탄도미사일 작동원리와 고체연료 및 액체연료의 차이점을 알아보자.(feat. 북한)

2024년 새해부터 북한의 탄도미사일 실험 소식으로 국제사회의 우려를 자아내고 있습니다. 오늘은 탄도미사일의 작동원리와 그 연료로 사용되는 두 가지 고체연료와 액체연료의 장점 및 단점 그리고 차이점에 대해 살펴보기로 하겠습니다. 

 

목차

 

탄도미사일이란?

탄도미사일은 지표면에서 다른 지표면으로 발사되어, 중력에 의해 운동하는 궤적을 따라 목표물을 공격하는 미사일을 말합니다. 이는 발사 직후에 로켓 엔진을 통해 가속되고, 그 이후에는 로켓 엔진이 꺼진 상태에서 중력에 의해 자유낙하하는 궤적을 따릅니다. 주로 먼 거리에 있는 장소를 타격하기 위해 만들어집니다.

맨 앞의 탄두에 TNT를 장착하면 재래식 미사일이 되는 것이고 탄두에 핵을 장착하면 바로 핵 미사일이 되는 것입니다.

탄도미사일 작동원리

탄도미사일의 작동 원리는 크게 네 단계로 나눌 수 있습니다: 발사단계, 상승단계, 중력궤도단계, 그리고 목표물 타격단계입니다.

• 발사단계: 이 단계는 미사일이 지상에서 발사되어 대기권을 빠져나가는 단계입니다. 미사일은 로켓 엔진의 열에너지를 활용하여 발사되며, 이때 사용되는 연료는 고체연료나 액체연료입니다.
• 상승단계: 이 단계는 미사일이 대기권을 빠져나와 우주공간으로 진입하는 단계입니다. 미사일은 로켓 엔진을 통해 가속하며, 이때 가속도는 중력과 반대 방향으로 작용합니다. 이 단계에서 로켓 엔진은 꺼지게 되고, 미사일은 자신이 가진 속도를 유지하며 우주공간으로 진입하게 됩니다.
• 중력궤도단계: 이 단계는 미사일이 로켓 엔진을 꺼진 상태에서 중력에 의해 자유낙하하는 단계입니다. 미사일은 지구의 중력에 의해 구부러진 궤적을 따라 운동하게 되며, 이를 중력궤도라고 부릅니다.
  사실 이 단계의 기술이 굉장히 중요한 단계입니다. 쉽게 설명하면 우주공간으로 나갔던 미사일을 다시 안전하게 대기권으로 재진입하는 단계로서 북한의 대륙간 탄도 미사일 기술에서 아직까지 이 단계의 완전한 기술을 가지고 있는지에 대해서는 의문이 있습니다.
• 목표물 타격단계: 이 단계는 미사일이 중력궤도를 따라 운동하며 목표물에 접근하는 단계입니다. 미사일은 목표물에 도달하면 폭발하며 대량의 에너지를 방출합니다.

 

이때 어떤 추진체의 연료의 종류가 액체연료와 고체연료로 나누어집니다. 그러면 각각의 연료의 장점 및 단점을 알아보겠습니다.

 

탄도미사일

고체연료와 액체연료의 장점 단점

고체연료

장점

• 저장과 운송이 쉽습니다. 고체연료는 안정성이 높아 폭발 위험이 적으며, 연료와 산화제가 이미 혼합되어 있어 관리가 용이합니다.
• 발사 준비 시간이 짧습니다. 연료 충전 과정이 필요 없어 발사 전 준비 과정이 간단합니다. 
• 다양한 장소에서 쉽게 발사할 수 있습니다.

단점

• 한 번 점화하면 중간에 엔진을 끌 수 없습니다. 이는 발사 후 궤적 수정이 불가능함을 의미합니다.
• 액체연료에 비해 성능이 다소 떨어질 수 있습니다.

액체연료

장점

• 높은 성능을 자랑합니다. 액체연료는 높은 에너지 밀도를 가지며, 이를 통해 높은 추력을 얻을 수 있습니다.
• 발사 전까지 연료 충전이 가능하며, 발사 후에도 엔진을 중간에 끄는 것이 가능합니다. 이를 통해 발사 시점과 궤적을 유연하게 조절할 수 있습니다.

단점

• 저장과 운송이 어렵습니다. 액체연료는 다른 물질과의 반응이나 누출 등으로 인한 환경오염 위험이 있습니다.
• 발사 전 연료 충전 과정이 필요하며, 이 과정에서 폭발 위험이 있습니다.
• 발사를 위한 준비시간이 굉장히 오래 걸립니다. 전시에 액체연료를 주입하며 탄도미사일 발사를 준비하는 과정에서 적에게 발각되기 쉽습니다.

고체연료와 액체연료의 차이점

두 연료의 가장 큰 차이점은 '상태'와 '점화 후의 조절 가능성'입니다. 고체연료는 안정성이 높고 관리가 쉽지만, 한 번 점화하면 중간에 멈출 수 없습니다. 반면, 액체연료는 성능이 뛰어나고 발사 후 궤적 수정이 가능하지만, 저장과 운송이 어렵고 발사 전 준비 과정이 복잡합니다. 이러한 특성 때문에 고체연료는 주로 단거리 또는 중거리 미사일에, 액체연료는 장거리 또는 상당히 정밀한 궤적 제어가 필요한 미사일에 사용됩니다.

 

북한의 탄도미사일 실험 이유

핵미사일을 완성하기 위해서는 두 가지 핵탄두와 이 핵탄두를 운반할 운반체 즉 미사일 기술을 완전하게 가지고 있어야 합니다. 

북한에서 주장하는 것은 일단, 핵탄두를 가지고 있는 것은 전 세계가 핵보유국으로 인정을 하지 않을 뿐이지 북한이 핵탄두를 가지고 있다는 것은 인정할 수밖에 없습니다.

그렇다면 계속된 탄도미사일 실험은 무엇을 의미하는 것일까요? 이것도 두 가지로 생각해 볼 수 있습니다.

첫째, 이미 미사일 기술도 완성이 되었다는 것을 보여주기 위한 실험을 가장한 발사체의 성능 과시일 수 있습니다.

둘째, 아직까지 완전한 발사체를 만들지 못하여 진짜로 계속 실험을 하며 이 실험을 통해 조금씩 미사일 기술을 발전시키고 있는 것일 수도 있습니다.

 

이유가 둘 중 어느 것이건 우리에게 위협이 되는 것은 당연한 것입니다. 대한민국 진보 또는 보수당 집권 상관없이 북한은 한결같이 핵미사일 개발에 여념이 없었다는 것을 기억해야 합니다.

이렇게 발전된 핵미사일 기술을 바탕으로 북한은 우리나라와 미국에 대한 협상에 있어 주도권을 가지려 하는 것입니다.

 

마무리

북한이 개발하고 있는 대륙간 탄도 미사일(ICBM)과 잠수함 탄도 미사일(SLBM)이 왜 위험하고 억지를 해야 하는지에 대해서는 다음 포스팅에서 알아보기로 하겠습니다.

 

오늘 탄도미사일에 대해 알아보며 북한이야기가 안 나올 수가 없어 약간이 언급이 있었습니다. 자세한 북한 미사일에 대한 이야기는 다음에 자세히 살펴보겠습니다. 감사합니다.

 

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