북한 이동식 대륙간탄도탄 KN-08/KN-14의 실체 > News Insight

   평양의 핵과 미사일 위협이 갈수록 고조된다. 지난 1월 6일 기습적으로 4차 핵실험을 감행했으며 2월 7일 장거리로켓 광명성호를 발사했다. 이어서 평양의 미사일 능력 과시가 연거푸 이어졌다. 북한은 3월 9일 KN-08 또는 KN-14 이동식 대륙간탄도미사일(ICBM)의 상단에 장착될 수 있는 핵탄두 구조도와 구(球)형의 핵폭탄과 기폭장치로 추정되는 물체를 ‘의도적으로’ 공개했다. 미국과 한국을 공격할 수도 있으니 자기들 주장에 귀를 기울여 달라는 협박으로 보인다.  

   3월 15일엔 장거리탄도미사일의 대기권 재진입 환경모의시험 광경을 공개하며 ICBM의 재진입체(RV : Reentry Vehicle) 기술을 확보했다고도 주장했다. 핵과 미사일 기술을 단계적, 의도적으로 노출하면서 한국과 미국을 위협하는 것이다. 

   3월 24일 북한 매체는 고체추진제를 사용하는 고체로켓모터의 지상연소시험 및 단(段)분리시험을 성공적으로 수행했다고 발표했다. 고체추진제 로켓은 액체로켓과 달리 발사 직전에 추진제를 주입할 필요가 없이 항상 발사준비가 돼 있는 미사일 제조를 가능케 한다.

   이어서 4월 9일엔 신형 ICBM 고추력 액체로켓엔진의 지상연소시험에 성공했다고 주장했다. 연소가스 불꽃으로부터 2기 묶음형 엔진으로 판단된다. 엔진은 짧고 직경이 커 기존의 스커드나 노동엔진이 아닌 R-27 잠수함발사탄도미사일(SLBM) 엔진의 파생형으로 보인다. 또한 연소가스의 색깔을 보면 성능 증진을 위해 등유(Kerosene) 계열이 아닌 고에너지 추진제를 사용한다.   

   북한이 개발 중인 이동식 ICBM KN-08 및 KN-14의 실체는 존재하는지 분석하고, 이를 위해서 어떤 노력을 하고 있는지 살펴보고자 한다. 

   한국에서 최초로 이뤄진 이 분석은 북한 매체가 공개한 사진 및 영상, ‘북한의 주장’ 등을 기반으로 했다. 이동식 KN-08 및 KN-14 ICBM과 관련해 알려지지 않은 제원과 물성치 등은 공학적 예측 및 유사성 추정을 통해 획득했으며 실제 데이터와는 오차가 있을 수 있다.  

열병식에서 자랑하듯 보여준 KN-08/KN-14

   미국, 러시아, 중국 등은 중·단거리미사일과 마찬가지로 이동식발사대에서 ICBM을 쏠 수 있다. 북한이 KN-08 혹은 KN-14 개발에 열을 올리는 것은 이동식미사일의 기동성, 신속성, 비닉성, 생존성 등의 능력을 확보하기 위해서다. KN-08, KN-14 등의 이름은 북한 무기체계가 서방에 노출된 순서대로 미국 국방부가 명명한 것이다.  

   이동식 ICBM인 KN-08의 모조품 모델이 2012년 4월 15일 김일성 생일 100주년을 기념하는 열병식에서 첫 선을 보였다. 2015년 10월 10일 노동당 창건 70주년 기념 열병식에서는 개량형 KN-08의 형상을 공개했다. 모조품 형상만 공개한 것이기에 미사일이 실제로 존재하는지는 확인할 수 없었다. 최근 미국 국방부는 개량형 KN-08 ICBM을 KN-14로 바꿔 명명했다. 

   [그림 1]은 KN-08이 8축의 중국제 이동식미사일발사대(TEL) 차량 위에 실려 이동하는 모습을 보여준다. [그림 2]는 개량형 KN-08로 불리다 KN-14로 바꿔 불리는 ICBM 모습이다. KN-14는 KN-08에 비해 미사일의 길이가 현저하게 줄었으며 노즈콘(로켓의 원추형 앞부분)의 모습이 근본적으로 바뀌었다. 

