3번의 발사, 2번의 실패. 북한이 지난해 감행한 우주로켓 발사 결과는 김정은 국무위원장의 체면을 구기기에 충분했다.
연이은 실패 끝에 지난해 11월 군사정찰위성 만리경-1호를 궤도에 올렸지만, ‘동방의 핵 대국’을 꿈꾸는 김 위원장에게는 견디기 힘든 일이었을 것이다.
그래서 그랬을까. 이번엔 새 발사체와 추진체계를 썼다. 신뢰성 높은 백두산 엔진을 쓴 천리마-1형 발사체 대신 신형 로켓과 액체산소·케로신(등유)을 조합한 추진체였다.
결과는 실패였다. 발사 2분 만에 공중폭발했고, 일본 언론과 한국군에 폭발 장면이 포착되면서 망신을 당했다.
하지만 비웃을 일만은 아니다. 북한 미사일 기술이 고비에 직면할 때마다 등장했던 러시아의 그림자가 너무나 뚜렷하게 드러났기 때문이다.
◆대놓고 北 밀어준 러시아
군 당국이 북한의 군사정찰위성 발사를 포착한 것은 지난 27일 오후 10시 44분. 평안북도 철산군 동창리 서해위성발사장에서 서해 남서쪽 방향으로 발사체가 발사됐다.
2분 뒤 북한측 해상에서 수십㎞에 걸쳐 다수의 파편이 탐지됐고, 화염을 뿜으며 폭발하는 모습도 나왔다.
북한의 발사는 예상보다 이른 시점에 이뤄졌다. 군과 정보당국 등은 27일 낮까지만 해도 발사 시점을 28일 오전 1시 또는 오전 4~5시쯤으로 예상했던 것으로 알려졌다.
이에 맞춰 이지스함 등의 함정이 사전 지정된 해역으로 이동해 탐지 및 인양준비를 일찌감치 마쳤고, 공중감시정찰 자산도 준비됐다.
하지만 상황이 급변하면서 발사가 빨라질 조짐이 보였고, 실제로 이날 오후 10시 44분쯤 발사됐다. 정보 소식통은 “현지 기상 변화 가능성이 영향을 미친 것으로 보인다”고 전했다.
북한의 발사는 실패했지만, 그 파장은 상당히 크다.
지난해 11월 천리마-1형 발사체를 쐈을 때는 북한 ICBM에 쓰이는 백두산 엔진을 썼다. 옛소련 RD-250 엔진을 모방한 백두산 엔진은 연료로 다이메틸 하이드라진(UDMH), 산화제로 적연질산을 쓴다.
그런데 북한은 영하 183도에서 보관해야 하는 액체산소에 케로신을 조합한 것을 6개월만에 선보였다. 논리적으론 해석이 안된다.
저온 액체산소를 쓰는 로켓엔진 개발은 쉽지 않다. 많은 연소시험을 거쳐야 하며, 발사일정이 연기되기도 한다.
2009년 나로호 1차 발사 연기도 1단 추진체 연소시험과 데이터 분석이 이유였다.
액체산소를 산화제로 사용하면 지상 발사 전 산소를 액체로 유지하고 관리하는 시설과 장비 설치가 필요하다. 이는 상당한 비용과 시간이 든다.
장영근 국가안보전략연구원 미사일센터장은 “누리호를 쏘는 나로우주센터 발사장 지하에는 액체산화제의 극저온 온도인 영하 183도를 유지하며 기립된 발사체에 액체 산화제를 유지하고 공급하고자 다양한 장비들이 설치되어 있다”고 설명했다.
그런데 북한은 6개월만에 발사했다. 러시아가 기술진 외에도 1단 추진체 엔진 또는 1단을 통째로 제공했을 가능성이 제기되는 이유다. 군도 직도입 가능성을 열어놓고 있다.
일각에선 러시아산 안가라 로켓 1단 추진체인 RD-191을 지목한다. 하지만 RD-191은 추력이 210t으로 천리마-1형(160t)보다 훨씬 강하다.
RD-191을 썼다면 북한이 예고했던 1·2단 추진체 예상낙하지점은 지난해 11월과 많이 달라야 했다. 그러나 실제론 거의 차이가 없었다.
따라서 천리마-1형과 추력이 비슷한 RD-151(170t)이 주목받고 있다. RD-151은 나로호 1단 추진체로 쓰여서 우리나라에서도 잘 알려진 엔진이다. 이는 북한의 1·2단 추진체 예상낙하지점이 지난해 11월과 차이가 없었던 이유를 설명한다.
RD-191의 추력 감소형이지만 잠재력은 상당하다. 나로호는 RD-151를 1단으로 하고 7t급 2단 고체엔진만 썼는데도 100㎏짜리 위성을 저궤도에 올릴 수 있었다.
그렇다면 이번 발사는 왜 실패했을까. RD-151은 대량생산용이 아니다. 제조사조차도 식별하지 못한 리스크가 있을 수 있다는 의미다.
