극초음속 활공체 ‘화성포-16나형’ [펌]
- "동해 상공에 나타난 경이로운 플라즈마 현상" -
자주시보 / 한 호 석(정세연구소장) | 2024/04/08
1. 경이로운 '플라즈마 현상'이 나타났다
2024년 4월 2일 오전 7시경 동해 상공에 경이로운 플라즈마 현상이 나타났다. (플라즈마plasma; 고체, 액체, 기체 아닌 물질의 제4상태. 기체가 엄청나게 높은 고열 고압을 받으면 원자의 밖에 있는 전자가 이탈해 이온화된다. 이때 기체보다 더 활발히 운동하고, 더 많은 에너지를 가진 플라즈마가 발생한다.)
이날 현상은 조선이 시험발사한 중장거리 고체연료 미사일 ‘화성포-16나형’에 장착된 활공체가 마하10(음속 10배) 이상의 속도로 비행할 때, 활공체 표면에 발생한 것이다. (극초음속 활공체hypersonic glide vehicle를 '극초음속 활공비행 전투부'라고 부른다.) 활공체의 비행속도가 마하10을 넘으면, 공기 저항에 의한 엄청난 고열 고압이 표면에 발생하면서 표면온도는 섭씨 1,900도까지 올라가고, 표면은 눈부신 주황색을 발하는 플라즈마 상태로 변한다. 즉 이날 시험발사한 극초음속 활공체는 플라즈마 상태에서 동해를 가로질러 날아간 것이다.
(표면온도가 섭씨 1,900도까지 올라가) 플라즈마 상태로 변하는 극초음속 활공체를 강철로 만들 수는 없다(강철은 섭씨 1,500도에서 녹음). 이날 시험발사한 극초음속 활공체 표면은 국방과학원 화학재료연구소가 개발한 4D탄소/탄소복합소재(four-direction carbon/carbon-silicon carbide composite material)로 만든 것이다. 표면이 4D탄소/탄소복합소재로 제작된 극초음속 활공체는 섭씨 3,000도에도 견딜 수 있다. 기술선진국들도 3D탄소/탄소복합소재를 만들어 쓰는 실정이다. .. 이 사실만 봐도, 플라즈마 상태에서 동해로 날아간 극초음속 활공체는 세계 최고수준의 과학기술력으로 빚어낸 결정체로 인정된다. ...
지난 4월 2일 신형 극초음속 미사일 시험발사가 “성공적으로 진행되었다”고 한다. 언론에 의하면, 그것은 “새로 개발한 극초음속 활공비행 전투부를 장착한 신형 중장거리 고체탄도미싸일 ‘화성포-16나’형의 첫 시험발사”였다. .....
극초음속로케트연구소(국방과학원 산하)와 발동기연구소(미사일총국 산하)는 세계 최고수준의 극초음속 미사일을 개발하기 위해 분투했다. 보도에 의하면, 국방과학원은 2017년 11월 29일 ‘화성-15형’ 대륙간탄도미사일 시험발사에 성공한 후 3년 동안 준비하여, 2021년 1월 3일 극초음속로케트연구소를 창설했다. 이 연구소에는 4개 부서와 7개 연구실에 미사일 공학자 300여 명이 배속되었다. ...
극초음속로케트연구소는 박차를 가해 마침내 신형 극초음속 활공체를 개발하였고, 발동기연구소도 마침내 신형 고체연료 엔진을 개발하였다. 그리하여 지난 3월 19일 ... 서해위성발사장에서 신형 극초음속 미사일에 장착될 고체연료 발동기(로켓엔진)를 사용하는 분출시험이 “성공적으로 진행되었다.”
2. 화성-8형 극초음속 미사일 개발 경험
조선은 ‘화성포-16나형’ 극초음속 미사일을 개발하기 전에 ‘화성-8형’ 극초음속 미사일을 먼저 개발하였다. .....
1) 2021년 9월 28일, ‘화성-8형’ 극초음속 미사일 제1차 시험발사를 진행했다. 언론의 사진에 나타난 화성-8형 미사일에는 날렵하게 생긴 삼각쐐기형 활공체가 장착되었다. 언론은 제1차 시험발사에서 “극초음속 활공비행 전투부의 유도기동성과 활공비행특성을 비롯한 기술적 지표들을 확증하였다”고 보도했다. 그런데 “시험발사 성공적”이라는 표현을 쓰지 않은 것을 보면, 제1차 시험발사가 100% 성공하지 못했음을 알 수 있다.
