미래전에 대비한 미국의 첨단 과학 무기 체계.

[박쥐와나방]

美, 유사시 ‘전자기폭탄’으로 北 방공체계 무력화

Written by. 김필재   입력 : 2006-06-03 오전 10:08:00

빛의 속도로 순식간에 표적을 파괴시키는 ‘지향성 에너지 무기’(DEW: Directer Energy Weapon*레이저 무기)는 지금까지 공상과학 소설이나 영화에서만 볼 수 있었다. 최근 들어 군사전문가들은 이러한 무기가 관련 기술의 급속한 발전으로 가까운 미래에 실전 배치될 가능성이 매우 높은 것으로 전망하고 있다. 이에 코나스는 미래전 무기체계인 지향성 에너지무기, 전자기 폭탄, 플라스마 응용무기, 초저주파 음향무기 등에 대해 알아본다. <편집자주>

 ▲ 최근 미국과 이스라엘이 공동 개발한 고에너지(레이저) 무기의 모습

 걸프전 이후, 코소보전, 아프간전, 이라크전 등에서 어느 정도 힌트를 얻을 수 있듯이 현대전에서는 인명을 대량으로 살상하거나 전쟁과 관련이 없는 시설 등을 파괴하는 것을 가능한 피하고 있다. 실제로 군사 전문가들은 미래전이 대량살상과 민간인 희생을 최소화할 것이라고 말한다. 정밀한 공격으로 민간시설을 대량파괴하지 않고, 적의 핵심군사능력만 정교하게 파괴해 승리할 수 있기 때문에 대량살상이 일어날 가능성이 적다는 것이다.

 다음에서 소개하는 대부분의 미래전 무기체계는 화약의 파괴력을 사용하지 않으면서 전혀 다른 형태의 에너지를 사용한다. 특히 이들 무기체계는 주로 전장에서, 인마 살상을 위주로 사용하기 위한 것이 아니라, 상대국가의 전술 및 전략항공기, 미사일 등의 각종 무기체계를 무력화시키거나 파괴시키는 무기체계이다.

 ▲지향성 에너지 무기 : 지향성 에너지 무기(DEW: Direction Energy Weapon)란 전자기 에너지를 집속하여 표적을 파괴, 무력화, 저하시키는 무기체계를 말한다. 지향성 에너지 무기의 대표적인 무기체계로는 고에너지 레이저(HEL: High Energy Laser)무기와 고출력 마이크로파(HPM: High Power Microwave)무기 등이 있다.

 그동안 고에너지 레이저무기체계 개발은 미국이 주도적으로 추진해 왔다. 미국은 1970년대부터 시작된 고에너지 레이저 연구를 바탕으로 1983년 시작된 ‘별들의 전쟁’(Star Wars), 노틸러스(Nautilus)계획 등을 거쳐 레이저 무기를 꾸준히 개발해 왔다. 한편 미국 이외의 개발 국가로는 러시아와 중국, 유럽 국가들이 레이저무기를 개발하고 있는 것으로 알려져 있다.

 일례로 지난 1988년 “소련군의 무기와 전술(Weapon and Tactics of Soviet Army)의 저자인 David Isby는 소련은 공격적 레이저 무기의 개발에 있어서 서구와 같은 수준이거나 조금 더 앞서 있다고 했으며, 소련은 미국에서 순수한 과학적 연구 단계에 있는 여러 레이저 기술들을 무기에 활용하기 시작했다고 기술하고 있다.

 현재 고에너지 레이저 무기체계는 설치 장소나 탑재체를 고려하여 4종류로 분류된다. 이 가운데 지상설치 레이저(GBL: Ground Based Laser)는 고에너지 레이저 시스템을 지상의 일정한 공간에 설치해 단거리 유도탄 및 무유도 로켓, 소형 항공기 등을 요격하는 시스템으로 이미 미국과 이스라엘이 공동으로 개발 완료한 이동식 전술 고에너지 레이저(M-THEL: Mobile Tactical High Energy Laser)무기를 들을 수 있다.

 ▲ 우주설치 레이저(SBL : Space Based Laser)무기

 미국의 노드롭 그라만(northrop grumman)사에 의해 개발되고 있는 M-THEL 시스템은 지난 2000년부터 실시된 요격시험에서 러시아제 카투사(Kathusha)로켓(직경 122mm, 길이 3m) 28개를 요격시킨 바 있고, 지난해 5월 4일에 실시된 시험에서는 또 다른 형태의 대구경 로켓을 요격시키는데 성공했다.

