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미사일 방어 메커니즘

(1) 탐지 추적 시스템

유사시 적(敵)의 탄도 미사일이 발사되는 것을 탐지하는 센서는 우주에 배치된 위성들이고 그 다음이 지상이나 해상에 배치된 레이더이다. 이들 시스템과 관련된 내용은 아래와 같다.

가. 우주에 배치된 탐지·추적 센서

▲DSP(Defense Support Program) 위성: 지구로부터 3만6780km 상공의 정지궤도에 올려진 DSP위성은 적외선 망원센서를 탑재하고 있다. 이 적외선 센서로 적의 탄도미사일이 발사시 분출하는 고온을 즉각 포착하여 제일 먼저 지휘통제센터(C2BMC: Command, Control, Battle Management and Communication)로 전달한다. 현재 이 DSP위성 6개가 우주에서 24시간 전 지구를 감시하고 있다.

▲SBIRS(Space-Based Infrared System) 위성: 이 위성은 DSP위성의 후속으로 교체될 예정이나 계획이 지연되고 있다. SBIRS 위성은 DSP위성보다 더 발전된 첨단 조기경보위성으로 적외선 센서로 탄도미사일의 발사를 즉각 탐지하고 가시(可視)영상까지 송부하는 발전된 위성이다. SBIRS는 고궤도(高軌道)위성과 저궤도(低軌道)위성이 있는데 고궤도 위성은 총 6기 계획 중 정지궤도 위성으로 4기를 배치하고, 2기는 장타원형(長楕圓形) 궤도에 배치할 계획이다.

저궤도위성은 24기를 배치할 계획으로 지상으로부터 160~1600km의 저궤도에 배치하여 더욱 선명한 자료를 획득할 계획이다. 현재 저궤도위성은 일부 운영 중에 있다.

나. 지상에 배치된 레이더 센서

▲UWER(Upgraded Early Warning Rader): 적의 ICBM과 SLBM 탐지용으로 개발된 지상배치레이더로 그동안 FPS-108과 FPS-115가 사용됐다. 이들 레이더의 하드웨어와 소프트웨어를 업그레이드한 UWER이 2006년부터 배치됐다. 그러나 UWER 역시 저주파로 목표탐지에는 좋으나 목표의 정밀 추적과 탄두의 진위(眞僞)를 구분하는데 문제점이 발견됐다. 그래서 이를 극복하는 새로운 레이더(GBR)가 개발됐다.

▲GBR(Ground Based Rader): 이 레이더는 주파수가 높은 X-밴드를 채용하여 1000~4000km의 적 탄도미사일을 탐지 추적할 수 있는 장거리 레이더이다. 탄두의 진위까지 추적 가능한 GBR은 1998년에 배치되어 운영 중이다. 

▲FBXRT(Forward Based X-Band Rader Transportable): 이 레이더는 전선에 배치할 수 있는 X-밴드 레이더로 차량으로 수송이 가능하도록 설계되어 있다. 발사 직후 부스트(boost) 단계의 탐지 추적 식별도 가능하다.

▲AN/TPY-2 THAAD Rader: 이 레이더는 현재 일본에 배치되어 있으며, 탐지거리가 1000~4000km에 이르는 첨단 X-밴드 레이더이다.

다. 해상에 배치된 레이더 센서

▲SBXR(Sea-Based X-Band Rader): SBXR레이더는 배수량 5만톤의 거대한 플랫폼에 설치된 직경 37m의 둥근 구형의 X-밴드 레이더이다. 미 본토로부터 하와이 진주만에 2006년도 도착하여 태평양 지역에서 운용되고 있다. 이 레이더의 탐지거리는 4800km에 달하는 장거리 탐지 레이더로 표적의 탐지, 추적, 탄두의 진위도 식별하는 기능을 갖추고 있다.

▲SPY-1 레이더: SPY-1 레이더는 이지스함에 탑재되어 1000km의 탐지, 추적 능력을 갖추고 있으며, 추적목표의 크기 및 탄두의 진위까지 판별할 수 있다. 한국 해군이 보유한 이지스함에도 SPY-1D 레이더가 탑재되어 있다.    

(2) 요격시스템

적의 탄도미사일을 직접 요격하는 무기 시스템에는 공중발사레이저(ABL) 체계와 지상 또는 해상에서 운용하는 4종(GBI, SM-3, THAAD, PAC-3)의 무기체계가 있다.

▲공중발사레이저(ABL: Airborne Laser): 공중발사레이저는 점보 여객기에 레이저빔을 발사하는 레이저 발사기와 발사원료인 화학연료를 탑재한 항공기(B-747-400F)가 한번 이륙하면 20회의 레이저빔을 발사하여 날아오는 적의 탄도 미사일을 격추시키는 무기이다. 2010년 2월 발사·상승단계의 탄도미사일을 시험 격추하는데 성공했다.

