北이 동창리를 장거리 미사일 발사기지로 선택했다는 것은 핵탄두를 실을 수 있는 탄도미사일을 본격적으로 개발하고 있다는 의미.
동창리 인근에 있는 용덕동 고폭실험장은 1980년대부터 140차례 이상 고폭실험을 해온 곳.
⊙ 1㎏ 이하로 핵탄두 소형화는 아직 멀어, 동창리 기지 인근 용덕동에 고폭실험장 설치
⊙ 현재의 美 미사일방어체제(MD)로 북한의 중·장거리미사일 요격 가능
⊙ 핵시설에 대한 정밀폭격 고려해야
辛成澤
⊙1951년 경남 양산 출생.
⊙ 陸士(30기) 졸업. 미 워싱턴大 핵공학 석사. 미 RPI大 핵공학 박사.
⊙ 한국국방연구원 책임연구위원·戰力발전연구센터장, 美 몬트레이 비확산연구소 연구위원 역임.
예비역 육군대령.
동창리 인근에 있는 용덕동 고폭실험장은 1980년대부터 140차례 이상 고폭실험을 해온 곳.
⊙ 1㎏ 이하로 핵탄두 소형화는 아직 멀어, 동창리 기지 인근 용덕동에 고폭실험장 설치
⊙ 현재의 美 미사일방어체제(MD)로 북한의 중·장거리미사일 요격 가능
⊙ 핵시설에 대한 정밀폭격 고려해야
辛成澤
⊙1951년 경남 양산 출생.
⊙ 陸士(30기) 졸업. 미 워싱턴大 핵공학 석사. 미 RPI大 핵공학 박사.
⊙ 한국국방연구원 책임연구위원·戰力발전연구센터장, 美 몬트레이 비확산연구소 연구위원 역임.
예비역 육군대령.
- 북한은 지난 4월 5일 무수단리 기지에서 대포동2호 미사일을 발사, 핵운반체를 확보했음을 과시했다.
북한이 지난 5월 25일 오전 9시54분 제2차 핵실험을 강행했다. 한국사회는 이 핵실험의 成敗(성패)에 1차적인 관심을 기울였다. 하지만 북한의 핵실험은 성공적이었다.
지하핵실험의 성공 여부를 판가름하는 것은 비교적 쉽다. 地震波 震度(지진파 진도) 측정으로 98% 이상 판정할 수 있고, 특정 방사성동위원소(예: Xe-131, Xe-133 등) 포집을 통해 100% 확정할 수 있기 때문이다. 다만 정밀한 위력탐측은 별개의 문제다.
인공폭발(지하핵실험)과 자연지진은 에너지 방출시간과 지진파의 특성이 다르기 때문에 구별이 가능하다. 자연지진의 경우 에너지 방출시간이 길고, 대부분 S파(Secondary wave·橫波)의 진폭이 P파(Primary wave·縱波)의 진폭보다 더 크게 혹은 같게 관측된다. 반면 핵폭발로 인한 인공지진의 경우는 방출시간이 매우 짧다. S파의 진폭이 P파에 비해 매우 약하게 나타난다.
지진파는 P파와 S파로 구분된다. P파는 스프링이 늘어났다 줄어들었다 하는 것처럼 파동의 진행 방향과 지반의 진동 방향이 같을 때를, S파는 파도의 물결처럼 파동의 진행 방향과 지반의 진동 방향이 수직일 때를 말한다.
P파는 초속 5~8㎞로 고체·액체·기체를 모두 통과할 수 있는 반면, S파는 초속 2~4㎞로 고체를 통해서만 전파된다. 자연지진은 단층이 뒤틀리는 힘에 의해 생겨서 진원의 방향성이 뚜렷하나 인공지진은 폭발 압력에 의해 사방으로 퍼져 방향성이 약하다.
北核 위력은 1~20kt으로 추정
북한의 이번 2차 핵실험의 폭발력에 대해 국가와 전문가마다 다른 추정치를 내놨다. 북한의 핵실험 당일 러시아 국방부는 “폭발력이 최고 20kt(1kt은 TNT 폭약 1000t의 폭발력)에 달할 것”이라고 했다. 李相熹(이상희) 국방부장관도 같은 날 국회 국방위 답변에서 “인공지진파 4.4 규모이면 폭발위력이 1kt 이상은 분명하며 최대 20kt까지도 될 수 있는 실험”이라고 했다.
전 세계의 핵실험을 감시중인 포괄적핵실험금지조약기구(CTBTO)는 성명을 통해 “이번 핵실험에 따른 진도는 리히터 지진계로 4.52를 기록해 1차 실험 때의 4.1에 비해 약간 높은 것”이라면서 “폭발력은 ‘낮은 한자릿수 kt 범위’일 것”으로 추정했다. 핵실험 다음날, 한 독일 과학자는 2차 핵실험의 위력이 러시아 측의 추정치에 훨씬 못 미친다고 밝혔다. 왜 이렇게 전문가마다 들쭉날쭉일까?
보통 지하핵실험을 할 경우, 지하 수직갱도 내에서 핵탄두를 그냥 폭발시키지 않고 핵폭탄 외부에 2~5m 두께의 물·콘크리트·빈공간(闊腔·활공) 등의 동심구로 에워싼다. 이것을 공학용어로는 활공법(Cavity Method)이라고 한다.
이렇게 하면 媒質(매질)이 바뀌는 곳에서 진동파 강도가 매질당 30~50% 감쇄된다. 이는 지진계가 감지하는 오차의 범위가 30~50%라는 의미다.
리히터 규모가 약간만 달라도 핵폭발 위력은 큰 차이가 난다. 설령 진앙지가 같아도 傳播(전파) 경로와 지하 암석 수분함량이 다르기 때문에 관측지점에 따라 결과가 다르게 나타날 수 있다.
그래서 CTBT사무국에서는 지진파 이외에 방사성동위원소(radio-isotopes)와 대기를 타고 전파되는 공중음파(5Hz 이하의 hydro-acoustics) 등으로 보정하여 정확성을 기한다.