[그림 ] TEL 차량에 탑재되어 이동하는 2012년형 KN-08(Mod 1) ICBM

[그림 ] 개량형 KN-08(Mod 2) 또는 KN-14 ICBM (2015년)

1단과 2단은 기존의 ‘스커드’ 또는 ‘노동’ 엔진을 조합했다 

   한국과 미국 정부는 북한이 열병식에서 보여준 KN-08 또는 KN-14가 소형화된 핵탄두를 탑재하고 미국 서부지역을 공격할 수 있는 수준의 3단 또는 2단으로 구성된 액체로켓미사일인 것으로 추정한다. 북한이 현재 KN-08 또는 KN-14에 탑재할 수 있는 소형, 경량의 핵탄두를 개발할 능력을 갖췄다는 것이 일반적 견해지만, 이러한 기술을 시험한 전례가 없어 전력화 배치가 가능한 수준이라는 것에는 부정적 기류도 많다.

   탄도미사일은 비행시험을 통해 성능 및 비행 안정성을 확인하고 안전과 신뢰성을 증진할 수 있다. 냉전시대 미국과 옛 소련은 상대방이 개발 중인 탄도미사일의 비행시험을 감시하고 관측해 성능을 예측하고 개발 현황을 면밀히 파악하곤 했다. 그런데 북한은 지정학적 위치에 따른 제한으로 중·장거리미사일 비행시험 수행이 현실적으로 어렵다. 

   전술한 바와 같이, 2015년 열병식 때 선보인 KN-14와 2012년에 보여준 KN-08은 외관상 상당한 차이가 있으나, 면밀히 관찰해 보면 차이만큼이나 유사성도 많다. 냉전기간 중 옛 소련으로부터 얻은 기술과 북한의 독자적 기술을 혼합했기에 두 미사일의 기술 기반은 대부분 동일한 것으로 판단된다. 그러나 미사일의 성능에 영향을 미치는 구조설계 부분에서는 현저한 발전을 이룬 것으로 분석된다. 미사일의 성능은 크게 변하지 않은 것으로 판단되나 잠재적 신뢰성이 증진된 것으로 추정된다.

   KN-14의 1단과 2단 엔진은 2012년 KN-08 모델과 동일하거나 유사한 엔진을 사용한 것으로 보인다. 3단으로 구성된 KN-08의 1단 엔진은 스커드 엔진 4기나 노동엔진 2기 또는 R-27 엔진의 묶음형(Clustering)일 가능성이 높으며, 2단 엔진은 1기의 노동 엔진, 2기의 스커드 엔진, 또는 단일의 R-27 잠수함발사탄도미사일 엔진 탑재를 가정할 수 있다. 1단과 2단은 동일한 직경을 가지며 이들 단 사이에는 중간단(Interstage) 또는 엔진 베이(Bays)가 위치하는 것으로 추정된다. 3단의 경우는 1단과 2단에 비해 현저하게 작은 직경을 가지며, 소형 로켓엔진을 개발했거나 R-27 버니어 엔진을 탑재한 것으로 추정된다. 

   2단으로 구성된 KN-14의 1단 엔진은 스커드 4기, 노동 엔진 4기 또는 R-27 2기의 묶음형 엔진, 그리고 2단 엔진은 옛 소련의 R-27 잠수함발사탄도미사일 엔진이나 노동 또는 스커드 엔진 1기를 사용하는 것으로 추정된다. 소형, 경량화를 위해 KN-08에서 KN-14로 진화하면서 1단과 2단 추진제 탱크의 길이는 현저하게 증가한 대신 3단 엔진은 제거된 것으로 추정된다. 하지만, KN-14의 경우에도 탄두의 방향 및 자세제어를 위한 추진시스템은 추가로 장착되어야 한다.  

아직 갈 길 먼 전력화  

   추진제 탱크와 통합된 미사일 구조도 KN-14로 개량되면서 근본적으로 개선된 것으로 판단된다. KN-14에서는 KN-08과 서해에서 건져진 은하 3호 로켓의 구조물에서 나타난 광범위한 범위의 리벳(Rivet) 작업이 사라졌다. 이러한 구조 변경은 현대 미사일에서 일반적으로 채택하는 등(等) 그리드(Isogrid) 구조가 추가됐다는 것을 뜻한다. 이 같은 기술적 진보는 KN-14의 중량을 줄이고 궁극적으로 사거리를 연장하는데 기여할 수 있다.

   KN-08의 원뿔형 형상 상단은 KN-14에서 짧고 뭉뚝한 상단으로 대체돼 재진입체의 형상도 끝이 둥근 형태가 될 것으로 추정된다. 이러한 형상은 개발이 쉽고 재진입시 생존하는 데 유리하다. 단, 정밀성이 떨어지고 미사일방어체계에 취약하다는 단점이 있다. 복잡한 3단으로 구성된 KN-08은 전시에 신뢰성 있게 작동하기 어렵다. 새로운 설계인 KN-14는 더욱 경량일 것으로 추정되며 사거리가 증가되고 신뢰성이 증진되면 장기적으로 미국에 위협적인 ICBM이 될 수 있다. 

