<특별기획 : 북핵과 로켓의 정치학>  1. 향상된 핵과 로켓기술                           곽동기 상임연구원

 

 

1월 6일 오전 10시 30분, 북한이 4번째 핵시험을 단행하였습니다. 북한은 이미 2006년 10월 9일, 2009년 5월 25일, 2013년 2월 12일에 걸쳐 3차례의 핵시험을 하였지만 이번 핵시험은 종래의 시험과 종류가 완전히 다른, 첫 수소폭탄이라고 밝혀 파장이 일파만파로 확산되었습니다.

 

4차 핵시험의 여운이 채 가시기도 전인 2월 7일 오전 9시 30분, 북한은 인공위성 광명성 4호를 발사해 우주궤도에 진입시켰습니다. 지난 2012년 12월에는 광명성 3호를 우주궤도에 진입시키고 이듬해 2월 12일에 제3차 핵시험에 나섰다면 이번에는 1월 6일에 수소폭탄 시험을 하고 2월 7일에 광명성 4호를 발사한 것입니다.

 

2016년 정초부터 북한의 핵시험과 인공위성 발사로 동북아가 떠들썩해졌습니다.

 

1. 향상된 핵과 로켓

 

동북아가 정초부터 떠들썩해진 것은 북한이 단행한 핵시험과 위성발사가 종래의 것과는 확연한 기술적 차이를 보였기 때문입니다. 핵시험에 있어서는 종래의 시험과 완전히 다른, 수소폭탄 시험을 공언하고 있으며 인공위성에 있어서는 북한의 로켓기술이 미국의 미사일 방어체제를 무력화시킬 수 있다는 우려를 사기 때문입니다.

 

1) 4차 시험은 초소형 수소폭탄

 

북한은 1월 6일, 오전 10시 30분에 핵시험을 단행했습니다. 그 인공지진의 진도가 리히터 규모로 4.8에서 5.2 내외로 측정되었습니다. 폭발력이 3차 핵시험과 유사한 것입니다.

 

그런데 북한은 4차 핵시험 2시간 뒤에, “첫 수소탄시험이 성공적으로 진행되었다”고 공식 보도했습니다. 수소폭탄은 원자폭탄 보다 폭발력이 최대 1000배 가량 더 큽니다. 비교할 수 없는 수준이지요. 그런데 북한은 어떻게 원자폭탄처럼 작은 수소폭탄을 만든 것일까요? 단서를 잡지 못한 군은 수소폭탄으로 나아가기 전 단계의 “증폭핵분열탄”의 가능성을 언급했습니다만, 북한은 이마저도 부정하였습니다. 

 

 

 

이는 곧 증폭핵분열탄도 아닌 수소폭탄이라는 주장입니다.

 

한편 <통일뉴스>에 따르면, 북한 '남조선문제연구소'의 정일철 연구사는 2006년 1차 핵시험부터 북한은 2kg의 플루토늄을 이용하였기에 이번 수소탄 시험도 성공하였다고 주장하였다고 합니다. 일반적으로 플루토늄을 이용한 원자폭탄은 플루토늄이 최소 10kg 이상이 있어야 핵분열 연쇄반응을 한다고 알려져 있습니다. 플루토늄의 임계질량이 10kg인 것입니다. 그런데 북한은 지금으로부터 10년전인 2006년에 임계질량의 1/5인 2kg 만으로 핵분열 연쇄반응을 일으켰다는 주장입니다. 

 

 

 

 

핵분열 연쇄반응은 중성자가 플루토늄239나 우라늄235의 원자핵에 충돌해 원자핵이 분열하면서 중성자가 방출되고 그 중성자에 의해 훨씬 많은 원자핵이 다시 분열하면서 중성자의 개수가 기하급수적으로 늘어나 핵물질이 결국 한꺼번에 핵분열하는 반응입니다. 핵분열을 위해 필요한 최소한의 질량을 임계질량이라고 하는데, 임계질량을 줄이는 것은 플루토늄 원자핵의 밀도를 증가시켜 중성자와 원자핵이 충돌할 가능성을 증대시키는 것으로 가능해집니다.

