[긴급점검] 세계시장 석권 노리는 일본 방위산업의 실력 ④ 미사일·로켓·정찰위성 편 : 월간조선

4월 ‘무기수출 3원칙’을 사실상 폐기한 아베 신조(安倍晋三)의 일본 정부가 오는 8월 중 처음으로 수출하는 무기 품목은 ‘미사일 부품’이 될 전망이다. 《니혼게이자이신문》은 지난 7월 6일 일본 정부가 ‘이달 하순 국가안전보장회의(NSC) 각료회의를 열어 요격 미사일의 핵심 부품인 고성능 센서의 미국 수출을 결정할 방침’이라고 보도했다.

수출 부품은 미쓰비시(三菱) 중공업이 세계 최대 미사일 제조업체인 미 레이시온사의 라이선스로 생산하는 지대공 요격 미사일 ‘패트리엇 2(PAC-2)’ 탑재용 고성능 센서다. 현재 일본에서 자위대 미사일용으로 사용하고 있다.

‘무기수출 3원칙’의 족쇄가 풀리자, 무기 공동개발도 속도를 내고 있다. 아베 정부는 체계적인 수출 지원을 위해 내년 여름 무렵 무기개발·취득·수출을 총괄하는 ‘방위장비청(가칭)’을 신설할 계획이다. 방위성은 영국과 신형전투기인 F-35에 탑재되는 미사일의 공동개발을 검토하고 있다. 미쓰비시전기가 영국 방산기업인 MBDA와 공대공 미사일의 정확도를 높이는 장치를 공동개발하기로 합의한 것이다. 작년 6월에 양국이 합의한 화학 방호복의 공동개발에 이은 두 번째 협력이다.

일본은 항공자위대의 차기 주력전투기에 F-35를 결정했으며, 영국도 F-35 도입을 예정하고 있다. 레이더로 포착하기 어려운 F-35는 기체 내에 미사일을 수납(受納)하는 구조 때문에 F-35를 도입하는 국가는 신형 미사일의 개발에 관심을 갖는다.

영국은 미사일에 탑재하는 제어 컴퓨터 기술이 뛰어난 일본에 협력을 요청했고, 일본도 방어 기술의 해외 전개에 연결된다고 판단해 협력하기로 했다는 것이다. 이 밖에 미쓰비시를 비롯한 일본 기업은 2017년부터 일본에 도입될 38대의 F-35 엔진도 공동으로 개발할 계획이다.

고도 2만m까지는 육상자위대, 그 이상은 항공자위대가 담당

2009년 3월 31일 일본 북부 아키타(秋田)현에 배치된 일본육상자위대의 PAC-3 요격용 미사일과 이를 지키는 자위대원.

육상자위대는 1955년부터 공중 공격의 위협에 대비해 대책을 서둘렀다. 우선 육상자위대는 1963년 미국으로부터 나이키J 미사일을 도입했다. 나이키J 미사일은 ‘비핵3원칙’에 따라 핵탄두 장착 기능을 제거하고 도입한 미사일이었다.

1965년 육상자위대는 중고도용 호크 미사일을 도입해 홋카이도(北海道)에 호크 미사일 대대를 설치했다. 항공자위대와 방공임무를 분담, 고도 2만m를 경계로 그 이상은 항공자위대가, 이하는 육상자위대가 맡는 것으로 정한 것이다. 그에 따라 1964년 육상자위대는 나이키부대를 항공자위대로 이관했다.

항공자위대는 PAC-3 미사일을 수도방위용으로 제1고사군에 속하는 이루마(入間) 기지부터 배치하기 시작해 현재 도쿄 주변의 나라시노(習志野), 요코스카(橫須賀)시 다케야마(武山), 가스미가우라(霞ケ浦) 등에 배치했다. 호크 미사일은 일본 전역에 걸쳐 각 방면대에 8개의 고사특과군(高射特科群)이 운용한다. 항공자위대의 PAC-3 패트리엇 미사일이 놓친 적기(敵機)를 추가로 요격하는 것이다. 고체연료 추진으로 레이더에 포착된 적기를 내장된 호밍장치(목표 추적 장치)가 반자동으로 추적한다.

육상자위대의 35mm 기관포는 마하 2의 속도를 내는 전투기에 대응할 수 있다. 그러나 현재는 93식(式) 근거리 지대공 미사일(新SAM)로 대체됐다. 91식 휴대용 지대공 미사일을 8발 적재한 시스템이다. 발사대로는 육상자위대의 고기동차가 사용된다. 영상과 적외선 유도가 사용되고, 적기가 내뿜는 플레어(강한 빔을 방출해 적외선 추적 미사일을 교란하는 무장)에도 강력한 대응 능력을 보이고 있다.

단거리 지대공 미사일(SAM)이라 불리는 81식 지대공 미사일은 사단 고사특과대대에서 별도의 중대를 편성해 운용하고 있다. IR 패시브 호밍 형식에 따라 ‘스탠드 오프(미사일이 자동으로 목표물을 찾아가 타격하는 기능)’ 성능을 갖고 있다. 이지스 시스템과 같은 형태의 ‘페이즈드 어레이 레이더(Phased Array Radar)’로 포착된 목표를 향해 미사일을 발사한다. 최근 등장한 개량 미사일은 날아가는 도중에 액티브 레이더 호밍으로 목표를 계속해서 추적한다.

영토분쟁에 동원하는 일본의 미사일 전력

2013년 7월 1일, 센카쿠 영해에서 일본 어선(왼쪽에서 둘째 일장기를 단 배)을 두고 일본 해상보안청 순시선(맨 왼쪽과 맨 오른쪽)과 중국 해양감시선(가운데 큰 배)이 대치하고 있다.