   기술적으로 진보하기는 했으나 KN-08을 KN-14로 재설계하면서 발생한 변경사항으로 인해 ICBM의 실제 전력화는 더욱 미뤄질 것으로 예상된다. 북한이 이동식 ICBM 개발에서 단계적 진전은 이루겠지만 기술적 난제 등으로 인해 기대한 것보다 실전 배치가 늦어질 수 있다.    

‘엔진 조합’ 방식의 딜레마

   필자가 추정한 각 단의 중량 및 엔진 성능을 기준으로 시뮬레이션을 수행하여 KN-08 및 KN-14 ICBM의 성능을 분석했다. 중량 및 엔진성능 추정과 관련한 기술적 분석은 전문적인 내용이어서 이 글에는 싣지 않는다. 시뮬레이션의 가정과 관련한 기술적 내용 역시 지면 관계상 생략하고 가장 최신 설계를 반영한 KN-14의 성능만을 논의한다. 

   KN-14 성능분석을 위해 네 가지 유형의 엔진 조합을 가정한다. KN-14 엔진도 스커드, 노동, 또는 R-27 엔진을 기반으로 한다고 추정한다. 이들 엔진은 수십 년 동안의 개발을 통해 신뢰성을 확보했고 개발비용과 일정을 최소화할 수 있기 때문이다. 

   네 조합 중 1단에 스커드 엔진 4기 묶음형, 2단에는 단일의 노동 엔진을 장착한 KN-14A 유형의 ICBM이 약 6,300㎞의 사거리를 갖는 것을 확인했다. 다음은 1단에 노동 엔진 4기 묶음형과 2단에 단일의 노동 엔진을 장착한 KN-14B의 경우로서 약 6,000km의 사거리를 보여준다. 사거리가 긴 엔진 조합은 R-27 엔진을 사용하는 경우로서, 1단에 노동 엔진 4기 묶음형과 2단에 R-27 엔진 1기를 장착하는 KN-14C와 1단에 R-27 엔진 2기 묶음형과 2단에 R-27 엔진 1기를 탑재하는 KN-14D이다. KN-14C와 KN-14D ICBM의 경우 최대사거리가 각각 약 7,900km와 9,400km 정도로 예상된다.  

   1단과 2단에 스커드 엔진 묶음을 장착하면 추진제 양을 더 많이 탑재할 수 있으며, 잠입형인 R-27 엔진을 사용하는 경우에는 고에너지 추진제를 사용하여 비추력이 증가하여 사거리가 훨씬 늘어난다는 것을 알 수 있다. 위 분석 결과는 상단의 중간단에 위치하는 정밀유도제어 추진시스템의 중량을 150kg, 핵탄두 및 페어링의 중량을 500kg으로 가정한 경우이며, 핵탄두를 더욱 경량화시키는 경우 사거리는 12,000km 이상도 가능하다.

   이 대목에서 북한이 가진 기술적 딜레마가 있다. 노동 엔진 4기의 묶음형 미사일은 은하 3호 장거리 로켓 발사 등을 통해 상당한 수준의 신뢰성을 확보했으나 중량이 커 이동식미사일발사대에 장착하기 어렵다. 북한이 풀어야 할 숙제다. 요컨대 2단 로켓으로 구성된 KN-14의 탄두가 낙하하는 지점을 기준으로 한 사거리는 6,000㎞~9,400㎞ 수준으로 추정되며, 이 같은 엔진 조합으로는 미국 전역을 타격할 수준의 ICBM이 될 수 없을 것으로 추정된다. 북한이 최대사거리 1만㎞ 이상의 이동식 ICBM을 개발하려면 소형, 경량의 핵탄두 및 상단 추진시스템(또는 PBV)의 개발이 필요할 것으로 분석된다.

   북한이 4월 9일 수행한 신형 ICBM 고추력 액체로켓엔진의 지상연소시험은 KN-14/KN-08 ICBM 개발 한계와 무관하지 않아 보인다. 기존의 스커드나 노동 엔진 기반으로는 미국 전역을 타격할 수 있는 KN-14/KN-08 ICBM 개발이 역부족이다. 이 때문에 북한은 새로운 엔진 개발을 강조하고 있는 것이다. 전술한 바와 같이 이는 짧고 직경이 큰 러시아 R-27 엔진의 파생형으로 보인다.

   KN-14는 이동식미사일이므로 어느 장소나 위치에서도 발사가 가능하나, 인구밀도가 낮아 핵탄두의 저장 및 운용이 용이한 양강도의 영저리 미사일 기지를 발사지역으로 가정해 시뮬레이션을 수행했다. 미사일 발사 방향은 미국을 목표로 한 것으로 가정했다. [그림 3]은 네 가지 유형의 엔진 조합에 따른 사거리와 고도의 시뮬레이션 결과를 보여준다. 