한국 기상청 관측에 따르면, 북한의 핵실험 후에 관측된 지진의 규모는 4.5로, 지난번 1차 핵실험 때의 3.6에 비해 0.9가 높은 것으로 나타났다. 일반적으로 진도가 1 높아지면 위력은 10배가 강해진다. 이번에 실험한 핵폭탄은 지난 2006년의 것에 비해 10배 가까이 강해진 것이다.
냉전시대에 미국은 네바다 사막지대에서, 소련은 카자흐스탄에서 각각 수백 번의 지하핵실험을 했다. 당시 이들이 실험한 핵탄두의 위력은 비밀이었지만 소련이 붕괴되면서 핵실험 관련 극비자료가 공개됐다.
이를 과거 핵실험 때 나타났던 지진파 관측 자료와 대조해 보니, 리히터 규모 4일 때는 TNT폭약 1000t, 5일 때는 3만2000t에 해당하는 폭발이 있었다는 사실을 알 수 있었다. 물론 지질구조와 지하핵실험 방법에 따라 큰 차이가 날 수는 있다.
북한의 ICBM은 미국까지 도달할 수 있는가?
ICBM(대륙간 탄도미사일)이 되려면 두 가지 기본요건이 갖춰져야 한다. 첫째는 탄두가 반드시 대량살상무기(WMD)여야 한다. 일반적으로 핵탄두가 장착되지 않으면 아무리 사거리가 길어도 ICBM이라고 말하지 않는다.
둘째는 최소 5500㎞를 넘어가는 장거리 미사일이라야 한다.
장거리 미사일을 시험 발사하면서 실제로 핵탄두를 장착하는 바보는 없다. 그래서 북한의 장거리 미사일이 5500㎞만 날아가면 ICBM으로 판정할 수 있다. 이는 미국과 옛 소련이 전략무기감축협정(START-1)에서 정의했던 사정거리다.
탄도미사일은 지상 또는 해상에서 발사된 뒤 최고도로 올라가 포물선의 탄도를 그리며 자유낙하하는 미사일이다. 속도가 음속의 4∼8배여서 대응하기가 매우 어렵다.
현재 실전 배치된 ICBM은 ▲미국의 타이탄II와 미니트맨 II·Ⅲ, 피스 키퍼 ▲중국의 둥펑(DF-31A) ▲러시아의 SS-18·19·25 등으로 모두 사거리가 1만㎞를 넘는다.
지난 4월 5일 발사된 북한의 로켓(대포동 2호 혹은 은하 2호)의 사거리는 4000㎞가 넘었다. 미국의 군사전문지 <스페이스 플라이트>에 의하면 ‘은하 2호’는 당초 일본 당국이 발표한 3600㎞보다 약 1000㎞를 더 비행, 발사 지점에서 4426㎞ 부근에 미사일 잔해가 떨어졌다고 한다. 북한이 일본과 미국의 ‘요격위협’을 감안해 의도적으로 로켓을 조금 짧게 날아가도록 했을 가능성도 있다.
대포동 1호는 노동미사일을 1단계(first stage) 로켓으로, 스커드 B를 2단계(second stage) 로켓으로 사용했다. 대포동 2호는 추진체(엔진+추진제) 미상의 1단계 로켓을 그동안 개량한 것이고, 2단계 로켓은 노동미사일의 추진제와 엔진을 개량하여 그대로 사용한 것으로 추정된다.
1단 로켓으로 사용하는 개량형 로켓의 몸체 직경은 2.4m(노동미사일 몸체 직경은 1.2m)로 노동미사일에 비해 두 배 늘어났다. 추진제 총량은 원통형의 밑넓이가 4배로 커졌다. 1단 로켓의 길이도 노동미사일 추진체(12m)에 비하면 약 1.35배 늘어난 16.2m다. 대포동 1호에서보다 1단 로켓 추진제의 총량은 5.4배 증가되어 그만큼 더 멀리 탄두를 날려보낼 수 있게 됐다.
대포동 2호에서 사용하는 2단 로켓용 노동미사일은 엔진을 2개로 했을 가능성이 크다. 노동미사일을 개량하여 이라크에서 ‘알 압바스’ 미사일을 만들 때 모터를 2개로 줄여 성능을 상당히 개선한 바 있다.
북한,‘중소형 핵보유국’될 것
북한의 2차 핵실험 성공은 제1차 핵실험 성공과는 비교할 수 없을 정도로 큰 의미가 있다. 일반적으로 2차 핵실험에 성공하면 핵무기를 본격 생산할 수 있는 기술적 기반을 갖출 수 있다고 보기 때문이다.
2차 핵실험은 핵무기 소형화와 질적 개선을 위한 시험이었다. 이를 수직적 핵확산이라 한다. 1차 핵실험은 수평적 핵확산이라고 한다.
외국의 핵무기 개발 사례를 보면, 이스라엘은 처음부터 미사일에 장착할 수 있는 소형 핵탄두 개발과 비행기에서 투하하는 핵폭탄 개발을 병행했다. 이스라엘은 핵실험 없이 조용하고 빠르게 핵무기 소형화에 성공했다.
인도는 1974년 1차 핵실험 후 해외에 있던 뛰어난 과학자들을 모아 꾸준히 핵탄두 소형화 연구를 했다. 인도는 1998년 2차 핵실험(5회)을 실시한 뒤 핵무기 소형화에 성공했다.
파키스탄은 1980년대 중반에 핵물질을 뺀 핵폭발장치 폭발실험을 20여 회 실시했다. 파키스탄은 이를 기초로 1998년 진짜 핵실험을 했는데, 이때 핵무기를 소형화했다.
2006년에 이어 2년 반 만에 2차 핵실험을 실시한 북한도 같은 과정을 거칠 것으로 보인다. 이번에 북한이 획득한 핵 데이터는 핵무기의 소형화, 안정성, 무기로서의 신뢰성 확보에 중요한 자료가 될 것이다.
북한은 제2차 지하핵실험 성공으로 개량형 스커드 미사일 이상의 탄도미사일에 탑재할 수 있는 무게 1t 이하의 핵탄두를 생산할 수 있게 될 전망이다.