일본 자위대는 중국의 센카쿠(尖閣·중국명 댜오위다오) 등 낙도(落島) 침공에 대비해 최신예 지대함 미사일(SSM·Surface to Ship Missile)을 규슈 지역에 배치한다. 지난 6월 15일 자 《산케이신문》에 따르면, 육상자위대는 2016년부터 일선 부대에 배치되는 SSM 발사기 16량 전부를 규슈 구마모토(熊本)현 겐군(健軍) 기지의 제5지대함 미사일 연대에 투입할 계획이다.

육상자위대는 사키시마(先島) 제도 등 낙도를 적이 침공할 때 수송함에 신속하게 SSM 발사기를 실을 수 있는 태세를 갖추고, 오키나와현 주변 훈련에도 적극적으로 동원할 방침이다. 최신예 SSM은 연안방어용 ‘12식 지대함 미사일’로 사거리가 현행 주력 미사일 88식 SSM보다 50km 긴 약 200km이다. 지상에서 발사해 해상으로 나가면 저공으로 비행하며 명중도가 뛰어나다.

육상자위대는 겐군 외에 홋카이도 3곳, 아오모리(靑森)현 1곳에 SSM 연대를 각각 두고 있다. 홋카이도와 아오모리 SSM 연대는 러시아의 위협에 대응한다. 최신예 SSM의 겐군 집중 배치는 일본 남서 방면의 방위태세 강화를 서두르려는 것이다. 낙도 방위를 위해 육상자위대는 연안해역, 해안지역, 내륙부 등 3단계로 대처하는데, 첫 단계인 연안해역에서 SSM은 적 함정을 격파하는 중요한 역할을 맡는다.

중국군은 낙도 침공에 투입하는 수륙양용차를 수상함정으로 운반한다. 미사일 구축함과 호위함을 집결해 침공하려는 낙도 주변 해역을 봉쇄할 가능성도 크다. 일본은 이러한 중국의 군사행동을 저지하거나 억지하는 데 SSM이 효과적이라는 판단을 하고 있다. 지난해 11월 낙도 탈환을 상정한 자위대 통합훈련에선 육상자위대 88식 지대함 미사일 부대가 미야코지마(宮古島)에 최초로 전개했다.

‘항공모함 킬러’라는 별명이 붙은 창젠(長劍)-10 미사일 발사장면.

하지만 일본의 공격용 미사일 전력은 ‘공격용 무기 비보유 원칙’에 따라 개발을 하지 않은 까닭에 주변국에 비해 허약한 실정이다. 중국은 최근 일본 열도 전역을 타격 범위 안에 둔 초정밀 순항 미사일을 대거 실전에 배치한 것으로 알려졌다. 미국의 아시아 안보정책 연구기구인 ‘프로젝트 2049 연구소’가 지난 2월 작성한 ‘중국의 진화하는 정찰 및 타격 능력’이라는 제목의 보고서에 따르면, ‘항공모함 킬러’라는 별명이 붙은 창젠(長劍)-10 미사일을 비롯해 잉지(鷹擊)-62, 잉지-63, 창젠-20 미사일 등이 최근 중국이 전력화한 대표적인 지상공격 순항 미사일(LACM)이다.

이 가운데 창젠-10 미사일은 미국과 일본에 직접적인 위협 수단이 되고 있다. 이 미사일은 사거리가 1500km로 일본 주둔 미군 기지를 포함해 일본 전역을 공격할 수 있다. 창젠-10은 차량뿐 아니라 군용기에 장착해 발사할 수도 있어 기동성이 뛰어나고, 사전 감지가 어려운 것이 특징이다. 중국의 전략 미사일 부대인 제2포병은 약 500기의 지상공격 순항 미사일을 보유한 것으로 알려졌다.

중국은 이미 1980년대 후반 일본 열도까지 타격할 수 있는 사거리 1700km의 대함 탄도 미사일 둥펑(東風)-21을 실전 배치한 데 이어 사거리 1만km 이상 신형 ICBM 개발에도 공을 들여왔다. 얼마 전 중국은 미국의 거의 모든 도시를 타격할 수 있는 사거리 1만3000km의 ICBM 둥펑-31A의 시험발사에 성공한 것으로 알려졌다.

SSM을 토마호크급으로 개량해 잠수함 탑재할까

88식 지대공 미사일. 일본은 장거리 순항 미사일인 토마호크 기술을 미국에서 전수받아 88식 지대공 미사일을 개량해 잠수함에 탑재하려 하고 있다.

최근 들어 일본도 탄도 미사일 개발에 적극 나서고 있다. 일본이 단거리 탄도 미사일을 개발하는 방안을 검토하고 있다고 《산케이신문》이 2013년 6월 26일 보도했다. 일본 방위성이 중국의 센카쿠 열도 등에 대한 공격상황에 대비해 사정 400~500km의 단거리 탄도 미사일을 개발해 오키나와 본섬에 배치한다는 구상이다. 이 방안이 실현되면 자위대가 보유하는 첫 탄도 미사일이 된다.

중국 함정이 센카쿠에 접근할 경우, 인근 해역에 미사일을 발사해 중국 부대의 상륙을 지연시키고, 중국이 센카쿠를 점령했을 경우 신속한 탈환작전을 지원하는 데 미사일을 활용한다는 것이다.

과거 일본은 ‘전수방위 원칙’과 ‘공격용 무기 비보유 원칙’에 따라 공대지 또는 지대지 미사일을 적극적으로 개발하지 않았다. 그러나 일본은 ‘우주의 평화적 이용’이라는 명분하에 기술축적을 꾸준히 한 결과, 유사시에 공격용 무기로 전환할 수 있는 사거리 1만km가 넘는 탄도 미사일 기술은 충분히 보유하고 있는 것으로 알려졌다. 대함 미사일인 SSM-2도 유사시에 함대지(艦對地) 모드로 전환이 가능하다.