[그림 3] 엔진 조합에 따른 KN-14A, B, C, D 모델별 사거리-고도 변화 

ICBM도 소형화·경량화 해야

   아직 개발이 진행 중인 KN-08 또는 KN-14 ICBM이 전력화되어 현재 북한에 존재할 가능성은 거의 없어 보인다. 2012년 제작돼 평양 퍼레이드 때 공개한 모조품 KN-08이나 2015년 형상이 등장한 KN-14가 최종 설계를 바탕으로 한 것일 가능성은 있으나, 실천 배치해 공격용 미사일로 사용하려면 다수의 지상시험 및 비행시험을 거쳐야 한다. 

   그럼에도 북한이 풀어야 할 숙제가 적지 않다. ICBM을 이동식 발사대에 장착하려면 소형화, 경량화가 요구된다. 로켓엔진 및 핵탄두 등에 대한 소형화 및 경량화가 되지 않으면 미국 전역을 타격할 수 있는 수준의 사거리 확보도 어려울 것이다. 실질적인 비행시험을 통한 재진입체의 개발 및 검증도 필요하다. 탄두의 방향 및 자세를 제어하는 추진시스템(예, PBV; Post Boost Vehicle)의 소형 경량화도 필수적이다. 

   북한은 그간 노동 엔진의 묶음 기술에 기반한 로켓을 다섯 차례 발사했다. 그중 2번 성공하고 3번 실패했다. R-27 엔진을 기반으로 한 3단에 활용이 가능한 소형로켓도 시험 발사했을 것으로 추정된다. 중요한 대목은 북한 ICBM의 재진입체가 마하 25 수준의 재진입 속도로 대기권 재진입 시험에 성공한 적이 아직 없다는 것이다.

극히 제한된 능력의 이동식 ICBM  

   현재로서는 KN-08 또는 KN-14가 성공적으로 개발돼 가용 무기체계가 됐다고 하더라도 그 수는 제한될 것이다. 만일 KN-08 또는 KN-14 ICBM이 적어도 하나 또는 그 이상의 R-27 엔진을 요구한다면 R-27 엔진의 완전 국산화까지는 실전 배치하는 미사일의 수는 극히 제한적일 것이다. 

  요약하면 북한이 개발 중인 스커드나 노동 엔진에 기반한 KN-14/ KN-08 ICBM은 제한된 사거리와 성능을 가진다. R-27 엔진에 기반한 KN-14/KN-08 ICBM은 ‘의미 있는’ 사거리 및 성능을 제공할 수 있으나, 완전 독자기술을 확보하지 않는 한 운영상의 문제를 유발할 수 있고 잠입형(Submerged)의 R-27 엔진을 대량 생산하는 것에는 ‘도전적 기술’의 확보가 필요하다. 

   따라서 북한이 비행시험을 통해 운영 능력을 검증한 ICBM을 전력화하더라도 극히 제한된 능력을 가진 무기체계가 될 것이다. 또한 실질적 의미의 이동식 미사일이 되기는 어려울 것으로 예상된다. 트럭에 의해 운송되고 발사 수 시간 전에 준비돼는 형태에 머물 가능성이 크다. 대도시를 타격할 수는 있을 테지만 정확도는 낮을 것이다. 

   북한이 KN-08 또는 KN-14 개발에 총력을 기울일 것으로 보이지만, 기존에 확보한 로켓엔진기술, 다시 말해 스커드와 노동 엔진을 활용하는 방식으로는 ‘의미 있는’ 이동식 ICBM을 확보하는 데는 제한이 많다. 북한이 기존에 확보한 미사일 엔진 및 기술로 주물럭거린다고 해도 매우 제한적인 ICBM이 될 것이다. 기존의 엔진을 사용한다면 제한된 무게의 탄두만 탑재가 가능하며 미국 서부 해안에 겨우 도달할 것이다. 북한이 미국 전역을 타격할 수 있으려면 고성능의 R-27 로켓엔진을 독자개발해야 한다는 얘기다.  

   위에서 언급한 바와 같이 4월 9일 조선중앙통신은 신형 ICBM용 고추력 엔진 지상연소시험에 성공했다고 보도했다. KN-14의 1단에 사용되는 ‘새로운 엔진’을 개발하고 있는 것으로 보인다. 스커드나 노동의 엔진 조합을 통해서는 미국 전역을 타격할 사거리를 확보하지 못한다는 것을 방증하는 것이기도 하다.