북한은 지난 5일 오전 11시 30분 15초(한·미 정보당국 주장)에 함경북도 화대군 무수단리 미사일 발사장에서 장거리 로켓 ‘은하2호’를 발사했다.

북한 조선중앙통신은 로켓 발사 4시간 만에 “은하 2호가 발사된 지 9분 2초 만에 자기 궤도에 정확히 진입했다”며 광명성 2호에서 ‘김일성장군의 노래’와 ‘김정일장군의 노래’가 470MHZ로 우주를 향해 전송되고 있다”고 보도했다.

북한 조선중앙TV는 장거리 로켓발사 동영상을 발사 이틀 후에 전격 공개했다. 공개된 동영상에는 무수단리 발사대에 장착되어 있는 로켓의 흰색동체 ‘조선’이라는 두 글자가 선명하게 부각되어 있다. 98년도 발사했던 ‘대포동 1호’의 색깔이 거멓던 것에 비해 이번 로켓은 군사용도가 아님을 증명이라도 하듯 흰 색칠을 했다.

북한은 이번 로켓 발사를 한 달 여전부터 국제사회에 통보하면서 차근차근 준비를 해왔다. 로켓 발사 시 분리될 2단, 3단 탄체의 착탄지점까지 국제사회와 유관 국가들에 통보해주면서 한반도 지역정세를 긴장시켰다. 

로켓은 인공위성을 나를 수도 있고, 군사용 탄두도 탑재할 수 있기 때문에 로켓의 모양만 가지고는 위성이다, 미사일이다 섣불리 단정할 수 없다. 그래서 지난 2월 16일 조선중앙통신은 “우리나라에서 무엇이 날아올라갈지는 두고 보면 알게 될 것”이라고 말했을 것이다. 

북한의 주장대로 이번 로켓이 통신위성이라고 보자, 그러면 진짜 북한에 인공위성 발사능력이 있는가, 또 주민들이 굶주리는데 인공위성을 우주에 띄워놓고 무엇을 하겠다는 것인가,

북한의 주장을 논박하기 위해서는 북한의 장거리 로켓이 군사용 미사일인지, 통신위성인지를 정확히 구별할 필요가 있다.

북한도 다른 나라들이 개발하는 장거리 로켓을 개발하지 못할 이유는 없다. 영국주재 자성남 북한대사가 “못산다고 우주개발도 못하나”고 말했다. 그의 말은 물론 옳다. 그러나 국가발전에도 수순이 있다고 본다. 인민들이 먹는 문제를 해결한 다음에 위성을 개발해도 늦지 않다.

배가 고프고 전기도 오지 않는 방에서 위성에서 송출하는 전파를 받아서 무엇을 하겠는가, 북한은 지난 3월 말부터 주민세대에 들어가는 민간용 조명전기를 일체 끊었다. 특급 부하와 1급 부하 등 김일성 김정일 우상화선전물과 군수공장밖에 전기가 들어가지 않는다.

‘광명성 2호’ 궤도 진입에 실패

한·미·일 정보당국이 분석한데 따르면 북한이 발사한 대포동 2호는 1단 로켓 부분이 함북도 화대군 무수단 으로부터 약 500km, 2, 3단은 3,800km 떨어진 태평양 상에 낙하한 것으로 알려졌다.

이것만 놓고 보면 광명성 2호는 궤도진입에 성공하지 못했다. 그러나 북한은 체제 결속을 위해 광명성 2호가 궤도진입에 성공해 ‘김일성 장군의 노래’와 ‘김정일 장군의 노래’ 등 선율을 송출하고 있다고 선전한다.

북한 로켓이 궤도진입에 성공하지 못한 원인에 대해 한국항공우주연구원 박정주 박사는 “2, 3단 부분이 분리되지 않았거나, 3단 로켓이 제대로 점화되지 못했을 수 있다”고 한 언론과의 인터뷰에서 밝혔다. 

즉 북한의 로켓 발사실패 원인이 2,3단 분리와 3단 로켓 점화과정으로 압축된다. 1단 로켓이 떨어져 나간 후 2단 로켓 연료를 연소하면서 상승하는 로켓은 일정한 고도에서 분리되어야 한다.

박정주 박사는 “2단 연소 후 3단과 연결하는 볼트가 폭발하면서 끊어져야 하는데 그러지 못하면 2,3단 로켓이 함께 추락하게 된다”고 말했다.