미국의 지원을 업고 ‘집단적 자위권’을 행사할 태세를 갖춘 일본은 그 첫 단추로 토마호크(Tomahawk)급 미사일을 개발할 움직임을 보이고 있다. 일본은 장거리 순항 미사일을 보유하고 있지 않지만, 언제든 제조가 가능한 나라다.

이시바 시게루 자민당 간사장. 이시바 간사장은 방위성장관 시절인 지난해 3월 토마호크 미사일 구입과 관련한 지시를 내렸던 것으로 알려졌다.

일본 방위성은 토마호크 미사일 등 다른 나라의 기지를 한정적으로 공격할 수 있는 무기 도입을 검토하고 있는 것으로 알려졌다. 2013년 3월 28일 《마이니치신문》에 따르면, 일본 방위성이 북핵 문제를 둘러싼 자국 내 불안 확산을 감안해 이 같은 방안을 검토, 이시바 시게루(石破茂) 자민당 간사장이 이미 미국 측과 토마호크 구입 가능성 여부를 협의하라는 지시를 내렸다는 것이다.

《디펜스타임즈》 안승범(安承範) 편집장은 “일본은 기존의 88식 SSM 미사일을 토마호크급으로 개량하기 위해 지난해 3월 미국 정부에 토마호크 미사일 구입 의사를 타진했고, 이에 대해 미국 정부와 의회가 긍정적으로 검토 중인 것으로 안다”면서 “미국이 토마호크를 판매한 나라는 동맹국인 영국밖에 없을 뿐만 아니라, 만일 일본이 토마호크를 실제로 구입한다면 동북아 지역의 군사력 균형에 큰 영향을 미칠 것”이라고 말했다.

미국이 이라크전 공습에 사용한 토마호크 순항 미사일은 적의 레이더에 잘 포착되지 않고 명중도가 뛰어난 최첨단 미사일로 알려져 있다. 길이 6.4ｍ, 직경 54cm, 사정거리 450~2870km로 고도 15~100m에서 시속 885km로 비행한다. 특히 최저고도 7m의 저공비행이 가능하기 때문에 요격하기가 어렵다.

미 해군 주도로 제너럴 다이내믹스사가 개발한 토마호크 미사일은 1984년 6월 처음 실전에 배치됐으며, 걸프전이 시작된 1991년 1월 17일 밤 처음으로 사용됐다. 당시 모두 288기가 발사돼 이라크 대통령궁과 국방부 등 바그다드 내 전략목표들을 명중해, 정확성을 과시했다.

걸프전 당시 걸프해역 내 미 해군 선박에서 발사된 토마호크 미사일이 목표물에 이르는 데는 약 90분이 걸렸다. 이 미사일에는 재래식탄두(무게 약 450kg)는 물론 핵탄두 장착 또한 가능하며, 잠수함, 선박, 지상배치 발사대, 항공기 등 여러 곳에서 발사할 수 있다. 미사일 앞 부분엔 탄두와 유도장치가 장착되며 유도장치에는 정교한 컴퓨터가 내장돼 명중도를 높여준다.

안승범 편집장은 “일본은 토마호크 미사일 도입을 통해 88식 지대함 미사일도 개량하려 할 것이 분명하다”면서 “일본이 토마호크급 미사일을 국산화해 향후 건조 예정인 2900t급 중잠수함에 탑재해 중국의 센카쿠 열도 점령에 대비할 것으로 본다”고 했다.

안 편집장은 “중국은 잠수함을 추적해서 잡는 대잠초계기 등 대잠 전력이 현재 기준으로 사실상 ‘제로’에 가깝기 때문에, 일본 잠수함 22척에 사정거리 3000km 가까운 토마호크급 순항 미사일을 탑재한다면, 중국 전역을 사정권 내에 두는 것이다”고 했다. 그는 “영국이 미국과 함께 잠수함에 토마호크 미사일을 장착해 이라크전에서 활용한 것처럼, 일본도 잠수함에 장착해 영토 분쟁 지역에 투입할 것으로 보인다”고 말했다.

美日 공동으로 SM-3 개발

일본의 3000t급 중형잠수함. 일본 자위대는 중형잠수함에 88식 미사일을 토마호크급으로 개량한 장거리 순항 미사일을 탑재해 중국에 대응할 것으로 보인다.

일본이 가장 중요하게 여기는 무기 공동개발 파트너는 당연히 미국이다. 이지스 레이더나 F-35 전투기만이 아니라, 다양한 분야에서 공동연구가 진행되고 있다. 일본은 미국의 탄도 미사일 방위(BMD) 시스템에 적극적으로 참여하면서, 자국의 높은 기술력을 바탕으로 미사일 기술을 착착 축적해 나가고 있다.

북한은 핵무기 개발에 이어, 1만km 이상을 날아가는 이동식 대륙 간 탄도탄 개발을 목전에 두고 있다. 일본은 미국과 함께 북한을 견제할 BMD 시스템 공동개발에 나섰다. 미일의 가상적은 북한만이 아니라는 것은 상식이다. 따라서 BMD는 북한, 나아가 중국과 러시아를 염두에 둔 미사일 방어망이다.

