군사용 미사일이 날아가는 원리에 대해서
[객원 에디터 3기 / 김예은 기자] 미사일이란 현대 전쟁에서 가장 강하고 중요하게 여겨지는 무기 중 하나로 폭탄을 원하는 곳에 정확하게 운반하는 수단이다. 우리가 흔히 아는 총알이나 폭탄은 내부에서 화학 물질을 폭발 시켜 발생하는 순간적인 기체 팽창을 한 방향으로 일어나게 하여 추진력을 발생시키는 반면 로켓과 미사일은 화학 연소를 끊임없이 연소 시켜 추진력을 얻는다.
미사일 비행에서 사용되는 과학적 법칙은 뉴턴의 운동 제3 법칙인 ‘작용-반작용’ 법칙으로 어떤 물체에 힘을 주면 그 힘이 작용한 물체의 반대 방향에 같은 크기의 힘이 작용하는 원리이다.
미사일이 연료를 연소하며 발생하는 고온, 고압의 가스를 분사하는 것은 작용이고, 분사된 고온, 고압의 가스가 로켓을 미는 힘은 반작용이다. 여기에 더불어 ‘운동량 보존의 법칙’도 적용되는데, ‘운동량 보존의 법칙’이란 외부의 힘이 작용하지 않으면 운동량은 항상 일정하다는 원리로 지속해서 힘이 가해지지 않아도 미사일은 날아갈 수 있고, 만약 힘이 가해진다면 가속이 된다.
여기에서 미사일의 비행 방법은 크게 두 가지로 나뉜다.
첫 번째는 대기권을 뚫고 비행하는 미사일인데 이렇게 비행하는 미사일 중 가장 대표적인 것은 대륙간탄도미사일(ICBM)이다. 대륙간탄도미사일을 포함한 대기권을 뚫고 비행하는 미사일들은 말 그대로 대기권을 뚫고 위로 한참 올라가서 비행한 뒤 내려오는 방식이다. 대기권에는 공기가 존재하지 않으니 이런 방식은 공기 저항을 없애 속도를 높이고 연료 사용량을 줄여 먼 거리를 날아갈 수 있다는 장점이 있다(운동량 보존의 법칙). 다만, 대기에는 산소가 없음으로 화학 연료를 태울 수 없어서 미사일 내부에 산소를 내장하는 시스템을 적용해야 한다는 제약이 있다. 대륙간탄도미사일은 5,500km가 훨씬 넘는 사거리를 갈 능력을 갖추고 있지만, 사거리가 증가할수록 목표에 명중할 오차가 수백 m씩 증가하게 된다.
두 번째는 일반 항공기처럼 낮게 비행하는 미사일이다. 이런 미사일 중 가장 대표적인 미사일은 순항 미사일이고, 전략적으로 탄도 미사일에 비해 넓은 면적에 피해를 줄 수는 없지만, 적중률이 매우 높은 편이다.
이런 미사일들은 미리 비행경로를 설정하거나 자동으로 목표물을 찾는 시스템을 이용하여 지형의 굴곡에 맞게 저공비행하고, 대기권 밖으로 나가지 않기 때문에 필요한 산소는 비행 중에 빨아들인다. 이런 식으로 비행하는 미사일들은 적의 레이더에 탐지되지 않고 방공망에 요격당할 확률이 줄어들어 미사일의 생존 가능성이 매우 높다. 순항 미사일은 사거리가 대부분 50km에서 3,000km 까지지만 거의 백발백중의 명중률로 오차범위는 3m~5m 정도밖에 되지 않는다.
현대에는 이러한 미사일의 발달로 인한 안보 위험도 발생하고 있다. 예컨대 북한은 미사일을 발사를 무기 삼아 미국과 대한민국을 포함한 세계 많은 나라에 위협을 가하고 있다. 북한은 문재인 정권 이후 12차례 미사일 시험 발사를 진행했으며 계속해서 미사일 개발에 힘쓰고 있다. 북한은 조선 노동당 창건 75주년을 맞이하여 평양 김일성 광장에서 새로운 대륙간탄도미사일을 공개했다. 북한은 이미 2017년부 11월 29일 화성-15를 발사하며 미국 본토를 직접 타격할 수 있는 대륙간탄도 미사일 개발을 성공한 것을 입증한 것이 있으며 이번에 새롭게 개발된 탄도미사일은 그보다 더 거대하고 공격성이 우수한 것으로 알려졌다. 예컨대 화성-15형보다 사거리, 즉 비행 거리가 더 길고, 더욱더 무거운 탄두들을 실어 나를 수 있다고 알려졌다. 이에 그치지 않고, 전문가들은 이 미사일이 여러 개의 탄두를 한 번에 나를 수 있어 여러 곳을 동시에 타격 할 수 있는 다탄두 능력을 갖춘 것이 아닐까 추측하고 있다.
그리고 현재 러시아와 우크라이나 전쟁에서 러시아가 우크라이나에 250발 이상의 단거리 탄도 미사일을 거주지와 공공 인프라에 타격하는 가운데 우크라이나는 나토 (NATO) 회원국들로부터 보급받은 소형 휴대용 미사일로 맞서 싸우고 있다. 우크라이나가 사용하는 미사일은 FIM-92로 미국의 레이시온사가 개발한 보병용 휴대용 적외선 유도 지대공 미사일이다. 이는 저공비행 하는 비행기와 헬리콥터 등을 파괴하는 목적으로 개발된 미사일 이어서 속도가 매우 빠르고 명중률이 높은 것으로 알려져 있다. 우크라이나 국방부는 3월 5일, 공식 트위터 계정을 통해 러시아군 헬리콥터가 우크라이나의 휴대용 미사일에 직격으로 맞고 추락하는 모습을 공개하면서 전쟁의 잔혹함을 나타내기도 했다.
사례들을 보면 알 수 있듯이, 많은나라가 현재 미사일을 가지고 있으며 개발에 힘쓰고 있다. 미사일은 사용 목적에 따라 비행 방법, 사용 연료 등 다양한 선택지가 존재한다. 따라서 미사일을 개발할 때 목적이 무엇임을 정확히 하고 그것에 맞게 개발하는 것이 가장 효과적으로 필요한 미사일을 만들 수 있다.