당시 한국군 합참본부의 발표에 의하면, 제1차 시험발사에서 ‘화성-8형’ 극초음속 미사일의 최고고도는 약 30km, 비행거리는 약 200km로 나타났다고 한다. ‘화성-8형’ 극초음속 미사일의 비행거리가 약 200km였다는 합참본부의 발표는, 감시레이더가 포착한 비행거리가 약 200km라는 뜻이다. 레이더가 포착 못 한 비행거리까지 합하면, 당시 화성-8형 극초음속 미사일의 비행거리는 약 400km였다.
그런데 극초음속 미사일의 최고고도는 100km 이상, 비행거리는 1,000km 이상이어야 정상이다. 따라서 당시 '화성-8형' 극초음속 미사일의 최고고도 30km, 비행거리 400km는 제1차 시험발사에서 부분적 성공밖에 거두지 못했음을 말해준다.
2) 2021년 10월 11일, 평양에서 개최된 국방발전전람회(《자위-2021》)에 2종의 극초음속 미사일이 전시되었다. 하나는 날렵한 삼각쐐기형 활공체가 장착된 극초음속 미사일, 다른 하나는 첨두가 뾰족한 원뿔형 활공체가 장착된 극초음속 미사일이다. 전자는 6축12륜 발사대차에 탑재돼 전시되고, 후자는 그냥 미사일 탄체만 전시되었다.
3) 언론에 의하면, 2022년 1월 5일 국방과학원이 화성-8형 극초음속 미사일 제2차 시험발사를 진행했다고 한다. 그날 시험발사된 미사일에는 첨두가 뾰족한 원뿔형 활공체가 장착되고, 추진체는 1단으로 구성되었다. 그런데 미사일에서 떨어져 나간 활공체가 “초기 발사 방위각으로부터 목표 방위각에로 120km 측면기동하여, 700km에 설정된 표적을 오차 없이 명중하였다”고 한다.
제1차 시험발사 시 비행거리는 400km였는데, 제2차 시험발사에선 700km로 길어졌다. 또 제1차 시험발사에선 없던, 극초음속 활공체의 120km 측면기동(선회비행)도 수행되었다.
4) 2022년 1월 11일, ‘화성-8형’ 극초음속 미사일 제3차 시험발사가 진행되었다. “발사된 미사일에서 분리된 극초음속 활공비행 전투부는 거리 600km 계선에서부터 활공 재도약하며 초기 발사점 방위각으로부터 목표점 방위각에로 240km 강한 선회기동을 수행하여 1,000km 수역의 설정 표적을 명중하였다.”고 한다. 이 날 시험발사된 미사일에는 첨두가 뾰족한 원뿔형 활공체가 장착되고, 추진체는 1단으로 구성되었다.
제1차 시험발사 시 비행거리는 400km에서 제2차 시험발사 시는 700km로 길어졌고, 제3차 시험발사에선 1,000km로 더 길어졌다. 또 제2차 시험발사에서 선회기동거리는 120km였는데, 제3차 시험발사에선 240km로 길어졌다. 미제국 미사일 전문가의 추산에 따르면, ‘화성-8형’ 극초음속 미사일 제3차 시험발사에서 최고고도는 60km, 최저 고도는 29km였다고 한다. 한국군 합참본부는 그날 시험발사한 화성-8형 극초음속 미사일이 상승하여 최고고도에 이르기까지 마하10 속도로 비행했다고 밝혔다. 극초음속 미사일은 최고고도에 이르렀을 때 활공체가 미사일에서 떨어져 나가 가속도로 하강하므로, 그 하강속도는 마하14에 이르게 된다.
5) 2021년 1번, 2022년 2번 시험발사된 ‘화성-8형’ 극초음속 미사일은 앰풀(ampoule)에 담긴 액체연료를 사용했다. 그러므로 미사일 공학자들은 극초음속 미사일을 더 높은 수준으로 완성하기 위해 다음 3가지 기술개발 과업을 수행했다.
(1) 1단 추진체 극초음속 미사일보다 더 강력한 2단 추진체 극초음속 미사일 개발.
(2) 앰풀화된 액체연료보다 더 우월한 고체연료를 사용하는 극초음속 미사일 개발.
(3) 활공비행, 선회기동 기능이 대폭 향상된 극초음속 활공체 개발.
이 3가지 과업을 완수하면, 세계 최고수준의 극초음속 미사일을 만들 수 있다. ... 마침내 미사일 공학자들은 피땀 어린 노력 끝에 마침내 2단 추진체로 구성되고, 고체연료를 사용하는 신형 극초음속 미사일을 만들어 냈고, 활공비행기능과 선회기동기능이 대폭 향상된 신형 극초음속 활공체를 만들어 냈다. 신형 극초음속 미사일은 ‘화성-8형’ 극초음속 미사일과는 차원이 다른 미사일이다.
