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▲ 북이 광명성4호 위성 발사 성공 후 김정은 제1위원장의 위성개발 현지지도 관련 동영상에서 공개한 북의 광명성로켓의 엔진 노즐     © 자주시보

북이 영상을 통해 처음으로 위성로켓 주 추진체인 1단 로켓의 엔진 노즐을 공개하였다.

"경애하는 김정은동지의 령도밑에 지구관측위성 '광명성-4'호 성과적으로 발사"라는 제목의 기록영화에서 공개한 북 광명성로켓의 1단 엔진 노즐을 보니 주력엔진 4개에 4개의 보조엔진과 4개의 자세제어용 부스터 등 총 12개의 노즐이 결합된 형태였다.

러시아가 1957년 개발하여 인류의 첫 인공위성 스푸트닉을 쏘아올린 RD-170로켓 엔진이 주력엔진 4개에 보조엔진을 결합한 형태였다. 중국의 창정로켓도 4개의 주력엔진 방식을 적용되고 있으며 지금 널리 이용되고 있는 러시아의 소유즈로켓도 기본적으로는 이 RD-170 로켓 형택를 적용하고 있다.

주력엔진 4개에 보조엔진을 결합시킨 방식은 그만큼 추력과 안정성이 검증된 것이다.

▲ 이렇게 많은 엔진을 다발로 묶어 추력을 높이려는 시도는 모두 실패했다.     ©자주시보

로켓은 작용과 반작용의 원리에 의해 추력을 낸다. 공기를 밀어내는 반동으로가 아니라 분출 화염의 무게에 가속도를 곱한 힘만큼 로켓을 추진시키는 것이다. 그래서 공기가 없는 우주공간에서도 추진력도 내고 방향전환도 할 수 있는 것이다. 상식적으로 단순하게 생각해서 질량보존의 법칙에 따라 화염의 무게를 싣고 있는 연료의 무게라고 놓고 본다면 결국 그 화염의 가속도가 추진력의 결정적인 역할을 한다고 볼 수 있다. 

노즐 구멍이 작을수록 화염분사속도가 빨라져 추력이 더 높아질 수 있을 것이다.

다발이 아닌 단일엔진만으로도 일정한 무게의 화염을 빠른 속도로만 분출시킨다면 충분히 중력장 이탈속도를 낼 수 있기는 하다. 미국의 델타로켓, 일본의 H-2로켓이 대표적이다. 괜히 어줍잖은 기술로 다발식 엔진을 만들었다가 엔진 무게만 증가시키면 오히려 단일엔진보다 더 추력을 떨어뜨릴 수도 있다. 그래서 추력이 높은 다발식 엔진을 개발하는 기술은 매우 고난도의 기술로 평가받고 있으며 이런 다발식 로켓엔진을 자체 기술로 개발할 수 있는 나라가 몇 나라 되지 않은 것이다.

미국이 최근 다발식 팰컨 로켓을 개발할 때 우크라이나와 공동개발을 했던 이유도 100% 자체로 개발할 기술이 부족하기 때문일 것이다. 러시아에서 최근 들어 우크라이나 사태 등의 여파로 미국과 갈등이 심해질 경우 '자신들이 위성로켓의 핵심 부품을 제공하지 않으면 위성로켓을 만들지도 못할 나라'라며 비난을 하는 경우가 있었고  또 일본과 같은 첨단기술 수준이 높다고 하는 나라도 단일 로켓을 묶어서 위성을 쏘아올렸던 것만 봐도 추력이 높은 다발식 로켓을 개발하는 일이 결코 쉬운 일이 아님을 잘 알 수 있다.

따라서 지금 북에서 사용하고 있는 광명성 로켓의 엔진구조만 보았을 때는 가장 오랜 기간 사용해왔고 또 가장 많은 나라에서 이용하고 있으며 가장 최신 로켓에 적용하고 있는 세계적 수준 로켓이라고 볼 수 있을 것이다.

요즘은 4-5개의 주력엔진에 보조엔진을 결합시키는 형태를 많이 사용하는데 미국의 최신 팰컨 로켓과 러시아의 최신 앙가라 로켓은 주력엔진 5개를 다발식으로 묶어 이용하고 있다. 차세대 팰컨 로켓은 훨씬 더 많은 수의 노즐 다발 방식으로 개발하고 있다고 하는데 과연 효과적으로 개발될 것인지는 좀 더 두고 봐야할 것이다.

무거운 위성을 탑재해야할 경우엔 그런 로켓을 여러개 결합시켜 추력을 높이고 있다.

물론 그렇다고 북의 로켓엔진이 러시아나 중국의 것과 똑같다는 것은 아니다. 노즐 수만 그렇다는 것이지 엔진은 완전히 다르다.