북한은 플루토늄 40여㎏을 보유하고 있어 소형화에 따라 20기 이상의 핵탄두를 생산할 수 있다. 북한이 20기 이상의 핵무기를 가진 ‘중소형 핵보유국’이 될 날이 가까웠다는 얘기다. ‘중소형 핵보유국’이란 ‘1차 공격을 받은 뒤 핵으로 보복할 수 있는 능력을 갖춘 핵무기 보유국가’를 말한다.
용덕동에 고폭탄 실험장 건설
북한이 제작할 핵탄두는 스커드·노동·신형중거리(IRBM)·대포동·ICBM 등 각종 탄도미사일에 장착될 수 있다. 이 경우 한반도는 물론 미군이 주둔하고 있는 일본과 오키나와·괌까지 북한의 핵무기 위협 아래 놓이게 된다. 유사시 한반도에 증원될 미군 戰力(전력)이 북한 핵무기의 위협을 받으면 전쟁수행은 그만큼 어려워진다.
미국 캘리포니아 소재 노틸러스 연구소의 피터 헤이즈와 스콧 부르스는 지난 6월 1일 발간된 분석보고서를 통해, “지진파 측정 결과 북한이 ‘의미 있는 폭발’을 이루려는 목표를 달성한 것으로 보인다”고 밝혔다. 이들은 “성공적인 두 번째 핵실험을 통해 북한은 이제 핵보유국임을 분명히 했다”면서 “이로써 金正日(김정일) 정권은 핵능력이 애매모호했던 이전의 취약한 위치에서 상대적으로 강해진 위치로 자리를 옮겨 미국 및 다른 강대국들과 상대하게 됐다”고 덧붙였다.
그러나 그들은 “평양 당국이 ▲중장거리 운송 체계 ▲소형 핵탄두 생산능력 ▲대기권 再(재)진입시 열을 견딜 수 있는 탄도미사일 개발 능력 등 3가지를 결여하고 있기 때문에 이번 북한의 2차 핵실험은 군사적 위력 과시보다는 외교적 공세에 가깝다”고 주장했다.
일반적으로 핵탄두의 무게를 1t 이하 수준으로 경량화(소형화)해야 장거리 미사일인 대포동 2호에 탑재할 수 있다. 핵탄두를 소형화 내지는 경량화하려면, 핵탄두에 충전되는 고폭화약(HE: High Explosives)의 부피(탄두의 크기를 좌우)를 줄이되 성능은 높여야 한다.
미국의 경우, 소형화된 핵탄두에는 모두 ‘32종류의 특수형태 고폭화약렌즈’(32 specially shaped HE blocks)가 사용된다. 여기에 사용되는 고폭화약의 종류만도 수백 종이 넘는다.
1956년까지만 해도 미국은 탄두의 두께를 45cm, 탄두중량은 2500㎏(2.5t) 이하로 낮추지 못했다. 북한의 핵무기 개발능력이 이 정도 수준에 이르렀다 해도 탄두중량을 1000㎏로 낮추려면 한참 멀었다. 이런 문제점을 해결하기 위해 북한은 동창리 발사기지 근처에 용덕동 고폭실험장을 별도로 건설했다.
동창리 기지
이번에 완공된 것으로 추정되는 동창리 기지는 북한이 지난 4월 5일 장거리 로켓 발사를 했던 무수단리 기지보다 현대화된 시설을 갖추고 있는 장거리 미사일 발사기지다.
제2차 지하핵실험을 통해 핵능력을 과시한 북한이 동창리에 현대화된 대규모 미사일 발사 기지를 건설한 것은 미국에 ‘핵무기 운반능력’까지 보여주기 위한 것이다.
동창리 기지는 핵시설 단지인 영변에서 70여km, 평양에서 200여km밖에 떨어져 있지 않다. 반면에 북한이 1998년과 2006년, 그리고 올해 4월 장거리 미사일을 발사한 무수단리는 영변 핵단지에서 300km 이상 떨어져 있다.
핵탄두를 탄도미사일에 장착하려면 핵기술자가 빈번하게 미사일 발사장을 오갈 수밖에 없다. 때문에 동창리를 장거리 미사일 발사기지로 선택했다는 것은 북한이 핵탄두를 실을 수 있는 탄도미사일을 본격적으로 개발하고 있다는 의미다.
동창리 인근에 있는 용덕동 고폭실험장은 1980년대부터 140차례 이상 고폭실험을 해 온 곳이다.
일반적으로 최초의 핵실험에 성공하고 나면 연이어 핵실험을 하게 된다. 핵탄두의 효율성을 높이기 위해서다. 핵탄두를 소형화·경량화시켜야 작은 미사일에도 장착할 수 있다. 북한이 스커드 미사일에 장착할 수 있는 가벼운 핵탄두를 만든다면 이것은 바로 돈벌이와 직결된다.
핵탄의 개발비용을 낮추는 것도 중요하다. 핵탄 제작의 모든 인프라가 갖춰진 상태에서도 20kt급 핵탄 한 발 만드는 데 순수 제작비만 800억원 정도 들어간다. 플루토늄의 量(양)을 줄여야 하고 내폭장치 및 임계구조의 구성품 제작비를 낮춰야 한다.
마지막으로 핵탄두의 안전성과 안정성을 높일 수 있는 제작 노하우를 핵실험을 통해 확보해야 한다. 핵탄두에는 많은 안전장치를 부착하는데, 대부분의 장치가 수동형이기 때문에 높은 기술 수준이 요구된다. 미국과 구소련이 수백 회의 핵실험을 했던 것도 이에 대한 해답을 얻기 위해서였다.
“MD체제로 北 장거리미사일 요격 가능”
미국의 미사일방어(MD) 체제는 상승단계-중간단계-종말단계로 구분된 多層(다층)방어망으로 구성돼 있다. 중·단거리 미사일은 지상의 패트리엇 미사일과 해상의 이지스함에 장착된 SM-3로, 대포동 2호 등 장거리 미사일은 알래스카 등에 배치된 전략 요격미사일로 각각 격추하는 시스템이다. 알래스카 포트 그릴리에는 2개의 미사일 발사기지에 요격미사일이 배치돼 있다.
