탄도 미사일

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1 개요

Ballistic Missile.[1] 탄도 곡선대로 비행하는 미사일. 북한과 관련해서 많이 언급된 ICBM은 대륙간 탄도 미사일(InterContinental Ballistic Missile)이다.

2 원리

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미니트맨 탄도미사일의 작동 원리로 예시를 들자면,
1. 1단계 부스터 작동 (A).
1. 발사후 약 60초 후 , 1단계가 떨어지며 2단계 부스터 작동 (B). 재돌입체 보호용 페어링 분리 (E).
1. 발사후 약 120초 후 3단계 부스터 작동(C) 후 2단계 분리.
1. 발사 후 약 180초 후 3단게 부스터 작동 중지후 탄도체 로켓에서 분리 (D).
1. 포스트 부스터가 작동되며 재돌입체 작동 준비.
1. 재돌입체와 디코이, 그리고 전파교란용 채프 배치.
1. 재돌입체와 채프, 그리고 디코이가 고속으로 대기권 재돌입.
1. 도착

기본적으로 대기권에 진입할 때까지만 지상에서 유도하고 목표에 도달할 수 있는 궤도를 확보하면 자유 낙하를 시작한다. 이 때 탄두에 내장된 자이로스코프와 가속도계를 이용해 낙하 탄도를 미세 조정가능하면 낙하 중 세밀한 궤도를 변경하며 목표지점까지 도달하여 터진다. 덕분에 초창기에는 높은 명중률을 기대하긴 어려웠으나, 기술의 발전으로 세밀하고 빠른 계산이 가능하며 자이로스코프도 성능이 향상되었고, 위성항법장치를 사용해서 비행 중 궤도를 수정하는 것도 가능하게 되어서 과거에 비해 명중률이 크게 향상되었다.

명중률 단위는 통상 탄도학의 명중률 단위인 원형 공산 오차(Circular Error Probability 또는 Circular Error Probable)를 쓴다. 이 수치가 발사한 미사일의 50%가 착탄하는 원의 반지름이라고 한다. 쉽게 말해 CEP 150 m라면 발사한 미사일의 50%는 반지름 150 m 크기의 원 안에 들어간다는 이야기이다. 정규분포를 따르기 때문에 나머지 중 47%는 150~300 m 사이에 떨어진다.[2]

3 역사

기원은 제2차 세계대전에서 활약한 나치 독일의 V2이다. 요격이 가능했던 V1과는 달리 날아오는 대로 얻어맞는 수밖에 없었던 V2는 모든 연합국의 이목을 끌었고, 미국과 소련은 전후 독일의 과학자들과 설비들을 모조리 긁어모아 로켓 기술을 발전시켜 나가게 된다.

특히 제2차 세계대전 말 개발되어 그 위용을 과시한 핵무기는 방어가 불가능한 전략 병기로서의 탄도탄의 위상을 한껏 올려놓았다. 그런 이유로 인해, 미국과 소련은 냉전기 동안 전력을 기울여 탄도 미사일을 발전시켜 나간다.

이 와중에 스페이스 레이스가 벌어진 것은 덤. [3]

장거리의 궤도를 이동해야 하는 특성상 중력,속도와 가속도 등은 물론이고 기압,기온,풍향,풍속 까지 계산해야 했기 때문에 초창기엔 상당히 많은 공밀레를 갈아넣어 발사해야 했다. 이를 좀 더 수월하게 하기 위해 수집한 정보를 입력하여 결과를 얻어내는 것을 고속으로 할 수 있는 장치,이른바 컴퓨터가 개발되고, 더 나아가 프로그래밍이 발전하는 계기가 된다.

현대의 탄도 미사일은 방어가 사실상 불가능하다는 특성상 핵탄두나 화학탄두 등의 대량살상무기를 주로 탑재한 일종의 결전병기의 역할을 맡고 있다. 그 상징성 때문에 실전에서 사용되는 사례는 드물지만, 강대국들은 여전히 일정 수준의 탄도 미사일 전력을 유지하고 있으며 억제력 확보를 명분으로 이를 가지려 노력하는 나라들도 다수 존재하고 있다.

