북한 극초음속활공비행체(HGV) 시험발사 분석





장영근 교수(한국항공대학교)

2021. 01. 09






[1월 5일 극초음속미사일 발사에 대한 국방부의 평가 및 의견]


+ 국방부는 1월 5일 북한이 발사한 미사일은 극초음속미사일이 아니고, 기동형 재진입체(MaRV)를 탑재한 통상적인 탄도미사일이며, 북한이 주장한 바와 같이 좌우 120km의 측면 기동과 사거리 700km의 능력도 과장되었다고 발표함

- 우리 군이 탐지한 결과는 고도 50km 미만에서 최대속도 마하 6(이는 활공 동안 수평거리가 증가함에 따라 공기항력에 기인하여 비행속도는 극초음속 이하로 감소한다는 의미)으로 비행했다고 추정함

- 북한이 주장한 측면 기동은 재진입체의 하단에 장착된 날개만으로는 불가능하기 때문에, 이는 측면 기동이 아니라 선회 기동이라 주장함


+ HGV에 Reaction Control System(추력기 기반의 소형추진시스템)을 장착하여 측면 기동이 충분히 가능함


+ 국방부는 원뿔 형상 활공비행체의 경우 하단의 날개만으로는 양항비(양력과 항력의 비; Lift-to-Drag Ratio)가 작기 때문에 활공을 할 수 없다고 하지만, 최대 양항비 4.0을 제공할 수 있는 Wedge 형상 보다는 작지만 우수한 제어 능력을 갖고 최대 2.0 정도의 양항비를 생성할 수 있기 때문에 충분히 활공은 가능함


- 활공비행체의 형상이 Wedge 형상이 아니고 원뿔 형상이기 때문에 충분한 양항비를 얻을 수 없고, 최대 속도가 마하 6에 불과하며 불규칙 기동 및 활공 후에는 속도가 극초음속 미만의 속도를 갖기 때문에 HGV가 아니라는 주장은 타당한 결론은 아닌 것으로 사료됨

- 상이한 형상의 HGV에 대한 비행시험을 통해 공기역학, 유도제어, 항법, 내열성능을 검증하는 단계로 판단할 수 있음. 즉, Wedge 형상을 가졌지만 속도가 마하 2~3에 불과했던 2021년 9월의 HGV에 이어, 이번에는 원뿔 형상을 가진 비행체로 HGV의 형상설계를 시험한 것으로 추정하는 것이 더 타당해 보임.



- 미 육군이 개발 중인 LRHW(Long-Range Hypersonic Weapon) 극초음속활공비행체(C-HGB; Common-Hypersonic Glide Body)도 90도 간격으로 4개의 꼬리 날개를 가진 원뿔 형상을 가지고 있음. 이 활공비행체는 다양한 내열금속과 복합재로 제작되었으며, 2017년 10월 및 2020년 3월에 성공적인 시험비행을 완료하여 2023년에 전력화 배치할 예정임



- 중국의 경우 DF-17 극초음속미사일의 전력화 개발을 위해 10여 차례의 시험비행을 수행하였으며, 각 시험의 초기단계에서 MaRV 형상의 시험과 극초음속이 아닌 초음속의 속도에서도 시험을 수행한 것으로 알려짐






[HGV와 MaRV에 대한 논란]


+ ‘22년 1월 5일 발사된 북한의 탄도미사일이 극초음속미사일로 분류되는 원뿔 형상의 극초음속활공비행체(HGV; Hypersonic Glide Vehicle)를 탑재한 것인지, 아니면 통상적인 탄도미사일의 기동형 탄두 재진입체(MaRV; Maneuverable Reentry Vehicle)를 탑재한 것인지는 아직 논란이 있으나, 실질적 비행궤적 데이터가 없는 상황에서 구별에는 한계가 존재함


- 일반적으로 사거리가 500km 이상인 통상의 탄도미사일은 탄도궤적의 하강단계에서 분리된 탄두(노동미사일, 스커드 ER, 등) 또는 미분리 시 미사일 동체(이스칸데르, 현무-2B, KN-23, 등)의 비행속도는 극초음속(마하 5 이상)으로 비행하며, 탄도미사일 부스터에 의해 비행하는 극초음속활공비행체(HGV)도 하강단계에서 분리 후 극초음속의 비행속도를 유지함; 하지만, 후자의 미사일은 극초음속미사일이라 불리지만, 전자는 극초음속미사일로 분류하지 않음

