북한의 중거리탄도미사일 화성-12형이 가상 표적을 향해 발사되고 있다. 평양 조선중앙통신=연합뉴스

북한이 지난 7일과 13일 서해위성발사장(동창리 발사장)에서 시행한 ‘중대 시험’의 구체적 내용에 관심이 쏠린다.

북한이 시험 직후 “전략적 핵전쟁 억제력 강화에 도움이 될 것”이라고 밝히면서 신형 엔진 연소 시험을 진행했다는 분석이 많지만, 세부 내용은 베일에 싸여 있다. 

신형 엔진 개발이 완료되면 대륙간탄도미사일(ICBM) 화성-14, 15형보다 성능이 향상된  ICBM이 등장할 가능성이 높다. 새로운 ICBM의 위력은 기존 미사일보다 강해지겠지만, 운용상의 한계도 있을 것으로 보인다. 

◆논리적 설명이 안되는 북한 엔진 개발

탄도미사일 엔진 개발은 점진적인 특성을 갖는다. 성능이 뒤떨어진 엔진을 개발 운용하면서 얻은 경험을 토대로 추력과 연소시간 등을 늘리는 방식이다.

2017년 3월 서해위성발사장에서 신형 백두산 엔진 연소시험이 진행되고 있다.  연합뉴스

하지만 북한의 사례는 이같은 특성과 일치하지 않는다.

북한은 1970년대 이집트에서 스커드 탄도미사일을 반입하면서 스커드 계열 엔진을, 1990년대 러시아 기술진을 초빙해서 노동과 무수단 계열 엔진을 확보했다. 2017년 3월 18일 서해위성발사장에서 백두산 엔진 연소 시험을 감행했다. 백두산 엔진을 확보한 덕분에 북한은 중거리탄도미사일(IRBM) 화성-12형과 ICBM 화성-14, 15형 개발에 성공할 수 있었다.

문제는 1990년대 이후 백두산 엔진이 등장하기까지 20여년 동안 북한의 엔진 개발과정은 드러난 게 없다는 점이다. 러시아제 RD-250 엔진을 변형했다는 분석이 지배적이지만, 이 엔진이 언제 어떤 경로로 반입되어 백두산 엔진으로 탈바꿈했는지는 미스터리다. 

화성-14형은 주엔진 1개에 자세제어용 보조엔진 4개를 장착했지만, 화성-15형은 주엔진 2개를 묶었다. 주 엔진 자체의 각도를 조정해 방향을 바꾸는 짐벌(gimbal) 시스템을 적용했다. 무수단 미사일 개발 당시 그리드 핀(grid pin)을 쓴 것과는 대조적이다. 그리드 핀은 자세안정효과가 있지만, 한 세대 이전의 기술이다. 그리드 핀에서 짐벌 시스템으로 전환하는 과정 또한 알려진 바 없다.

2017년 7월 3일 북한의 대륙간탄도미사일 화성-14형이 발사를 앞두고 이동식발사차량에서 기립해 있다. 연합뉴스

2단 엔진은 더욱 수수께끼다. 3단 우주발사체인 은하-3호나 광명성호 2단 엔진은 스커드 계열을 사용한 것으로 알려졌다. 반면 화성-14, 15형 2단 엔진의 성능은 알려진 게 없다. 화성-14형은 2단 로켓 직경이 1단보다 작은 탑 형태였으나 화성-15형은 1, 2단 직경이 같은 통나무 모양이었다.

보조 엔진을 추가하거나 연료탱크 용량을 늘려 비행거리를 연장한 것으로 관측되나 북한의 엔진 개발과정을 추적할 단서가 없어 구체적인 성능은 추정조차 쉽지 않다.

다만 개발 속도가 매우 빨랐다는 점을 감안하면 러시아, 우크라이나 등에서 관련 기술이 흘러들어갔거나 무기 암시장에서 반입했을 가능성이 있다. 소련 붕괴를 전후로 러시아와 동유럽의 정치적 혼란을 틈타 완제품이나 도면 등을 탈취했을 것이라는 관측도 제기된다. 실제로 1990년대 러시아에서는 다양한 종류의 무기와 관련 장비들의 반출 시도가 잇따라 적발됐고, 우크라이나를 비롯한 동유럽 지역 미사일 공장 등에서 절도 사건이 발생했던 것으로 알려졌다.

북극성 계열에 쓰이는 고체연료 엔진도 정체불명이다. 북한이 이집트에서 반입한 스커드 미사일은 액체연료 엔진이다. 1990년대 북한에 입국해 노동과 무수단 엔진 개발을 도운 러시아 기술진은 마케예프, 이사예프 설계국에서 일한 사람들로 액체연료 엔진 경험을 갖고 있다. 

반면 고체연료 엔진 기술은 추적할만한 단서가 없다. 200㎞도 채 날아가지 못하는 수준의 고체연료 엔진만 갖고 있던 북한은 준중거리탄도미사일(MRBM)과 단거리 탄도미사일을 고체연료로 전환하며 미사일 전력을 대폭 강화했다. 북한의 미사일 전력을 뿌리부터 뒤바꾸는 역할을 했지만, 정확한 성능이나 기술 수준은 물론 과거 이력조차 알 수 없다. 논리적으로 설명되지 않는 대목이다. 