인류 역사상 최악의 재래식 병기는?

4 장점

4.1 사거리

탄도 미사일의 기본적인 메커니즘은 순수하게 투사체의 속도와 궤도의 조합에 따른 형태를 가진다. 군사관련 기술에서 가장 오래되고 노하우가 집중된 체계인 탄도학을 기본으로 삼고 있으며 지형이나 대기환경의 영향이 큰 순항 미사일에 비해 외부 환경에 의한 제약이 적다. 때문에 단거리일 경우 고명중률을 요하지 않는다면 제작이 상대적으로 간단한 편이고[4] 대형 탄도 미사일의 경우 공기저항이 거의 없는 대기권 상층부나 대기권 밖까지 상승 가능하므로 4천 km 이상의 사거리를 확보할 수도 있게 된다. 만약 순항 미사일이 그 정도 사거리를 확보하려면 현용 항공기 정도의 크기를 필요로 하게 되는데, 사실 탄도탄도 똑같이 대형이 되지만 속도가 느린 순항 미사일은 커진 덩치로 인해 적에게 쉽게 탐지, 요격될 수 있다. 그런 이유로 실제로 배치됐던 사거리가 10,000km에 달하는 대륙간 순항 미사일인 SM-62 스나크는 개발되고 3년만에 퇴역한다(..)

4.2 비행 속도

탄도탄의 가장 큰 장점은 속도가 매우 빠르다는 것이다. 이것 하나에서 여러 장점이 파생되어 나온다.

자유낙하하는 속도가 단거리 미사일일 경우에도 마하 4~5를 넘고 ICBM의 경우에는 마하 20을 넘기 때문에 기본적으로 적의 대응시간이 매우 제한된다. 수백km 정도의 거리의 단거리 탄도탄은 물론이고 수천km 급의 ICBM도 발사하고 나면 수십분 안에 목표에 도달한다. 대응가능 시간도 이렇게 제한적인데다, 미리 대응준비를 하고 있다 쳐도, 그 속도 때문에 요격하기가 매우 어려워진다.[5] 그냥 생각해 봐도, 레이더에서 쏜 전파가 빛의 속도로 날아가 탄도 미사일에 맞고 반사되어서 레이더로 다시 오는 그 짧은 시간 동안에도 수십m의 오차가 발생하는 판이다.[6]

그래서 탄도탄을 가장 격추하기 쉬울 때는 속도가 덜 붙은 발사 단계이며, 유명한 ABL도 이때 탄도탄을 박살내는 것이다. 일단 발사되면 대기권 진입까지의 단계에서만 그나마 요격 성공을 어느 정도 기대할 수 있으며, 자유낙하 단계에 들어가면 요격의 성공률이 바닥을 길 정도가 된다. 게다가 자유낙하단계에서는 요격에 성공하더라도 탄두가 가진 운동량을 유지하고 있는 고속의 파편이 떨어지기 때문에 추가피해가 발생할 수도 있다. 당연한 소리겠지만 만약 그 탄도탄이 핵탄두라도 달고 있다면 방사성 동위원소로 이루어진 낙진이 발생한다.
이에 대응하기위해 힛투킬이나 킬비히클 방식이 나왔으며, 이는 탄두를 직접 가격해 아예 가루로 만들어 버리는 방식이다. 과거에는 탄도탄의 빠른 속도로 직접 요격이 힘들었지만, 최근에 미국의 돈지랄로 인해 소프트웨어와 알고리즘이 비약적으로 발전하여서 낙하단계에서도 충분히 요격이 가능하게되었다. 중국, 러시아가 이상한 방법을 자꾸 고안해서 요격이 힘들어지고 있다.