패트릭 오라일리 美(미) 국방부 미사일방어국장은 지난 2월 하원 군사위원회 청문회에서 “미국은 북한이 ICBM을 발사하는 경우를 상정해 실시한 3차례 MD실험에서 3번 모두 요격에 성공, MD체계의 신뢰도를 높였다”고 밝혔다. 그는 “미국은 충분한 요격미사일을 확보하고 있으므로, 북한이 미사일을 발사할 때마다 상당수의 요격미사일을 한꺼번에 다중으로 발사해 요격 성공률을 보장할 수 있다”고 말했다. 그는 “이 훈련을 통해 현재의 MD체제로도 북한의 장거리미사일을 충분히 요격할 수 있다”면서 “미국의 요격실험은 통상 敵(적)의 미사일 1기에 5기의 요격미사일을 발사하는 방식으로 진행된다”고 했다.
미국은 지난 3월 17일 하와이 카우아이섬 인근 상공에서 THAAD(고도지역방어무기체계)를 이용해 假想敵(가상적)이 발사한 중단거리 탄도미사일을 요격하는 데 성공했다. 지상에 배치된 이동식 THAAD 체계에서 두 발의 요격미사일을 발사, 이 중 한 발이 하와이 상공으로 날아오는 가상 단거리 탄도미사일에서 분리된 모의탄두를 정확히 요격한 것이다. 오라일리 국장의 말대로 미국이 대포동 2호를 잡기 위해 5발의 요격미사일을 발사한다면, 산술적으로는 500% 요격이 확실하다.
제프 모렐 미 국방부 대변인은 이 요격실험이 성공한 후 가진 정례회견에서 “미사일 방어체제가 도입된 2001년 이래 모든 사거리의 탄도미사일을 대상으로 한 47차례 요격 시험 중 37차례가 성공했다”고 말했다. 미사일방어국은 “올해 지상과 해상의 미사일 방어체제를 이용해 모든 사거리의 탄도미사일을 겨냥한 요격실험을 추가로 실시할 계획”이라면서 “미사일이 기지에서 발사되고 나서 상승단계에서 요격할 수 있는 항공기 탑재 레이저를 이용한 요격실험을 올해 후반기에 처음으로 진행할 예정”이라고 밝혔다.
이는 미국이 중·장거리 탄도미사일 요격 3단계 중에서 가장 핵심인 3단계(최종단계)에 적용할 THAAD체계와 패트리엇(PAC-3) 체계는 완성했으며, 이제 제1단계와 제2단계 요격체계까지도 갖추게 될 것이라는 의미다.
북한 미사일, 이렇게 요격한다
그럼 북한이 실제로 대포동 2호를 발사할 경우에 미국은 어떻게 이를 요격할 수 있을까?
제1단계는 우선 대포동 2호가 발사된 직후 상승단계에서 동해상이나 일본 근해에 배치된 미국 이지스함들의 SM-3 미사일로 요격하는 것이다.
제2단계는 대포동 2호가 대기권을 벗어나 우주 공간까지 날아 올라갔다가 포물선 궤도를 그리며 떨어지는 중간단계다. 이때에는 알래스카 포트 그릴리 기지에 배치된 지상요격미사일(GBI)을 사용한다. GBI는 2500km 고도까지 날아간다.
마지막 3단계는 대포동 2호가 알래스카에 근접할 경우 알래스카 인근에 배치된 이지스함들이 다시 SM-3를 발사하는 것이다.
북한이 또다시 자신들이 발사한 미사일을 인공위성이라고 주장할 수도 있다. 하지만 미국은 중간단계에서 일본과 알래스카에 배치된 탐지거리 5000km의 X밴드 레이더 등을 이용해 북한이 발사한 것이 미사일인지 인공위성인지 파악할 수 있다.
티머시 키팅 미 태평양사령관은 “북한이 미사일을 발사할 경우 대통령의 명령만 있으면 이를 격추할 준비가 돼 있다”면서 “미군은 이지스 구축함, 이지스 순양함, 장거리 레이더, 우주공간의 미사일방어 시스템, 지상발사 요격미사일 등 최소한 5가지 다른 시스템으로 대응하게 될 것”이라고 밝혔다.
미국의 MD체제 이외에도 북한의 미사일 발사를 저지할 수 있는 방법이 하나 있다. 바로 미사일 발사 준비단계에서 정밀폭격(surgical strike)을 가해 발사 자체를 못하게 만드는 것이다. 이때 유용한 무기가 月刊朝鮮 5월호에 소개한 바 있는 비핵전자기펄스탄(NN-EMP)이다. 대한민국은 꿈도 못 꾸는 일이지만, 이스라엘이 자주 애용하는 방안이다.
왜 이스라엘은 할 수 있는 일을 대한민국은 못하는가? 이는 무기체계의 차이 때문이 결코 아니다. 지도자와 국민의 의지 때문이다.
핵시설에 대한 정밀폭격 고려해야
이스라엘은 自國(자국)의 안보에 대한 위협요인이 발견되면 반드시 그 근원을 찾아서 싹을 잘라 버렸다. 대표적인 사례가 이라크의 오시라크 원자로 공습(1981년)과 시리아의 알 키바르 원자로 공습(2008년)이었다. 이 사례들은 武力(무력)으로 핵시설을 無力化(무력화)한 사례로 국제정치학 교과서에 소개되고 있다.
우리는 지금까지 북한의 2006년 대포동 1호 미사일 발사와 1차 핵실험, 올해의 대포동 2호 미사일 발사와 2차 핵실험에 대해 이렇다 할 대응을 하지 못해 왔다. 이젠 미사일 발사든 핵실험이든 무슨 수를 써서라도 그 고리를 한 번은 끊어야 한다.
핵실험과 미사일 발사로 전 세계를 긴장시키고 있는 북한에 대해 이렇다 할 제재가 없을 경우 핵확산 연쇄반응이 일어날 수 있다. 북한은 이란과 긴밀하게 협력해서 미사일을 만들고, 시리아에 비밀 원자로를 건설했던 과거를 가지고 있다. 북한은 자국산 6불화우라늄(농축중간 과정)을 리비아 핵 암시장에 내놓은 과거도 있다.