신형 극초음속 미사일을 쏘아 올리는 제1차 시험발사가 진행되었다. 언론에 의하면, 2024년 1월 14일 오후 “중장거리급 극초음속 기동형 조종전투부”와 “새로 개발된 다계단 고체연료 발동기”를 장착한 “중장거리 고체연료 탄도미사일 시험발사”가 “성공적으로 진행”되었다고 한다. <조선일보>에 의하면, 이날 진행된 신형 극초음속 미사일 시험발사에서 최고고도는 약 100km, 최고 비행속도는 마하14였으며, 비행거리는 약 1,000km였다고 한다. ... 신형 극초음속 미사일은 ‘화성포-16나형’으로 명명되었다.
3. 4단계 비행경로로 날아간 극초음속 활공체
2024년 4월 2일, ‘화성포-16나형’ 극초음속 미사일 시험발사가 진행되었다. 이 극초음속 미사일은 “평양시 교외의 군부대 훈련장에서 동북 방향으로 발사”되었다. 언론은 화성포-16나형 극초음속 미사일 시험발사를 다음 두 문장으로 보도했다.
“(화성포-16나형 시험발사는) 안전을 고려하여 사거리를 1,000km 한도 내로 국한시키고 2계단 발동기의 시동 지연과 능동구간에서의 급격한 궤도변경비행 방식으로 속도와 고도를 강제하면서 극초음속 활공비행 전투부의 활공도약형 비행궤도 특성과 측면기동능력을 확증하는 방법으로 진행하였다.”
“(화성포-16나형 미사일에 장착된) 극초음속 활공비행 전투부는 예정된 비행궤도를 따라 1차 최고고도 101.1km, 2차 최고 고도 72.3km를 찍으며 비행하여 사거리 1,000km 계선의 동해상 수역에 정확히 탄착되었다.”
위 문장에는 미사일 공학자들이 ...러시아, 중국을 앞질러 세계 최고수준의 극초음속 미사일을 개발하기 위해 10년간 분투해 온 자취가 스며있다. 김 총비서는 화성포-16나형 극초음속 미사일을 가리켜 “근 10년간에 걸치는 간고한 국방과학연구 투쟁의 고귀한 결실”이며, “우리의 힘과 지혜, 분투로써 쟁취한 값높은 승리”라고 높이 평가하였다.
이 시험발사에 관한 언론 내용을 분석하면 다음 정보를 얻을 수 있다.
2024년 4월 2일, '화성포-16나형' 미사일에 장착된 1단 추진체 로켓엔진이 점화되어 강한 추력을 내면서 상승했다. 몇 분 후 1단 추진체의 고체연료가 전부 소진되면서 1단 추진체가 떨어져 나갔다. 동시에 2단 추진체가 자동 점화되어야 했지만, 사거리를 1,000 km로 단축하기 위해 점화시각이 늦춰졌다. 점화되지 않은 2단 추진체는 (추력 아닌)관성력으로 상승했다. 상승하던 2단 추진체는 몇 분 후 자동 점화되었고, 강한 추력을 내면서 계속 상승하여 1차 최고고도 101.1km에 도달했다.
2단 추진체가 1차 최고고도(101.1km)에 도달했을 때, 2단 추진체의 고체연료가 전부 소진되면서 2단 추진체가 떨어져 나가고 활공체만 남았다. 활공체는 1차 최고고도(101.1km)에서 하강하면서 대기권에 재진입했다. 활공체가 엄청난 가속도로 대기권에 재진입할 때, 최고 비행속도에 도달했다.
지난 1월 14일 진행된 극초음속 미사일 시험발사에서 최고고도는 약 100km였는데, 당시 활공체가 대기권에 재진입 시 도달한 최고 비행속도는 마하14였다. 이런 사정을 보면, 4월 2일 시험발사된 화성포-16나형 극초음속 활공체도 최고고도(101.1km)에서 하강하면서 대기권에 재진입할 때 최고 비행속도가 마하14에 이른 것이 분명하다. (마하 14는 초속 4.764km)
<참고> 마하 1미만은 저음속(subsonic speed)
마하 0.8~1.2는 천음속(transonic speed)
마하 1~5는 초음속(supersonic speed)
마하 5~10은 극초음속(hypersonic speed)
마하 10~25는 고극초음속(high-hypersonic speed)
위 속도분류에 의하면, 마하14는 고극초음속이다. 2024년 4월 2일 시험발사된 ‘화성포-16나형’ 극초음속 활공체는 고극초음속으로 비행했고, 이 속도로 비행하는 활공체 표면은 플라즈마 상태로 변했다.
