레일건…투명전차…가공할 파괴력

전쟁을 완전히 바꿀 미래무기 5選

3월 6일 북한 ‘노동신문’은 “핵 타격으로 서울과 워싱턴을 불바다로 만들겠다”며 “아직 세상이 알지 못하는 우리 식의 정밀 핵 타격 수단으로 맞설 것”이라 주장했다. 노동신문이 언급한 ‘미지의 핵 타격 수단’을 두고 우리 군 소식통은 “EMP(전자기펄스)탄일 개연성이 있다”고 해석했다.


# 살상력 낮지만 가공할 위력의 EMP탄

EMP탄 개념도.   

미래전장을 배경으로 한 개인용 컴퓨터(PC) 게임 ‘스타크래프트’를 즐겨하는 사람이라면 EMP라는 단어가 낯설지 않을 것이다. 게임에서 EMP탄은 직접적인 살상능력은 없지만 외계인의 보호막을 무력화하는 등 전자기기에 막대한 피해를 입힌다. 오늘날의 EMP탄 또한 살상 목적보다 상대방의 전자장비를 망가뜨릴 의도로 사용한다. 폭발할 때 발생하는 강력한 전자기파가 전자장비 속 반도체와 전자회로를 망가뜨려 인근 통신망과 컴퓨터 등의 인프라를 일제히 마비시키는 것이다.

EMP 현상은 1962년 미국 존스턴샌드 제도에서 실시한 핵실험 과정에서 최초로 발견됐다. 실험 지점으로부터 1400km 떨어진 하와이에서 가로등이 꺼지고 통신 및 일반 전기시설이 작동을 멈추는 등 피해를 입은 것. 당시에는 원인을 알지 못했지만 이후 연구를 통해 강력한 EMP가 범인이라는 사실을 알게 됐다.

오늘날 EMP탄은 크게 두 가지 방식으로 만들 수 있다. 첫 번째는 핵폭발을 이용하는 경우로, 먼저 핵폭탄을 터뜨려야 하기 때문에 EMP 위력만을 선택적으로 사용할 수 없다는 단점이 있다. 이런 이유 때문에 핵폭탄을 사용하지 않고도 상대 전자장비를 무력화할 수 있는 비핵전자기펄스(NNEMP)탄이 미래무기로서 더욱 주목받는다. NNEMP탄은 우라늄이나 플루토늄 같은 핵물질을 쓰지 않으면서도 고전압 펄스발생장치와 자장압축변환기(MCG)로 반경 1km가 넘는 넓이에 피해를 입힐 수 있다.

만약 EMP탄이 폭발한다면 땅속 벙커도 안전지대가 아니다. 환기통로나 통신용 안테나를 통해 강력한 에너지가 흘러들어 별도의 방호수단이 없는 모든 전자회로를 파괴할 수 있기 때문이다. 공중에 뜬 비행기나 헬리콥터도 추락 가능해 큰 인명피해가 발생할 위험도 있다.


# 영화 속 거대로봇 쓰러뜨린 레일건

SF영화에서나 나올 법한 미래무기이지만 곧 실전투입을 앞둔 무기도 있다. 영화 ‘트랜스포머2’에서 피라미드를 부수던 거대로봇을 단발에 대파한 무기가 있다. 바로 레일건이다. 레일건은 2011년 미 해군이 발사실험에 성공하면서 최첨단 미래무기 개발 경쟁의 신호탄 구실을 했다.

레일건은 포탄을 쏘는 데 필요한 추진체가 없고 화약도 쓰지 않는다. 그럼에도 미 해군이 실험에 사용한 레일건은 항공기용으로 만든 실험용 판재를 수m 관통하고 충격만으로 표적을 사라지게 했다. 레일건이 이처럼 가공할 위력을 보이는 기본 원리는 중고교 물리 교과서에 나오는 ‘플레밍의 왼손법칙’이다. 이 법칙에 따르면, 코일 2개에 순간적으로 전류를 흘렸을 때 전류에 의해 생긴 유도자기장이 물리적 힘을 만들어낼 수 있다. 이 힘이 레일건의 추진력인 셈이다. 이론상 자기장에 대한 반발력으로 최고 시속 8000km, 음속의 7배까지 가속돼 표적을 향해 날아갈 수 있다.