북한은 점점 더 위험해지고 있다. 이 위험에 가장 적나라하게 노출된 나라가 바로 대한민국이다. 우리 사회에서는 언제부터인가 “어떤 경우에도 전쟁만은 안된다”는 말이 진리인 것처럼 통용되고 있다. 이건 말도 안되는 평화지상주의에 불과하다.
국가안보가 위협받고 있는데도 평화·대화·관용 같은 소리만 해서야 되겠는가? 도대체 60만 우리 국군은 왜 있는 것인가? 전쟁이 무섭다면 60만 국군은 모두 옷을 벗고 집으로 돌아가야 한다.
용기가 없어서 국가안보를 지키지 못하는 통수권자는 절대로 용서받을 수 없다. “미친 개는 몽둥이가 약”이라고 했던 朴正熙(박정희) 전 대통령의 말은 오늘날에도 여전히 유효하다. ⊙
지하핵실험의 성공 여부를 판가름하는 것은 비교적 쉽다. 地震波 震度(지진파 진도) 측정으로 98% 이상 판정할 수 있고, 특정 방사성동위원소(예: Xe-131, Xe-133 등) 포집을 통해 100% 확정할 수 있기 때문이다. 다만 정밀한 위력탐측은 별개의 문제다.
인공폭발(지하핵실험)과 자연지진은 에너지 방출시간과 지진파의 특성이 다르기 때문에 구별이 가능하다. 자연지진의 경우 에너지 방출시간이 길고, 대부분 S파(Secondary wave·橫波)의 진폭이 P파(Primary wave·縱波)의 진폭보다 더 크게 혹은 같게 관측된다. 반면 핵폭발로 인한 인공지진의 경우는 방출시간이 매우 짧다. S파의 진폭이 P파에 비해 매우 약하게 나타난다.
지진파는 P파와 S파로 구분된다. P파는 스프링이 늘어났다 줄어들었다 하는 것처럼 파동의 진행 방향과 지반의 진동 방향이 같을 때를, S파는 파도의 물결처럼 파동의 진행 방향과 지반의 진동 방향이 수직일 때를 말한다.
P파는 초속 5~8㎞로 고체·액체·기체를 모두 통과할 수 있는 반면, S파는 초속 2~4㎞로 고체를 통해서만 전파된다. 자연지진은 단층이 뒤틀리는 힘에 의해 생겨서 진원의 방향성이 뚜렷하나 인공지진은 폭발 압력에 의해 사방으로 퍼져 방향성이 약하다.
北核 위력은 1~20kt으로 추정
북한의 이번 2차 핵실험의 폭발력에 대해 국가와 전문가마다 다른 추정치를 내놨다. 북한의 핵실험 당일 러시아 국방부는 “폭발력이 최고 20kt(1kt은 TNT 폭약 1000t의 폭발력)에 달할 것”이라고 했다. 李相熹(이상희) 국방부장관도 같은 날 국회 국방위 답변에서 “인공지진파 4.4 규모이면 폭발위력이 1kt 이상은 분명하며 최대 20kt까지도 될 수 있는 실험”이라고 했다.
전 세계의 핵실험을 감시중인 포괄적핵실험금지조약기구(CTBTO)는 성명을 통해 “이번 핵실험에 따른 진도는 리히터 지진계로 4.52를 기록해 1차 실험 때의 4.1에 비해 약간 높은 것”이라면서 “폭발력은 ‘낮은 한자릿수 kt 범위’일 것”으로 추정했다. 핵실험 다음날, 한 독일 과학자는 2차 핵실험의 위력이 러시아 측의 추정치에 훨씬 못 미친다고 밝혔다. 왜 이렇게 전문가마다 들쭉날쭉일까?
보통 지하핵실험을 할 경우, 지하 수직갱도 내에서 핵탄두를 그냥 폭발시키지 않고 핵폭탄 외부에 2~5m 두께의 물·콘크리트·빈공간(闊腔·활공) 등의 동심구로 에워싼다. 이것을 공학용어로는 활공법(Cavity Method)이라고 한다.
이렇게 하면 媒質(매질)이 바뀌는 곳에서 진동파 강도가 매질당 30~50% 감쇄된다. 이는 지진계가 감지하는 오차의 범위가 30~50%라는 의미다.
리히터 규모가 약간만 달라도 핵폭발 위력은 큰 차이가 난다. 설령 진앙지가 같아도 傳播(전파) 경로와 지하 암석 수분함량이 다르기 때문에 관측지점에 따라 결과가 다르게 나타날 수 있다.
그래서 CTBT사무국에서는 지진파 이외에 방사성동위원소(radio-isotopes)와 대기를 타고 전파되는 공중음파(5Hz 이하의 hydro-acoustics) 등으로 보정하여 정확성을 기한다.
한국 기상청 관측에 따르면, 북한의 핵실험 후에 관측된 지진의 규모는 4.5로, 지난번 1차 핵실험 때의 3.6에 비해 0.9가 높은 것으로 나타났다. 일반적으로 진도가 1 높아지면 위력은 10배가 강해진다. 이번에 실험한 핵폭탄은 지난 2006년의 것에 비해 10배 가까이 강해진 것이다.
냉전시대에 미국은 네바다 사막지대에서, 소련은 카자흐스탄에서 각각 수백 번의 지하핵실험을 했다. 당시 이들이 실험한 핵탄두의 위력은 비밀이었지만 소련이 붕괴되면서 핵실험 관련 극비자료가 공개됐다.
이를 과거 핵실험 때 나타났던 지진파 관측 자료와 대조해 보니, 리히터 규모 4일 때는 TNT폭약 1000t, 5일 때는 3만2000t에 해당하는 폭발이 있었다는 사실을 알 수 있었다. 물론 지질구조와 지하핵실험 방법에 따라 큰 차이가 날 수는 있다.