▲GBI(Ground Based Interceptor): GBI는 미 본토로 날아오는 적의 탄도미사일을 요격하기 위해 제작된 대형 요격미사일이다. GBI 발사체는 미국의 ICBM인 타이탄 탄도미사일을 사용하고, 요격체는 탑재된 EKV(외기권 요격체)가 담당하는 체계이다. GBI가 발사되어 우주로 날아오는 적 탄도미사일의 근거리에 도달하면 EKV를 분리시킨다. EKV는 인공위성에서 보내온 데이터와 탑재된 적외선 센서를 통해 스스로 궤도를 수정하면서 목표에 근접하여 직접 충돌하여 적 탄도미사일을 파괴한다. GBI의 사정거리는 5000km, 요격고도는 2000km로 우주공간에서 적 탄도미사일을 파괴한다. GBI는 알래스카 주 ‘포트 그릴리(Fort Greely)’에 26기, 캘리포니아 주의 ‘반덴버그(Vandenberg)’ 공군기지에 4기, 총 30기의 GBI가 지하 사이로(silo)에 배치되어 있다. 최근 GBI는 북한의 미사일 위협 등으로 인하여 총 44기 체제로 결정됐다. 

▲THAAD(Terminal High Altitude Area Defense): THAAD는 미국의 군사기지를 공격하는 적의 탄도미사일을 격추시킬 목적으로 제작된 공중방어시스템이다. 1991년 걸프전 당시 이라크의 스커드미사일 공격에 대한 고고도미사일방어체계의 구축 요청에 따라 개발됐다.

THAAD는 미국의 록히드마틴 제품으로 최대 요격 고도가 150㎞이다. 원래 미국의 MD 체계에선 美 본토를 향해 날아오는 적의 대륙간탄도미사일(ICBM)을 이지스함에서 발사하는 SM-3 미사일, 알래스카와 美 서해안에서 발사되는 지상배치 요격미사일(GBI)이 단계적으로 요격하게 되어있다. 그러나 이들 미사일이 요격에 실패했을 때 마지막 단계에서 패트리어트 PAC-3 미사일과 함께 美 본토를 지키는 용도로 개발된 것이 바로 사드이다.

THAAD는 길이 6.17m, 무게 900㎏, 직경 34㎝로 최대 속도는 소리보다 8배 이상 빠른 마하 8.24에 달한다. 한 발당 가격은 110억 원이 넘는 것으로 알려져 있다. THAAD는 미사일 탄두가 적 미사일과 직접 충돌해 파괴하는 ‘힛-투-킬(hit-to-kill)’ 방식이다. 이 방식은 날아오는 탄도미사일을 탄두 파편에 의해 요격하는 것보다 확실하게 파괴할 수 있다.

THAAD 1개 포대는 발사대 6기로 구성되며, 발사대 1기당 8발의 미사일이 장착된다. 1개 포대는 총 48발의 미사일로 구성되는 셈이다. THAAD는 미사일 발사대와 AN/TPY-2 레이더, 통제 및 통신장치로 구성되는 자주형으로 제작되어 세계 어느 곳이라도 쉽게 이동이 가능하다. 미국은 중국의 ICBM 등을 겨냥해 일본 내 기지 2곳에 이 레이더를 배치했다.

▲PAC-3 미사일: 1990년 제1차 걸프전 당시 이라크의 스커드 미사일을 대부분 요격했던 패트리어트 미사일의 최신형이다. 미국의 로럴사(1996년 록히드마틴에 인수)가 1994년 개발했으며 ‘에린트(ERINT)’로도 불린다. 목표 발견에서 요격까지 걸리는 시간이 기존의 패트리어트 미사일이 2∼3분이었던 데 비해 45초로 크게 단축됐다. 적의 탄도미사일을 직접 요격하는 방식으로 2003년 이라크 전에서는 스커드 미사일을 100% 가까이 요격했다.

▲SM-3 미사일: 이지스함에 탑재되는 SM-3 미사일은 ‘SM-2블록(Block)4’ 미사일을 기반으로 1999년부터 개발이 진행됐다. 최초의 미사일은 ‘SM-3블록IA’로, 사정거리 700㎞로 고도 500여㎞에서 탄도미사일을 요격할 수 있다. THAAD와 비교하여 사정거리 및 요격고도가 3배 이상인 것이다. 또한 2018년부터 배치될 ‘SM-3블록2A’ 미사일은 사정거리 2,500㎞에 고도 1,500㎞에서 탄도미사일 요격이 가능해질 예정이다.