그러면 2단과 3단을 분리하는 핵심은 볼트 폭발에 있는 것으로 분석된다. 미국과 국제사회가 전략물자 반입을 통제하기 때문에 북한이 자체로 볼트를 제작했을 가능성이 있다고 전문가들은 보고 있다.

다음 원인은 3단 로켓 점화과정이다. 일단 2단 로켓이 분리는 됐지만, 3단 로켓부분에 점화가 되지 않으면 2단과 함께 3단 로켓이 추락할 수 있다는 게 전문가들의 지적이다.

북한의 로켓은 3단부분에서 고체연료를 사용하는데 고도 100km이상에서 온도가 매우 낮은 상태기 때문에 고체연료에 불을 붙이는 것은 매우 어렵다는 것이다.

북한의 대포동 2호 미사일도 궤도 진입에 성공하지 못했기 때문에 통신위성인지, 탄도 미사일인지는 북한이 스스로 밝히기 전에는 영원히 미스터리로 남는다.

북한의 미사일 연구기관에서 근무했던 한 탈북자는 북한이 인공위성을 발사하겠다고 발표할 때“그것은 위성이 아니며, 북한이 또 한 차례의 탄도미사일 발사 시험을 하고 있다”고 말했다. 그는 “수천만 북한주민들이 굶주리는데 북한당국은 수억 달러씩 들어가는 미사일 개발을 단 한 번도 멈추지 않았다”고 말했다. 

탄도 미사일과 통신위성의 비행방법

탄도 미사일과 통신위성은 크게 3가지가 다르다.

1. 비행궤도가 다르다.
2. 제어방법이 다르다.
3. 탄두구조가 다르다.

인공위성과 탄도미사일은 모두 수직발사라는데 공통점이 있다. 때문에 발사대에 수직으로 세워진 로켓을 보고 탄도 미사일인지 통신위성인지는 구분하기 어렵다.

미사일이든 인공위성이든 로켓으로 쏘아 올리는 것은 마찬가진데, 탄두 부분에 무기(폭발물 등)를 실으면 미사일이 되고 인공위성을 실으면 우주발사체가 된다.

북한의 모든 군사용 미사일은 고도 20km 이상에서 방향을 바꾸게 된다. 스쿠드, 노동 1호 미사일은 고도 20km 근방에서 방향을 바꾼다. 이때 주위 공기 비중은 95%를 차지하며 공기저항이 가장 크게 된다. 때문에 이 구간에서 미사일을 수직으로 세워 강한 추진력으로 공기저항을 뚫고 나가야 한다.

군사용 탄도미사일의 경우, 300km 목표를 향해 발사한다면 보통 고도 30~40km 높이로 올라가서 수평거리로 300km를 비행해 목표물을 타격하게 된다. 이러한 미사일들은 20km 높이에 올라가서 방향을 바꾸면 엔진을 끄고도 순수 관성에 의해서 쉽게 포물선을 그으면서 목표물로 향하게 된다.

그러나 고도 20km 이하 높이에서 공기저항을 뚫고 나가려면 사정거리 300km 짜리 미사일이라도 40km밖에 비행하지 못한다. 그러나 고도 20km이상 벗어나면 300km를 비행할 수 있다는 것이다. 스쿠드 미사일의 속도는 2km/초 이다.

대부분 통신위성들은 3만km 높이에 있다. 통신 인공위성을 발사하자면 500km의 저궤도일 때는 7.5km/초, 1,000km일 때는 6km/초에 도달해야 한다. 통신위성은 저, 중, 고도가 있다.

GPS위성은 17,500km높이에 있다. 정지위성은 이론적으로 3개이면 된다. 그렇지만 지구 중력이 일정하지 않기 때문에 타원궤도를 쓴다. 통신위성을 발사하려면 1만km 높이까지 올라가야 한다.

제1단 로켓 추진은 보통 탄도미사일의 경우, 40~80km까지 수직으로 올라간다. 여기서 로켓은 고온과 저온의 영향을 받는다. 고도 80km 근방의 온도는 -90˚C이다. 고도 80km 근방에서 각도를 변화시키면서 1단 로켓 추진 체를 떨어뜨린다. 이때 로켓의 비행 속도는 4km/초이다.

이때 로켓을 추진하는 연료와 산화제의 소모량이 75%에 달한다. 예를 들어 연료와 산화제를 100t을 탑재했다면 75t가량이 80km를 뚫고 수직 비행하는데 소모된다는 것이다.