미국은 사거리 1000km 이하의 미사일을 장착한 이지스만이 아니라, 알래스카와 캘리포니아에 있는 장거리 격추 미사일(GBI)을 포함하는 범(汎)지구적 차원의 방어망 구축을 목표로 하고 있다. 일본은 현재 이지스함에 장착된 대응 미사일로는 북한의 장거리 탄도 미사일을 추적, 격추에 한계가 있다고 판단하고 있다. 따라서 대륙 간 탄도 미사일에 맞서는 장거리 이지스 미사일을 포함해, 일본과 미국으로 향하는 모든 미사일을 막아낼 BMD 시스템 개발을 추진하려는 것이다.

미 레이시온사가 개발한 사정거리 약 3000km의 토마호크 순항 미사일이 발사되고 있다.

1983년 일본은 1983년 말 미국의 미사일 방어 체제(MD) 도입과 배치를 결정했고, 2004년 말에는 MD에 대한 양해각서를 체결했다. 이후 일본은 MD를 위해 마침내 ‘무기수출 3원칙’에서 미국을 제외한다면서 ‘방위계획대강’에 ‘예외조항’을 만들어 국제 공동개발의 근거를 마련했다.

그 후 일본은 자국 내 MD 구축에 필요한 탄도 미사일 및 레이더 부품을 미국에 수출하는 방안을 구체화했다. 2006년 10월 대포동 미사일 발사에 이어 북한이 핵실험을 강행하자, 일본은 기회를 만난 듯 PAC-3 미사일을 수도권 중심으로 배치하면서 미사일 방어체계 구축을 서둘렀다.

일본은 내친김에 2006년부터 2014년까지 미국과 함께 MD에 필요한 차세대 해상배치 요격 미사일 SM-3 공동개발에 착수했다. 총 30억 달러 규모의 이 사업은 일본 방위청이 10억~12억 달러, 미국은 18억~20억 달러를 각각 부담하기로 했다.

일본의 MD는 크게 ‘해상배치 중거리 미사일 방어(SM-3)’와 ‘지상배치 최종단계 미사일 방어(PAC-3)’로 구성돼 있다. 즉 SM-3 미사일은 지상에 배치된 패트리엇-3(PAC-3) 하층 방어 미사일(최대 요격 고도 10~15km)에 비해 훨씬 높은 150km 고도에서 적 탄도 미사일을 요격할 수 있다. 일본은 SM-3 미사일을 6척의 이지스함에 장착하기 위해 일본 최초의 이지스함 ‘곤고’에 3500억원을 투입해 수직발사기 개조작업을 했고, 나머지 다섯 척도 개조해 6척 모두 MD 발사 시스템을 갖췄다.

미 전함에서 발사하고 있는 탄도탄 요격용 SM-3 해상발사 미사일.

현재 미국과 일본은 SM-3의 요격률을 향상시키기 위해 공동연구를 진행 중이다. SM-3가 미일의 공동연구·개발의 대상이 된 이유는 1980년대의 미 전략방위구상(SDI) 당시 섬나라인 일본이 탄도 미사일 공격을 받을 경우, 제1 요격단계로 해상배치형 요격 시스템이 최적이라는 결론을 얻었기 때문이다.

참고로 이지스함의 함대공 미사일은 스탠더드 미사일(SM)이 사용되지만, 이 미사일도 SM-1, SM-2 등으로 진화해 왔다. 현재는 SM-3형이 일본의 해상배치형 탄도 미사일 요격 시스템으로 자리 잡았다. SM-3형은 SM-2의 로켓모터를 강화해 빠른 속도로 높은 고도에 도달하는 능력을 갖고 있다. 때문에 고속의 탄도 미사일, 사거리가 긴 탄도 미사일 방위가 가능하다.

일본이 미국과 공동개발 중인 차세대 탄도 미사일 방어 시스템인 ‘SM-3 블록 IIA 미사일’은 해상발사 요격 미사일로, 오는 2018년 실전 배치를 목표로 하고 있다. 미국과 일본의 공동연구에서 핵심은 로켓모터를 강화하고, 탄두의 목표 포착 능력을 높이기 위해 신형 적외선 센서를 탑재하는 것이다. 일본이 탄두, 로켓모터, 방향타 등 핵심 부품과 소재 개발을 담당하고 있다.

양국의 연구에서 핵심적인 것은 키네틱(Kinetic) 탄두다. 키네틱 탄두는 상대방 미사일을 스치는 순간에 폭발하면서 요격하는 기존의 구조와는 달리 자세를 제어해 가며 상대방 미사일에 접근해 직격으로 맞추어 격파하는 탄두라 요격률이 뛰어나다.

키네틱 탄두 개발은 미국이 담당하고, 일본은 SM-3 중 미사일의 원뿔형 부분으로 탄두를 보호하는 ‘노즈콘(nose cone)’과 탄도 미사일을 추적하는 ‘적외선 시커(Seeker)’, 2단 로켓모터의 능력 향상 등 3개 분야를 개발하기로 ‘교통 정리’를 했다. 특히 SM-3 미사일 앞 부분에 해당하는 노즈콘은 미사일이 상승할 때 고온(高溫)으로부터 내장된 적외선 시커를 보호하기 위해 특수재료로 만들어야 하고, 최종 요격단계에서 키네틱 탄두를 분리할 때 탄두와 부딪히지 않아야 하기 때문에 상당한 기술 수준이 요구된다.

일본판 X밴드 레이더 FPS-5

미국과 일본이 규슈에 배치하기로 한 X밴드 레이더 AN/TPY-2.

2009년 4월 5일에는 이지스함 ‘곤고’가 북한 무수단리 미사일 기지에서 발사되는 대포동 미사일을 미군의 조기경계위성보다 먼지 탐지해 도쿄 이치가야(市ケ谷)에 있는 방위성 중앙지휘소에 타전했다.