 

임계질량을 줄이는 것은 매우 어려운 기술이므로, 원자폭탄은 대형폭탄보다 소형폭탄이 훨씬 만들기 어렵습니다. 핵물질의 양이 너무 적으면, 중성자가 원자핵과 충돌해도 그것이 연쇄적인 분열을 이끌어내지 못해 핵분열이 기하급수적으로 늘어나지 못하기 때문입니다.

 

소량의 핵물질을 가지고도 핵분열 연쇄반응을 이끌어내려면 원자핵 밀도를 매우 높게 구성해서 중성자가 원자핵과 충돌할 확률을 크게 증가시켜야 합니다. 북한을 2006년에 임계질량의 1/5인 2kg의 플루토늄만으로 핵시험을 성공시켰다고 주장한 것입니다. 미국이 보유한 전술핵무기의 폭발력이 흔히 TNT 폭탄 0.1-수백 kt의 폭발력과 같다고 하는데 북한이 2006년에 1차 핵시험 당시 폭발력이 TNT 0.5kt 규모였다고 합니다. 결국 2006년의 1차 핵시험이 북한의 주장대로 성공이라면, 북한은 10년전에 이미 소형 전술핵무기를 시험한 것이 됩니다.

 

그로부터 10년이 지났습니다. 우린 1월 6일에 TNT 6-15kt 규모의 폭발력을 접했습니다. 1차 핵시험보다 폭발력이 12-30배 가량 증가한 것입니다. 북한의 소형전술핵무기 기술이 2006년보다 더 고도화되었다면, 2016년의 4차 핵시험이 초소형 수소폭탄 시험이었을 가능성은 얼마든지 있는 것입니다.

 

2) 다양한 핵탄두 개발 가능성

 

수소폭탄 시험에 성공했다는 북한의 주장이 사실이라면, 이는 북한이 초대형 수소폭탄을 만들 수 있다는 논리가 됩니다. 수소폭탄은 원자폭탄과 달리 임계질량의 개념이 없으므로 폭발력을 무제한으로 늘릴 수 있습니다. 구소련이 TNT 5800만톤 규모의 차르봄바를 개발했던 것도 무려 50년전인 1961년이었습니다.

 

군은 북한의 재래식 무기를 “70년대 수준의 무기”라고 평가절하합니다. 하지만 우리 군의 입장을 100% 받아들여 북한의 무기기술이 70년대 수준이라고 가정하더라도, 히로시마 원자폭탄 기술은 1940년대 기술이며 수소폭탄 기술은 1960년대 기술에 불과하므로 70년대 기술수준으로도 얼마든지 만들 수 있는 것입니다. 중국도 1960년대에 수소폭탄 시험에 성공하였습니다. 우린 그 동안 중국의 제조업에 대해 “조악하다”란 인식을 갖고 있었습니다. 따지고보면 ‘중국산’ 수소폭탄도 60년대의 ‘중국산’ 설비를 가지고 만든 것이지만 그 폭발력은 누구도 의심하지 않습니다. 웬만한 산업국가들이라면 핵무기는 누구나 만들 수 있는 “쉬운” 것이기 때문입니다. 단지 미국이 핵무기를 정치군사적으로 통제했기 때문에 만들지 못했을 뿐입니다. 

 

 

 북한이 소형 수소폭탄 시험에 성공하였다면, 1960년대 수준의 대형 수소폭탄을 만드는 것은 기술적 제약이 거의 없다고 봐야 할 것입니다.

 

TNT 5천만톤 규모의 초대형 수소폭탄을 터트리면 그 폭발력은 북으로는 만주지방, 남으로는 제주도, 동으로는 일본에 미치며, 서쪽으로는 중국 칭다오에 도달할 막강한 파괴력을 접하게 될 것입니다.

 

북한이 초대형 수소폭탄을 우리 대한민국을 향해 쏠 가능성은 없습니다. 그것은 비좁은 방 안에서 수류탄을 터뜨리는 것과 같은, 일종의 자살행위입니다. 북한이 수소폭탄을 개발하였다면, 그것을 우주상공에서 터뜨려 막강한 전자기파를 발생시키는 EMP탄으로 활용할 가능성이 매우 높습니다. 