2011년 당시 미 해군은 약 33MJ(메가줄·100만J) 위력의 레일건 실험에 성공했다. 1MJ의 에너지는 무게 1t의 물체를 시속 160km로 날려 보낼 수 있다. 미 해군은 실험 결과에 대해 “200km가량 떨어진 목표를 향해 탄환을 날릴 수 있게 됐다”고 평가했다. 현대 전차가 주력으로 쓰는 120mm 재래식 포의 위력은 이 레일건의 절반 수준인 18MJ 정도다. 실험단계의 레일건만으로도 현대식 전차가 사용하는 포의 2배 가까운 위력을 낼 수 있는 것이다.

미 해군은 2016년까지 64MJ 위력의 레일건을 제작해 시험해보겠다는 계획을 추진 중이다. 이를 통해 레일건 사거리는 370km 내외까지 늘어날 것으로 보고 있다. 이는 현재 미 해군 수상함의 주력인 MK-45 127mm 함포의 사거리 24km보다 15배 먼 거리다. 이렇듯 가공할 위력을 가진 레일건을 실제 전장에 투입한다면 세밀한 전투방식은 물론 전쟁을 수행하는 전략 자체가 바뀔 공산이 크다. 예컨대 전차와 전투기, 헬기의 물고 물리는 먹이사슬이 뒤집힐 수도 있는 것이다.

# 유도미사일? 아니, 유도총알! 능동제어탄

능동제어탄 개념도. 

제2차 세계대전 당시 일반 장병이 적 한 명을 제압하려고 쓴 총알은 2만5000발. 그러나 베트남 전쟁에서 저격수가 적 한 명을 제압하려고 쓴 총알은 평균 1.7발에 불과했다. 이게 끝일까. 미래전장에서는 저격수가 단 한 발만으로도 적을 제압할 수 있게 될지도 모른다. 바로 능동제어탄(Actively Controlled Bullet) 때문이다.

능동제어탄은 미 국방부와 방위고등연구계획국(DARPA)이 추진 중인 ‘슈퍼 저격소총(EXACTO)’ 사업에서 사용하는 특수탄이다. 저격수가 바람이나 습도 등을 번거롭게 계산하지 않아도 목표물을 향해 스스로 탄도를 수정하며 날아가는 탄환이다.

능동제어탄을 자세히 뜯어보면 추진하는 엔진만 없을 뿐 정밀유도미사일과 크게 다르지 않다. 탄두부의 레이저빔과 추적 시스템은 목표물을 추적하며, 몸체의 ‘피에조세라믹’은 형태가 스스로 변해 탄도를 바꿔주는 조향타 구실을 한다. 피에조세라믹이란 흐르는 전류나 압력에 따라 형태가 변하는 스마트 소재다. 스스로 탄도를 바꿀 수 있으니 움직이는 표적을 맞추기도 한결 쉬워진다.


# 보이지 않는 적이 가장 무서운 법, 투명전차

1991년 걸프 전쟁에 처음 참전한 스텔스 전투기 F-117A는 전쟁 양상을 크게 바꿔놓았다. 사흘 동안 이라크 주요 군사시설을 폭격한 F-117A 약 40여 대는 단 한 대도 격추되지 않았다. 이처럼 레이더에 걸리지 않는 수준의 은닉 기술만으로도 충분히 위력적이지만, 아예 눈에도 보이지 않는 투명전차와 투명전투기가 미래전장을 누빌 날이 멀지 않았다.