2007년 12월에는 이지스함에서 발사된 SM-3가 북한의 노동 미사일과 유사한 모조 미사일을 탐지·추적해 고도 약 100마일에서 파괴하는 데 성공했다. 미국 이외의 국가 중에서 이지스 전투 시스템을 통해 미사일 요격에 성공한 국가는 일본이 유일하다. 현재 일본 이지스함의 적 미사일 요격률은 33%로, 3번 실험에서 한 번 성공했으나 요격률은 향후 크게 높아질 것으로 전문가들은 보고 있다.

요격 미사일 SM-3와 함께 움직이는 것이 적 미사일을 추적하는 X밴드 레이더이다. X밴드 레이더의 ‘X’는 X라고 불리는 주파수대를 말한다. 일본 방위성은 2006년부터 일본판 미사일 방위를 위해 신형 레이더 FPS-5를 개발해 아오모리현 오미나토(大湊), 니가타현 사도(佐渡), 가고시마현 시모코시키(下甑), 오키나와현 아자다케 등 4개소에 순차적으로 설치했다.

X밴드 레이더는 통상 레이더가 식별 능력은 떨어지지만 원거리를 탐지할 수 있는 L대와 S대 주파수를 사용하는 데 반해, 일반적으로 주파수가 높고 파장이 짧은 X대를 사용한다. 그 이유는 X대가 탐지거리는 짧은 반면 정밀하게 측정할 수 있기 때문이다. X밴드 레이더는 육상과 해상에 설치한다. 탐지거리는 4000km로 추정되고, 2000km 떨어진 곳에서부터 탄두의 형상을 식별할 수 있는 것으로 알려졌다.

일본이 운용하는 X밴드 레이더는 이동 가능한 차량 탑재형이다. 고정적으로 배치하는 육상 및 해상형에 비해 소형이기 때문에 탐지거리는 1000km로 알려졌다. 소형이지만 레이더 본체 안테나 길이가 12.8m, 높이 2.6m, 무게는 34t에 이른다. 여기에 전자기기와 냉장장치의 무게를 합하면 89t이다.

미사일 방위에 정보를 공유하는 미일 양국은 레이더에서도 긴밀하게 협조하고 있다. 탄도 미사일 추적은 적도 상공에 떠 있는 미국의 조기경계위성이 탐지하고, 그 경보를 받아 탐지거리가 길고 넓은 일본의 FPS-5 레이더가 포착하며, 미군의 X밴드 레이더가 추적해 탄도 미사일의 경로와 착탄(着彈) 지점을 정확하게 찾아낸다.

북한과 중국의 중장거리 미사일을 요격하려면 약 5분 내에 미사일 경로와 착탄 지점을 해석해 내야 한다. 그래서 발사 지점과 보다 가까운 곳에서 미사일을 탐지, 추적하는 것이다. 세계 최고 수준의 두 레이더가 일본에서 ‘연합작전’을 벌이는 것이다.

군사용 고체연료 로켓 개발

2006년 9월 22일 태양 탐사위성을 실은 일본의 고체연료 로켓 M-V 발사 모습. 2006년까지 운용된 M-V로켓은 당시 세계 최대의 고체로켓이었다.

일본은 지난해 9월 14일 자체 개발한 신형 고체연료 로켓 ‘엡실론(Epsilon)’ 1호기 발사에 성공했다. 일본 우주항공연구개발기구(JAXA)는 이날 오후 2시께 남서부 가고시마현의 우치노우라(內之浦) 우주공간관측소에서 엡실론 로켓을 발사했다고 밝혔다. 일본의 로켓 개발이 세계 최고 수준의 능력을 갖고 있다는 것을 증명하는 순간이었다.

로켓은 발사 약 1시간 뒤 탑재한 우주망원경 ‘스프린트A(SPRINT-A)’를 1000m 상공에서 분리한 뒤 목표한 궤도에 무사히 진입시켰다. 기존 고체연료 로켓인 M-V의 후속기인 엡실론 1호는 높이 24.4m, 무게 91t에 이르며 3단으로 구성됐다. 엡실론 로켓은 액체연료를 사용하는 H-2A 로켓보다 크기가 절반가량 작다.

M-V는 고체연료를 사용하는 로켓으로, 엡실론은 M-V 로켓을 개량한 것이다. M-V는 1990년에 일본국립우주과학연구소(ISAS·Institute of Space and Astronautical Science)에서 150억 엔을 투자해 개발을 시작했다. 3단 로켓이며, 높이 30.7m, 직경 2.5m, 중량 140t이다. 2t의 화물을 250km 고도에 올릴 수 있다. M-V 로켓은 1800kg의 인공위성을 지구 저궤도에 올릴 수 있는데, 2005년 무게 510kg인 하야부사를 소행성에 착륙시켰다. 언제든지 대륙 간 탄도탄으로 전용이 가능하다.

2008년 일본 중의원(衆議院)에서는 야당인 민주당까지 합세해 ‘우주기본법’을 만들었다. 1969년 당시 중의원이 만든 ‘우주의 평화적 이용 원칙’이라는 자신들의 ‘위장전술’을 벗어던지고 우주의 군사적 이용을 사실상 허용한 것이었다. 이에 따라 자위대는 독자적으로 첩보위성을 보유, 운용할 수 있는 등 우주개발을 ‘군사 목적’으로 드러내 놓고 할 수 있게 됐다.

현재 일본은 H-2A 증강형 액체연료 로켓을 지속적으로 개발하고, 3만6000km의 정지궤도에 6t 정도의 인공위성을 발사할 수 있는 대형 로켓 제조 능력을 보유하고 있다. 여기에다 국제우주정거장에 무인수송기(HTV)를 발사할 수 있는 H-2B 액체연료 로켓도 보유하고 있다.

