위력을 발휘한다. 실제로, 걸프전과 이라크전에서 미국이 자랑하는 대표적 순항미사일 ‘토마호크’는 적의 방공망을 확실하게 유린했다.

토마호크 순항미사일의 경우, 순항고도에 이르면 마치 항공기처럼 변신, 제트엔진으로 날아가는 것이 기술적 특성이다. 맨 앞부분에 장착된 TV 카메라는 지상을 관측하며, 사전에 입력된 지형을 등고선 정보로 파악, 목표물로 정확히 날아가고 스스로 경로 수정 또는 목표물 수정도 할 수 있다.

그럼에도 불구하고 순항미사일의 가장 큰 약점은 속도가 느리다는 것. 토마호크의 경우, 마하 0.8 정도의 아음속(마하 0.9 정도로 초음속에 들어가기 바로 전의 속도)이며, 탄두 중량 역시 매우 가벼워 파괴력 면에서 탄도미사일에 비해 크게 떨어진다.

오늘날 상대적으로 눈부시게 발전하고 있는 전투기와 요격미사일 기술 발전으로 인해 위력이 크게 감소하고 있는 것이 사실이다. 전문가들은 “순항미사일은 상대국의 공군력이 강하면 큰 위협이 될 수 없다”고 말한다.


이런 흐름은 극초음속 미사일의 탄생을 예고하고 있다. 지난 2007년 5월 ‘뉴사이언티스트’지는 “미국 방위고등연구계획국과 호주의 극초음속연구소가 공동연구팀을 구성, 극초음속 미사일의 초기 모델을 만들었다”고 공개한 바 있다.

이 극초음속 미사일은 음속의 10배로 날아서 지구상의 어느 곳이라도 몇 시간 안에 공격할 수 있는데 스크램제트(Scram jet) 엔진을 사용한 것으로 알려졌다.

충격파를 이용하는 극초음속 엔진

스크램제트 엔진은 일반적인 제트엔진과는 다른 원리를 갖고 있다. 통상 제트엔진의 경우, 폭발적인 추력을 얻기 위해 흡입된 공기는 연소기로 들어가기 전에 반드시 압축과정을 거치기 위해 내부에는 다수의 압축날개가 있다.

반면에 압축기가 없는 ‘램제트(Ram zet)’ 엔진은 초음속 영역(마하 2 이상의 속력 대)에 들어서면 공기 압축에 의해 발생하는 충격파를 이용한다. 이 충격파는 초음속에 들어가기 직전의 천음속 영역에서부터 일어난다.

램제트(Ram jet) 엔진은 이 충격파를 이용하는 제트엔진이다. 비행기가 날아가는 속력에 의해 공기가 압축되고, 엔진 내부에는 연료분사만으로도 불이 붙어서 엄청난 폭발이 일어난다. 램제트 엔진은 마하 3.8의 초음속대에서 최고의 효율을 내는 것으로 알려져 있다.

스크램제트(Scram jet) 엔진은 이 램제트 엔진보다 한 차원 높은 성능을 자랑한다. 전문가들은 “램제트 엔진의 경우, 극초음속 영역에서 흡기구에 유입된 공기가 아음속(마하 0.8로 천음속 전의 상태)으로 감속된다. 이때 운동에너지가 열에너지로 바뀌어 극도의 고온이 형성되고, 이로 인해 기체가 상하거나 추력이 오히려 떨어지는 현상이 발생한다”고 설명한다. 이를 방지하기 위해 램제트 엔진은 무거운 냉각기를 달고 있다.

이에 비해서 스크램제트 엔진은 공기역학을 고려한 납작하고 뾰족한 외형에다 노즐(Nozzle) 역시 흡입된 공기를 압축시키는 과정에서 초음속을 유지해야 하기 때문에 단순 확장형 구조를 갖고 있다. 이런 흡기 구조는 지속적으로 초음속(마하 2 이상) 영역을 유지할 수 있기 때문에 감속이 필요 없다. 이는 과도한 기체의 열을 발생시키지 않기 때문에 극초음속을 가능케 한다.