고도 20km까지 대기권이기 때문에 이때 연료 소모가 가장 크다. 2단계 로켓부분은 공기저항이 없기 때문에 나머지 20~25%의 연료로 궤도에 올라간다. 이때 속도는 6km/초로 비행하게 된다. 3단계 추진체에서는 수평으로 비행하게 되며 이때 위성은 자기 위치를 차지하게 된다. 이러한 위성을 중고도 위성이라고 한다.

그러나 탄도미사일은 고도 40~80km까지 올라갈 필요가 없다. 탄도미사일은 30km 높이면 충분하다. 또한 고도 20~40km 구간은 오존층인데 오존층은 적외선을 흡수하기 때문에 온도가 아주 높다. 탄도 미사일은 이 구간에서 방향을 바꾸기가 아주 쉽다.

북한 인공위성 제어기술 낙후

탄도 미사일과 통신위성은 제어기술이 다르다. 북한의 이번 로켓이 위성이 아니라 탄도 미사일이라고 주장하는 논거는 위성제어 기술이 낙후 하다는데 있다.

탈북자 출신 미사일 전문가에 따르면 “무수단리에는 인공위성 제어시설이 없으며, 미사일 발사 때 김정일이 보았다는 위성관제 지휘소는 상황실 정도이다”고 말했다.

탄도미사일은 내부에 자이로스코프와 가속도계를 내장했기 때문에 지상에서 조종할 필요가 없다. 그렇지만 인공위성은 지상에서 조종해야 한다. 먼 거리조정(리모컨츠럴)을 해야 하는데 기술적으로 매우 어렵다.

만약 북한의 주장대로 이번 로켓이 통신위성이라면 함경북도 무수단리에 지상조종장치가 있어야 한다. 북한의 우주공간기술위원회는 사실상 2경제(군수공업)공학연구소이며 2경제 위원회 공학연구소에는 통신위성을 조종할 수 있는 기술 설비와 기술 인력이 없다고 한다.

탄도 미사일의 경우에는 관성항법장치를 쓴다. 북한이 최초로 도입한 것은 러시아와 중국에서 수입한 기계식인데, 최근 레이저 식으로 개조했다고 한다. 조정방법에는 닫김식과 열림식이 있는데 북한은 아직도 닫김식 조정체계를 해결하지 못하고 있다.

탄도 미사일은 고도 30km구간에서 4km/초로 비행하면서 비행 각도를 바꾸어야 한다. 로켓 자체에 의한 제어를 한다. 궤도를 따라가는 방법과 궤도에서 편차 났을 때, 두 점사이의 경계치 문제를 해결해야 하는데 이것은 자체 계산기에서 조정을 하게끔 되어 있다.

닫김식 조정문제를 북한이 아직 해결하지 못했기 때문에 현재로서는 원거리 조정을 할 수 없다. 북한은 2005년까지 이 문제를 해결하지 못하고 있었다. 북한에서 미사일 시험을 할 때에는 2경제 공학연구소의 설비를 가져다 설치했다가 시험이 끝나면 철수하곤 했다.

일반위성보다 통신위성을 조정하는 것이 더욱 어렵다. 통신위성의 경우 지상에서 명령을 주어 궤도에서 이탈했을 때 타원궤도에서 수정해야 한다. 이때 지상에서 조정하여 위성의 자세를 바꾸어야 한다. 통신위성인 경우 더욱 까다로운데, 안테나, 태양 전지 등이 들어 있다.

통신위성은 트라스트 콘츠럴이 있어서 지상에서 조정해야 한다. 인공위성, 특히 통신위성에서 중요한 것은 송수신 체계인데 북한이 이 분야에서 많이 뒤져있다. 지상조정실에서 위성을 추적하면서 통신을 송수신해야 하는데, 수신한 데이터를 수치화해서 통신위성에 다시 송신해야 한다. 위성을 조정하기 위해서는 조정실에서 20~30명의 인원이 자기가 맡은 부분을 전문 조정해야 한다. 그런데 무수단리에는 이러한 조정실이 없다.

북한은 2005년도에 평안북도 철산반도에 위성조정실을 건설하고 있었다. 이 건설은 돈이 많이 드는 공사인데 현재까지 완성되었다는 소식은 없다.

탄도 미사일과 통신위성 탄두의 차이

북한이 이번에 발사한 장거리 로켓의 탄두는 인공위성 탄두와 비슷하다. 북한은 대륙간 탄도미사일 발사라는 국제적 비난을 의식해 통신위성 발사라고 주장하며 탄두는 위성처럼 덮개를 씌웠다.