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| 제2차 핵실험 하루 뒤인 5월 26일 북한은 평양체육관에서 핵실험 성공 축하대회를 열었다. |
북한의 ICBM은 미국까지 도달할 수 있는가?
ICBM(대륙간 탄도미사일)이 되려면 두 가지 기본요건이 갖춰져야 한다. 첫째는 탄두가 반드시 대량살상무기(WMD)여야 한다. 일반적으로 핵탄두가 장착되지 않으면 아무리 사거리가 길어도 ICBM이라고 말하지 않는다.
둘째는 최소 5500㎞를 넘어가는 장거리 미사일이라야 한다.
장거리 미사일을 시험 발사하면서 실제로 핵탄두를 장착하는 바보는 없다. 그래서 북한의 장거리 미사일이 5500㎞만 날아가면 ICBM으로 판정할 수 있다. 이는 미국과 옛 소련이 전략무기감축협정(START-1)에서 정의했던 사정거리다.
탄도미사일은 지상 또는 해상에서 발사된 뒤 최고도로 올라가 포물선의 탄도를 그리며 자유낙하하는 미사일이다. 속도가 음속의 4∼8배여서 대응하기가 매우 어렵다.
현재 실전 배치된 ICBM은 ▲미국의 타이탄II와 미니트맨 II·Ⅲ, 피스 키퍼 ▲중국의 둥펑(DF-31A) ▲러시아의 SS-18·19·25 등으로 모두 사거리가 1만㎞를 넘는다.
지난 4월 5일 발사된 북한의 로켓(대포동 2호 혹은 은하 2호)의 사거리는 4000㎞가 넘었다. 미국의 군사전문지 <스페이스 플라이트>에 의하면 ‘은하 2호’는 당초 일본 당국이 발표한 3600㎞보다 약 1000㎞를 더 비행, 발사 지점에서 4426㎞ 부근에 미사일 잔해가 떨어졌다고 한다. 북한이 일본과 미국의 ‘요격위협’을 감안해 의도적으로 로켓을 조금 짧게 날아가도록 했을 가능성도 있다.
대포동 1호는 노동미사일을 1단계(first stage) 로켓으로, 스커드 B를 2단계(second stage) 로켓으로 사용했다. 대포동 2호는 추진체(엔진+추진제) 미상의 1단계 로켓을 그동안 개량한 것이고, 2단계 로켓은 노동미사일의 추진제와 엔진을 개량하여 그대로 사용한 것으로 추정된다.
1단 로켓으로 사용하는 개량형 로켓의 몸체 직경은 2.4m(노동미사일 몸체 직경은 1.2m)로 노동미사일에 비해 두 배 늘어났다. 추진제 총량은 원통형의 밑넓이가 4배로 커졌다. 1단 로켓의 길이도 노동미사일 추진체(12m)에 비하면 약 1.35배 늘어난 16.2m다. 대포동 1호에서보다 1단 로켓 추진제의 총량은 5.4배 증가되어 그만큼 더 멀리 탄두를 날려보낼 수 있게 됐다.
대포동 2호에서 사용하는 2단 로켓용 노동미사일은 엔진을 2개로 했을 가능성이 크다. 노동미사일을 개량하여 이라크에서 ‘알 압바스’ 미사일을 만들 때 모터를 2개로 줄여 성능을 상당히 개선한 바 있다.
북한,‘중소형 핵보유국’될 것
북한의 2차 핵실험 성공은 제1차 핵실험 성공과는 비교할 수 없을 정도로 큰 의미가 있다. 일반적으로 2차 핵실험에 성공하면 핵무기를 본격 생산할 수 있는 기술적 기반을 갖출 수 있다고 보기 때문이다.
2차 핵실험은 핵무기 소형화와 질적 개선을 위한 시험이었다. 이를 수직적 핵확산이라 한다. 1차 핵실험은 수평적 핵확산이라고 한다.
외국의 핵무기 개발 사례를 보면, 이스라엘은 처음부터 미사일에 장착할 수 있는 소형 핵탄두 개발과 비행기에서 투하하는 핵폭탄 개발을 병행했다. 이스라엘은 핵실험 없이 조용하고 빠르게 핵무기 소형화에 성공했다.
인도는 1974년 1차 핵실험 후 해외에 있던 뛰어난 과학자들을 모아 꾸준히 핵탄두 소형화 연구를 했다. 인도는 1998년 2차 핵실험(5회)을 실시한 뒤 핵무기 소형화에 성공했다.
파키스탄은 1980년대 중반에 핵물질을 뺀 핵폭발장치 폭발실험을 20여 회 실시했다. 파키스탄은 이를 기초로 1998년 진짜 핵실험을 했는데, 이때 핵무기를 소형화했다.
2006년에 이어 2년 반 만에 2차 핵실험을 실시한 북한도 같은 과정을 거칠 것으로 보인다. 이번에 북한이 획득한 핵 데이터는 핵무기의 소형화, 안정성, 무기로서의 신뢰성 확보에 중요한 자료가 될 것이다.
북한은 제2차 지하핵실험 성공으로 개량형 스커드 미사일 이상의 탄도미사일에 탑재할 수 있는 무게 1t 이하의 핵탄두를 생산할 수 있게 될 전망이다.
북한은 플루토늄 40여㎏을 보유하고 있어 소형화에 따라 20기 이상의 핵탄두를 생산할 수 있다. 북한이 20기 이상의 핵무기를 가진 ‘중소형 핵보유국’이 될 날이 가까웠다는 얘기다. ‘중소형 핵보유국’이란 ‘1차 공격을 받은 뒤 핵으로 보복할 수 있는 능력을 갖춘 핵무기 보유국가’를 말한다.
용덕동에 고폭탄 실험장 건설
북한이 제작할 핵탄두는 스커드·노동·신형중거리(IRBM)·대포동·ICBM 등 각종 탄도미사일에 장착될 수 있다. 이 경우 한반도는 물론 미군이 주둔하고 있는 일본과 오키나와·괌까지 북한의 핵무기 위협 아래 놓이게 된다. 유사시 한반도에 증원될 미군 戰力(전력)이 북한 핵무기의 위협을 받으면 전쟁수행은 그만큼 어려워진다.
