숙명여자대학교 글로벌서비스학부 교수 김진무
a) 대포동 1호 (백두산 1호)
1993년 노동 1호 미사일을 시험 발사한 이듬해인 1994년 2월 미국 첩보위성에 의해 ‘산음연구소’라는 미사일 연구시설에서 북한 최초의 2단 로켓 형태의 새로운 미사일 2기가 제작 중인 것으로 확인됐다. 이후 1998년 8월 31일 북한의 대포동 발사장에서 새로운 다단계 미사일이 발사돼 일본 열도를 넘어 1620km를 비행한 뒤 일본 아오모리 현 미사와 도호쿠 580km 지점의 북태평양 상에 낙하함으로써 대포동 1호가 확인됐다. 1998년 9월 4일 북한은 중앙통신을 통해 다단계 운반 로켓에 의한 최초의 인공위성 광명성 1호를 발사해 궤도 진입에 성공했다고 발표했다. 그러나 다단 로켓이 발사된 것은 확인됐지만 인공위성이 전송하고 있다는 신호는 포착되지 않았고 1998년 9월 15일 미 국무부와 국방부는 북한이 위성을 궤도에 진입시키는 데 실패한 것으로 보인다고 발표했다.
대포동 1호는 길이 25.5m로 2단 로켓으로 1단은 지름 1.35m의 노동미사일 추진체를 사용하고 2단은 지름 0.88m의 SCUD-B 미사일 추진체를 사용하는 것으로 판단된다. 그러나 1998년 북한이 대포동 1호를 인공위성 궤도 진입 목적으로 발사하고 인공위성 궤도 진입용 엔진을 하나 더 사용해 3단 로켓으로 제조한 것으로 판단됐다. 따라서 1998년 대포동 1호는 발사기지에서 비행하여 1,620km 떨어져 3단 추진은 실패하였으나 1, 2단 로켓은 성공한 것으로 보이며 ICBM 개발에 중요한 단분리 기술 개발에 성공한 것으로서 북한이 장거리 미사일 개발 능력이 있다고 평가하는 중요한 단서가 되었다.
b. 대포동 2호
북한은 2006년 7월 5일 대포동 2호(은하 1호)를 발사했다. 발사된 대포동 2호는 발사 후 약 42초 만에 고도 1520km, 거리는 1015km 비행하다가 공중에서 폭발해 추락했다. 그리고 2009년 4월 5일에도 대포동 2호 개량형(은하 2호) 시험발사를 실시하였다. 북한은 광명성 2호라는 인공위성을 은하 2호 로켓에 실어 발사했다고 주장했다. 대포동 2호 개량형(은하 2호) 1단은 함북 무수단 발사장에서 약 280km 지점에 떨어졌고 2단은 약 3200km 떨어진 태평양에 떨어졌다. 그러나 북한이 주장한 것과 같은 인공위성의 궤도 진입은 실패한 것으로 평가됐다. 그럼에도 대포동 2호 개량형(은하 2호)은 1단과 2단 엔진이 정상적으로 작동하고 있으며 단분리에도 성공해 1998년 대비 사거리가 크게 증가한 것으로 평가됐다.
당시 대포동 2호 개량형은 1단은 노동미사일 추진체 4개(노동미사일 추진체 3개라는 주장도 있는 것)를 크루로스트린 방식으로 사용하고 2단은 노동미사일 추진체(또는 무수단 추진체) 1개를 사용하는 것으로 추정됐다. 일각에서는 대포동 2호 개량형 1단은 중국이 1970년 세계 최초로 인공위성 동방홍 1호를 발사했을 때 사용했던 장정 1호의 액체로켓 1단과 유사해 여기에 자체 개발한 액체로켓 2단과 단거리 지대지 미사일인 KN-02를 개량한 고체로켓 3단을 얹은 것으로 보인다고 주장한다. 특히 은하 2호와 장정 1호의 1단 로켓은 모두 기본형 엔진 4개를 합친 형태이고 지름도 2.2m~2.4m로 비슷하다는 주장이다.1)가 대포동 2호 개량형이 탄도미사일로 발사될 경우 1,000kg의 탄두 중량을 6,700㎞ 사정이 가능한 미사일로, 미국의 알래스카 및 하와이 제도 서부 지역의 타격이 가능한 ICBM으로 추정했다. 따라서 2009년 대포동 2호 개량형 미사일 시험발사에서 북한은 상당한 기술적 진보와 문제해결 능력을 보여준 것으로 평가되었다.
이처럼 북한이 대포동 1, 2호를 잇달아 발사하자 당시 전문가들은 북한의 장거리 미사일 능력이 비약적으로 발전하고 있다며 우려를 나타내기 시작했다. 즉 대포동 1호와 2호 모두 장거리 탄도미사일은 다단계형 추진기관의 기술이 핵심이며 클러스터의 고정밀/고신뢰화, 각 추진기관의 추력 균형제어, 복합 추력방향제어 구동장치, 단분리 등이 이와 관련된 주요 기술이 요구된다. 북한의 다단으로켓 시험발사는 이런 기술과 미사일의 재질 및 구조기술에서 큰 진전을 의미한다.
