[김민석의 스타워즈1] 골든돔, 북한 핵 사용 억제에 효과

김민석 (현 한국우주항공산업협회 상근부회장, 전 중앙일보 논설위원, 전 국방부 대변인)

도널드 트럼프 미국 대통령이 추진하고 있는 ‘골든돔’은 우주전쟁의 서막일까? 트럼프 대통령은 적국 또는 잠재된 적의 대륙간 탄도미사일(ICBM)과 극초음속미사일(HGV), 순항미사일 등으로부터 미국 전역을 보호한다는 차원에서 골든돔을 구축하겠다고 지난 5월 발표했다. 이어 7월 25일 골든돔 프로젝트를 수행하기 위해 1510억 달러(약 209조원)에 이르는 초대형 조달사업을 시작했다. 트럼프 대통령은 골든돔 구축사업의 첫 관리책임자로 공군 대장인 마이클 게틀린 우주군 참모차장을 임명했다.

 골든돔이 성공적으로 구축되면 방어효과와 전략적인 기능이 아이언돔과는 비교가 되지 않을 정도로 압도적일 것으로 보인다. 골든돔은 기능적으로나 공간적으로 단순한 미사일 방어에서 벗어난다. 기존의 지상과 해상 및 공중에서 운용되는 방어체계에 더해, 우주공간을 기반을 작동하는 완전히 새로운 시스템이다. ICBM을 요격할 핵심적인 시스템은 우주에 배치된다. 그런 면에서 우주전쟁의 서막이 올랐다고 하겠다.

아이언돔을 본딴 골든돔

 골든돔(Gold Dome)은 트럼프 대통령이 올 1월 27일 행정명령을 통해 추진을 공식화했다. 미 본토를 보호하기 위한 우주·지상 통합 다층 미사일 방어체계로 차세대 전 지구적 미사일방어시스템이다. 트럼프 2기 행정부가 종료되는 2029년 1월 완성을 목표로 하고 있다. 골든돔은 이스라엘 아이언돔(Iron Dome)에서 이름을 따왔지만, 그 범위와 기술적인 수준은 차원이 다르다. 아이언돔의 요격용 미사일이 지상에서 발사되는데 비해, 골든돔은 우주에서 발사되는 요격용 미사일과 운동에너지탄, 레이저 등을 포함한다.

레이건의 ‘별들의 전쟁'(SDI)을 완성

 트럼프 대통령의 골든돔은 레이건 대통령이 1983년 추진했던 전략방위구상(SDI)의 결정판이다. SDI는 ‘별들의 전쟁’이라 불렸다. 레이건 대통령은 당시 기술로는 SDI를 완성하기 어렵다는 점을 인식했지만, 공산권의 대표주자였던 소련에 군비경쟁을 유도했다. 레이건이 기획한 별들의 전쟁 영향으로 소련은 급속한 재정 고갈을 맞아 붕괴했다. 그 결과 동서 냉전구조는 해체됐고, 반세기 만에 평화의 시대를 가져왔다. 동서(東西) 냉전구조란 제2차 세계대전 이후 소련을 필두로 중국 및 동유럽·북한 등으로 구성된 공산권(東)과, 미국과 서유럽을 중심으로 한 자유민주주의 국가들의 서방 진영(西)과의 사이에 생긴 대결적 경쟁구조를 일컫는 말이다.

 골든돔이 이름을 본딴 아이언돔은 처음엔 이스라엘 주위에서 날아오는 포탄을 요격하기 위해 개발했다가 지금은 탄도미사일까지 방어 범위가 확장됐다. 아이언돔을 구성하는 시스템은 모두 지상에 배치돼 있다. 지상에서 발사되는 아이언돔의 요격용 미사일은 지구 중력을 극복하고 초음속으로 상승해 공중에서 떨어지는 적의 탄도미사일을 요격한다. 지상으로 낙하하는 탄도미사일의 작고 단단한 탄두를 정확하게 맞혀 파괴해야 한다. 그래서 요격에 실패할 가능성도 꽤 크다. 또한 지상 발사 요격미사일은 지구 중력을 이겨내면서 공중 수십~수백㎞를 날아올라야 하는 만큼 연료가 많이 들어 1단 로켓이 크다.

