중국의 궤도 극초음속 운반 시스템은 미국의 전략적 안정성을 위협

2021년 여름, 냉전의 유령이 눈에 띄지 않는 중국 반도에서 예기치 않게 고개를 내밀었다. 롱 3월 로켓이 우주로 포효하며 음속의 5~25배로 이동할 수 있는 미사일인 극초음속 활공체를 발사하여 지구의 일부 궤도를 돌다가 목표물을 향해 뛰어들었다. 미사일은 목표물에서 수십 마일 떨어진 곳에 떨어졌지만, 이 비밀 실험은 미군 당국자들을 놀라게 했고 경계를 늦추지 못하게 한 것으로 알려졌다. 예측 가능한 궤도를 따라 이동하고 궤도에 진입하지 않는 탄도 미사일보다 낮은 궤도를 비행하고 미사일 방어 및 조기 경보 시스템을 더 잘 피할 수있는 빠르고 기동성있는 무기 시스템을 중국이 놀랍도록 빠르게 개발했음을 보여주었다.

2022년 11월 말, 미 국방부는 중국의 새로운 시스템에 대한 세부 정보를 공개하면서 2021년 시험에서 활공체가 거의 25,000마일을 비행하고 극초음속 속도에 도달했다고 보고했다. 이 시스템은 북극권에서 미국의 미사일 방어 레이더를 무력화하기 위해 구축 된 구소련의 오래된 기술인 부분 궤도 폭격 시스템의 모든 특성에 적합하지만 이전에는 극 초음속 활공 차량과 결합 된 적이 없다. 이름에서 알 수 있듯이, 그러한 시스템은 대기권으로 재진입하기 전에 지구 궤도의 일부를 분리한다. 2021년 중국 실험에서 가장 우려되는 점은 이러한 고속 운반 시스템이 우주에서 핵 탑재체를 운반하는 데 사용될 수 있다는 것이다.

극초음속 활공체만으로는 전략적 안정성에 큰 위험을 초래하지 않는다. 러시아가 우크라이나 공격에 사용한 킨잘 "극초음속 미사일"(실제로는 극초음속 활공 차량이나 순항 미사일이 아닌 공중 발사 탄도 미사일)에 대한 모든 언론의 과대 광고에도 불구하고, 킨잘의 표적 도달 시간 단축과 파괴력 증가는 기존 무기와 비교하면 무시할 수 있는 수준이다. 그러나 극초음속 활공 차량과 분수 궤도 폭격 시스템을 함께 사용하면 두 시스템의 강점이 개별적인 약점을 극복하여 관리 가능한 위협이 될 수 있다.

이 조합을 분리궤도 극초음속 전달 시스템이라고 한다. 이 시스템은 대륙간탄도미사일보다 더 빠르고 추적하기 더 어렵다.

두 기술의 결합 :  2020년, 우려 과학자 연합의 카메론 트레이시(Cameron L. Tracy)는 MIT의 데이비드 라이트와 함께 극초음속 활공체의 성능을 모델링하여 두 가지 중요한 결론에 도달했다: 극초음속 활공체는 탄도 미사일보다 의도한 목표물에 도달하는 데 시간이 더 오래 걸릴 수 있으며, 이전에 제안된 것보다 우주 기반 조기 경보 시스템에서 더 잘 탐지할 수 있다는 것이다. UC 버클리의 위험 및 보안 연구소 교수인 앤드류 레디는 극초음속 활공체가 전략적 안정성에 큰 위험을 초래하지 않으며, 오히려 상호 취약성을 공유하여 안정성을 강화할 수도 있다고 주장한다.

하지만 극초음속 활공체가 부분 궤도 폭격 시스템과 결합되면 이 결합 시스템은 활공체 역학에 대한 기존 분석의 한계를 뛰어넘게 됩니다. 이 두 기술의 결합은 수십 년 동안 이어져 온 관계이다.

분리 궤도 폭격 시스템은 지구 저궤도로 운반된 탑재체를 대기권에 재진입시켜 전체 궤도를 완료하기 전에 목표물을 폭격하는 시스템이다. 이 시스템은 기존 탄도 미사일에 비해 사거리가 지구 전체를 커버하고, 훨씬 더 많은 방향에서 공격을 수행할 수 있으며, 페이로드 전달에 필요한 시간이 비슷한 ICBM 페이로드보다 몇 분 더 짧을 수 있다는 몇 가지 장점이 있다.