 

 

 

 

핵반응으로 생성된 강력한 에너지를 지닌 감마선 광자가 대기 중으로 확산되면서 대기의 기체원자와 충돌하면 전자를 방출시키는데 이 전자가 대기 중에 강력한 전자기장을 구성해 전자기 충격파, EMP(electromagnetic pulse)를 발생시키게 됩니다. 미국 몬트레이 국제학대학교의 신성택 교수는 핵무기의 공중폭발시 방출되는 감마선이 공기 중에 있는 원자들의 전자를 이탈시켜 폭발 주변의 대기를 이온화시킴으로써 각종 전자장비에 의해서 전파된 전자장파(電磁場波)에 혼란을 주게 되어 수 초에서 수 시간 동안 무선통신, 레이더, 미사일, 항공기 등의 기능을 일시 또는 영구히 마비시키고 이후에도 잦은 오작동을 유발시키는 현상이 나타나는 것을 ‘EMP효과’라고 하며, 일명 ‘전자장 맥동파 효과’라고도 한다고 하였습니다.

 

EMP탄의 강력한 전자기 펄스는 마치 전자렌지가 전자기파만으로 물을 가열하듯이 순간적으로 지상의 전자회로체계를 교란합니다. 눈에 보이지 않는 미세회로로 구성된 반도체 소자들은 전자기파 차폐막이 설치되지 않은 경우 영구적인 손상을 입게 되거나 오작동을 불러일으키게 되는 것입니다.

 

북한이 수소폭탄을 만들어 지표면이 아니라 한반도 우주상공에서 폭발시키면, 휴전선 일대가 강력한 EMP 공격을 받게 됩니다. 이 경우 공중의 모든 전투기는 레이더를 사용할 수 없게 됩니다. 한 마디로 눈 뜬 장님이 되는 것입니다. EMP 공격이 진행되면 모든 레이더가 무용지물이 될 수 있습니다. 최첨단이라고 일컫는 미국의 F-22 스텔스 전투기와 앞서 언급했던 대로 “70년대 기술”이라고 평가절하된 북한 미그-21과의 차이가 사라집니다. 북한은 공중에서의 매복과 기습작전을 활발하게 적용할 수 있을 것입니다.

 

EMP탄을 전술적 차원이 아니라 전략적 차원으로 사용한다면 더 큰 화를 불러오게 됩니다. 초대형 EMP탄을 미 대륙 지상 500km 부근의 우주상공에서 터뜨린다면 미 대륙 대부분에서 전자기기를 순식간에 작동불능 상태에 빠지게 하는 EMP 효과가 나타난다고 합니다.

 

북한이 지난 2012년 12월 12일에 발사한 광명성 3호 2호기의 궤도가 상공 500km이므로 북한이 미 본토 상공 500km에 탄두를 보내는 것은 문제가 되지 않습니다. 더구나 지상으로부터 500km 부근은 사실상 우주공간이므로 “대기권 재진입 기술”이 필요조차 없습니다.

 

EMP탄은 핵탄두가 대기권으로 들어오지 않고 우주에서 터져버리기 때문에 미국이 미사일 방어체계에서 강조해 온 종말단계 탄도방어를 시도할 수도 없습니다. 다만 수소폭탄의 크기가 커지면서 탄두의 무게가 무거워지는 문제가 남아 있습니다. 이것도 북한이 대형 로켓 발사시험을 통해 대형탄두를 발사할 능력을 입증해버리면 끝입니다. 차후 북한이 상용 정지위성을 발사한다면, 미국은 북한과 전쟁을 하기 위해서는 북미대륙 전체가 전자장비를 사용할 수 없는 상황을 각오해야 합니다.

 

3) 광명성 추적에 실패한 해군 

 

북한의 1월 6일 레프트 스트레이트는 한미당국의 머리를 꽤 복잡하게 하였습니다. 그런데 4차 핵시험의 여파가 채 가시기도 전인 2월 7일에 북한은 인공위성 광명성 4호를 발사하였습니다. 이것은 레프트 스트레이트를 맞은 한미동맹이 채 균형을 잡기도 전에 라이트 스트레이트가 연타로 들어간 것으로 볼 수 있습니다.