 한편 이동이 불가능한 시스템으로는 초대구경 광학계를 이용해 정찰 위성의 센서를 손상시키거나 파괴시키기 위해 현재 미국에 의해 기술개발이 추진되고 있는 지상설치 레이저(GBL) 시스템을 들을 수 있다. 한편 항공기 탑재 레이저(ABL: Airborne Laser)는 부스터 단계의 탄도탄 요격을 위한 레이저 무기로서 현재 개발 중에 있다. 우주설치 레이저(SBL : Space Based Laser)는 부스터 단계 및 중간 단계의 탄도탄 요격을 위한 레이저 무기로서 체계 개발에 필요한 기술 개발이 진행되고 있다.

 함정탑재 레이저(SSD: Ship self-Defence)무기는 함정 자체 방어를 위해 원거리에서 함대함 유도탄의 센서에 손상을 가하고(Soft-Kill), 근거리에서 유도탄의 몸체에 손상을 가하는(Hard-Kill)개념으로, 무기체계에 응용 가능한 자유전자 레이저(Free Electronic Laser)기술 개발이 현재 美 해군에 의해 추진되고 있다.

 레이저무기의 사정거리는 지상 배치형은 수 십km, 항공기 탑재형 및 우주 설치형은 수 백km에 이르는 것으로 알려져 있으나, 사정거리는 레이저의 출력과 표적의 종류에 따라 가변적이다. 특히 미국은 지상에서 실제 인공위성을 향해 레이저를 발사시키는 실험을 수행한 적이 있다.

 21세기는 조종사 없는 무인전투기 전성시대

 지난 2002년 11월3일 예멘 사막의 한 고속도로에서 이슬람 과격단체 알 카에다의 고위 간부가 탄 차가 미사일 저격을 당해 6명이 사살된 사건이 발생했다. 놀랍게도 이 저격사건에 이용된 것은 대전차 미사일을 장착한 무인기인 ‘프레데터’로 밝혀졌다. 미국의 제너럴 애토믹스사가 제작한 프레데터는 본래 정찰용 무인기로 1995년 보스니아 전쟁에서 처음 사용되었는데 올해 초 아프간 전쟁에서 미사일을 장착하기에 이르렀다.

 급기야 최근에는 전투기를 무인기로 개발하려는 노력이 미국을 비롯한 선진국에서 진행되고 있다. 미국은 2010년까지 적진 깊숙이 침투해 공격하는 항공기 가운데 3분의 1을 무인화하겠다고 밝힌 바 있다. 머지않아 유인 전투기 대신 전쟁을 치르는 로봇 전투기가 등장할 것으로 보인다.

 초창기 무인기는 군사적인 용도로 개발됐다. 제1차 세계대전이 일어나던 1914년부터 군사용 무인기의 개발이 시도됐던 것이다. 이때의 무인기는 단순히 무선통신 수단을 통해 멀리 떨어져 있는 곳에서 조종하는 항공기를 뜻했다. 하지만 근래 들어 무인기는 스스로 항로를 찾아서 주어진 임무를 자동·자율적으로 수행할 수 있는 형태로 발전하고 있다.

 무인기의 장점은 유인기 대신 3D 작업을 수행할 수 있다는 것이다. 예를 들어 대공미사일이 설치된 지역을 정찰하는 위험한(Dangerous) 임무나 방대한 지역을 돌며 하루 종일 산불을 감시하는 지루한(Dull) 임무, 또는 방사능으로 오염된 지역을 정찰하는 더러운(Dirty) 임무 등은 무인기가 활약하기에 적합한 일이다. 무인기를 효과적으로 활용한다면 인명손실의 위험을 없애고 비용을 절감할 수 있다는 말이다. 무인기 분야의 세계시장은 항공기술과 전자·컴퓨터·통신기술 분야의 급격한 발전에 힘입어 연평균 약 12%의 급성장을 보이고 있다.