 4단계에 걸쳐 요격(ICBM발사전, 상승단계, 중간 활공단계, 대기권 재진입단계)

이에 비해 골든돔은 기존의 지상 발사 요격시스템에 더해 우주에 배치된 요격시스템까지 활용한다. 골든돔은 ICBM이나 순항 및 극초음속미사일, 부분궤도 폭격시스템(FOB: Fractional Orbital Bombardment System) 등이 요격 대상이다.

 또한 전 구간에 걸쳐 요격이 가능하다.

 1차로 ICBM 등이 발사되기 전(pre-launch), 2차로 발사돼 상승단계(boost), 3차로 상승 후 고도 1000~1500㎞ 사이 우주공간을 이동하는 활공단계(glide), 마지막 4단계로 ICBM이 우주에서 다시 지상으로 낙하하는 종말단계(terminal) 등 네 차례에 걸쳐 요격할 수 있다.

 여기서 ICBM 등이 발사되기 전 요격하는 ‘Left-of-Launch(LoL)’는 사이버·전자기 공격을 통해 발사통제시스템과 전력망 등을 무력화하는 방식으로써 이뤄진다. 반대로 발사 후 요격하는 것은 ‘Right-of-Launch’라 한다. LoL의 성공 가능성은 30~60%로 알려져 있다. LoL은 적국이 ICBM을 발사한다는 정보를 미리 입수해, 적국의 지휘소와 미사일 전자제어장치 등 미사일 발사체계에 악성코드를 침투시켜 발사 자체를 교란한다. 또 드론과 위성을 활용해 전자기(EMP) 또는 고에너지 마이크로파(HPM) 등으로 발사장비에 오작동을 일으키게 하거나, GPS 위성을 교란해 ICBM을 엉뚱한 방향으로 날아가게 유도하는 방법이다. 2009~2017년 사이 북한의 ICBM인 KN-08과 KN-14의 발사 실패에 미국의 LoL이 작용했다는 추정도 있다.

 골든돔의 핵심은 ICBM의 상승단계부터다. 2단계인 상승단계에서는 ICBM이 속도가 상대적으로 느리고 대기 영향도 적은 고도 50~200㎞ 구간에서 레이저 요격에 유리하다. 이 구간 동안 요격할 수 있는 시간은 3분가량 되는데 레이저로 단 수 초간만 쪼여도 ICBM의 동체에 구멍을 내 파괴할 수 있다.

 3단계는 ICBM이 상승 후 고도 1000~1500㎞ 사이 우주공간을 활공하는 중간비행단계인데 15~25분가량 날아간다. ICBM의 전체 비행시간 30~35분의 70%를 차지한다. ICBM을 요격하기 위한 탐지·식별·경로예측·교전결심에 여유가 있다. 이때가 레이저나 소형 운동에너지 요격체(Kinetic Kill Vehicle, KKV)로 물리적 물리적 파괴에 가장 유리하다. 레이저 탑재 위성과 KKV 탑재 위성의 숫자에 따라 요격확률을 90% 이상으로 올릴 수도 있다는 분석이다.

레이저로 ICBM 동체를 녹여 파괴

구체적으로 ICBM 동체의 얇은 표면을 녹여 구멍을 내거나 내부 탱크를 파괴, 헬륨 또는 연료를 폭발시킬 수 있다. 항법장치와 자세제어를 무력화하고, 구조물의 접합부를 과열시켜 균열을 낼 수도 있다. 핵탄두가 장착된 대기권 재진입 장치(Reentry Vehicle, RV) 분리에 실패를 유도하거나, RV의 자세제어기능을 마비시켜 종말단계에서 대기권 재진입에 실패를 유도할 수도 있다. RV가 대기권에 제대로 진입하지 못하면 우주로 튕겨나가거나, 대기권 진입과정에서 녹아버리거나, 심지어 엉뚱한 표적으로 날아갈 수도 있다. 레이저 요격으로 완전하게 파괴하지 못했다고 판단되면, 다시 우주에서 KKV를 발사해 ICBM을 물리적으로 파괴할 수 있다.