‘SM-3블록2A’ 미사일의 개발 및 생산은 미국과 일본이 공동으로 진행하고 있다. 일본은 미쓰비시 중공업을 중심으로, 미사일의 노즈콘(nose cone)과 유도 제어 체계 그리고 2단 및 3단 로켓을 담당하고 있다. 미국은 레이시온(Raytheon)사가 탄두와 탐지기 그리고 1단 로켓과 고체 부스터(booster)를 개발 및 생산할 예정이다.

2008년 2월20일 SM-3 미사일은 대기권을 선회하는 첩보위성을 격추하는데 성공했다. 당시 미국의 부시 대통령은 450kg 분량의 유해 화학물질을 탑재한 첩보위성이 지상에 추락하면 인체에 피해를 줄 수 있다는 이유로 첩보위성 요격을 승인했다.

SM-3 미사일은 탄도미사일 요격용으로 개발됐지만 유사시 우주 공간의 첩보위성 파괴도 가능하다. 얼마 전 태평양의 ‘레이크 에리(Lake Erie)’ 이지스 순양함에서 발사된 SM-3 미사일은 고도 257㎞에 위치한 첩보위성을 정확히 격추했다. 당시 미군 관계자들은 연료탱크는 파괴되었고 대부분의 위성 파편은 앞으로 48시간 내에 지구 대기권에 진입하면서 불타 사라질 것이라고 밝혔다. 이처럼 우주무기로도 사용 가능한 SM-3 미사일은 1997년부터 2015년 8월까지 총 30여 회에 달하는 시험발사가 진행되어 90% 이상의 성공률을 보였다.

(3) 지휘·통제·전투관리·통신시스템

▲C2BMC(Command, Control, Battle Management and Communication): C2BMC 시스템은 지휘, 통제, 그리고 통신을 통합하여 전반적인 전투관리를 하는 지휘체제로 미사일방어의 두뇌역할을 한다. 이 지휘통제센터에 있는 고성능 컴퓨터는 우주의 인공위성과 지상, 공중, 함정의 각종 센서로부터 송신되는 모든 자료를 수신·입력하여 날아오는 표적의 진위를 식별할 수 있다. 이후 예상 비행경로, 도착지점, 도착시간 등을 실시간으로 계산·분석하여 아군이 요격하기에 가장 적합한 요격부대에 발사 지령을 내린다.

미사일방어체제는 우주를 포함하여 전 지구적으로 배치된 센서와 요격무기가 네트워크화 되어 있다. 이를 지휘, 통제, 전투관리, 통신을 통합하는 센터가 필요한데, 이를 위해 미국은 美 본토, 유럽 미군, 美 중앙군, 美 태평양군 등의 통합군사령부에 각각 C2BMC 센터를 운용하고 있다. 미 태평양군의 경우 하와이의 히캄(Hikam) 통합기지에 C2BMC 관리센터를 두고 있다.

▲JTAGS(Joint Tactical Air-to-Ground Station): C2BMC 시스템에서 언급한 것과 같이 DSP 위성이 적의 탄도미사일 발사를 최초로 탐지하면 미 본토의 C2BMC에서는 즉각 수신 처리하여 미사일의 종류, 발사위치, 비행속도, 탄착 예정지역 등의 정보를 각 통합기지에 있는 C2BMC센터 또는 요격부대에 직접 군용통신 위성을 통해 통보한다.

그러나 세계 각 지역의 사령관들은 美 본토나 C2BMC에서 처리된 경보를 기다리는 것보다 자기 지역 내 우주에 떠있는 DSP 위성으로부터의 신호를 직접 수신해서 처리하는 것이 효율적이다. 이 같은 이유로 DSP 정보를 직접 수신할 수 있는 수신기와 처리장치 등을 두루 갖춘 이동식 컨테이너(JTAGS) 5기를 제작하여 이 가운데 1기를 주한미군에 배치하여 운영 중이다. 

이처럼 MD는 과학기술로 개발한 상대방의 탄도미사일을 자신들의 과학기술을 활용해 요격해야한다는 점에서 고도의 과학기술능력이 필요하다. 그리고 여기에 막대한 자본과 시간이 소요된다.

그렇기에 미국은 MD체제를 구축하기 위해 동맹국들과 군사적 역할 및 방위비용 분담을 강력히 추진해왔고, 2009년 美 국방부 산하 미사일방어국이 작성한 ‘연례 우주·미사일 방어회의(The Annual Missile Defense Agency Small Business Programs Conference)’ 자료에 따르면, 일본, 호주, 체코, 덴마크, 이탈리아, 영국 등이 핵심 파트너로 참가하고 있다.