흥미로운 것은, 플라즈마가 '레이더 전파를 흡수한다'는 사실이다. 표면이 플라즈마 상태로 변한 활공체도 당연히 레이더 전파를 흡수한다. 그러므로 플라즈마 상태에서 비행하는 활공체의 비행궤적은 감시레이더에서 사라지는 것이다. 활공체가 “사거리 1,000 km 계선의 동해상 수역에 정확히 탄착되었다”는 보도가 나왔는데도, 한국군 합참본부 관계자가 활공체의 비행거리를 600km라고 우겨댄 까닭은, 표면이 플라즈마 상태로 변한 활공체가 레이더 전파를 흡수하는 바람에 레이더에서 비행궤적이 소실되었기 때문이다.
'화성포-16나형' 극초음속 미사일의 순차적 비행경로는 다음과 같다.
1) 발사 후 추력을 내면서 상승한 ‘화성포-16나형’ 미사일이 1차 최고고도(101.1km)에 이르러 2단 추진체가 떨어져 나갈 때까지는 감시레이더가 추진체의 비행궤적을 포착할 수 있었는데, 발사점에서부터 1차 최고고도까지 수평거리는 약 300km였다.
(2단 추진체가 떨어져 나가고 남은) 활공체가 비행을 가속화해 표면이 플라즈마 상태로 변했을 때 감시레이더에서 활공체의 비행궤적이 소실되었다. 하지만 한국군은 활공체가 발사점에서 최고고도에 이르는 수평거리(약 300km)만큼 하강한 것으로 간주하고 비행거리를 600km로 추산했다.
2) 1차 최고고도에서 하강한 활공체는 측면기동(선회비행)을 하면서 1차 최저고도(50km)까지 내려갔다. 발사점부터 1차 최저고도까지 수평거리는 약 600km다. 이것은 상승-하강-측면기동 구간이 약 600km라는 사실을 말해준다.
3) 1차 최저고도(50km)까지 하강한 활공체는 급격히 도약하여 2차 최고고도(72.3km)까지 상승했다. 극초음속 활공체가 측면기동을 하고 활공도약을 한 것은, 활공체 안에서 반응제어체계(reaction control system)가 작동하여 비행의 고도, 방향, 속도를 변동시켰기 때문이다.
4) (2차 최고고도로 도약한) 활공체는 다시 측면기동(선회비행)을 하면서 하강하여 2차 최저고도(30km)로 내려갔다. 1차 최저고도부터 2차 최저고도까지 수평거리는 약 300km다. 이것은 도약-하강-측면기동 구간이 약 300km라는 사실을 말해준다.
5) (2차 최저고도까지 하강한) 활공체는 수평으로 약 80km를 활공하여, 종말 낙하구간에 진입했다. 그리고 활공체는 지정된 탄착점 상공 인근에 이르러, 약 80도 각도로 돌진 낙하하여 동해의 탄착점에 떨어졌다.
활공체의 1,000km 비행경로를 단계별로 정리하면 다음과 같다.
. 1단계; 상승-하강-측면기동 구간 600km
. 2단계; 도약-하강-측면기동 구간 300km
. 3단계; 수평활공 구간 80km
. 4단계; 종말낙하 구간 20km
4. 세계 최고 수준의 극초음속 미사일
세계에서 극초음속 미사일을 보유한 나라는 조선, 중국, 러시아밖에 없다. 미제국, 프랑스, 일본, 인도는 극초음속 미사일을 아직 개발 중인데, 언제 완료될지 예견하기 힘들다. 조선은 '화성포-16나형' 극초음속 미사일을 보유했고 중국은 '둥펑(東風)-17'을 , 러시아는 '지르콘(Zircon)'을 보유했다. 이 3종의 극초음속 미사일을 비교하면, 조선의 화성포-16나형이 세계 최고 수준의 극초음속 미사일이라는 사실을 알 수 있다.
'화성포-16나형' 미사일과 활공체는 극초음속으로 비행하기 때문에 ...요격하지 못하고, 활공도약과 측면기동을 반복하는 매우 복잡한 경로로 비행하기 때문에 ...요격하지 못하고, 플라즈마 상태에서 비행하기 때문에 ...포착할 수도 없다. 그런 점에서 화성포-16형 극초음속 미사일은 교전 상대의 미사일방어망을 3중으로 무력화시키는 완전무결한 공격무기다.