이렇게 요격이 힘든 관계로, 2010년대까지도 러시아는 사실상 대륙간 탄도 미사일 요격을 같은 핵미사일에 의존하고 있으며, 미국은 MD 개발에 돈을 퍼붓고 있지만 그 성과는 매우 제한적이다.

이 속도는 단거리 전술 탄도탄을 이용한 방어전에서도 빛을 발하는데, 대응시간이 워낙 짧다보니 적의 전력이 밀집해있는 위치를 확보하기만 하면 바로 재래식 탄두를 장착한 전술 탄도탄을 쏴 요격할 수 있다는 점이다. 전술 탄도탄의 사거리가 짧다지만 이건 어디까지나 탄도탄의 세계에서 짧다는것이고, 포병과 비교했을때는 이것만으로도 일반적인 자주포나 다연장로켓이 감히 따라올수 없는 사거리를 자랑하므로 아군의 종심에서부터 바로 적 최전선을 타격하는것이 가능하다. 반대로 우리 전선에서 적 종심을 타격하는 것도 쉽다. 이럴 목적으로 자탄을 장비하는 전술 탄도탄도 많다. 또한 순항미사일과는 달리 낙하속도가 빠르므로 자주대공포같은 야전방공 체계로 요격할 생각은 아예 못하고, S-400이나 패트리어트같이 무겁고 큰 본격적인 방공체계로나 대응을 생각해볼 수 있다. 직접 병력을 보내 제압하는것보다 훨씬 빠르고 간편한 이 즉응성과 타격속도는 사실상 탄두중량으로도 비용으로도 그닥 효율적이진 않은 전술 탄도탄을 쓰는 유일한 이유라고도 할수 있다.

허나 2010년들어 미국의 돈지랄로 인한 비약적인 알고리즘과 소프트웨어의 발달로 인해 단순히 속도에 의존하는 탄도탄은 도태되기에 이른다. 때문에 최신의 탄도탄은 기만탄두와 다탄두를 장착하고, 미국이 그것에 대응하는 방법을 내놓자, 탄도탄의 탄두 진입경로 재설정 기능을 부여해, 이에 대응하였다. 이에 미국이 다층방공망을 대응방법으로 내놓자, 탄도탄의 단분리와 탄두분리때 EMP를 터뜨리는 방식을 부여하는 방법을 연구중이다.

즉 2010년들어 급격히 변화하고 있는 트렌드는 미국이 20년 전부터 해오던 돈지랄인 MD가 성과를 보이고 있다는 것이며 돈과 기술력이 어느정도 있는 러시아나 돈이 충분한 중국은 이에 맞춰 탄도탄에 최신 기능을 부여하고 있고, 그렇지 못한 나라들은 도태된 기존 탄도탄이나 보유하고 있는데, 탄도탄도 더이상 가난한 자의 무기가 아닌, 있는 자의 무기가 되었다는 것이다.

5 단점

5.1 효율

일단 크기에 비해 탄두가 가볍다. 상대적으로 탄두 비중이 높은 단거리 탄도탄만 보더라도 이스칸달이 4t에 가까운 무게에 450kg의 탄두를 사용하는데 이는 겨우 1.3t짜리 토마호크의 탄두랑 같다. 그러고도 사거리는 오히려 짧다. 사거리가 늘어날 수록 연료 탑재량은 늘어나므로 ICBM 같은 경우는 아예 무게의 대부분을 연료가 차지하게 될 정도. 바꿔말하면 같은 탄도 미사일이 있으면 사거리를 늘리려면 탄두를 줄이고 더 큰 탄두를 달려면 사거리를 줄여야만 하는데 그 비율이 순항 미사일에 비해 제약이 크다.같은 양만큼 연료를 줄이면 사거리가 더 많이 주는건 순항 쪽 아닌가 또한 기본적으로 대기 중에서 고속으로 낙하하므로 기술적 제약이 크고 유도가 어렵다. 이 때문에 기술 수준이 높아야 제 성능을 발휘할 수 있어 개발비가 비싸고 미사일 자체의 단가도 훨씬 높다.

