북한 신형 ICBM의 기술수준은? > News Insight

 지난 11월 18일 북한은 평양 순안에서 11축 미사일발사대(TEL)에 장착된 화성-17형 ICBM을 고각궤적으로 성공적인 발사를 수행했다. 2020년 노동당 창건 75주년 기념 열병식에서 선보였던 초대형 ICBM(현재의 화성-17형에 해당)에 대해 올해 들어 다수의 시험발사를 추진한 것으로 추정되고 있다. 올해 3월 16일에는 발사 상승 중 공중에서 폭발하였으나, 3월 24일 발사한 ICBM의 경우 성공적으로 발사했다. 북한은 화성-17형 ICBM을 성공적으로 발사했다고 대대적인 홍보를 하였으나, 한국군은 화성-15형 ICBM을 발사하고 영상을 조작한 것으로 결론을 내렸다. 

얼마 전 11월 18일에 정점고도 6,040 km, 사거리 999km 및 비행시간 69분의 고각궤적으로 발사한 ICBM은 북한과 한국군 모두 화성-17형으로 식별하였다. 이외에도 지난 2월부터 11월 3일까지 5차례에 걸쳐 준중거리(RMRBM)의 고각궤적으로 시험발사된 미사일에 대해 한국군은 화성-17형 ICBM의 기술검증이었다고 발표한 반면, 북한은 정찰위성기술 및 부품에 대한 검증을 위한 미사일 발사시험이라거나 특수기능전투부의 검증을 위한 시험발사라고 주장했다. 이들 화성-17형 ICBM의 시험발사에 대한 진의는 상호 검증을 하지 않는 한 미스테리로 남을 것이다.  

  본 고에서는 KN-08과 KN-14로 대표되는 구형 ICBM의 개발 추진상황과 왜 시험발사도 포기하고 급작스럽게 백두산엔진을 기반으로 한 신형 ICBM(화성-14형 및 화성-15형) 개발로 전환했는지, 그리고 작년 초 당 8차대회 이후 본격화된 화성-17형 ICBM의 개발현황 및 기술수준을 살펴본다. 북한은 화성-17형 ICBM을 "행성최강의 ICBM"이라 부르고 국내에서는 "괴물 ICBM"이라 칭하는데, 이러한 호칭이 타당할 정도의 운용성능 및 위력을 보유하고 있는지 논의하고자 한다. 그리고 작년 당 8차대회에서 공개한 국방력개발계획 관련하여 ICBM과 연계한 “다탄두개별유도기술” 및 15,000km 사거리의 미사일 개발 등에 대한 연계성 등을 검토한다.   

북한은 왜 구형 ICBM(KN-08 및 KN-14)을 포기했나?

  북한은 1990년대 중반 3단으로 구성된 대포동-2 대륙간탄도미사일(ICBM)의 설계 및 개발을 시작했다. 1단은 4기의 노동미사일 엔진을 클러스터링하고, 2단은 1기의 노동미사일 엔진을 사용한 것으로 추정되었다. 2006년 7월 북한은 대포동-2 장거리미사일의 시험발사를 수행했다. 하지만, 대포동-2 미사일은 이륙 후 약 40~42초 만에 폭발했다. 비행시험의 실패에도 불구하고 미 정보당국은 대포동-2 ICBM이 소형경량의 핵탄두를 싣고 미 본토 서해안을 타격할 수 있다고 주장한 바가 있다.

  북한은 미국에 대한 핵미사일 억제를 위해 본격적으로 미 본토를 타격할 수 있는 대륙간탄도미사일(ICBM) 개발을 2010년대 초부터 추진해왔다. 2012년 북한은 김일성 탄생 100주기를 기념한 군사퍼레이드에서 KN-08 ICBM의 형상을 선보였다. KN-08 ICBM은 6대의 중국제 8축 트럭인 이동식미사일발사대(TEL)에 실려 이동했다. 2015년 10월에는 KN-08을 업그레이드한 KN-14 ICBM을 선보이기도 했다. KN-14 ICBM은 KN-08 ICBM에 비해 전장이 짧고 3단이 아닌 2단으로 구성된 추진체를 장착한 것으로 추정되었다.