일본 의회는 2012년 ‘JAXA법’의 토대인 ‘우주개발사업단법’에서 우주개발을 평화적 목적으로 한정한다는 규정을 삭제하고 ‘국가 안전보장에 도움이 되도록 진행해야 한다’는 문구를 삽입했다. 2012년 12월 재취임한 아베 신조 총리는 집단적 자위권 강화를 주장하는 등 군사대국을 향한 행보를 계속하고 있어 일본의 로켓 개발을 둘러싼 의혹은 쉽게 가라앉지 않을 전망이다.

국방과학연구소(ADD)에서 37년간 국산 미사일 개발에 매달렸던 박준복 박사는 “일각에서는 엡실론 로켓이 군사 목적으로 전용될 수 있다는 우려도 나온다”면서 “엡실론에 적용된 고체연료 기술은 대륙 간 탄도 미사일 기술과 동일하다”고 했다.

펜슬 로켓에서 출발

일본 로켓의 아버지인 도쿄대학의 이토가와 히데오 교수. 이토가와 교수가 1955년 4월 14일 일본 최초로 발사한 직경 1.8cm, 길이 23cm의 펜슬 로켓을 들고 있다.

일본의 우주개발 역사는 1950년대를 기점으로 출발한다. 맥아더 원수의 극동군사령부(GHQ)는 제2차 세계대전에서 패망한 일본에 대해 항공과 우주산업을 전면 금지시켰다. 그러나 1952년 샌프란시스코 강화조약이 발효됨에 따라 일본은 우주개발에 착수한다.

일본의 우주개발에는 우주과학위성을 발사하기 위해 개발된 고체연료 로켓과 실용위성을 발사하기 위해 개발된 액체연료 로켓의 2개의 흐름이 있다. 도쿄대학의 이토가와 히데오(系川英夫·1912~1999) 교수가 중심이 된 생산기술연구소는 1955년 4월 14일 일본 최초의 ‘펜슬 로켓(Pencil rocket·직경 1.8cm, 전체 길이 23cm, 무게 200g)’ 발사에 성공한다. 이로써 이토가와 박사가 중심이 된 항공우주연구소는 일본 우주개발의 메카가 된다.

고체연료인 펜슬 로켓은, 베이비 로켓(Baby rocket), 27종류의 카파 로켓(Kappa rocket) 시리즈, 9종류의 람다 로켓(Lambda rocket) 시리즈, 8종류의 뮤 로켓(Mu rocket) 시리즈로 대형화돼 갔다. 1958년에는 관측 장비를 탑재한 카파 로켓(K-6 로켓) 발사에 성공, 미국·소련·영국과 함께 자력으로 관측 로켓을 발사해 데이터를 수집하는 국가가 됐다. 일본은 오랜 기간 동안 고체연료 로켓의 자체 개발에 돌입한 결과, 개발 초기 미국의 큰 간섭 없이 국산화에 성공한 것이다.

도쿄대학의 펜슬 로켓으로부터 시작된 고체연료 로켓의 기술은 1970년에 ‘람다 4S’를 이용, 처음으로 인공위성을 쏘아 올렸다. 일본은 연속 4번의 실패를 딛고 1970년 2월 11일 인공위성 ‘오오스미’를 우주 궤도에 올렸던 것이다. 인공위성의 자력 발사는 소련, 미국, 프랑스에 이어 세계 네 번째다. 중국은 다섯 번째다.

이렇듯 고체연료 로켓은 점차 국산기술로 개발되기 시작했고, 2006년까지 운용된 M-V 로켓은 당시 세계 최대의 고체로켓이었다. 2013년부터는 소형으로 가격경쟁력을 갖춘 엡실론 고체연료 로켓의 시대가 열렸다.

우주개발의 아버지, 나카소네 야스히로 전 총리

2005년 3월 3일 서울 코엑스 그랜드볼룸에서 아시안 리더십 콘퍼런스가 개막된 가운데 나카소네 야스히로 전 일본 총리가 기조연설을 하고 있다. 나카소네 전 총리는 일본 우주개발의 아버지로 불린다.

일본 우주개발의 리더는 나카소네 야스히로(中曾根康弘) 전 총리다. 나카소네 전 총리는 1959년 기시 노부스케(岸信介) 내각의 과학기술청 장관으로 입문해 자문기관으로 우주과학기술 부흥준비위원회를 설치한다.

이어 그는 미일 우주과학기술협력협정을 체결해야 한다고 목소리를 높였다. 이에 대해 미국은 처음엔 과학기술 수준의 차이 때문에 난색을 표했지만, 1964년 중국이 핵실험에 성공하면서 분위기는 반전됐다. 일본을 통해 중국을 견제해야 했던 미국은 일본의 우주개발에 협력했다.

미국은 당시 일본이 핵무기의 운반수단이 되는 탄도 미사일 개발 능력을 보유하고 있다고 보고 있었다. 미국은 도쿄대 우주연구소가 개발하는 고체연료 로켓인 M-3를 주목하고 있었다. 만약 일본이 M-3 로켓을 군사적 목적으로 전용할 경우, 1969년 무렵이면 로켓 본체의 유도·제어 시스템이나 지상지원·지상전자 시스템을 갖추는 것은 시간문제라고 판단했다.

미국은 1969년 7월 31일 로저스 국무장관과 아이치 기이치(愛知揆一) 일본 외상이 미일 우주협력에 관한 교환 공문에 서명하면서, 일본에 군사적 전용이 어려운 델타 로켓(액체 로켓) 기술을 제공하기로 했다. 고체연료 로켓은 즉시 발사가 가능하다는 점에서 군사용에 적합하지만, 액체연료 로켓은 연료 주입에 상당한 시간이 걸리기 때문이다. 양국의 협정에 따라, 일본의 우주개발사업단은 액체 로켓 엔진을 1단계로 하는 N로켓 개발에 착수했다.