김 총비서는 미사일 공학자들이 '화성포-16나형' 극초음속 미사일을 개발한 성과를 치하하면서 “각이한 사거리의 모든 전술, 작전, 전략급 미사일들의 고체연료화, 탄두조종화, 핵무기화를 완전무결하게 실현함으로써 전지구권 내의 임의의 적대상물에 대해서도 《신속히, 정확히, 강력히》라는 당중앙의 미사일무력 건설 3대원칙을 빛나게 관철하게 되었다”고 언명하였다.
‘화성포-16나형’ 극초음속 미사일의 사거리는 5,000km로 추정된다. 화성포-16나형 극초음속 미사일은 중장거리 미사일로 분류된다(사거리 5,000km 이상이면 중장거리 미사일에 속함.)
그처럼 긴 사거리를 가진 미사일은 태평양 작전구역의 미 제국군을 공격하기 위해 개발된 것이다. 이런 맥락을 이해하면, 이 미사일의 타격대상은 태평양 작전구역에서 침략전쟁연습을 감행하는 미제국 항모타격단(carrier strike group)이라는 사실을 알 수 있다.
항공모함 칼빈슨호(USS Carl Vinson)를 주축으로 편성된 미제국 해군 제1항모타격단은 한국해군 구축함, 일본해상자위대 구축함을 거느리고 2024년 1월 15일부터 3일간 제주도 동남쪽 한일 방공식별구역 중첩구역에서 ...해상전투훈련을 감행했다. 미제국 제1항모타격단, 한국해군 구축함, 일본해상자위대 구축함이 제주도 동남쪽 한일 방공식별구역 중첩구역에 집결하고 있던 2024년 1월 14일, 조선은 극초음속 미사일 시험발사를 전격 진행함으로써 미제국 항모타격단을 조준한 ... 선제타격능력을 과시하였다.
전시에 중국인민해방군은 전략무인정찰기가 추적하는 미제국 항모타격단의 이동표적 정보를 실시간 받아보고, 항모타격 미사일을 발사해 미제국 항모타격단을 공격할 것이다. 2021년 1월 13일 일본 <요미우리신문>에 의하면, 중국인민해방군은 2020년 8월 26일 전략무인정찰기를 출동시켜 남중국해에서 이동하는 무인항해 표적 선박의 위치를 실시간 파악 후, 내륙에 있는 2개 미사일 기지에서 둥펑-26B 미사일, 둥펑-21D 미사일을 동시에 1발씩 발사해 표적 선박을 완전히 격침했다고 한다.
마찬가지로, 전시에 조선인민군도 새별-4형 전략무인정찰기가 추적하는 미제국 항모타격단의 이동표적 정보를 실시간 파악한 후 '화성포-16나형' 극초음속 미사일을 발사해 미제국 항모타격단을 격침시킬 수 있다. '화성포-16나형' 극초음속 활공체는 플라즈마 상태로 비행하므로, 미제국 항모타격단을 호위하는 구축함들은 그 활공체가 ... 날아오는 것을 눈치채지 못하고 그냥 얻어맞는 수밖에 없다.
'화성포-16나형' 극초음속 미사일의 또 다른 타격대상은 미제국의 중요 군사전략 거점인 괌(Guam)이다. 평양에서 괌까지 거리는 3,400km이고, 이 극초음속 미사일의 추정 사거리는 5,000km이므로 이 미사일로 괌을 타격할 수 있다. '화성포-16나형' 극초음속 활공체는 플라즈마 상태로 비행하므로, 괌에 배치된 반항공미사일체계는 그 활공체가 ... 날아오는 것을 눈치채지 못하고 그냥 얻어맞는 수밖에 없다.
'화성포-16나형' 극초음속 미사일은 교전상대가 그 어떤 방어 수단으로도 막아내지 못하는 치명적인 무기다. 그런 치명적인 무기에 ‘화산-31’ 전술핵탄두를 장착하면 상대를 괴멸시킬 절대무기로 변모된다. ... 화성포-16나형 극초음속 미사일 보유로, 판세는 한미연합군에 결정적으로 불리하게 기울어졌다.
원글; 한 호 석 (정세연구소장), <동해 상공에 나타난 경이로운 플라즈마 현상>
출처; 자주시보 https://www.jajusibo.com/64707
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<덧글>
최근 시험발사된 ‘화성포-16나형 미사일’에 대한 구체적인 분석 기사를
언론 등에서 찾기 어려운 가운데, 한 소장의 통찰과 분석은 많은 참고가 될 듯합니다.
내용은 편의상 일부 요약을 했으니, 가능하면 원문의 일독을 권합니다.