◆신형 ICBM 등장해도 한계는 있을 듯

북한이 7일과 13일 감행한 ‘중대 시험’ 키워드는 ‘핵 억제력 강화’와 ‘시험시간 7분’이다. 일반적으로 ICBM 1단 엔진 연소시간은 3분 안팎이다. 따라서 13일 시험에서 드러난 ‘시험시간 7분’은 껐다가 다시 켜는 특성을 가진 2·3단 엔진 또는 대기권 재진입체 시험 가능성을 시사한다.

38노스가 지난 13일 공개한 서해위성발사장 내 엔진연소시험장 위성사진. 트럭과 크레인으로 추정되는 물체가 포착됐다. 38노스 캡쳐

앞서 7일 진행된 시험까지 감안하면, 우리가 보지 못했던 신형 ICBM이 모습을 드러날 가능성이 있다. 

북한이 백두산 엔진 4기를 묶은 1단 엔진에 기존보다 강력해진 2·3단 엔진을 추가하면 화성-15형보다 탄두중량 또는 비행거리가 늘어난 신형 ICBM을 만들 수 있다. 

2013년 발사된 은하-3호는 27t급 노동 엔진 4개와 3t급 보조 엔진 4개를 결합한 120t급 1단 엔진을 사용했다. 반면 2017년에 등장한 화성-15형은 백두산 엔진 두 개를 사용, 추력이 80~90t급에 이른다. 백두산 엔진 4개를 묶으면 은하-3호보다 훨씬 강한 추력을 내는 1단 엔진을 확보할 수 있다.

여기에 화성-15형에 쓰인 2단 로켓을 장착하면 은하-3호의 위성탑재중량(100㎏ 추정)보다 훨씬 무거운 탄두의 탑재가 가능하다. 북한으로서는 높은 수준의 소형화 작업을 거치지 않고도 위력적인 핵탄두를 미국 본토로 쏠 수 있는 셈이다.

2017년 11월 29일 북한의 대륙간탄도미사일 화성-15형이 발사를 앞두고 준비중이다. 뉴시스

북한 ICBM 기술의 한계로 지적되던 대기권 재진입체도 관련 기술을 이미 확보, 핵탄두를 대기권에 재진입시킬 능력을 갖고 있다는 평가가 많다.

북한은 2017년 5월 21일 MRBM 북극성-2형을 발사하면서 미사일에 설치한 촬영기가 찍은 지구 사진을 공개했다. 대기권 재진입 기술을 확보했다는 점을 부각하려는 의도로 해석된다. 하지만 ICBM 대기권 재진입체 기술이 검증됐다는 증거는 현재까지는 없었다.

그러나 이번 ‘중대 시험’에서 북한이 ICBM급 대기권 재진입체 기술 확보에 성공하게 되면 사정은 달라진다. 최대 180t의 추력을 내는 1단 로켓 위에 2단 로켓을 얹고, 재진입체를 추가하면 화성-15형보다 위력적인 ICBM을 만들 수 있다.

1단 추력이 늘어난 만큼 3단 ICBM 제작도 가능하다. 탄두중량과 비행거리 향상을 통해 미국 본토 전역을 노릴 수 있는 것이다. 미국  입장에서는 최악의 시나리오가 임박한 셈이다. 

반면 신형 ICBM을 과도하게 두려워할 필요는 없다는 지적도 나온다. 화성-15형의 길이는 화성-14형보다 2m 늘어난 20m다. 직경도 1.8m에서 2m로 커졌다. 미사일 크기가 늘어나면서 북한은 화성-14형에 사용된 8축 이동식발사차량(TEL) 외에 9축 TEL을 별도로 만들어야 했다. 차량 길이가 늘어나면 회전 반경이 커져 기동에 제약을 받는다.

신형 ICBM이 탄두중량이나 비행거리가 향상된다면 직경과 길이도 화성-15형보다 늘어날 가능성이 높다. 길이 20m 이상의 10축 TEL이 필요하다는 지적이 나오는 대목이다. 

TEL을 사용하는 목적은 신속한 기동이다. 북한의 열악한 도로 사정을 감안하면 길이 20m가 넘는 TEL을 제대로 활용하기는 어렵다. 사실상 고정식 발사만 가능한데, 이는 한미 연합군이 빠르게 포착해 파괴할 수 있다.

북한이 신형 ICBM을 쏜다 해도 다탄두 미사일이 아니라면 미국의 미사일방어(MD)체계를 돌파하기가 쉽지 않다. ICBM을 대량생산해 다수의 미사일을 발사할 능력을 갖춰야 하나 국제사회의 대북제재로 원료나 장비 반입이 어려운 실정이다.

2017년 9월 김정은 북한 국무위원장이 핵무기연구소를 방문, 핵탄두를 살펴보고 있다. 연합뉴스

북한은 스스로 설정한 ‘연말시한’을 앞두고 대미 압박 수위를 높이고 있지만, ICBM 기술의 한계로 인해 압박 효과는 기대에 미치지 못할 가능성이 있다. 따라서 미국에 대한 태도를 어떻게 취해야 할 것인지를 두고 북한의 고심이 깊어질 전망이다.

박수찬 기자 [e-mail]