 전자 장비 무력화 신종무기, E-폭탄

 ▲전자기 폭탄(E-Bomb) : 앨빈 토플러의 저서 ‘전쟁과 반전쟁’(War And Anti-War)은 (유사시) 유엔의 승인을 받은 美 공군의 스텔스 전략폭격기 B-2편대가 한반도의 핵시설 3개소를 공격했는데 사망자는 없고 핵 기폭장치 가까이에서 근무하는 기술요원이 가벼운 화상을 입었고, 그 핵시설의 기폭장치의 고감도 전자 구성품들이 용해됐는데, 이것은 B-2 폭격기로부터 발사된 마이크로웨이브 공격을 받은 것이었다고 묘사하고 있다.

 ▲ 유사시 적국의 전자 장비를 무력화하는 신종 무기 ‘E-폭탄’(E-Bomb)의 폭발 직전의 모습

 이처럼 전자기 펄스(EMP: Electromagnetic Pulse)를 발생시켜 사람에게는 피해를 주지 않고 상대방의 전자 장비를 무력화하는 신종 무기를 ‘E-폭탄’(E-Bomb)이라고 한다. 유사시 ‘E-폭탄’이 도시에서 폭발하면 텔레비전, 형광등, 자동차, 컴퓨터, 휴대전화 등 반도체로 작동하는 전자기기는 모두 망가져 100년 전의 세상으로 되돌아간다. 특히 수십 미터 땅속에 철근 콘크리트로 만든 벙커일지라도 전자폭탄이 내뿜는 강력한 에너지가 환기 통로나 안테나를 통해 벙커로 흘러들어가 컴퓨터와 통신장비의 전자회로를 모두 녹여버린다.

 이 같은 현상이 발생하는 이유는 ‘E-폭탄’이 터질 때 발생하는 강력한 전자기 펄스가 안테나와 전력선을 타고 이동해 민간, 군사용 가리지 않고 수백m 내의 전자장치를 모두 파괴하기 때문이다. ‘E-폭탄’의 원리는 1925년 물리학자인 아서 홀리 콤프턴(Arthur H. Compton)이 발견했다. 고에너지 상태의 빛(광자)을 원자번호가 낮은 원자에 쏘면 전자를 방출시킨다는 것이 ‘콤프턴 효과’다.

 이 원리를 이용해 ‘E-폭탄’ 내부에서 초기 전자기 펄스가 만들어지고, 이를 수천만 암페어의 강한 전자기 펄스로 압축하는 것이 ‘플러스압축장치’(FCG)다. 전자기펄스가 지면으로 발사돼 반도체를 강타하면 반도체는 마치 전기판에서 프라이 되듯 가열돼 파괴된다. 미국이 테러리스트들의 손에 들어가지 않을까 우려하는 것이 바로 이 FCG이다. 미국의 ‘E-폭탄’은 초전도 자석을 이용해 만든 최첨단 폭탄으로 알려져 있다.

 그러나 첨단기술 없이도 기본적인 FCG를 만들 수 있다. 호주의 첨단무기 전문가인 카를 콥(Carlo Kopp)은 “1940년대 기술로 ‘E-폭탄’을 만들 수 있다”고 말했다. 대중과학 잡지인 ‘포퓰러 메카닉스’(Popular Mechanics)는 기본적인 ‘E-폭탄’은 400달러 정도면 만들 수 있다고 보도했다.

 미국이 1958년 태평양 상공에서 수소폭탄 실험을 했을 때 방출된 감마선이 대기 중 산소와 질소를 때리면서 마치 파도처럼 펄스를 만들어내 수백km 떨어진 곳에 영향을 미쳤다. 하와이에서는 가로등이 모두 꺼졌고 호주에서도 무선항해에 지장을 받았다. 미국은 이때부터 전자기 펄스 무기를 개발했다.

 한편 인도군은 파키스탄이 인도의 실리콘밸리가 위치한 벵골 지방을 ‘E-폭탄’으로 공격할지 모른다며 이에 대비해 FCG장치를 연구하기도 했다. 인도군의 연구에 따르면 전자기 펄스는 폭발 뒤에도 ‘시간 지연 효과’가 나타나 15분이 지난 뒤에도 전력선이나 통신망을 따라 전기 충격이 이어졌다.

 美 해군, 전자포 시험장 건축예정

 ▲ 플라스마 응용무기 : 플라스마(Plasma)란 고온에서 음전하를 가진 전자와 양전하를 띤 이온으로 전기적으로 중성이 되어 있는 물질상태를 말한다. 현재 플라스마 기술을 활용한 군사적 응용무기를 살펴보면, 전자빔*중성입자빔*X-선 레이저*자유전자 레이저를 포함한 플라스마 입자 빔 타격무기 분야와 우주 로켓추진*화포추진*고속 비행기술 등을 포함한 플라스마 기술 응용 추진무기 분야와 레이더에 대응하는 방어무기 분야 등으로 구분할 있다.