  이들 ICBM은 성능 향상을 위해 1단에 2기의 무수단 엔진 클러스터링을 장착한 것으로 확인되었으나, 2015년 군사퍼레이드에서 보여주기까지 시험발사를 수행한 전례가 없었다. 이때까지는 북한은 KN-08 또는 KN-14 ICBM을 개발하는 것을 목표로 한 것으로 판단된다. 북한은 2016년 4월 9일 새로운 타입의 ICBM용 엔진 지상연소시험을 수행했다. 이 엔진은 옛 소련의 잠수함발사탄도미사일(SLBM)인 R-27의 4D10 엔진과 유사한 것으로 보였다. 엔진 및 노즐이 짧고 뭉뚝한 것으로 보아 SS-N-6 잠입형 엔진인 무수단미사일 엔진으로 추정되었다. 무수단엔진은 고에너지 추진제를 사용하고 스커드 엔진에 비해 높은 성능을 제공한다. TEL에 탑재하여 발사되는 이동식 ICBM을 개발하기 위해서는 미사일의 크기 및 중량을 최대한 줄여야 한다. 이를 위해서 북한은 잠입형 엔진형상을 갖는 무수단 엔진이 TEL 기반의 ICBM을 위한 최적의 추진체로 판단한 것으로 보인다. 하지만, 2016년 8차례에 걸친 무수단미사일의 시험발사에서 7번의 실패를 겪음으로써 불요불급하게 무수단엔진을 기반으로 개발한 KN-08 및 KN-14 ICBM을 포기할 수밖에 없었다.

백두산엔진을 이용한 신형 ICBM의 탄생 및 특성

  이들 무수단엔진의 신뢰성 부재로 인해 북한 정권은 2016년 말에 그동안 은하-9호 우주발사체 개발을 위해 준비한 백두산엔진을 ICBM 개발에 활용하기로 결정하고, 급작스럽게 두 차례의 지상연소시험을 2016년 9월과 2017년 3월에 수행한 후 중장거리탄도미사일(IRBM) 및 ICBM 엔진으로 사용하기로 결정하였다. 백두산엔진은 원래 러시아가 개발한 80톤 추력의 쌍둥이엔진(단일의 터보펌프를 이용하여 추진제를 연소실에 공급하는 이중 챔버 엔진) RD-250의 역설계에 의한 복제판으로 추정된다. 백두산엔진의 단일 챔버 엔진으로 개조하여 1단 추진체로 사용한 화성-12형 IRBM을 2017년 4월에 3차례에 걸쳐서 비행시험을 수행하였으나 연속적으로 실패한 것으로 알려졌다. 

마침내 2017년 5월에 화성-12형 IRBM을 고각궤적으로 성공적 발사를 수행하였다. 화성-12형 IRBM은 연소실을 하나로 줄인 단일 챔버 엔진으로 추력은 40~50톤 정도로 추정되며 터보펌프 효율은 60% 정도로 예상된다. 이후 2017년 8월 29일과 9월 15일 두 차례에 걸쳐 화성-12형 IRBM에 대해 일본 열도를 가로지르는 정상궤적 발사를 성공적으로 수행하여 미군기지가 있는 괌에 대한 타격 능력을 검증한 바 있다.

  김정은은 2017년 1월 신년사에서 ICBM 개발이 마감단계에 있다고 천명하였기 때문에, 당시로서는 ICBM 개발은 북한 무기체계개발에서 가장 시급한 과제였다. 결국 2017년 7월에 화성-12형 IRBM 1단 추진체에 알려지지 않은 소형액체로켓엔진을 2단에 장착한 화성-14형 ICBM을 개발하고 두 차례에 걸쳐 시험발사하였다. 7월 4일에 발사된 첫 발사에서는 정점고도가 2,802km, 사거리는 933km이었으며, 두 번째 발사에서는 정점고도는 3,725km에 이르렀고 사거리는 998km로 제한하였다. 두 경우 모두 일본의 경제적배타수역(EEZ) 내에 탄착시켰다. 화성-14 ICBM의 1차 시험발사는 기술시연을 위한 미사일개발시험에 해당하고, 2차 시험발사는 사거리를 증가시키고 추가적인 업그레이드를 통해 전시 운영에 가까운 신뢰성 향상을 위한 발사로 추정할 수 있다. 화성-14형  ICBM은 미국 본토를 타격할 수 있는 수준은 아닌 것으로 확인되었으며, 궁극적으로 북한은 1단과 2단 추진체의 성능을 키워 11,000km 이상의 사거리 성능을 갖는 ICBM 개발을 더욱 서두르게 되었다. 이렇게 해서 탄생한 탄도미사일이 1단에 추력 80톤급의 쌍둥이엔진(이중 챔버 엔진)을 장착한 화성-15형 ICBM이다. 