이 계획에 따라 미국으로부터 도입한 델타 로켓 기술과 국산기술을 융합시킨 대형 실용위성 발사 로켓 개발이 진행됐고, 1975년 9월 일본은 첫 대형 로켓 N-1 제1호기를 성공적으로 발사하고, 그 이후 H-1 로켓으로 발사했던 지구자원관측위성 제1호에 이르기까지 17년간 24개의 위성을 발사했다. 발사성공률은 100%였다.

이것은 미일 우주협력의 대표적인 성과였다. 그 후 일본은 액체 로켓인 H-1 개발(2단은 일산, 1단은 라이선스)에 성공했고, H-2 로켓에서 국산화를 달성한다. 현재는 H-2A 로켓, H-2B 로켓 시리즈로 세계 정상급의 우주선진국 대열에 올랐다.

류정주(柳廷鑄) 건국대 항공우주학과 교수는 “일본의 우주개발의 특징은 기술적으로 간단한 고체연료 로켓의 시리즈부터 개발해 국산화하기 시작했고, 냉전시대를 맞아 미국의 도움으로 액체로켓 기술을 습득할 수 있었다”며 “국가 지도자의 의지가 우주개발에서는 대단히 중요하다는 것을 시사한다”고 말했다.

유 교수는 “우리나라는 2018년 약 75t의 순 국산 액체 로켓을 개발해 이를 4개로 묶어 300t의 추력으로 1.5t의 인공위성을 저궤도에 발사하는 것이 국가 목표”라며 “관련 기술을 습득하려면 일본의 케이스처럼 피눈물나는 과정을 거쳐야 한다는 것을 우주선진국들이 경험으로 들려주고 있다”고 말했다.

일본의 도킹 기술은 세계적 수준

일본의 탐사선인 하야부사호가 이토카와 소행성에서 지표 성분 자료를 수집하는 모습을 그린 상상도.

2010년 6월 하야부사가 세계 최초로 달 이외의 천체 물질(소행성 25143 이토카와의 물질)을 채취해 지구로 귀환했다. 2010년 7월에는 이카로스가 세계 최초로 우주 공간에서 태양 범선 추진을 성공시켰다. 일본은 월 탐사기, 태양계 탐사기, 태양관측위성, X선 천문위성, 적외선 천문위성, 통신위성 등 수많은 인공위성, 탐사기를 발사하고 있다.

일본의 로켓 능력 중 가장 뛰어난 것이 ‘도킹’ 기술이다. 도킹 기술이 우수하다는 것은 우주에서 상대 미사일을 요격할 수 있는 기술이 뛰어나다는 뜻이다. 대륙 간 탄도탄도 마음만 먹으면 언제든지 개발할 수 있는 나라가 일본이다.

중국이 2011년 11월 우주에서 인공위성 도킹에 성공하면서 세계 세 번째라고 야단법석을 떨었지만, 일본은 1997년 11월 이후 H-2 로켓으로 목표 위성과 추적 위성으로 구성된 기술시험위성 ‘키쿠 7호’를 쏘아 올려 세 번에 걸쳐 도킹에 성공했다. 중국의 ‘떠벌이 왕서방’과 달리 일본은 조용하고 은밀하게 우주기술을 축적하고 있는 것이다.

대륙 간 탄도탄은 지상에서 발사해 우주공간을 비행한 뒤 대기권에 다시 진입해 지상의 목표물을 향한다. 이때 미사일이라면 대기권 바깥에서 대기권 내로 재돌입해야 하기 때문에 섭씨 약 2000도의 열과 마하 8의 속도를 견디는 탄두 제조기술이 요구된다.

따라서 대기권 재돌입 실험에 성공해야 대륙 간 탄도탄 기술이 구축되었다고 볼 수 있다. 일본은 1994년 2월 오렉스(OREX), 1996년 하이프렉스(HYFLEX) 비행체를 발사해 대기권 재돌입에 성공했다. 오렉스는 H-2 로켓에 장착된 대기권 재돌입 기술의 실험기다. 미국은 이것을 대륙 간 탄도탄 기술과 관련돼 있다 해서 일본에 제공하지 않았으나, 일본은 20억 엔을 들여 개발에 성공했다.

오렉스는 일본이 개발을 추진 중이었던 일본판 스페이스셔틀 ‘호프(HOPE)’를 위한 것이었다. 우주왕복선 호프는 대기권 재돌입 기술이 필수적이었다. 오렉스는 대기권 재돌입 시 공기의 극한마찰에 견디는 내열구조와 열방호 시스템 개발에 필요한 자료를 수집하기 위해 개발된 기체였다. 일본이 개발한 오렉스는 H-2 로켓이 발사된 후 고도 450km의 원궤도를 약 1시간30분 만에 일주하고, 대기권에 재돌입하면서 필요한 정보를 수집한 뒤 태평양상의 크리스마스섬 근해에 무사히 낙하했다.

오렉스에 이어 회수 실험은 하이프렉스(HYFLEX)다. 냄비 같은 오렉스와 달리 펭귄 같은 유익형, 즉 작은 날개가 달린 회수기인 하이프렉스는 ‘리프팅 보디’라 불린다. 대기 중으로 낙하할 경우, 둥글게 생긴 동체 윗면에 기체를 부양시키는 양력(揚力)이 발생한다.

하이프렉스는 1996년 중형 로켓 J-1에 탑재돼 발사됐다. 고도 110km에서 분리된 후, 초속 4000m로 수평으로 발사돼 펭귄 날개 같은 작은 날개로 비행 방향과 자세를 제어해 가면서 오가사와라(小笠原) 동쪽 해상에 착수(着水)했다. 이때 비행 중인 하이프렉스가 보낸 데이터는 모두 수신됐다.