5.2 명중률

탄도탄의 단점이라고 한다면 유도 및 궤도 수정이 대단히 어렵기 때문에 명중시키기 극히 어렵다. 특히 이동표적에 대한 명중률은 거의 기대하기 어렵다.[7][8] 탄도탄은 기본적으로 포물선 형태로 비행하기 때문에 고속낙하를 하는 최종유도 단계에서의 궤도수정이 가장 어렵다.

또 아무리 계산을 정확하게 해도 오차는 생기게 마련이고, 관성항법의 특성상 사거리가 길수록 그 오차는 커질 수 밖에 없다. 이에 대해 순항 미사일이 레이더나 심지어는 화상유도방식까지 적용하면서 사거리에 비교적 자유로운 명중률을 확보한 반면[9], 탄도탄은 그렇지 못하기 때문에 단일 목표에 대한 정밀공격용으로 사용하긴 어렵다. 종말유도단계를 개선한 단거리 탄도탄의 경우 수m 단위의 명중률을 보이는 흠좀무한 녀석들도 있긴 하지만[10] 아무리 근거리 탄도탄이라도 기본적으로 수십m 급의 CEP를 가지고 있으며 구형 탄도탄의 경우 수 km 단위까지 오차가 생기는 종류도 흔했다. 당연히 외부 노출면적이 크지 않은 목표에 대한 공격은 매우 제한적이며 특히 외부 노출 면적이 작은 벙커같은 표적에 대한 공격은 매우 어렵다. 매우 큰 각도로 낙하한다는 장점을 가지고 있는데도 적의 강화 목표물(특히 지하)에 대한 공격능력이 제한적인 이유는 순전히 이 명중률 때문이다. 이 때문에 미소 양국은 적의 ICBM 발사기지 공격을 위한 ICBM의 탄두는 메가톤급의 탄두를 탑재하고 어떤 수를 써서라도 CEP를 줄이려 공밀레를 시전했다.[11]
MIRV[12]의 전신인 MRV[13]가 나온 이유가 탄두를 쪼개 산탄처럼 목표에 돌입시켜 부족한 명중률을 보완하기 위함이었다. 이후 ICBM의 CEP가 향상되면서 그럴 필요가 없어지자 MRV에 자세제어 및 분리시점 조절기능을 추가하여 각각의 탄두에 개별 목표를 부여한 뒤 돌입하게 만든 것이 MIRV다.

5.3 제어

또 다른 단점으로는, 탄도비행을 한다는 특성 상 높은 고도까지 미사일이 올라가야 하므로 추진체가 필요한데 장시간 연소하는 대형 고체추진연료 기술은 갖추기가 매우 어렵다. 때문에 제어의 용이성과 기술적 제약으로 액체연료를 사용하는 경우가 많은데 덕분에 액체 연료의 강력한 단점인 부식성이 높고 불안정하며 쉽게 폭발한다는 점이 작용해서 발사직전에 탄도 미사일에 액체 연료를 세심한 손길로 천천히 충전해야 하므로 발사준비시간이 매우 길어진다.

물론 미군이나 러시아군 등 이 분야의 선도주자들은 액체 연료를 장시간 넣고 있어도 부식이 안되는 신소재를 사용하기도 했으나 근본적인 해결은 불가능했고 결국 대출력 고체연료 탄도탄을 개발하여 문제를 해결했으나, 제 3세계 국가들의 경우 액체연료를 다루다 기지가 날아가는 경우도 꽤 있었다. 게다가 탄도탄의 확산을 막기위해 MTCR 등의 협정이나 강대국들의 외교적 노력이 이어지고 있기 때문에 해당 기술 습득도 쉽지 않다. 그래도 만들 놈들은 다들 어떻게든 만든다. 한국이 미국과 맺은 한미 미사일 사거리 지침의 꼼수(?)로서 순항유도탄을 열심히 연구하는 것 또한 순항유도탄은 협정에 위반되지 않고 장거리 고체연료 미사일을 개발할 수 있기 때문이다.