소련은 1960년대 후반에 기능적인 분리 궤도 폭격 시스템을 개발했다. 그러나 이러한 폭격 시스템은 몇 가지 이유로 인해 20세기에 미국이 추구할 가치가 없는 것으로 간주되었다:

- 이러한 시스템은 ICBM만큼 정밀하거나 정확하지 않았고, 발사된 미사일의 50%만이 목표물에서 0.68마일 이내에 탄착했다.
- 미국은 의미 있는 우주 기반 조기 탐지 기능을 개발하여 목표물 도달 시간이 빨라진다는 이점을 무력화했다.
- 지구 저궤도 진입이 어려웠기 때문에 탑재체 크기를 줄여야 했다.
- SALT II 조약은 궤도 폭격 시스템을 명시적으로 금지했다

하지만 부분 궤도 폭격 시스템을 극초음속 활공 차량과 결합하여 부분 궤도 극초음속 전달 시스템을 만들면 이러한 단점은 더 이상 중요하지 않다.

닷지, 덕, 딥, 다이빙. : 분리 궤도 폭격 시스템은 부정확한 전달 메커니즘이다. 재진입과 이후 전달 과정에서 페이로드의 속도가 빠르기 때문에 표적 조준에 상당한 오차가 발생한다. 정밀 탄약과 부수적 피해를 최소화해야 하는 현대 조약 시대에 부분 궤도 폭격 시스템은 바람직하지 않은 무기 시스템이다.

오류가 발생하기 쉬운 폭격 시스템과 달리 극초음속 활공체는 대기권 재진입 후에도 정밀하게 기동하고 비행 경로를 조정할 수 있다. 대기권 비행을 장시간 유지하거나("활공"), 대기권을 빠져나갔다가 나중에 재진입("스킵")할 수도 있다. 비탄도 대기권 진입을 통해 극초음속 활공체는 예측할 수 없는 비행 경로를 따라 요격을 피하고 레이더 탐지 시스템의 탐지 범위 아래로 비행할 수 있다. 초기 대기권 재진입의 부정확성은 극초음속 활공체의 비행 경로를 미세하게 조정하여 수정할 수 있다.

분리 궤도 극초음속 전달 시스템은 이러한 장점과 궤도 폭격을 결합하여 두 가지 장점을 모두 구현한다. 부분 궤도 극초음속 전달 시스템은 ICBM보다 최대 10분 더 빠르게 페이로드를 전달할 수 있다. 부분 궤도 극초음속 전달 시스템의 궤적은 지구에 더 가깝게 머물러 미사일 방어 레이더의 탐지 범위 아래에 있기 때문에 추적하기 어렵고, 극초음속 활공체 탑재체의 기동성이 높아지기 때문에 추적하기가 더 어렵다. 이러한 시스템 조합의 이론적 정밀도와 정확도 향상으로 인해 현대 정밀 탄약 시대에 부분 궤도 폭격 시스템을 실행할 수 있다.

추가적으로, 활공체를 극초음속으로 가속하는 것은 지구 대기권 내부보다 대기권 밖에서 더 쉽게 할 수 있다. 지구의 중력은 지표면으로부터 멀어질수록 약해지고, 빈 공간에는 움직이는 물체의 속도를 늦추는 마찰이 거의 없기 때문에 극초음속 활공체는 대기권을 통과하는 차량보다 더 효율적으로 고속에 도달할 수 있다. 즉, 극초음속 활공체는 연료를 덜 태우며 조기 경보 시스템에서 감지할 수 있는 열을 덜 방출한다.

군중 속에서 길을 잃다 : 지구 저궤도에 대한 접근성이 점점 더 높아지고 있다. 2022년 봄까지 우주에 있는 위성의 수는 약 5,500개로 추정된다. 2030년에는 이 숫자가 추가로 58,000개까지 늘어날 것으로 예상됩니다. 이러한 붐이 일어나고 있는 이유는 발사 비용이 대폭 감소했기 때문이다. 로켓 랩, SpaceX 등의 민간 기업이 발사 비용을 크게 낮췄으며, 향후 몇 년 동안 비슷한 규모의 비용 절감이 예상된다. 우주 산업은 페이로드 크기를 표준화하여 상호 운용성을 높이고 페이로드 개발 비용을 절감했다. 또한 스핀런치의 전기 동력 발사 시스템과 같은 새로운 페이로드 전달 메커니즘은 대형 페이로드를 궤도에 올리는 새로운 방법을 보여주고 있다.

