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혹시 마하(Mach)라는 단위를 들어보셨나요? 정확히는 마하 수(Mach number)라고 표현하는 이 단위는 소리 속력(음속)의 몇 배인지를 나타내는 속력 단위의 하나입니다.

 

이를테면 마하 2는 음속의 두 배 빠르기를 뜻하는데요. 이처럼 소리보다 빠른 속력의 영역을 흔히 ‘초음속’이라고 부릅니다.

 

그런데 방위산업계에서는 초음속을 넘어선 속력, 이른바 ‘극초음속’에 관한 논의가 이어지고 있다는 사실을 알고 계신가요? 오늘은 소리를 뛰어넘는 빠르기, 초음속과 이를 다시 넘어선 ‘극초음속’에 관한 이야기를 전해드릴까 합니다.

 

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소리의 속력은 어느 정도나 될까요?

 

 

소리는 얼마나 빠른가요?

 

소리의 빠르기라는 말이 조금은 낯설게 들리실 수도 있습니다. 하지만 엄연히 소리에도 속력이 있는데요. 소리는 파동을 띄고 있어 매질을 통해 움직입니다. 이 파동을 우리 몸의 감각기관인 귀가 파악해 소리를 들을 수 있는 것이죠.

 

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번개가 번쩍인 다음에 한참 있다 천둥이 치는 이유도 빛과 소리의 속력이 다르기 때문입니다. 빛의 속력이 훨씬 빠르기에 우리 눈에 번개가 먼저 보이고, 이를 뒤따라 천둥 소리가 들리는 것입니다.

 

소리의 속력 = 340m/s

 

 

소리는 일반적으로 340m/s의 속력을 갖췄습니다. 번개가 번쩍인 후 천둥이 몇 초만에 치는지 확인하면 그 숫자에 340을 곱해 천둥번개가 치는 거리를 확인할 수 있다고 하는데요. 이 ‘340’이라는 숫자가 바로 소리의 속력인 340m/s에서 등장했습니다.

 

 

초음속의 세계

 

화약이 발명되면서 인류는 소리보다 빠른 물체를 구현하게 됐습니다. 바로 총알인데요. 400m/s에 이르는 총알은 소리보다 빠르게 움직입니다.

 

총소리를 듣는 순간 총알은 이미 목표에 닿았기 때문에 소리를 듣고 총알을 피한다는 일은 불가능한 일입니다.

 

하지만 사람이 초음속의 속력으로 날아가는 일은 1940년대가 돼서야 실현할 수 있었습니다. 그 전까지 많은 시도가 있었지만, 음속을 뛰어넘는 일은 무척 어려웠는데요. 공기 저항 때문에 충격파가 발생해 기체가 심하게 진동하는 등 마치 ‘보이지 않는 벽’에 부딪치는 것과 같았다고 합니다. 그래서 이를 ‘소리의 장벽’이라고 표현하기도 했죠.

 

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소리의 장벽을 넘어선 최초의 항공기는 미국에서 제작한 실험기 X-1 벨입니다. 제트엔진이 아닌 로켓엔진을 탑재한 비행기로 이때 얻은 데이터를 바탕으로 다양한 초음속 기체가 등장할 수 있게 됐습니다.

 

 

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아음속에서 생긴 음파 충격 때문에 수증기가 응축해 구름이 만들어졌습니다.

 

 

초음속 비행기 근처에선 굉음이 들린다?

 

초음속으로 비행하는 항공기 근처에서 굉음을 들을 수 있습니다. 이름하여 ‘소닉붐(Sonicboom)’인데요.

 

 

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비행기가 음속을 돌파하며 충격파가 생깁니다.

 

 

항공기가 초음속으로 비행하면, 물 위를 달리는 배의 뱃머리에서 V자형의 파도가 일어나듯, 항공기 주변에는 충격파라는 파도가 생깁니다. 이 충격파가 지면에 부딪치면 ‘쾅!’하는 굉음이 들리는데, 이것을 소닉붐이라고 합니다.

 

앞서 천둥의 ‘우르릉 쾅쾅!’하는 소리도 자연적인 소닉붐 현상이라고 할 수 있습니다. 번개가 공기 중에 방전되며 공기가 급격하게 팽창하면서 충격파가 발생하는데, 이게 ‘쾅!’하는 소리를 내는 것이죠.

 

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1969년 영국과 프랑스가 개발한 ‘콩코드’ 비행기는 여객기 중 최초로 초음속 비행을 지원하는 비행기였습니다. 다만, 음속을 넘어서기 위한 설계와 에너지 효율이 떨어졌는데요. 뉴욕-런던을 3시간 반만에 갈 수 있었지만, 항공권 가격이 800만원에 이르게 되며 사람들에게 외면 받았습니다. 이후 이륙 중 폭발 사고까지 발생하며, 2003년을 끝으로 콩코드 여객기는 사라지게 됐습니다.

 

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초음속 체계가 자리잡게 되면서, 항공기에서는 음속을 기준으로 속도를 분류하기 시작했는데요. 정리하자면 아래와 같습니다.