 ▲ 미국이 개발 중인 '전자 레일 건'(Electromagnetic rail gun)의 모습

 이 가운데 플라스마 입자 빔 타격무기는 이온 또는 전자를 광속으로 가속하여 우주에서 장거리 투사가 가능하도록 한 무기로, 현재 미국에서는 전략방위구상(SDI: Strategic Defense Initiative)이후 기초연구 수준으로 연구가 지속적으로 이루어지고 있다. 한편 전자포(EMG: Electro-Magnetic Gun)는 기존의 화포에서 쓰이는 추진 장약 대신에 순수 전기에너지만을 사용하여 발생되는 힘으로 탄자(彈子)를 발사하는 무기체계이다.

 전자포는 1*2차 세계대전 당시 프랑스와 독일 등에서 연구되었으나 실질적인 연구는 1980년대 미국에서 시작됐다. 실제로 1983년 웨스팅하우스 연구개발 센터(Westinghouse Research & Development Center)에서 317g 탄자를 4,200m/s까지 가속하는데 성공했다. 특히 1988년 맥스웰 연구소(Maxwell Laboratory)에서는 1.08kg 탄자를 3,400km로 가속하는데 성공시켜 실제 크기의 탄에 대한 무기체계로의 개발가능성을 제시한 후 1986년부터 1994년까지 2단계에 걸쳐 레일포의 개발계획을 수립하여 연구개발을 진행 시킨 바 있다.

 美 해군은 현재 개발 중인 전자 레일건(Electromagnetic rail gun)의 시험을 전담할 시험장을 버지니아 주 Naval Surface warfare Center에 신축하고 있다. 美 해군은 2010년까지 전자 레일건의 개발을 추진하고 있다. 레일건 시스템은 탄을 초음속으로 가속시키기 위해 필요한 전기를 얻기 위해 펄스(pulse) 동력 시스템을 필요로 한다. 레일건은 발사되는 탄의 신속한 비행시간과 200km에 달하는 사정거리를 보유하고 있어 美 해군의 미래 무기로 채택될 가능성이 매우 높다.

 러시아, 플라스마 기술 스텔스 적용

 한편 플라스마를 사용한 스텔스 기술은 플라스마의 전자파 흡수 성질을 이용한 것으로 공중에서 항공기 전면에 플라스마 구름을 형성하여 적의 전자파를 흡수하는 방식으로 아군항공기를 은폐하는 기술이다. 현재까지 제시된 플라스마 스텔스 기술은 엔진노즐 가스에 세슘 등의 알칼리계 금속 첨가제를 주입해 배기가스의 이온화를 촉진시켜 약전리 플라스마(weakly ionized Plasma) 가스를 생성하는 방법과 선형 전자 가속기(Linear Accelerator)에서 전자를 방출시켜 공기분자와의 충돌에 의해 약전리된 공기층을 기체 주위에 형성시키는 방법이 있다.

 ▲ 2차 대전 당시 개발된 대표적인 음향무기로는 오스트리아의 지퍼메이어(Dr. Zippermeyer)가 개발한 ‘회오리바람 대포’(Whirlwind Cannon)가 있다.

 플라스마 관련 기술은 핵무기, 반도체, 전자 및 방위산업 등 주요 방위산업 및 첨단 산업분야에서 필수적인 기술로 선진국에서는 기술이전을 기피하고 있는 기술 중의 하나이다. 현재 러시아, 미국, 프랑스 등에서 다양한 연구가 진행 중에 있는데 이 가운데 러시아는 레이더에 의한 항공기 탐지를 거의 불가능하게 만드는 플라스마 구름 발생기술에 관한 연구개발을 착수하여 레이더에 의한 항공기 반사 신호를 1/100으로 줄이는데 성공했다.

 뿐만 아니라 러시아는 항공기에 쉽게 탑재가 가능한 무게 100kg 규모의 소형 플라스마 발생장치를 개발해 항공기 탑재 시험평가까지 완료한 상태다. 실제로 러시아는 향후 신형 Su-271B 전투기에 최초로 이 장치를 장착하여 운용할 계획이다.