미국 캘리포니아 소재 노틸러스 연구소의 피터 헤이즈와 스콧 부르스는 지난 6월 1일 발간된 분석보고서를 통해, “지진파 측정 결과 북한이 ‘의미 있는 폭발’을 이루려는 목표를 달성한 것으로 보인다”고 밝혔다. 이들은 “성공적인 두 번째 핵실험을 통해 북한은 이제 핵보유국임을 분명히 했다”면서 “이로써 金正日(김정일) 정권은 핵능력이 애매모호했던 이전의 취약한 위치에서 상대적으로 강해진 위치로 자리를 옮겨 미국 및 다른 강대국들과 상대하게 됐다”고 덧붙였다.
그러나 그들은 “평양 당국이 ▲중장거리 운송 체계 ▲소형 핵탄두 생산능력 ▲대기권 再(재)진입시 열을 견딜 수 있는 탄도미사일 개발 능력 등 3가지를 결여하고 있기 때문에 이번 북한의 2차 핵실험은 군사적 위력 과시보다는 외교적 공세에 가깝다”고 주장했다.
일반적으로 핵탄두의 무게를 1t 이하 수준으로 경량화(소형화)해야 장거리 미사일인 대포동 2호에 탑재할 수 있다. 핵탄두를 소형화 내지는 경량화하려면, 핵탄두에 충전되는 고폭화약(HE: High Explosives)의 부피(탄두의 크기를 좌우)를 줄이되 성능은 높여야 한다.
미국의 경우, 소형화된 핵탄두에는 모두 ‘32종류의 특수형태 고폭화약렌즈’(32 specially shaped HE blocks)가 사용된다. 여기에 사용되는 고폭화약의 종류만도 수백 종이 넘는다.
1956년까지만 해도 미국은 탄두의 두께를 45cm, 탄두중량은 2500㎏(2.5t) 이하로 낮추지 못했다. 북한의 핵무기 개발능력이 이 정도 수준에 이르렀다 해도 탄두중량을 1000㎏로 낮추려면 한참 멀었다. 이런 문제점을 해결하기 위해 북한은 동창리 발사기지 근처에 용덕동 고폭실험장을 별도로 건설했다.
동창리 기지
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| 작년 6월 5일 미국은 하와이 카우이섬 약 450km 부근에서 발사된 스커드형 미사일을 태평양 상공에서 요격하는 데 성공했다. 사진은 요격미사일을 발사하는 美해군이지스순양함 레이크이리호. |
제2차 지하핵실험을 통해 핵능력을 과시한 북한이 동창리에 현대화된 대규모 미사일 발사 기지를 건설한 것은 미국에 ‘핵무기 운반능력’까지 보여주기 위한 것이다.
동창리 기지는 핵시설 단지인 영변에서 70여km, 평양에서 200여km밖에 떨어져 있지 않다. 반면에 북한이 1998년과 2006년, 그리고 올해 4월 장거리 미사일을 발사한 무수단리는 영변 핵단지에서 300km 이상 떨어져 있다.
핵탄두를 탄도미사일에 장착하려면 핵기술자가 빈번하게 미사일 발사장을 오갈 수밖에 없다. 때문에 동창리를 장거리 미사일 발사기지로 선택했다는 것은 북한이 핵탄두를 실을 수 있는 탄도미사일을 본격적으로 개발하고 있다는 의미다.
동창리 인근에 있는 용덕동 고폭실험장은 1980년대부터 140차례 이상 고폭실험을 해 온 곳이다.
일반적으로 최초의 핵실험에 성공하고 나면 연이어 핵실험을 하게 된다. 핵탄두의 효율성을 높이기 위해서다. 핵탄두를 소형화·경량화시켜야 작은 미사일에도 장착할 수 있다. 북한이 스커드 미사일에 장착할 수 있는 가벼운 핵탄두를 만든다면 이것은 바로 돈벌이와 직결된다.
핵탄의 개발비용을 낮추는 것도 중요하다. 핵탄 제작의 모든 인프라가 갖춰진 상태에서도 20kt급 핵탄 한 발 만드는 데 순수 제작비만 800억원 정도 들어간다. 플루토늄의 量(양)을 줄여야 하고 내폭장치 및 임계구조의 구성품 제작비를 낮춰야 한다.
마지막으로 핵탄두의 안전성과 안정성을 높일 수 있는 제작 노하우를 핵실험을 통해 확보해야 한다. 핵탄두에는 많은 안전장치를 부착하는데, 대부분의 장치가 수동형이기 때문에 높은 기술 수준이 요구된다. 미국과 구소련이 수백 회의 핵실험을 했던 것도 이에 대한 해답을 얻기 위해서였다.
“MD체제로 北 장거리미사일 요격 가능”
미국의 미사일방어(MD) 체제는 상승단계-중간단계-종말단계로 구분된 多層(다층)방어망으로 구성돼 있다. 중·단거리 미사일은 지상의 패트리엇 미사일과 해상의 이지스함에 장착된 SM-3로, 대포동 2호 등 장거리 미사일은 알래스카 등에 배치된 전략 요격미사일로 각각 격추하는 시스템이다. 알래스카 포트 그릴리에는 2개의 미사일 발사기지에 요격미사일이 배치돼 있다.
패트릭 오라일리 美(미) 국방부 미사일방어국장은 지난 2월 하원 군사위원회 청문회에서 “미국은 북한이 ICBM을 발사하는 경우를 상정해 실시한 3차례 MD실험에서 3번 모두 요격에 성공, MD체계의 신뢰도를 높였다”고 밝혔다. 그는 “미국은 충분한 요격미사일을 확보하고 있으므로, 북한이 미사일을 발사할 때마다 상당수의 요격미사일을 한꺼번에 다중으로 발사해 요격 성공률을 보장할 수 있다”고 말했다. 그는 “이 훈련을 통해 현재의 MD체제로도 북한의 장거리미사일을 충분히 요격할 수 있다”면서 “미국의 요격실험은 통상 敵(적)의 미사일 1기에 5기의 요격미사일을 발사하는 방식으로 진행된다”고 했다.