5.4 외교적 부담

현재 단거리 탄도 미사일이나 그 이하의 사거리를 갖는 소형 탄도 미사일류를 제외하고는 제한된 명중률과 비용, 정치적 의미 등으로 핵탄두를 싣는게 일반적이다. 아니 그정도가 아니라 후발주자의 경우 처음부터 핵무기 탑재용으로 개발하는 경우가 많다.[14] 그렇기 때문에 중대형 탄도미사일을 잘못쐈다가는 핵미사일 발사로 오인되어 핵전쟁날 가능성이 존재한다. 둥펑 탄도 미사일의 대함미사일 개량형이 논란이 있던것이 이런 이유이며, 미국의 프롬프트 글로벌 스트라이크 프로젝트에서 트라이던트와 미니트맨 통상 탄두형 개발을 러시아[15] 뿐 아니라 다른 국가들 까지 우려하는것도 이 때문이다. 탄도미사일은 고고도로 투사되기 때문에 발각되기 매우 쉬운 점도 운용하는 입장에선 단점으로 작용한다.

6 유형

탄도 미사일의 분류
사거리별전술 탄도 미사일
전역 탄도 미사일단거리 탄도 미사일
준중거리 탄도 미사일
중거리 탄도 미사일
대륙간 탄도 미사일
용도별잠수함 발사 탄도 미사일
대함 탄도 미사일

6.1 사거리 기준

  • 전술 탄도 미사일(TBM) - 사정거리 300km 이하
  • 단거리 탄도 미사일(SRBM) - 사정거리 300~1000km 이하
  • 준중거리 탄도 미사일(MRBM) - 사정거리 1000~3000km
  • 중거리 탄도 미사일(IRBM) - 사정거리 3000~5500km
  • 대륙간 탄도 미사일 (ICBM) - 사정거리 5500km 이상[16]

간단히 분류하자면 1) 전술/단거리 탄도미사일(T/SRBM)은 특정 국가의 영토 이내만, 2) 준중거리 탄도미사일(MRBM)은 특정 국가의 영토 전체와 바로 이웃나라의 영토 주요지역, 3) 중거리 탄도미사일은 특정 국가가 지리적으로 속한 지역(예: 아시아, 유럽, 중동) 대부분, 4) 대륙간 탄도미사일(ICBM)은 지도 반대쪽의 지역, 대륙을 비롯한 세계 대부분을 사거리 내에 둘 수 있다.

핵 투발 수단으로 쓴다는 일반적인 시각 때문에 한국에 없을 것이라고 생각하기 쉽지만, 한국도 단거리 정도는 가지고 있다. 현무가 그것. 2012년 한미 미사일협정 개정 이전에 개발, 배치된 사거리 300km 이하의 현무는 TBM이다. 현재 개발이 진행 중인 사거리 500~800km는 이론상 SRBM이지만, 한반도의 좁은 전장 환경을 고려하면, 군사상의 실제 가치는 MRBM으로도 분류 가능하다. 현재 한국에서는 한미 미사일 사거리 지침에 따라 사거리 800km을 넘어가는 탄도미사일은 개발이 불가능하기 때문에 이 이상의 탄도미사일은 없다. 그래서 그 이상을 넘어가는 미사일은 이 지침의 제한을 받지 않는 순항미사일로 개발 중이다. 한국은 1천 km까지 확대해 줄 것을 바라고 있지만 그렇게 되면 중국과 러시아가 사정권에 들어가기 때문에 미국도 반대하는 입장이다.

북한의 스커드는 SRBM, 노동은 MRBM, 무수단은 IRBM, 그리고 대포동과 KN-08은 ICBM에 해당한다. 자세한 것은 틀:북한의 미사일 전력으로 들어가서 각 문서의 정보를 참조하자.