지구 저궤도에 위성이 확산되면서 개별 탑재체를 이해하고 추적하는 것이 점점 더 어려워지고 있다. 레오랩스와 같은 회사들이 지구 저궤도에 있는 모든 물체를 특성화하고 모니터링하려고 시도하고 있지만, 확산이 증가함에 따라 그 신뢰성에 의문이 제기되고 있다.

미래에는 부분 궤도 초음속 배송 시스템이 수년 전부터 준비되어 다른 우주선 사이에 숨어 지구 저궤도에서 유지되면서 부분 궤도가 아닌 여러 궤도를 완주한 후 배치될 수 있다. 대형 페이로드는 시간이 지남에 따라 우주에 배치될 수 있다. 이러한 시스템을 사용해야 할 때만 궤도를 최종 조정하여 극초음속 활공체를 목표물에 신속하게 전달할 수 있다. 소련은 여러 궤도 폭격 시스템을 검토한 끝에 부분 궤도 시스템에 대부분의 노력을 투자하기로 결정했다.

회색 지대에서의 생활. 미국과 소련이 체결한 전략무기감축협정(SALT II)은 분궤도 폭격 시스템의 사용을 금지했다. 양국 정부가 공식적으로 비준한 적은 없지만, 이 협정은 1991년 START I 조약이 체결되면서 만료된 후에도 유지되었다. START I 조약은 핵탄두가 탑재된 모든 궤도 발사 시스템으로 제한하여 SALT II 금지 조항을 수정했다. 이러한 정신에 따라 현재 유효한 1967년 우주공간조약은 "지구 주변 궤도"에 핵무기 또는 대량살상무기를 설치하는 것을 금지하고 있다.

"지구 주변 궤도"는 의도적으로 특정한 문구다. 따라서 대륙간 탄도 미사일과 같은 무기 시스템이 조약을 위반하지 않고 우주 공간에 잠시 진입할 수 있으며, 부분 궤도 폭격 시스템도 허용될 수 있다. 린든 존슨 대통령 시절의 분석에 따르면 백악관의 우주 조약 해석에 따라 부분 궤도 폭격 시스템이 합법적이라는 결론이 내려졌다. 그 결과 오늘날 부분 궤도 폭격 시스템이나 부분 궤도 극초음속 전달 시스템의 사용을 금지하는 조약은 시행되고 있지 않다.

이 분석은 재검토되어야 한다. 앞서 언급한 중국의 2021년 궤도 발사 시스템 능력 시험은 중국의 변화하는 핵 태세를 고려할 때 우려스러운 발전이다. 중국 국방부의 백서는 "모든 전장"에서 핵과 재래식 능력을 모두 개발하겠다는 중국의 의지를 강조한다. 중국은 2000년대 초반부터 우주를 유효한 전투 공간으로 간주하고 핵을 탑재한 극초음속 활공체에 투자해 왔다. 중국의 핵 분수 궤도 극초음속 전달 체계는 의문의 여지가 없다.

이 가능성에는 한 가지 희망이 있습니다. 중국은 우주 조약에 대한 의지를 공개적으로 확인했다. 2008년 중국과 러시아는 우주 무기 경쟁 방지 조약(PAROS) 초안을 작성하기 위해 협력했다. 이 초안은 미국이 반대표를 던진 결의안인 우주 공간에 무기를 처음 배치하는 것을 금지하는 내용을 담고 있으며, 이는 중국이 지구의 여러 궤도를 도는 무기 시스템을 배치하지 않을 것이라는 확신을 준다.

안정성에 대한 의미 있는 위협인가요? 궤도 극초음속 전달 시스템은 선제공격에 사용될 수 있는 시스템 클래스에서 의미 있는 새로운 개발이다. 의미 있는 핵 능력을 보유하고 분리 궤도 극초음속 전달 시스템을 확보한 국가는 현재 존재하는 어떤 시스템보다 빠르게 대량의 핵 탑재체를 전달할 수 있으며, 비행 중 훨씬 더 오랜 시간 동안 탐지되지 않을 수 있다. 중국의 이 능력 개발은 선제공격 능력 개발에 대한 전 세계의 새로운 관심을 불러일으키는 신호탄이다.

트레이시와 카메론이 수행한 연구를 확장한 부분 궤도 극초음속 전달 시스템의 역학에 대한 수학적 분석이 필요하다. 이러한 시스템은 극초음속 활공체보다 탐지하기 어렵고, 극초음속 활공체와 ICBM보다 빠르게 목표물에 도달할 수 있으며, 목표물에 전달되기 전까지 수년 동안 잠복할 수 있는 능력을 갖추고 있다.