미국은 지난 3월 17일 하와이 카우아이섬 인근 상공에서 THAAD(고도지역방어무기체계)를 이용해 假想敵(가상적)이 발사한 중단거리 탄도미사일을 요격하는 데 성공했다. 지상에 배치된 이동식 THAAD 체계에서 두 발의 요격미사일을 발사, 이 중 한 발이 하와이 상공으로 날아오는 가상 단거리 탄도미사일에서 분리된 모의탄두를 정확히 요격한 것이다. 오라일리 국장의 말대로 미국이 대포동 2호를 잡기 위해 5발의 요격미사일을 발사한다면, 산술적으로는 500% 요격이 확실하다.
제프 모렐 미 국방부 대변인은 이 요격실험이 성공한 후 가진 정례회견에서 “미사일 방어체제가 도입된 2001년 이래 모든 사거리의 탄도미사일을 대상으로 한 47차례 요격 시험 중 37차례가 성공했다”고 말했다. 미사일방어국은 “올해 지상과 해상의 미사일 방어체제를 이용해 모든 사거리의 탄도미사일을 겨냥한 요격실험을 추가로 실시할 계획”이라면서 “미사일이 기지에서 발사되고 나서 상승단계에서 요격할 수 있는 항공기 탑재 레이저를 이용한 요격실험을 올해 후반기에 처음으로 진행할 예정”이라고 밝혔다.
이는 미국이 중·장거리 탄도미사일 요격 3단계 중에서 가장 핵심인 3단계(최종단계)에 적용할 THAAD체계와 패트리엇(PAC-3) 체계는 완성했으며, 이제 제1단계와 제2단계 요격체계까지도 갖추게 될 것이라는 의미다.
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| 미국의 ICBM 요격 개념도. |
북한 미사일, 이렇게 요격한다
그럼 북한이 실제로 대포동 2호를 발사할 경우에 미국은 어떻게 이를 요격할 수 있을까?
제1단계는 우선 대포동 2호가 발사된 직후 상승단계에서 동해상이나 일본 근해에 배치된 미국 이지스함들의 SM-3 미사일로 요격하는 것이다.
제2단계는 대포동 2호가 대기권을 벗어나 우주 공간까지 날아 올라갔다가 포물선 궤도를 그리며 떨어지는 중간단계다. 이때에는 알래스카 포트 그릴리 기지에 배치된 지상요격미사일(GBI)을 사용한다. GBI는 2500km 고도까지 날아간다.
마지막 3단계는 대포동 2호가 알래스카에 근접할 경우 알래스카 인근에 배치된 이지스함들이 다시 SM-3를 발사하는 것이다.
북한이 또다시 자신들이 발사한 미사일을 인공위성이라고 주장할 수도 있다. 하지만 미국은 중간단계에서 일본과 알래스카에 배치된 탐지거리 5000km의 X밴드 레이더 등을 이용해 북한이 발사한 것이 미사일인지 인공위성인지 파악할 수 있다.
티머시 키팅 미 태평양사령관은 “북한이 미사일을 발사할 경우 대통령의 명령만 있으면 이를 격추할 준비가 돼 있다”면서 “미군은 이지스 구축함, 이지스 순양함, 장거리 레이더, 우주공간의 미사일방어 시스템, 지상발사 요격미사일 등 최소한 5가지 다른 시스템으로 대응하게 될 것”이라고 밝혔다.
미국의 MD체제 이외에도 북한의 미사일 발사를 저지할 수 있는 방법이 하나 있다. 바로 미사일 발사 준비단계에서 정밀폭격(surgical strike)을 가해 발사 자체를 못하게 만드는 것이다. 이때 유용한 무기가 月刊朝鮮 5월호에 소개한 바 있는 비핵전자기펄스탄(NN-EMP)이다. 대한민국은 꿈도 못 꾸는 일이지만, 이스라엘이 자주 애용하는 방안이다.
왜 이스라엘은 할 수 있는 일을 대한민국은 못하는가? 이는 무기체계의 차이 때문이 결코 아니다. 지도자와 국민의 의지 때문이다.
핵시설에 대한 정밀폭격 고려해야
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| 이스라엘은 2008년 시리아의 알 키바르 원자로를 공습, 파괴했다. 사진은 알 키바트 원자력 시설. |
우리는 지금까지 북한의 2006년 대포동 1호 미사일 발사와 1차 핵실험, 올해의 대포동 2호 미사일 발사와 2차 핵실험에 대해 이렇다 할 대응을 하지 못해 왔다. 이젠 미사일 발사든 핵실험이든 무슨 수를 써서라도 그 고리를 한 번은 끊어야 한다.
핵실험과 미사일 발사로 전 세계를 긴장시키고 있는 북한에 대해 이렇다 할 제재가 없을 경우 핵확산 연쇄반응이 일어날 수 있다. 북한은 이란과 긴밀하게 협력해서 미사일을 만들고, 시리아에 비밀 원자로를 건설했던 과거를 가지고 있다. 북한은 자국산 6불화우라늄(농축중간 과정)을 리비아 핵 암시장에 내놓은 과거도 있다.
북한은 점점 더 위험해지고 있다. 이 위험에 가장 적나라하게 노출된 나라가 바로 대한민국이다. 우리 사회에서는 언제부터인가 “어떤 경우에도 전쟁만은 안된다”는 말이 진리인 것처럼 통용되고 있다. 이건 말도 안되는 평화지상주의에 불과하다.
국가안보가 위협받고 있는데도 평화·대화·관용 같은 소리만 해서야 되겠는가? 도대체 60만 우리 국군은 왜 있는 것인가? 전쟁이 무섭다면 60만 국군은 모두 옷을 벗고 집으로 돌아가야 한다.
용기가 없어서 국가안보를 지키지 못하는 통수권자는 절대로 용서받을 수 없다. “미친 개는 몽둥이가 약”이라고 했던 朴正熙(박정희) 전 대통령의 말은 오늘날에도 여전히 유효하다. ⊙