따라서 많은 전문가들이 만약 북한이 관성항법장치, 탄두 무게, 그리고 연료분사 부품과 관련된 문제점을 해결해 3단 추진 로켓으로 개발한다면 대포동 2호 미사일의 사거리를 12,500km까지 연장시켜 미국 본토를 공격할 수 있을 것으로 평가했다. 로버트 윌폴 당시 미국 CIA 전력 및 핵 프로그램 담당관은 2002년 3월 12일 상원 행정위원회 국제안보소위원회에서 2015년까지 외국의 미사일 개발 및 탄도탄 위협에 관한 증언에서 그는 핵무기급 탄두를 장착한 채 미국 본토까지 도달할 수 있는 북한의 미사일 시험발사가 준비단계일 가능성을 제기했고, 2단계, 대포동 2호 미사일로 수백kg의 탄두를 만km 거리를 보내는 능력이 있는 북한이 3단계 미사일을 사용하면 비행거리가 1만5천km에 달해 북미 전역을 공격할 수 있을 것이라고 주장했다.2)그리고 2006년 3월 9일 버웰 벨 주한미군사령관이 미 하원 군사위원회에서 북한은 대포동 2호보다 더 강력한 엔진을 갖고 미국 본토를 사정거리 이내로 하는 사거리 12,000km 이상의 ICBM인 대포동 3호를 개발 중이라고 증언한 바 있다. 또 2007년 1월 미 미사일방어국 부국장 패트릭 오렐리 장군은 대포동 2호는 21발의 경우 10,000km, 31발의 경우 15,000km까지 비행할 수 있을 것으로 전망했다.
c. 동창리 미사일 발사장
북한은 2010년 말 평안북도 철산군 동창리에 ICBM 발사실험장을 완공했다. 이 시설은 기존의 함경북도 화대군 무수단리 대포동 시험장과 비교하면 5배 크기의 발사장, 1.5배 크기의 발사대를 갖추고 있다. 특히 대포동 시험장의 발사대 높이가 32m인 반면 동창리 발사대는 50m로 40m가 넘는 ICBM이나 대형 우주발사체 발사시험이 가능하다. 대포동 시험장은 발사대 위에서 크레인으로 고정시킨 뒤 미사일에 1, 2, 3단 로켓을 조립하는 방식이었지만 동창리 발사장은 인근 건물에서 미사일을 조립한 뒤 레일을 이용해 발사대로 옮겨 발사할 수 있는 방식인 것으로 알려졌다. 동창리 시험장은 지하에 연료공급장치가 있어 미국 정찰위성에 포착되지 않은 상태에서 미사일에 액체연료를 주입할 수 있도록 하고 장기간 액체연료를 보관할 수 있는 시설도 갖춘 것으로 알려졌다.
d. 은하 3호
2012년 12월 12일 전격적으로 은하 3호 미사일을 발사해 성공했다. 발사 직후 국방부 대변인은 북한의 장거리 미사일 발사와 관련해 발사된 로켓의 1, 2, 3단 추진체는 정상적으로 작동했고 탑재물도 궤도에 진입한 것으로 보인다고 밝혀 장거리 로켓 발사가 성공해 인공위성을 궤도에 진입시키는 데 성공했다고 평가했다. 그러나 북한이 광명성 3호 인공위성을 우주궤도에 진입시켰다고 발표했지만 실제로 인공위성은 작동하지 않은 것으로 알려졌다. 그러면서 국제사회는 북한이 발사한 장거리 미사일의 궤도를 추적해 1단과 2단 추진체의 낙하 지점 등을 계산해 사거리가 1만 km 이상이 될 것으로 평가했다.
한편 국방부는 서해상에 낙하한 장거리 로켓 은하 3호의 1단 로켓 엔진과 연료통 등 부품 10개 품목을 회수해 정밀 분석한 결과를 1월 21일 발표해 북한의 장거리 로켓 은하 3호의 제조 능력에 대해 일부 평가가 가능했다. 국방부는 은하3 미사일에 대해 “제조공법은 조악하지만 무기로서의 완성도를 대폭 높였다”고 평가하고 수작업으로 제작한 산화제관 패널의 용접 부분이 균일하지 않은 등 공법 측면에서 수준이 떨어진다고 평가했다”며 “그럼에도 외국 기술 도입과 부품 조달이 어려운 상황에서 북한이 많은 실험과 경험을 바탕으로 장거리 미사일의 완성도를 높인 것 같다”고 밝혔다.3) 국방부 관계자는 북한은 외국의 도움 없이 사거리 1만 km 이상의 대륙간탄도미사일(ICBM)을 개발할 수 있는 기술력과 부품 제작 능력을 갖춘 것으로 평가했다고 밝혔다.
e. 은하3호 개량형(은하4호?)
북한은 2016년 2월 7일 인공위성 광명성 4호를 발사해 북한이 주장하는 인공위성이 위성궤도에 성공적으로 진입한 것으로 평가됐다. 북한이 발표한 광명성 4호는 인공위성 명칭으로 로켓 추진체는 낙하해 폭파돼 잔해를 발견하지 못했지만 2012년 은하 3호와 비슷한 로켓을 발사한 것으로 밝혀지면서 위성체는 2012년 100kg에서 200kg 늘어난 것으로 추정돼 은하 3호 개량형 추진체일 가능성이 있다.
인공위성을 위해 사용된 대포동 2 및 3계열 장거리 로켓도 모두 이 같은 클러스터링 기술을 적용하고 있어 대용량의 추력을 내기 위해 노동엔진 4개를 하나로 묶어 1단 추진체로 사용하는 것으로 보인다. 2012년 12월 발사한 대포동 3호(은하 3호)는 노동엔진 4개를 클러스터링하여 1단 추진제를 구성한 것으로 추정되는데, 주엔진과 추력의 방향을 미세 조종하는 보조엔진(vernierengine)을 사용하였고, 이에 따라 대포동 3호의 총 추력은 120톤으로 주엔진 추력 108톤(27톤×4개)과 보조엔진 12톤(3톤×4개)으로 구성된 것으로 평가된다.4)