 

 

 

 

 

종류
속도
마하수
비고
아음속
(Subsonic)
~979km/h
M < 0.8
묶어서 아음속으로
보는 경우도 있음
천음속
(Transonic)
~1,469km/h
M = 1.0
초음속
(Supersonic)
1,469~6,120km/h
M > 1.0
 
극초음속
(Hypersonic)
6,120km/h~
M > 5.0
 

 

 

 

 

극초음속 무기는?

 

극초음속 무기는 마하5 이상, 다시 말해 음속의 5배 이상 빠르기를 갖춘 무기를 뜻합니다. 그 속력은 약 6,120km/h 이상에 이르는데요. 현재 중국, 러시아가 개발해 전력화중이며, 미국도 최근 시험에 성공했다는 소식을 전하고 있습니다.

 

극초음속 무기체계에는 발사 후 활강(글라이딩)하며 비행하는 극초음속 비행체와 순항비행하는 극초음속 순항미사일로 나눌 수 있습니다.

 

극초음속 비행체는 로켓엔진을 써서 상승단계가 끝나면 물수제비 모양과 비슷한 스키핑 비행을 하며 활공하는 글라이딩 비행을 하고, 극초음속 순항미사일은 일반적인 항공기처럼 순항해 목표물을 타격합니다.

 

극초음속 무기는 발사된 뒤 고도와 방향을 불규칙적으로 바꾸고, 속력이 빨라 탐지가 어렵고 요격할 시간적 여유가 없습니다. 그뿐만 아니라 순수 운동에너지만으로도 파괴력이 무척 크다는 문제도 있는데요. 그래서 미래전쟁을 획기적으로 바꾸게 될 게임체인저로 주목받고 있습니다.

 

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러시아는 5,500km 이상의 사거리를 갖춘 극초음속 비행체인 아방가르드와 공중발사형 탄도미사일인 킨잘(Kinzhal)을 배치했습니다. 중국도 극초음속비행체를 장착한 둥펑-17 탄도미사일을 선보였습니다.

 

미국도 러시아와 중국을 견제하기 위해 발빠르게 극초음속 무기체계를 준비하고 있는데요. 미 공군에 2021년까지 배치할 것으로 알려진 ARRW(Air-launched Rapid Response Weapon)이나 2022년 배치를 목표로 하는 극초음속 미사일 HCSW(Hypersonic Conventional Strike Weapon)가 대표적입니다.

 

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극초음속 무기, 막을 순 없을까?

 

게임체인저라고도 불리는 극초음속 무기, 그렇다면 극초음속 무기를 막을 순 없을까요? 창이 강해지면 이를 막기 위한 방패도 강해지는 법. 미국 방위고등연구계획국(DARPA)에서는 극초음속 비행체를 막기 위해 ‘글라이드 브레이커(Glide Breaker)’를 준비하고 있다고 합니다.

 

또한 적의 미사일을 더 신속히 탐지하고 요격 능력을 극대화 하기 위해 우주 공간에 센서층과 요격무기를 설치할 계획도 세우고 있다고 하는데요. 아직 계획 구상 단계에 머물러 있고, 실제화되기까지는 좀 더 시간이 필요할 것으로 보입니다.

 

극초음속 무기는 뛰어난 미사일 방어체계인 사드(THAAD)로 막을 수 없는 무기라고 강조하는데요. 반대로 사드의 추적 레이다 성능을 강화하고, 연산력과 요격능력을 끌어올려 극초음속 무기에도 대항할 수 있도록 연구에 박차를 가하고 있다고 합니다. 이만하면 정말 치열한 창과 방패의 전쟁이 아닐까요?

 

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그뿐만 아니라 지난 글을 통해 소개한 레이저 무기, 레일건 무기 또한 극초음속 무기를 요격할 수 있는 수단으로 보고 연구를 지속하고 있습니다.

 

록히드 마틴은 극초음속 무기체계를 두고 "속도가 새로운 스텔스다(speed is new Stealth)"라는 표현을 쓰기도 했습니다.

 

 

“소리만큼 빠르게,

소리보다 빠르게.

그리고 소리 너머, 그보다 빠르게.”

 

 

우리나라에서도 극초음속 무기와 관련된 다양한 미래기술을 연구할 것으로 보이는데요. 극초음속 무기를 둘러싼 창과 방패의 대결은 앞으로 어떻게 이어질까요?

참고자료

극한의 기술로 속도를 극복하는 극초음속 무기의 세계, 최현호, LIG넥스원 근두운, 2020. 4.

[김대영의 밀덕] 2020년 주목해야 할 신무기들 ② ‘극초음속 무기’, 김대영 기자, 비즈한국, 2020. 1. 13.

푸틴 "극초음속 무기 실전배치...러시아뿐", 김의철 기자, 녹색경제신문, 2019. 12. 15.

소리보다 빠르고 핵무기보다 더 치명적이다, 국방홍보원, 2019. 8. 14.

 

극초음속의 세계, 한국항공우주연구원, 2017. 3. 23.

 

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