 마지막 4단계는 ICBM이 우주에서 다시 지상으로 재진입하는 종말단계(terminal-course)다. 이 구간에서는 대기가 희박한 고도 80~100㎞ 이상까지 우주에서 레이저를 발사해 마지막 요격을 시도할 수 있다. 80㎞ 이하 고도에선 대기 밀도가 짙어져 레이저가 흡수 또는 산란된다. 또 이 구간에선 ICBM 탄두(RV)가 마하 20 이상 초고속으로 낙하하면서 RV 주위에 이온화 가스층과 가열·증발 입자 구름이 생겨 레이저의 성능이 급격하게 저하된다.

 마지막으로 80㎞ 이상 고도에서까지 레이저와 KKV로 요격에 실패하면 이후엔 지상 요격시스템에 넘긴다. 이지스함의 SM-3, 알래스카와 캘리포니아에 배치된 GBI, 그리고 고고도 요격체계 사드(THAAD) 등이다. 지상 요격체계의 성공률이 50% 이하다. 그래서 골든돔의 우주방어시스템이 중요하다.

골든돔, 북·중·러의 ICBM과 극초음속 무기, FOB 등이 요격 대상

 트럼프 대통령이 골든돔을 추진한 배경은 명확하다.

 첫째, 중국과 러시아가 극초음속 무기, FOB(부분궤도 폭격시스템) 등 기존 미사일 방어체계를 무력화하기 곤란한 신형 전략무기를 실전 배치하거나 개발 중이어서다. 둘째, 북한·이란 등 비대칭적인 무기를 보유한 나라가 장거리 미사일로 미국 본토를 직접 겨냥하는 단계에 접어들었기 때문이다. 셋째는 기존의 지상 기반 미사일 방어망(GMD, THAAD, Aegis BMD 등)은 ICBM 등이 발사된 뒤(right-of-launch)에만 대응할 수 있지만, 발사 전에 무력화하는 left-of-launch나 중간단계에서의 요격능력이 제한적이었다. 골든돔은 바로 이 ‘방어공백’을 메우는 전략적 수단이다.

300kW~1MW급 고에너지 레이저와 소형 운동에너지 요격체(KKV)

트럼프 행정부가 고려하고 있는 골든돔은 다양한 시스템으로 구성될 전망이다. 먼저 우주 기반 레이저 플랫폼이다. 300kW~1MW급 고출력 레이저는 우주공간에서 대기 간섭 없이 수백~수천 km 거리에서 구조물·탄두 파괴가 가능하다. 300kW급 레이저는 1500㎞까지 탄도미사일을 요격할 수 있다. ICBM의 동체에는 1~2초만 쪼여도 구멍이 뚫리거나 폭발한다. 조만간 개발될 1MW급 레이저는 3000㎞ 이상 떨어진 우주공간을 비행하는 ICBM을 요격할 수 있다. 두 번째는 소형 운동에너지 요격체(Kinetic Kill Vehicle)다. 우주에서는 대기 저항이 없어 작은 탄두를 초음속으로 발사하면 ICBM과 충돌해 파괴한다. 이런 무기를 인공위성이나 지구궤도 플랫폼에 탑재한다.