일본은 우주왕복선 계획을 추진하기 위해 지구 재돌입 기술을 축적한 뒤 ‘호프’ 계획을 예산상의 이유를 들어 슬그머니 중단했다. 이 기술은 군사적으로 활용하면 대륙 간 탄도탄 재돌입 기술이다. ‘호프’ 계획은 일본이 우주기술의 평화적 목적과 군사적 목적이라는 교묘한 이중성을 보인 상징적 사례로 볼 수 있다.

우주기술은 평화와 군사 양면으로 쓰이는 이중기술이다. 인공위성은 태풍 예측과 자연재해 관측 등 평화적으로 활용되지만 첩보 수집의 군사 목적으로도 쓰인다. 로켓 능력을 독자적으로 보유했다면, 기상위성을 쏘아 올릴 수도 있지만 대륙 간 탄도탄 등 미사일 제조 능력도 갖추게 되는 것이다.

美 ‘Key Hole’에 맞먹는 첩보위성 보유 가능

분해 능력 10cm로 세계 최고의 해상도를 자랑하는 미국의 KH-12 정찰위성. 일본도 조만간 지상 15cm의 물체를 식별할 수 있는 위성을 개발할 것으로 보인다.

일본이 위성에 눈을 뜬 것은 20세기 말부터이다. 기후·지진·쓰나미 등의 자연재해를 예측하기 위해서였다. 군사 목적의 위성에 대한 관심은 최근에야 시작됐다. 미일 간의 공동개발을 통한 소프트·하드 교류가 본격화될 것이다.

최근 미국 워싱턴에서 미일 양국 우주 관계자들이 ‘미일우주안보협력’에 대해 논의한 것으로 알려졌다. 이 모임에서 양국은 우주상황감시(Space Situational Awareness·SSA), 해양상황감시(Maritime Domain Awareness·MDA)에 대해 논의했다. 현재 미일 양국이 특히 중점을 두는 MDA 영역은 위성을 통한 감시다.

지상에서 위성을 띄워 해양을 24시간 살피는 MDA 구축을 위해 미일동맹이 원하는 위성의 수는 최고 40개에 달한다. 이렇게 많은 위성이 필요한 이유는 북한의 핵 시설, 센카쿠 열도 주변 등 ‘특정 지역’에 대한 24시간 감시체제를 유지하기 위해서이다. 당연히 중국으로서는 MDA 진전에 촉각을 곤두세우고 있다.

미일 양국이 구상하는 MDA 공동개발은 미국이 소프트웨어, 일본이 하드웨어를 제공하는 식으로 이뤄질 것이다. 일본이 위성을 발사하고, 지구궤도를 도는 위성을 통한 정보 분석 통제 평가에 관한 부분은 미국이 담당하는 식이다.

일본 우주항공연구개발기구(JAXA)는 2013년 1월 27일 가고시마현 다네가시마(種子島) 우주센터에서 정보수집위성(정찰위성) 레이더 4호기와 광학위성을 실은 H‐2A 로켓을 발사했다.

북한이 1998년 8월 대포동 미사일 발사실험을 하자 일본은 첩보위성 4기와 미사일 방어체제 구축을 선언하고 나섰고, 2013년 1월 이 목표는 완성됐다. 매일 지구 전 구석을 한 번씩 들여다볼 수 있는 위성정보 시스템이 구축된 것이다.

일본은 주간 촬영용 광학 위성 2, 3, 4호기와 야간용 레이더 위성 3호기를 운용 중이어서 레이더 4호기를 합치면 주·야간 5기 체제를 갖추게 된 것이다. 일본의 5기 위성은 북극과 남극의 상공을 400~600km 높이에서 선회하는 극궤도 위성이다.

일본은 레이더 위성 2기를 사용해 구름이 끼거나 비가 내려도 전파를 이용해 북한 지역을 샅샅이 정찰할 수 있고, 날씨가 좋은 날이면 과학위성 3기를 이용해 지상 30cm의 물체를 식별해 낸다. 레이더 위성은 약 1m 크기의 물체를 식별할 수 있다.

미국의 첩보위성 KH-12(일명 Key Hole)가 분해 능력 10cm인 것을 감안하면, 현재는 분해 능력이 1m급이지만, 30cm급이 되면 한반도를 손금 보듯이 내려다볼 수 있을 것으로 보인다. 전문가들은 일본이 조만간 북한의 도발을 핑계로 미국처럼 지상 15cm의 물체를 식별할 수 있는 첩보위성을 가동할 것으로 전망하고 있다.

한국 국방부도 주변국의 감시 능력 강화에 대비하기 위해 오는 2020년대 초반 군사정찰위성 5기를 도입하기로 결정했다. 첩보위성급 수준으로, 미국에 의존하던 정보취득 능력이 대폭 개선될 전망이다. 현재 우리가 보유하고 있는 위성은 다목적 위성인 아리랑으로, 미국 상업위성에도 못 미칠 정도로 해상도가 떨어져 군사용으로 사용하기는 어렵다는 지적이다.

백윤형 방위사업청 대변인은 “이미 도입이 확정된 고고도 무인정찰기까지 활용할 경우, 북한 정보취합 능력이 대폭 개선돼 전작권 전환을 앞두고 대미 의존도를 상당부분 해소할 수 있을 것”이라며 “5기의 정찰위성을 보유하고 있는 일본도 이를 10기까지 늘린다는 계획이어서 앞으로 한반도 주변은 치열한 정보전이 펼쳐질 전망”이라고 말했다.⊙