6.2 플랫폼, 표적 기준

  • 대함 탄도 미사일(ASBM)
  • 공중 발사 탄도 미사일(ALBM)
  • 잠수함 발사 탄도 미사일(SLBM)

7 참고

  1. ↑ BM으로 부르기도.
  2. ↑ 원형공산오차 개념의 알기 쉬운 설명은 이 곳에서 볼 수 있다.
  3. ↑ 사실 우주로켓의 발전사는 ICBM과 많은 부분을 공유하고 있으며, 21세기에도 퇴역한 ICBM을 우주발사체로 쓴다거나 하는 일은 비일비재하다.
  4. ↑ 물론 사거리가 길어지거나 일정 수준 이상의 정확도를 필요로 하기 시작하면 그런 거 없다....수준을 떠나서 거의 모든무기들 중에서도 가장 간단하지 않은 편이다. 특히 이 괴물들을 만들려면.....
  5. ↑ 탄도탄보다 느린 마하 3의 속도로 순항하는 SR-71은 구 소련의 수 차례의 격추 시도에도 불구하고 실전에서 격추된 적이 없다. 그리고 전투기에 마하 1.5 수준의 초음속 순항 능력을 부여하는 것만으로도 적 방공망에 대한 생존성이 대단히 강화된다.
  6. ↑ 물론 이것은 장거리 탄도탄 기준으로, 스커드 등의 단거리 탄도탄은 요격 사례가 있다.
  7. ↑ 그나마 맞힐 가능성이 있는 유일한 이동표적이 군용 무기체계 중 가장 대형인 항공모함이며 그나마도 종말 유도단계에 레이더 유도 등을 적용했을 때 기준.
  8. ↑ 하지만 탄도미사일은 애초에 이동식 타겟을 목표로 개발되지 않았고, 실제 사용할 때도 이동식 타겟에게 사용하는 경우도 거의 없다. 따라서 대함탄도탄 같은것은 현재로서는 군대에서의 반응이 미적지근할 뿐이다. 물론 탄도 미사일도 정밀하게 만들면 원형공산오차가 아무리 커져도 km 단위가 되지는 않을테니 만일 핵탄두를 단다면 그 광구와 폭풍의 범위가 넓어서 보나마나 항모 정도는 뒤집히겠지만, 항모 잡는데 정말로 핵탄두를 쓴다면 고작 항모 '따위'가 격침당하느냐 마느냐의 문제는 이미 중요한것이 아닐것이다.(...)
  9. ↑ 예를 들면 토마호크의 CEP는 10m정도이다.
  10. ↑ 저 유명한 러시아의 이스칸다르나 이스라엘의 로라가 있다.
  11. ↑ 원형공산오차를 반으로 줄이는 것이 표적 격파에 있어 탄두의 폭약을 4배로 늘리는 것과 마찬가지의 효과가 있어, 탄도탄 개발 국가들은 이래저래 명중률의 향상에 심혈을 기울이고 있다.
  12. ↑ multiple independent tagetable re-entry vehicle
  13. ↑ multiple re-entry vehicle
  14. ↑ 실제로 북한의 무수단 로켓의 사례의 경우 처럼 중거리 탄도 미사일만으로도 국제사회에서 핵개발에 준하는 대우를 받는다.
  15. ↑ 러시아의 경우는 미국이 저걸 개발하면 통상탄두로 위장한 핵을 이용 선제공격이 가능하다는 우려까지 포함된다.
  16. ↑ 이들 외에 준 대륙간 탄도 미사일(SCBM: 사정거리 3500~5500km), 장거리 탄도 미사일(LRBM: 사정거리 5500~8000km), 최장거리 대륙간 탄도 미사일(FRICBM: 사정거리 8000~12000km) 분류도 있지만, 잘 쓰이지 않는다.