투명전차와 투명전투기를 만드는 과학적 원리는 명쾌하다. 바로 ‘메타물질’이다. 우리가 물체를 볼 수 있는 이유는 물체에 가시광선이 반사돼 눈 망막까지 도달하기 때문이다. 흐르는 물이 바위를 만나면 돌아 흐르는 것처럼 빛이 대상 물체에 반사되지 않고 우회한다면 그 물체는 보이지 않는다. 이를 빛의 ‘음의 굴절’이라 하는데 이러한 굴절을 일으키는 게 바로 메타물질이다.

메타물질은 가시광선 파장 길이인 400nm (나노미터·1/10억m)보다 작은 크기의 나노 구조물이다. 음의 굴절은 천연물질에서는 찾아볼 수 없고 메타물질에서만 볼 수 있는 독특한 성질이다.

2009년 미국 듀크대 연구팀과 2010년 독일 크를스로에연구소 연구팀은 가시광선의 모든 파장과 적외선을 피해가는 메타물질을 개발했다고 ‘사이언스’지에 발표했다. 이 메타물질을 이용한다면 이론적으로 맨눈은 물론 적외선 망원경으로도 보이지 않는 투명전차, 투명전투기를 만들 수 있다. 2009년 영국 과학전문지 ‘뉴사이언티스트’지는 메타물질을 이용한 투명전차 기술이 2039년경 실용화할 것이라고 예상했다.

30년 가까이 기다려야 투명전차를 볼 수 있다는 얘기지만 실망하기에는 이르다. 메타물질을 사용하지 않고도 보이지 않는 투명전차를 곧 만나볼 수 있기 때문이다. 영국 국방부에서 실전 배치 초읽기에 들어간 투명전차는 전차에 달린 파노라마 카메라가 주변 풍경을 촬영하고, 촬영 영상을 전차 장갑을 둘러싼 디스플레이에 재생한다. 마치 카멜레온이 주변 환경에 맞춰 몸 색깔을 바꾸는 것과 유사하다.

또한 이스라엘 엘틱스사는 이와 비슷한 원리로 일반 영상(가시광선) 대신 열적외선 영상을 촬영해 조작된 열 영상을 띄우는 기술인 ‘블랙폭스’를 개발했다. 밤에는 보통 열 영상 장비를 통해 주변을 살피기 때문에 이 장비를 속일 수 있다면 눈에 보이지 않는 효과를 얻을 수 있다.


# 비살상 전자파무기

미군이 실전 배치를 앞둔 비살상 전자파무기. 

비록 무기지만 인명피해를 줄 의도 없이 개발되는 미래무기도 있다. 예컨대 비살상 전자파무기(ADS)는 아무런 부상도 입지 않았는데 화상을 입은 것 같은 통증만 느끼게 만든다. 이름처럼 전자파를 사용하는 이 비살상 무기는 군용 차량 상부에 달린 고출력 전자파 발생장치와 지향성 안테나를 이용해 약 100kW 출력의 95GHz 초단파를 발사한다. 발사된 초단파 에너지는 피부 표피층에 흡수돼 열에너지로 전환되고 이 에너지는 통각 신경세포를 자극한다. 따라서 공격받으면 실제의 물리적 부상 없이도 54℃ 화상 수준의 통증을 느끼기 때문에 정상적인 사고는 물론, 활동도 할 수 없는 무력 상태에 빠진다. 사정거리는 600m, 상대를 무력화하거나 도망치게 만드는 데 2초밖에 걸리지 않는다.

미국은 이 무기를 개발하려고 12년 동안 지원자 100명 이상을 대상으로 1만 발 이상의 인체실험을 한 것으로 알려졌다. ADS는 현재 개발이 끝났으며 시험평가 중이다.

전쟁사를 보면 신무기 등장은 종종 역사를 바꿔놓았다. 1450년 총의 등장이 그랬고, 1914년 전차의 등장 역시 그러했다. 지금까지 소개한 무기들 또한 저마다의 방식으로 미래전장을 바꿔놓을 것이다. 그 미래가 밝을지 어두울지를 알 수 없을 뿐이다.

이우상 동아사이언스 기자 idol@donga.com

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