북의 기술로 제작된 것으로 알려진 이란의 사피르 위성로켓 엔진과 러시아의 RD-170로켓만 비교해보아도 사피르엔진의 높이가 훨씬 낮고 노즐구조도 좀 다르다.

▲ 이란에서 공개한 로켓 엔진을 보면 주 로켓 4개에 보조로켓 4개가 결합되어 있다.  북의 것과 보조로켓 결합 위치 등이 똑 같은데 러시아와 것과 주로켓의 수는 같지만 모양이나 보조로켓 수나 결합 형태가 많이 다르다.    ©자주민보

▲ 러시아의 RD-170 로켓엔진     © 자주시보

▲ 기본 로켓 5개를 결합시킨 러시아의 소유즈 로켓, 보조로켓의 수나 형태가 북과는 다르다.     © 자주시보

▲ 중국의 창정로켓 주로켓 하나에 4개엔진을 결합시키는 하지만 보조로켓이 없다.     © 자주시보

러시아는 보조로켓도 하나 뿐인데 북과 이란의 로켓은 사이사이 4개가 들어간다. 거기다가 북의 광명성 로켓에는 방향전환이나 자세제어 등에 이용하는 것으로 보이는 또 다른 부스터, 엔진이 4개 더 결합되어 있다. 매우 복잡하고 정교한 기술을 요하는 로켓이고 세계 어디에도 없는 북만의 독특한 로켓이다. 사진으로만 봐서는 정확하게 파악할 수 없지만 방향전환 로켓 부스터는 각각의 방향까지 조정할 수 있는 것이 아닌가 하는 생각도 든다. 사진에 의한 왜곡현상인지는 몰라도 4개의 노즐 방향이 조금씩 다른 방향으로 틀어져 있는 것으로 보이기 때문이다.

어째든 북은 2단 추진체로 추정되는데 그 로켓을 이용하여 필리핀 섬의 영공과 영해를 피해 에돌아서 다시 제자리를 찾아가는 방향전환비행을 통해 우주궤도에 진입시키는 놀라운 로켓제어능력을 보여주었다.

▲ 미 본토 어디든 타격이 가능한 4단로켓의 대륙간탄도미사일로 북에서는 화성13호, 미국에서는 무수단미사일계열이라 칭한다.  흰 띠로 구분된 3개의 로켓 외에 탄두부에도 로켓추진기가 들어있는  4단 로켓이다. 이렇게 다단으로 만들면 로켓자체의 무게를 줄여 매우 빠른 속도를 내는데 유리하다. 우주공간은 진공상태라 공기 마찰이 없어 더욱 빠른 속도를 낼 수 있다.  특히 이번에 북이 광명성 로켓에서 보여준 단분리 과정은 매우 신속하면서 안정적으로 진행되었다. 그만큼 속도가 빠를 것으로 예상된다.  ©자주시보

북의 화성13호 대륙간탄도미사일, 일명 무수단 미사일을 북의 무장장비전시관에 가서 직접 보고 온 한호석 통일학연구소 소장은 화성13호 아래에서 위의 노즐부를 쳐다본 자신의 기억으로는 주로켓 2개에 보조로켓 4개 총 6개가 결합된 형태였다고 말했다.

로켓의 원리는 공유하겠지만 직접적으로는 화성13호 탄도미사일 로켓과 이번에 북이 발사한 광명성 위성 로켓은 관련이 없는 로켓인 것이다.

사실 위성로켓은 요격당할 염려가 없기에 우주공간에 진입시키는데 걸리는 시간 즉, 속력 자체는 의미가 없다. 중력장을 이탈할 속도만 낼 수 있다면 시간이 좀 걸리더라도 사고 없이 안전하게 올리는 것이 중요하다. 하지만 탄도미사일은 발사 준비단계에서부터 요격 당할 위험을 안고 있다. 그래서 이동식 차량에 장착하는 방식을 사용하고 있고 어떻게 하면 속도를 빠르게 할 것인가, 요격회피 기동을 얼마나 능란하게 하면서 목표를 정확하게 타격할 것인가에 초점을 맞춘다.

요격의 회피하는 핵심 기술은 속도다. 그래서 탄도미사일은 속도경쟁을 해왔던 것이다. 최근들어 컴퓨터에 의한 정밀자동제어 기술이 발전함에 따라 지그재그 요격회피 기동, 가짜탄 이용에서 나아가 우주공간과 대기권을 넘나드는 물수제비 비행까지 연구하고 있다.

화성14호 탄두부 방향제어노즐이 페어링 즉, 외피 밖으로 나와 있는 것을 보면 대기권으로 넘나들기 위한 것이 아닌가 하는 짐작이 든다. 우주공간은 공기 마찰이 없기 때문에 조금이라도 무게를 줄이기 위해 페어링을 떼어내고 방향제어 노즐이 장착된 탄두부를 노출한 채 비행하는 것이 탄도미사일 우주공간 비행의 기본이다. 따라서 탄두부 외피에 방향제어 노즐을 장착할 이유가 없다. 하지만 화성14호는 외피밖 노즐을 그것도 아주 여러개 줄줄이 달고 있다. 외피는 공기 마찰열로부터 폭탄을 보호하고 공기마찰력을 줄여 속도를 높여주는 등오직 대기권에서만 필요하다.