그동안 북한의 장거리 미사일이라고 기사를 내보내던 각국의 언론들도 무수단리 로켓 발사대에 세워진 북한의 로켓 탄두 모양을 보고 ‘장거리 로켓’이라고 보도를 내기 시작했다. 이번 미사일 시험은 탄도미사일의 궤도 시험이었기 때문에 탄두가 어떻게 생겼는지는 큰 문제가 아니다. 

통신위성과 탄도 미사일은 탄두에서도 차이가 난다. 탄도미사일은 무기인 것만큼 목표를 정확히 타격해야 한다. 보통 수직발사를 한 다음 고도에 도달하면 엔진을 끄고 관성에 의해 비행을 한다. 대기권에서 4~5km/초로 날아가면 2,000˚C 열이 발생하는데, 탄두는 이 열을 극복하는 기술이 필요하다.

탄두를  GPS로 조정을 하는데 북한은 러시아 GPS에 가입을 했다. 북한은 상업용 GPS를 군사용도에 이용하고 있다. 러시아에서 설비를 가져와 사용방법을 터득했고, 지금도 많이 사용하고 있다.

북한에서 미사일 탄두는 자강도 강계시에 있는 26호공장(일명 강계트랙터 공장)에서 만들고 있다. 이곳에서 만든 미사일은 수출된다. 로켓 동체는 여러 군수공장들에서 제관하여 만들고 있다.

북한에서 로켓 엔진은 평안남도 개천에 있는 각암공장에서 만들고 있다. 북한은 로켓 추진체에 들어가는 고체연료 부분에서는 비약적인 발전을 이룩했다. 과학원 함흥분원에서 이승기 박사를 비롯한 고분자화학전문가들이 고체연료에 대한 연구를 전문했고, 또 이 분야에서 만큼은 상당한 진전이 있었다.

98년 북한이 쏘아 올린 ‘광명성1호’는 위성으로서 성공했다고 하지만 탄두의 궤도진입을 시험했을 뿐, 실제적인 위성으로서의 역할은 할 수 없는 것이었다.

당시 쏘아 올린 로켓의 총 중량은 27t, 위성무게는 10kg밖에 되지 않는 것 이었다. 1단 로켓의 최대직경은 1.4m, 2단 로켓은 0.9~0.8m 밖에 되지 않는 소형위성이었다. 당시 고도 500km 미만의 저궤도에 올리려고 시도했다.

광명성 1호는 고도 40km 부근에서 1단 로켓이 분리 되었고, 2단계까지 올라가는 것을 추적하다 잃어 버렸다. 배에서 레이다 탐지기로 위성을 감시해야 했으나, 설비가 없었기 때문에 추적할 수 없었다.

북한이 당시 위성을 실험한 것은 탄두의 궤도진입이 목적이었기 때문에 도중에 없어진 것은 상관하지 않았다. 그렇기 때문에 북한은 광명성1호가 성공적으로 궤도에 진입하여 단파27MHz로 송신하며 ‘김일성장군의 노래’와 ‘김정일장군의 노래’를 보내고 있다고 선전했다.

이처럼 인공위성을 제어할 수 없는 북한의 능력으로 봐서 통신위성은 아니라는 것이다. 

북한은 이번 로켓 발사를 통해 대륙간탄도미사일(ICBM)능력을 시험하려 했다. 98년에 발사된 대포동 1호 미사일은 1,646km를 비행하다 추락했다. 이번에 대포동 2호 로켓도 3,800km 이상 비행했으니 2배 가까이 사정거리를 늘린 셈이다.

전문가들은 이번에 발사된 대포동 2호 로켓에 500kg의 탄두를 장착하면 약 9천km에 보낼 수 있고, 1t짜리 탄두일 경우, 약 6천km를 운반할 수 있다고 추정한다. 북한은 이번 시험만으로도 대륙간 탄도 미사일 성능 시험에는 성공한 셈이 된다.

이상 분석결과 북한의 이번 장거리 로켓 발사는 통신위성이 아니라는 것이다. 보다 중요한 것은 국제사회가 북한의 미사일 개발에 미적거리다가 “호미로 막을 일을 가래로 막는 격”이 되지 말아야 한다는 것이다.

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한영진:  '성통만사' 운영위원장

             연세대학교  법학대학원  재학중