  북한은 2017년 11월 29일 실질적으로 미 본토를 타격할 수 있는 사거리 성능을 보여준 화성-15형 ICBM 시험발사를 성공적으로 수행했다. 화성-15형 ICBM은 4,475km의 정점고도와 950km의 사거리를 비행하고 일본의 EEZ 수역 내에 탄착하였다. 화성-15형과 화성-14형 ICBM의 큰 차이 중 하나는 미사일의 자세 및 방향을 제어할 수 있는 버니어엔진/보조추력엔진이 화성-15형 ICBM에는 장착되어 있지 않다는 것이다. 이는 1단 쌍둥이엔진 장착으로 인해 1단 엔진노즐의 옆쪽에 빈 공간이 부족하기 때문인 것으로 추정된다. 모든 미사일은 자세 및 방향 제어장치를 장착해야만 원하는 방향으로 비행을 할 수 있으며, 결국 북한은 최신의 제어장치인 추력벡터제어(TVC; Thrust Vector Control)시스템을 개발하여 장착한 것으로 예측된다. 이는 짐벌장치(Gimbal Device)를 이용해 연소가스의 방향을 제어할 수 있도록 노즐을 회전시키는 장치이다.     

  북한은 2020년 노동당 창건 75주년 기념 열병식에서 11축 TEL에 장착된 초대형 ICBM을 최초로 공개하였다. 이는 2021년 1월 당 8차대회의 사업총화보고에서 명시한 다탄두개별유도기술과 15,000km 사거리의 ICBM 고도화, 고체추진제 ICBM 개발, 등은 신형 ICBM 개발과 연관된 과업이다. 여기서 다탄두개별유도기술은 다탄두개별재진입체(MIRV; Multi-Independently Reentry Vehicle)와 후추진체(PBV; Post Boost Vehicle)와 연계된 것으로 추정되며, 이는 화성-17형 ICBM의 성능 및 운용 요구사항으로 판단된다.

  북한이 2022년 11월 18일 고각궤적으로 발사한 화성-17형 ICBM은 고도 6,040km, 사거리 999km의 궤적 및 69분의 비행시간을 기록한 것으로 북한이 발표하였으며, 한국군이 탐지한 고도 6,100km 및 사거리 1,000km도 이와 거의 유사하였다. 추가로 2단 엔진의 연소종료 후에 상승 중 탐지한 최대속도는 마하 22였다. 레이더 탐지의 오차, 2단 연소종료 후 발사각 조건 등을 고려할 때 3월 24일 발사한 ICBM과 11월 18일 발사한 ICBM은 동일한 화성-17형으로 추정된다.

  하지만, 한국군은 11월 18일 발사한 ICBM을 화성-17형으로 추정한 상황에서, 이전 3월 24일 발사한 ICBM은 화성-15형으로 평가한다는 발표가 있었다. 북한은 11월 18일 화성-17형 시험발사에 대해서 무기체계의 운용 신뢰성을 검증하고 전략무기로서의 위력한 전투적 성능을 검증하였다고 발표했지만, 2021년 1월 당  8차대회에서 제시한 MIRV 및 후추진체(PBV)의 장착 및 이들에 대한 검증을 언급하지는 않았다. 그리고 재진입체(RV)의 성공적 재진입 시험이나 검증에 대한 언급도 전무하였다.

화성-14/15/17형 ICBM에 대한 기술적 평가

  백두산엔진에 기반한 ICBM(화성-14/화성-15/화성-17)은 고각궤적 발사를 통해 계획된 ICBM 사거리 성능을 보여주었다. 이는 1단과 2단의 로켓 추진체, 단 분리, 탄두부 또는 재진입체 분리 등에 대한 검증은 완료되었다는 의미이다.

  화성-14형, 화성-15형 및 화성-17형의 1단 추진체는 발사 시 영상을 통해 각각 백두산엔진의 단일 챔버, 이중 챔버 백두산엔진, 그리고 2쌍의 이중 챔버 백두산엔진으로 구성되어 있다. 2단 추진체의 경우 동체 내의 엔진을 볼 수도 없고 전혀 언급한 적도 없어 외형의 길이와 직경을 기준으로 추정만 가능하다. 화성-14형 ICBM은 1단에 40톤 추력의 단일 챔버 백두산엔진(터보펌프 효율 60% 추정) 및 버니어 엔진4기 장착(방향 제어 및 보조 추력 제공), 2단에 2기(1차 발사) 및 4기(2차 발사)의 소형엔진 클러스터링 장착이 추정되었다. 화성-15형 ICBM은 1단에 이중 챔버 백두산 엔진 및 버니어 엔진 없이 노즐 TVC에 의해 방향제어 기능, 2단에 6기의 18톤 추력 생성용 소형엔진 클러스터링 장착이 추정되었다. 화성-17형 ICBM은 1단에 2쌍의 이중 챔버 백두산엔진이 장착되어 화성-15형 1단 엔진에 비해 2배의 추력(160톤) 생성이 예상되며, 2단 추진체에 대해서는 가용 정보가 부재하지만, 단일 챔버의 우주용 백두산엔진 1기가 장착되었을 것으로 예상된다. 