 이와함께 골든돔의 탐지체계와 지휘·통신체계도 중요하다. 지구 저궤도(160~2000㎞) 및 중궤도(2000~35786㎞)에 배치되는 센서망(OPIR, EO/IR)이다. 발사 탐지·궤적 추적, 극초음속 기동 궤적 등을 정확하게 예측한다. 위성에서 지속적으로 적외선(IR) 신호를 감시하는 OPIR(Overhead Persistent Infrared)은 ICBM이 발사될 때 꽁무니에서 나오는 화염을 가장 먼저 탐지한다. 지금도 미국의 OPIR 위성이 북한을 포함한 한반도 주변에서 발사되는 미사일 또는 로켓의 화염을 탐지해 우리 군에도 즉각 제공한다. EO/IR(전자광학/적외선)은 주로 지구 저궤도에 배치된 위성에 탑재된 탐지장치로 가시광선 또는 적외선을 활용해 관측하는 정찰자산이다. 미국 첩보위성과 우리 군의 4.25 위성이 해당된다.

골든돔, 우주무기와 센서 등 대형 위성 최소한 36개 소요

트럼프 행정부가 적국에서 발사되는 ICBM 등을 골든돔으로 효과적으로 방어하기 위해선 상당한 수의 우주자산이 필요하다. 지구 경사궤도를 극궤도를 중심으로 3개로 나누고 레이저 위성이 고도 1500㎞에 떠 있다고 가정해 ICBM 방어계획 짜보면 36개의 위성이 필요하다는 계산이 나온다. 고에너지 레이저 위성 12기, 센서 위성 8기, 운동에너지 요격 위성 12기, 통신 릴레이 위성 4기 등이다. 이를 다층 궤도에 배치해 24시간 글로벌 커버리지를 보장해야 한다.

스페이스X와 블루 오리진 등 미국 우주기업, 절대적 경쟁 우위

 문제는 이런 다수의 대형 위성을 우주에 배치하는 일이다. 현재로선 이런 우주 발사능력을 갖춘 나라가 미국뿐이다. 골든돔은 수십 기 이상의 대형 위성을 궤도에 배치해야 하는데, 초대형 위성을 발사할 능력을 갖춘 민간 우주기업의 역할이 매우 중요하다. SpaceX의 스타십(Starship)은 최대 100~150톤의 화물을 저궤도에 올릴 수 있다. 골든돔의 각종 시스템을 우주공간 배치에 적합한 운송수단이다. 528톤 규모의 골든돔 위성군을 올리려면 스타십 6회 발사로 가능하다는 계산이 나온다. 스페이스X는 지난 5월 미 정부로부터 스타십 발사회수를 연간 5회에서 25회로 늘리는 허가를 받았다. 아직은 탑재량이 적지만, 블루 오리진(Blue Origin)의 뉴글렌(New Glenn) 로켓도 투입할 수 있다. 그래서 트럼프 대통령은 스페이스X와 블루 오리진의 경쟁구도를 조성하려 한다.

 중국과 러시아도 ASAT(위성요격무기)와 군사용 위성을 보유하고 있다. 그러나 대형 위성을 다량으로 우주에 발사할 능력은 아직 부족하다. 대규모 우주군사 인프라를 구축해 유지할 경제력과 운용 경험이 미국에 크게 뒤진다. 더구나 대형 물체를 저비용으로 자주 발사할 능력은 미국의 SpaceX가 세계에서 절대적인 경쟁우위를 갖추고 있다.

골든돔, 북한 핵 사용 억제에 효과적 수단

 한반도 차원에서는 골든돔이 북핵 억제에 도움이 된다. 트럼프 행정부가 골든돔을 완성하면 북한의 핵 사용을 막기 위한 미국의 확장억제력(핵우산)이 더욱 강력해진다. 북한은 유사시 우리에게 전술핵을 사용한 뒤, 미국이 개입하면 ICBM을 쏠 것이라고 위협할 수 있다. 그럴 경우 미 대통령은 한국에 핵우산을 제공하지 못하거나 주저할 가능성이 있다는 우려가 있다. 그러나 골든돔이 있으면 북한의 ICBM을 북극이나 태평양 상공의 우주에서 거의 요격할 수 있다. 북한의 공갈이 통하지 않는다는 것이다.