▲ 미국 미니트맨 대륜간탄도미사일이 탄두부 페어링, 외피를 벗겨내고 우주공간에서 비행하는 모습     © 자주시보

▲ 미니트맨이 탄두부에서 로켓까지 분리한 후 방향전환모터를 가동하여 지구 목표물을 향해 방향을 꺽는 모습     © 자주시보

▲  탄두부가 뭉툭한 것을 보니 다탄두를 장착한 것으로 예상되는 북 화성14호 대륙간탄도미사일, 화성13호와 달리 3단까지 직경이  1단과 똑같이 크다. 그만큼 추진력이 더 강하다는 의미이다. 특이한 점은 탄두부 외피에 여러개의 보조로켓이 달려있다는 것이다. 외피는 공기와 마찰시 발생하는 열을 막고 공기 저항을 줄여주는 역할 등 주로 대기권 때문에 만들어 씌운다. 일반적으로 공기가 없는 우주에 들어서면 조금이라도 무게를 줄이기 위해  이 외피부터 떼어 내는데 북은 이걸 떼어내지 않고 비행을 하게 만들어져 있다. 탄두부의 주된 이동 공간은 우주공간이다. 결국 우주공간과 대기권을 넘나들 수 있게 만든 것이 아닌가 예상된다. 레이저 무기를 포함한 다양한 요격을 피할 수 있는 가장 좋은 방식이 이것이기에 이런 연구를 세계 여러나라에서 오래 전부터 해왔고 이런 비행방식을 물수제비방식이라는 별칭까지 붙여놓고 있다. 물수제를 뜨듯이 우주공간에서 대기권을 살짝살짝 튕기듯 넘나든다는 것이다. ©자주시보

대륙간 탄도미사일 탄두부의 주된 이동 공간은 우주공간이다. 결국 북의 화성14 탄두부는 우주공간과 대기권을 넘나들 수 있게 만든 것이 아닌가 예상된다. 레이저 무기를 포함한 다양한 요격을 피할 수 있는 가장 좋은 방식이 넘나드는 방식이기에 관련 연구를 세계 여러나라에서 오래 전부터 해왔고 이런 비행방식을 물수제비방식이라는 별칭까지 붙여놓고 있다. 물수제를 뜨듯이 우주공간에서 대기권을 살짝살짝 튕기듯 넘나든다는 것이다.

아직 이를 적용한 탄도미사일은 세계 어떤 나라에서도 공개한 적이 없다. 탄두부 외피에 보조로켓이 달린 형태의 미사일도 북이 공개한 화성14호가 세계 최초다.

북은 이미 대륙간탄도미사일에서 세계 최첨단 수준을 돌파한 것으로 추정된다. 그에 비하면 우주로켓 기술은 누가 봐도 아직 유인우주선도 펑펑 쏘아올리는 나라에는 뒤져있다. 하기에 인공지구위성 발사를 북이 아무리 많이 한다고 해도 대륙간탄도미사일을 개발하고 발전시키는데는 별 도움이 되지 않을 것이 확실하다.

오히려 탄도미사일을 개발할 때 적용했던 엔진기술이나 지그재그비행기술을 위성로켓에 조금씩 적용하고 있는 것일 것이다. 북이 은하3호 로켓 1단 추진체를 엔진까지 거의 완전한 형태로 남측 해역에 떨어뜨려 건져올려 연구할 수 있게 했고 이번에도 연결단 부분을 거의 그대로 떨어뜨려준 것만 봐도 위성로켓에 이용하는 로켓기술 정도는 국방분야에 있어 그리 큰 의미가 없다고 보고 있는 것 같다.

진정 북의 탄도미사일기술개발을 막으려면 그 탄도미사일의 성능을 무서운 속도로 발전시켜가고 있는 그 연구와 시험을 포착해서 막아야지 별 상관도 없는 위성로켓에 대해 시비를 거는 것은 뒷북치기요 소 잃고 외양간 고치며 아무 것이나 붙잡고 화풀이하는 것과 무엇이 다르겠는가.

북이 탄도미사일 기술을 저렇게 높은 수준으로 끓어올리자면 발사시험도 적지 않게 했을 것인데 왜 그것을 미국과 주변국에서는 전혀 눈치조차 채지 못하는지 의아하다. 시험 사실도 알아채지 못한다면 그 완성품으로 공격할 경우 과연 사드로 막아낼 수 있을지 심각한 의문을 품지 않을 수 없다.