  2020년 12월 북한은 동창리 서해발사장에서 로켓엔진에 대한 중대한 시험을 수행하였고, 두 종류의 엔진에 대해 각각 200초 및 7분의 긴 연소시험을 성공적으로 수행했다고 발표하였다. 200초 연소시험은 두 쌍의 이중 챔버 엔진 클러스터링으로서 화성-17형 ICBM 1단 로켓으로 추정되며, 신규 개발한 화성-17형 ICBM 2단용 액체엔진은 우주용 단일 챔버 엔진을 재점화를 통해 7분 동안 연소시험을 수행한 것으로 추정된다. 

화성-17형 ICBM이 '괴물 ICBM'이고 과연 ‘세계 최강의 핵병기’일까?

  전장이 24m나 되고 ICBM 동체 무게가 100톤 정도가 되는 화성-17형은 TEL을 이용한 이동식 발사에는 현실적으로 한계가 존재한다. 북한이 화성-17형 ICBM을 평양 순안의 신리에 위치한 미사일조립시설에서 약1.1km 정도의 거리를 이동하여 포장도로에서 발사하는 이유이다. 실제 회전반경이 큰 화성-17형 ICBM을 11축 TEL에 싣고 이동하는 것은 현실적으로 거의 불가능하며, 이는 전력화 배치 시에 TEL에 의한 운용성과 생존성을 극히 제한할 것이다. 만일 화성-17형을 실전 배치한다면 지하 사일로를 건설하여 배치하고 운용하는 방안이 최선으로 판단되지만, 국토 면적이 협소한 북한으로서는 한미의 감시정찰망에 이들 사일로도 식별이 가능하여 언제든 선제타격에 의한 무력화가 가능할 것이다.

  북한은 2021년 1월 당 8차 대회에서 향후 5년 동안의 국방력발전 5개년계획을 공개하였으며, 여기서 다탄두개별유도기술개발 및 사거리 15,000km의 초대형 ICBM 기술 고도화 개발계획을 공개하였다.

  화성-17형 ICBM의 고각발사를 통해 단일 탄두 탑재 시(재진입체 600kg 기준)의 사거리는 15,000km를 획득하는 데 문제가 없으나, 실제 Blunt 형상의 페어링 내에 3~5개의 재진입체(RV) 및 1톤 이상의 후추진체(PBV)를 탑재하는 경우 사거리는 11,000~13,000k 수준으로 예상된다. 한편, 고각궤적 발사를 통해서는 재진입 기술, 후추진체 및 MIRV의 운용성능을 검증하는 데 한계가 있으며, 반드시 정상궤적 발사를 통해서만 성능 검증이 가능하다. 

  결국, 북한이 개발 중인 화성-17형 ICBM의 기술수준은 다음과 같이 요약 할 수 있으며, 실전 배치를 위해서는 다음과 같은 근본적인 장애물이 존재한다. 궁극적으로 북한으로서는 이들 문제를 해결하기 위해 액체추진제 ICBM인 화성-17형보다 크기가 작고 경량화된 고체추진제 ICBM의 개발이 절실해 보인다. 

  - 운용성 부재(거대 TEL 이동 한계)

  - 생존성 부재(발사징후 노출 용이)

  - 타격 정확성 및 탄두 탄착 미검증(대기권 재진입 성능 미검증)

  - 다탄두개별재진입체(MIRV) 및 후추진체(PBV) 미검증(고각궤적 발사를 통해 검증 제한)

  - 미사일방어(MD) 회피 미검증

  - 1~2차례의 시험발사로는 화성-17형 ICBM의 운용 신뢰성 검증 제한 

  결론적으로, 북한은 2022년 11월 18일 화성-17형의 고각궤적 발사를 통해 오직 사거리 성능, 단 분리, 백두산엔진 클러스터링 기술만 검증한 상태이다.  그리고 전술한 바와 같은 이유로 운용성 및 생존성이 결여되어 초대형 ICBM을 TEL에 장착하여 실질적으로 운용하는 데도 한계가 있을 것이다. 또한 극초음속 관련하여 극초음속 챔버, 플라스마 챔버, 충격파 터널, 등 고가의 다양한 지상시험시설이 부재한 상황에서 지상시험에 의한 성능 검증도 불가하고, 고각궤적 발사에 따른 한계에 기인하여 시험발사를 통해 재진입 기술, MIRV, 후추진체 기술 등에 대한 검증도 어려운 것이 현실이다. 

결국 다양한 지상시험 및 정상궤적의 시험발사를 통해 이들 ICBM 관련 기술을 검증하고 있는 미국, 러시아 및 중국의 ICBM에 비교하여, 북한의 ICBM을 행성 최강의 ICBM이라 하는 것은 과도한 자화자찬이자 체제 홍보로 보인다. 기술적 성능 및 정확성 등을 포함한 고도화, 운용성 및 생존성 등의 측면에서 북한의 ICBM은 아직도 갈 길이 멀어 보인다.

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