군비경쟁 촉발과 우주 국제조약 위반 논란

골든돔은 그 규모와 비용, 기술 난이도로 인해 비판도 적지 않다. 우선 실현 가능성이다. 미국이 개발했거나 개발 중인 300kW~1MW급 레이저의 우주 배치와 표적 추적 등 기술적인 문제가 해소됐는지는 의문이 있다. 또한 1510억 달러라는 천문학적 예산과 장기 유지비도 간단한 사안이 아니다. 장기적으로 수조 달러가 소요될 가능성도 있다고 한다.

국제우주법 위반 논란도 있다. 우주조약(Outer Space Treaty)은 우주의 평화적 이용과 대량살상무기 배치를 금지하고 있다. 레이저나 KV은 대량살상무기가 아니어서 국제조약을 위반했다고 볼 수는 없지만, 논란은 계속될 것이다. 트럼프 대통령이 골든돔을 완성하면 미국이 러시아와 중국에 비해 확실한 전략적 우위에 서게 된다. 그러나 중·러도 우주무기 개발과 배치를 가속하면서 새로운 우주 군비경쟁을 촉발할 소지가 크다. 결국 골든돔이 우주전쟁의 서막이 될 것이다.

위성레이저 플랫폼  우주 공간에서 태양광 전지판이 달린 위성 구조물과 함께 광선(레이저)이 발사되는 모습. 이는 고출력 레이저를 장착한 우주 방어 위성의 전형적인 이미지.

레이저 무기 시스템 개념도 육지 및 우주 기반 레이저 플랫폼을 동시에 묘사한 삽화로, 정점에서 수직으로 투사되는 빔이 특징. 우주기반·지상기반을 조합한 하이브리드 방어망 구축

 Kill Vehicle (KV) 그림 Raytheon의 KV. 지구 궤도 밖에서 탄두에 직접 충돌하는 ‘hit-to-kill’ 방식 요격체

Brilliant Pebbles 스타일 KV 작고 밀집된 수많은 운동에너지 요격체(‘Brilliant Pebbles’ 컨셉)를 우주에 배치한 모습.

우주 배치 레이저 위성에서 ICBM을 요격하는 장면

우주 배치 레이저로 대기권으로 재진입하는 탄두를 요격하는 장면

 

1. 레이저 위성 플랫폼 구조

 (1)주본체(위성 본체 모듈)

기능: 레이저 발진기, 전력 관리 시스템, 냉각 장치, 제어 컴퓨터를 내장

외형: 원통형 또는 다각형 모듈, 외부 방열판 장착

방열판: 레이저 발사 후 발생하는 열을 우주 방사로 방출

(2   (2)레이저 발사 모듈

전방 대형 개구부: 고정밀 반사경과 발사 구경(광학계)이 위치

가변 반사경/포커싱 시스템: 표적 거리·크기에 따라 빔 초점을 조정

빔 포인팅 기구: 고각·방위각 조정이 가능한 짐벌 구조

(    (3)전력 공급 장치

태양광 패널: 넓은 격자형 솔라 어레이, 장시간 임무 전력 확보

배터리/축전기: 단시간 고출력 레이저 발사 시 필요한 순간 전력 공급

슈퍼커패시터: 수초 단위로 높은 전류 방전 가능

(    (4)추진 및 자세 제어

RCS(Reaction Control System): 미세 추력기로 회전·지향 유지

관성항법센서, 별추적기: 정밀 포인팅과 궤도 유지

  

 2. KKV(운동에너지 요격체) 개념

(1)KV 발사 모듈

저장식 발사관/드럼: 여러 발의 KV를 보관·사출

사출 메커니즘: 스프링 또는 소형 추진체로 초기 분리 속도 부여

(2)Kill Vehicle 본체

크기: 길이 0.51 m, 질량 수십 kg

탑재 센서: IR 시커, 레이더 시커, 가시광 카메라(표적 추적)

유도·추진: DACS(Divert and Attitude Control System)로 말기 미세 궤도 수정

구조: 폭발물 없이, 고속 충돌(hit-to-kill)로 표적 파괴

 골든돔 우주시스템 수송할 스페이스X의 대형 우주발사체 스타십