- 이론적으로 동일한 부스터에 HGV 대신에 MaRV를 장착하여 비행하는 것은 충분히 가능하며, MaRV는 통상적인 재진입체에 비해 지구 대기권에 재진입 후에 기동을 할 수 있는 탄도미사일 재진입체 임. 그리고 MaRV는 요격이 더 어렵고 상대방의 미사일방어체계를 더 잘 돌파할 수 있으며, 움직이는 표적을 타격하는데 통상적인 재진입체 보다 더 나은 잠재력 보유

- 결국, HGV와 MaRV의 차이는 극초음속의 속도로 비행하지만, 대기권 내에서 미사일방어체계를 무력화하기 위해 불규칙 기동을 어떻게, 그리고 대기를 이용한 활공비행의 수준과 관련이 있음. HGV는 하강단계에서 지속적으로 극초음속을 유지하며 다수의 풀업기동을 포함한 변칙 기동을 수행할 수 있어야 하며, MaRV는 탄착 시까지 극초음속의 속도를 유지할 필요가 없으며 대기권 내로 재진입한 후에 기동할 수 있는 능력을 보유한 재진입체 임; HGV와 MaRV 모두 대기권 내에서 공력에 의한 비행체의 기동을 수행한다는 점은 동일함

- 북한은 이번 발사가 극초음속활공비행체라면서 다수의 저고도 활공 점프(Glide Jump; Pull-up 기동) 및 120km 범위의 횡기동(Cross-range)을 수행한 것으로 발표함

- 2021년 10월 북한 국방발전전람회에서 전시한 새로운 미사일 설계로 추정됨



- 북한이 발사한 미사일이 HGV가 아니고 MaRV를 장착한 통상적인 탄도미사일이고 국내 미사일방어체계로 충분히 요격이 가능하다면, 왜 발사 당일 탐지된 비행궤적(정점고도, 사거리, 비행시간, 비행궤적애 따른 속도, 등) 데이터를 발표하지 못했는지?

- 만일 이번 미사일 시험발사가 HGV가 아니라 MaRV를 장착하고 있다면 이는 북한판 퍼싱미사일에 유사한 것으로 추정할 수 있음?






[1월 5일 발사된 미사일의 기술적 배경]


+ ‘22년 1월 5일 발사에서 사용된 1단 미사일은 ‘21년 9월 시험 발사한 화성-8형 미사일의 1단 부스터와 동일한 미사일로 추정(미사일 하단의 스커트와 버니어 엔진의 특성이 동일함); 이는 러시아의 RD-250 엔진을 개조 개발한 백두산 엔진


+ 동계 기상 하에서도 연료의 앰풀화가 검증됨. TEL은 화성-12형과 무수단 미사일에서 사용한 Modified MAZ-547을 사용한 것으로 추정되며, TEL 위에 별도의 Canister는 없는 것으로 보임


+ ‘21년 9월에 발사한 HGV는 중국의 DF-17 및 러시아의 아방가르도는 Wedge 형상의 활공비행체였으나, ’22년 1월에 발사한 활공비행체는 미국의 C-HGB와 같이 Conical 형상임. Conical Glide는 MaRV로서도 활용될 수 있음


+ 이번 발사 후 한국 군은 제한적으로 탐지헀음에도 불구하고 직년 9월의 화성-18형처럼 불규칙(변칙) 기동에 기인해 대국민 신뢰성 저하의 원인을 우려해 고도 및 사거리의 추정치를 발사 당일 발표하지 않음; 다수의 풀업 기동을 통해 비행체가 탐지되었다 사라지는 것을 반복한 것으로 추정할 수 있음






※ 북한의 극초음속활공비행체 시험발사에 대한 발표 요약 ;


(1) 2021년 10월의 국방발전전시회에서 전시한 새로운 설계의 미사일

(2) 극초음속활공비행체(HGV); 다수의 Pull-up 기동(활공 점프)

(3) 700km 사거리 및 120km의 측면 기동(Cross-range)

(4) 백두산 엔진의 파생 부스터 미사일

(5) 겨울철 기후에서 액체엔진의 앰풀화 성능 검증




* * * * * * * * * * * * * * * * * * * *



한 줄 요약 - ??? : 국민 여러분 안심하십시오