RD-151 같은 저온 액체산소 로켓엔진에선 치명적 문제로 이어질 위험이 있다. 사회주의 과학기술전문가로 수십년간 핵·미사일을 연구한 이춘근 과학정책연구원 명예연구위원은 이렇게 설명한다.
“저온 추진제를 쓰면 엔진의 배관 등이 수축된다. 그런데 엔진 배관은 구부러져 있지 않나. 수축에 의한 변화를 정밀하게 통제하고 예측해서 조정해야 한다. 소재 등의 문제로 그게 잘 안되면 이격(틈)이 발생해서 연료가 누출된다. 그러면 폭발한다.”
이와 관련해 주목되는 사례가 2010년 6월 10일 나로호 2차 발사 실패다. 당시 발사 137초 후에 폭발로 추락했다.
러시아측은 실패 원인으로 상단부 비행종단시스템(FTS) 오작동을 제시했으나, 한국은 1단 산화제 누설에 의한 폭발이나 1단부의 단분리장치 오작동 가능성을 제시했다. 이때는 뚜렷한 결론을 내리지 못한 채 3차 발사 준비로 넘어갔다.
북한의 신형 로켓은 발사 2분만에 폭발을 했다. 나로호 2차 발사 당시 폭발 시점과 비슷하다.
러시아가 RD-151의 연료 또는 산화제 누출 위험을 포함한 문제를 해결하지 못한 채 북한에 이를 넘겼을 가능성을 배제할 수 없다. 나로호 2차 발사 실패 원인 조사 자료를 살핀다면, 북한 로켓 발사 실패 이유에 접근할 수도 있다.
RD-151 외에 러시아의 지원을 받아 백두산 엔진을 개량했을 가능성도 제기된다. 한국을 포함해 러시아 기술진이 관여한 로켓엔진은 대부분 케로신을 쓴다. 개발기간을 최소화하면서 추력을 높일 수 있는 장점이 있다.
다만 북한이 천리마-1형을 만들고 나서 기술적 신뢰성이 구축되기 전에 로켓추진방식을 또 바꿨다는 점은 의문이 제기되는 부분이다.
일각에선 천리마-1형을 건너뛰어 대출력 로켓을 만드는 것으로 전략을 수정한 것 아니냐는 관측도 나온다
◆북한의 다음 행보가 우려스런 이유
RD-151을 제공했든 백두산 엔진을 개량했든 북한의 우주개발을 러시아가 강력하게 지원한다는 것에는 차이가 없다.
북한이 지난해 말에 군사정찰위성 3기를 올해 발사한다고 밝힌 것도 러시아의 지원으로 새로운 로켓엔진을 사용할 수 있을 것이라는 점을 고려한 것으로 보인다. 나로호를 3번 쏜 것과 같다.
더 큰 문제는 이제부터다. 액체산소는 단위 연료당 높은 추력을 만들 수 있다. 따라서 과학 목적의 우주 발사체에 널리 쓰인다.
러시아의 지원을 받은 북한이 새로운 추진체계로 로켓 발사를 거듭, 시행착오를 통해 경험을 쌓고 개선을 진행한다면 위성을 궤도에 안정적으로 올릴 대출력 로켓 확보 가능성이 열린다.
추력이 향상된 1단 추진체 기술적 신뢰성이 쌓이면, 로켓개발은 결정적 고비를 넘기게 된다.
2단 추진체의 추력을 수십t 수준으로 높이면 만리경-1호(300㎏ 추정)보다 더 무거운 중형위성 발사도 가능할 수 있다.
위성의 중량이 커진다면 탑재장비도 늘릴 수 있다. 이는 수행 가능한 임무의 증가로도 이어진다. 만리경-1호를 완전히 뛰어넘는 수준의 군사정찰위성이 등장할 수도 있다.
이 과정에서 러시아의 역할은 한층 중요해질 전망이다. 북한 입장에선 러시아라는 ‘참고자료’를 통해 시행착오를 줄이면서 기술 개발을 진행할 수밖에 없다.
이번 발사 실패 원인을 분석하고 대책을 마련하는 과정에서도 러시아 기술진의 지원이 필요한 실정이다. 액체산소와 케로신 조합, 군사정찰위성 통제 및 운용 등은 북한에게 미지의 영역이기 때문이다.
북한은 러시아의 기술지원에 더욱더 의존하게 되고, 러시아는 이를 통해 북한의 우주전력과 기술을 ‘러시아 스탠다드’에 맞춰놓으려 할 것으로 보인다.
북한이 액체산소와 케로신을 조합한 로켓 체계를 공개한 것은 한반도에 상당한 충격을 안겨준다. 남북의 우주발사체가 사실상 동일한 기술적 출처를 갖게 됐고, 이를 통해 남북이 우주경쟁에 나서게 되는 결과로 이어지게 됐다.
더 큰 문제는 북한과 러시아의 밀착이다. 우주 기술을 주고받을 정도로 양측간 밀월이 깊어졌다는 것은 한반도 정세를 관리해야 하는 한국 입장에선 반가운 일이 아니다. 북한 행보를 주시하면서 국가안보 등의 정책을 보다 정교하게 설정하는 대책이 필요한 이유다.