 ▲ 초저주파 음향무기 : 초저주파의 군사적 사용은 제1차 세계대전으로 거슬러 올라가며 당시 초저주파의 발견은 적의 포병부대를 탐지하는데 도움을 주었다. 사실 초저주파가 무기로 사용될 수 있다는 아이디어는 독일, 일본, 이태리 등 주축국의 과학자들(Axis Scientists)에 의한 것이었으며 이들 국가가 실시한 다양한 무기 연구는 동맹국에게도 관심의 대상이었다.

 2차 대전 당시 개발된 대표적인 음향무기로는 오스트리아의 지퍼메이어(Dr. Zippermeyer)가 개발한 ‘회오리바람 대포’(Whirlwind Cannon)이다. 이 대포는 연소실내에서 폭발을 발생시켜 특별히 고안된 노즐을 통해 폭발을 목표에 직접 가하는 인공회오리 바람을 만드는 것을 의미한다. 실제로 작은 대포를 이용한 실험에서 183m 거리에서 두꺼운 판자를 산산이 조각내었고 또한 그 결과를 이용해 대형 대포 제작도 시도했다.

 1978년 헝가리에서 발간된 초저주파 무기들에 대한 작업문서(Working Paper)에 따르면, 인간에게 가장 위험한 주파수가 7~8Hz사이이다. 이 대역의 주파수는 인체(Flesh)의 공명주파수(Resonant Frequency of Flesh)와 같은 대역의 주파수다. 따라서 이 대역의 주파수를 특정인에게 쏘면 충분히 내장을 파열시킬 수 있다.

 음파무기, 소리 증폭시켜 통증 유발

 인간의 신체에 대한 초저주파의 영향에 대한 연구는 대부분 1960년대 초 美 항공우주국(NASA)과학자들에 의해 생산됐다. 그들은 로켓엔진에서 방출되는 초저주파가 우주비행사들에게 어떤 영향을 미치는가를 연구했다. 실제로 나사(NASA) 과학자인 G. H. Mohr의 연구결과에 따르면, 0~100Hz 사이의 주파수는 심장 벽의 진동, 호흡계통의 리듬 변화, 화상, 두통, 기침, 시각장애 등을 일으키는 것으로 나타났다.

 ▲ 미국이 이라크에 배치한 일명 `장거리 음파기`(LRAD·Long Range Acoustic Device)

 美 국방부는 1992년부터 1993년까지 민간인들이 거주하는 도심의 전선에 병사들을 파견해 평화유지 임무를 수행해야 했던 소말리아 사태 직후부터 음파무기의 개발을 강력하게 추진했다. 1999년 美 브룩스 공군기지에서 72명을 대상으로 안구, 피부질환 등 위험요소 노출을 10초 이내로, 6,500번 이상의 노출실험을 실시했다. 특히 이 무기의 시험용 모델을 만들어 동물을 대상으로 2001년 8월부터 2002년 6월까지 커틀랜드 공군기지(Kirtland Air Force Base)에서 실전배치를 위한 실험을 실시했다.

 미국은 지난해 3월 일명 ‘장거리 음파기(LRAD·Long Range Acoustic Device)’란 최첨단 신무기를 이라크에 배치했다. LRAD는 지난 2000년 예멘 항에 있던 美 해군 구축함 콜호(USS Cole)의 폭파사건 이후 소형 보트가 美 군함에 접근하는 것을 막기 위하여 2003년 여름에 개발됐다. 이 무기는 빛에 강력한 소음을 실어 원하는 방향으로 쏠 수 있게 만든 장치로 화재경보기가 울릴 때 내는 소음의 두 배에 달하는 145∼150dB(데시벨)의 소음을 발생시켜 300m 이내 사람들을 무력화시킨다.

 한편 美 해병대는 전자파 발사기를 험비(Humvee)차량과 항공기, 함정에 탑재할 예정이며, 2009년 실전에 배치할 계획이다. 이와 같은 전자파무기는 지금까지 알려진 전자파 관련 비살상무기로는 초저주파 음향발생기, 고주파발진기 등이 있으나 피부에 직접적인 통증을 유발하는 형태의 전자파 무기로는 처음 등장한 것이다. (konas)

 김필재 코나스 객원기자(현 프리존뉴스 기자)

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