 

2월 5일의 <MBC> 뉴스데스크는 한 가지 중요한 사실을 말해주었습니다. 북한의 인공위성 발사가 기정사실화되던 2월 5일, 한민구 국방부장관은 이지스함인 류성룡함을 직접 방문해 미사일 탐지·추적태세를 점검했다고 합니다. "지난 3차례의 북한 장거리 미사일 발사 시 우리 이지스함이 최초로 탐지해 그 능력과 태세를 입증한 바 있다"며 "이번에도 가장 먼저 포착하고, 실시간 전파·공유할 수 있도록 빈틈없는 감시 태세와 '즉응태세'를 유지하라"고 강조했던 것입니다. 

 

 

 

 

국방부장관이 직접 방문을 했으니 류성룡함의 장병들은 함상을 얼마나 닦고 또 닦아야 했을까요? 그런데 2월 7일 오전 9시 30분에 북한이 인공위성을 발사하자 한민구 장관이 한숨을 내뱉을 상황이 초래되고 말았습니다. 이지스함이 북한 로켓추적에 실패한 것입니다. 

 

<연합뉴스>는 2월 7일 오전 11시 17분, 군 당국은 북한의 로켓이 제주 서남방 해상에서 레이더망에서 사라진 것으로 볼 때 실패했을 가능성에 무게를 두고 있다고 보도했습니다. 군은 "북한의 장거리 미사일은 오늘 오전 9시30분에 발사돼 1단 추진체와 페어링(덮개)이 분리되고 9시36분에 제주 서남방 해상에서 레이더망 상에서 소실됐다"고 말하며 미사일이 레이더 추적 범위 내에서 소실된 것으로 볼 때 실패했을 가능성이 있다고 하였습니다.

 

2012년 12월, 광명성 3호를 발사할 때에는 일본 오끼나와 상공까지 추적을 할 수 있었지만, 이번 광명성 4호는 제주도 인근 상공에서 사라졌으니 발사실패에 염두를 두고 있는 것입니다.

 

북한로켓이 9시 36분에 레이더에서 사라진 사실이 11시 17분에 언론에 보도되었으니 그 101분 동안 군 수뇌부는 관련 내용을 청취했을 것입니다. 물론 우리 군이 그토록 자랑하는 한미간 찰떡공조도 가동되어 미군에게도 곧바로 보고되었을 것이고, 찰떡같은 한미공조 아래 언론공개를 승인했을 가능성이 높습니다.

 

그런데 이게 웬일인가요. 실패한 줄 알았던 광명성 4호가 우주궤도에 성공적으로 진입한 것입니다. 군은 2월 7일 오전 12시 19분, 북한 인공위성이 우주궤도 진입에 성공했다고 발표할 수밖에 없었습니다. 로켓 추적을 장담했던 한민구 국방부장관은 박근혜 대통령 앞에 서기가 두려울 것입니다. 서애류성룡함의 함장도 한민구 국방부장관을 다시 보기 쑥스러울 것입니다.

 

군은 마치도 “앗, 실수”였다며 레이더 추적 실패를 얼버무리는 듯하지만, 이는 있을 수 없는 일입니다. 왜냐하면 국방부장관이 함상을 직접 방문해 북한로켓 추적의 중요성을 강조하였고 온 나라가 북한의 인공위성을 미사일이라고 우기면서 떠들썩한 상황이니만큼 함장 이하 장병들도 궤도추적의 중요성을 계속 교육받았을 것이기 때문입니다. 아마 2월 7일 오전 9시 30분의 류성룡함은 그야말로 실전상황을 방불케하는 초긴장 상황이 이어졌을 것입니다.

 

그럼에도 불구하고 우리 군이 입에 침이 마르도록 칭찬해 온 미국산 위상배열레이더를 보유한 이지스함이 한낱 보잘 것 없다던 북한 로켓을 추적하지 못한 이유는 무엇일까요? 군은 2단 추진체와 본체의 분리 시점이나 미사일 본체가 레이더망에서 소실된 정확한 시점은 레이더 성능 보안이 군사비밀이라는 이유로 공개를 거부했습니다. 다만 이틀 뒤인 2월 9일, 한미 공동기술평가를 진행한 국방부는 "평가 결과 전체 이지스 레이더 장비는 정상 작동했고, 능력범위 내에서 정상적으로 탐지·추적이 이뤄졌다"고 밝혔습니다. 모든 장비가 정상 작동하였는데 추적에 실패했다는 말입니다. 군 당국은 이지스 체계의 성능 향상을 위해 평가결과를 미국 록히드마틴 이지스 센터로 보내 세부분석을 진행할 계획이라고 밝혔습니다. 

 

 

 

 

4) 광명성 로켓, 새로운 재원일 가능성

 

로켓을 궤도추적에 실패한 것을 보면 이번에 발사한 광명성 로켓은 예전의 은하3호와 다른 기종일 가능성을 배제할 수 없습니다. 실제로 북한은 2012년 12월 12일, 광명성 3호 발사 때와 달리, 광명성 로켓의 1단 로켓 분리 직후 1단 로켓을 270여개의 파편으로 폭파시켰습니다.

 

북한은 2012년에는 1단 추진체를 폭파할 시도도 하지 않았습니다. 북한은 애당초 1단 추진체를 한미당국에게 보여주려고 했을 것입니다. 당시 1단 추진체는 노동미사일 추진체 4개를 엮어서 만들었다는 분석이 이어졌으니까요.

 

그런데 이번 로켓은 북한의 대응이 달라졌습니다. 북한이 광명성 로켓의 1단 추진체를 270여개 파편으로 폭파시킨 것입니다. 2012년에는 한미당국이 들여다보아도 상관없는, 오히려 들여다보기를 바라는 마음에 1단 추진체를 고스란히 서해바다에 떨어뜨렸다면, 2016년에는 한미군당국이 보아서는 안 되는 기술적 비밀이 1단 추진체에 들어있었던 것은 아닐까요?

 

광명성 로켓의 2단 추진체는 필리핀 해구에 떨어졌습니다. 2월 9일 경향신문 보도에 따르면, 군은 인공위성 추진체를 추적하다가 추진체에서 분리된 2단 추진체 추적에도 실패했다고 합니다. 추진체는 레이더 반사면적이 너무 작아서 추적에 실패하고, 2단 로켓은 애당초 중요하지 않아 추적하지 않았다는 것입니다. 2단 로켓의 분리까지는 확인하였지만 그 후에 추진체와 2단 로켓을 모두 놓쳐버렸다는 것입니다. 

 

 

 

 

한편 미국은 최첨단 레이더를 장착한 하워드 로렌젠 호(號)를 일본 혼슈 요코스카에 배치했는데요, 미국도 북한 로켓을 탐지하였다는 소식만 들릴 뿐 그 구체적 데이터는 아직 보지 못했습니다.

 

북한 로켓이 2단 추진체 분리 이후, 2012년 광명성 3호 때와는 다른 궤적으로 비행했다면 레이더가 포착하지 못한 상황이 설명됩니다. 로켓은 2단 추진체가 분리되면 그 크기가 더욱 작아지므로 레이저 반사면적도 줄어들 것입니다. 우리 레이더가 예측하는 구간을 벗어난다면 놓치기 십상입니다. 

 

5) 소결 

 

북한의 4차 핵시험과 광명성 4호의 우주궤도 진입을 살펴보면 북한이 전략무기를 질적으로 향상시킬만한 기술적 진보를 이루었다고 볼 수 있습니다. 2013년 3월 31일, 김정은 국방위원회 제1위원장이 “경제건설과 핵무력 건설 병진노선”을 제기한 지 3년이 지났습니다. 박근혜 대통령은 북한의 병진노선이 결코 성공할 수 없다고 하였지만, 오히려 한미연합군의 발걸음이 조급해지는 듯합니다. <계속>