[고고도 미사일 방어체계] 사드(THAAD) 알아보기

▣ 제원

 

THAAD AN/TPY-2
무게	900kg
전장	6.17m
직경	34cm
요격반경	200km
요격고도	40km ~ 150km
비행속도	초속 2.8km
탐지범위	600km ~ 1,800km

 

 

 

 

▣ 개요

 

THAAD(Terminal High Altitude Area Defense)

종말 고고도 지역 방어 체계

 

2017년 현재, 동아시아에서 가장 뜨거운 관심을 받는 무기로 미국 육군이 개발 중인 탄도탄 고고도 요격체계이다. 주임무인 항공기 요격에 탄도탄 요격 능력이 추가되는 지금까지의 일반적인 방공 유도탄과는 다르게, 아예 탄도탄 요격만을 위해 만들어진 미사일이다. 제작사는 록히드 마틴이며 긴장감이 높아져가는 동북아의 핵우산에 있어 중요한 위치를 점하는 방어 체계이므로 특히나 북핵 문제에 시달리는 대한민국에게는 그 중요도가 더욱 크다.

 

 

 

 

사드는 SM-3처럼 직접타격파괴(Hit-to-Kill) 방식으로 요격한다. AN/TPY-2 X-Band 레이더를 이용해 목표물을 탐색하며 이 레이더의 탐지범위는 1,800㎞에 달한다. 'Terminal(종말)'이라는 이름에서 알 수 있듯이 미국의 미사일 방어체계의 최종(종말) 단계를 담당하는 무기체계다. 즉, 발사 후 상승 ~ 외기권 비행 단계에서의 요격에 실패해서 탄두가 재돌입하여 낙하하고 있는 최후 상황에서의 고고도 요격을 맡는다. 사드가 미처 막지 못한 적 탄도탄은 PAC-3가 최후 저지에 나서게 된다.

 

 

 

 

본 무기체계는 스커드 등의 단거리/중거리 탄도미사일을 위주에 두고 개발되었으나 ICBM에 대한 제한적인 대응능력을 갖추고 있다.

 

SM-3와 더불어 미국이 해외에 파는 무기체계들 중 하나인데 주로 해군력이 발달하지 않은 나라가 세일즈 목표이다. SM-3를 탑재 가능한 체급의 이지스함을 보유한 나라는 한국과 일본 말곤 없고 지상배치 이지스 체계는 고정식 포대인데다 비용이 높기 때문에 운용과 배치면에서는 사드가 SM-3보다 월등한 편이다. 현재 미국 외에는 UAE가 공식적으로 구매를 진행 중이며 터키, 일본, 이스라엘 등도 도입을 고려 중이다.

 

 

 

 

▣ 개발 과정

 

사드의 개발 컨셉은 1987년에 처음으로 미 육군에서 제기되어 1990년에 본격적으로 개발이 시작되었다. 1992년에 록히드 마틴이 주계약자로 설정된 이후, 컴퓨터 시뮬레이션과 CAD 등을 통한 개발과정을 거쳐 1995년에 기술실증프로그램(DEM-VAL)이 시작되었으나 여러 번의 실패를 거친 후 의회의 프로젝트 폐기 명령이 발령되기 직전이었던 1999년 6월에 와서 성공적으로 미사일 요격을 시연하였다. 오바마 정부에서도 존폐의 논란이 있었다.

 

2005년부터 이루어진 양산단계 테스트에서는 대부분 성공적인 결과를 보이고 있으며 현재 2개 포대가 작전가능상태에 놓여져 있다. 생산은 매우 더디고 현재 지속적 개량과 연구개발이 이루어지고 있으며 아직 완성이 덜 된 무기로 2015년 미국 국방장관은 성숙단계에 이르지 않았다고 언급한 바 있다.

 

보통 시험 발사 시 너무 고도를 높지않게 하기 위해서 일부러 미사일 궤도를 요동치게 만든다.

 

 

몇 년전 미국의 아름다운 로켓 사진으로 인터넷상에 떠돌던 것이 바로 이 사드 시험 발사 사진이다.

 

 

▣ 포대 구성

 

 

사드 1개 포대는 AN/TPY-2 레이더 1기와 6개 발사대로 구성되며 각 발사대에는 미사일 8기가 탑재된다. 모든 구성요소들은 트럭에 얹혀있거나 트레일러에 실리는 등 차량화가 이뤄져있다. 가격은 포대 1세트에 1조 5천억 원, 미사일 1발당 110억 원 정도로 알려져있다.

▣ 미사일 상세

 

 

▶ 직격비행체

 

사드는 GBI나 SM-3와 마찬가지로 별도의 폭약식 탄두가 없고 직접 표적에 부딪혀서 그 운동에너지만으로 표적을 박살내는데 이때 이미 다 써 버린 로켓 엔진은 버리고 미사일 앞 부분만 남게 된다. 이렇게 실제로 표적에 부딪히는 부분을 따로 '직격비행체'라고 부른다. 대부분의 유도장치, 전자장치 등은 이곳에 몰려있다. 사드는 고체연료 로켓이지만 직격비행체의 DACS에는 액체연료를 사용하고 있다.

 

 

 

 

▶ 탐색기

 

사드는 적외선 영상 탐색기를 사용한다. THAAD가 표적을 들이받는 높은 고도에서는 대기가 희박하여 표적에서 나온 적외선이 중간에 산란되거나 하는 손실 없이 탐색기까지 잘 전달되는데다가 공기가 희박하다고는 해도 또 아주 없는 건 아니다보니 표적이 되는 탄도탄은 슬슬 공기마찰에 의해 온도가 달아오르기 시작하여 적외선 탐색기로도 20 ~ 30km 이상 먼 거리에서부터 표적을 탐지할 수 있다. 같은 수준의 탐지거리를 갖는 레이더 탐색기는 그 자체의 무게만으로도 훨씬 더 무거운데다 전력소모도 더 커서 추가 전원공급장치가 필요하며 각도 정확도도 상대적으로 떨어지므로 오히려 사드에 적용하기엔 더 불리하다.

 

다만 사드는 이 적외선 탐색기를 사용하는 것이 단점으로도 작용하는데 적외선 탐색기때문에 사드의 최소 운용고도가 제한되어버렸다. 고도 40km 이하에서는 공기마찰로 인하여 사드 탐색기 유리창 부근이 수 백도 이상으로 달아올라버리기 때문에 유리창 자체가 달아올라서 바로 센서 눈 앞에서 나오는 적외선 신호와 탄두의 적외선 신호를 구분하기가 어려워진다. 사드의 적외선 영상 탐색기가 미사일 맨 앞부분 정면에 달려있지 않고 약간 빗겨서 머리 측면에 달려있는 것도 이 공기마찰에 의한 열기를 조금이라도 줄여보려던 노력의 결과물이다. 물론 탐색기의 앞 유리창을 냉각시키려는 시도도 몇 가지 있었으나 오히려 그 냉각용 가스나 냉각액이 일종의 아지랑이를 만들어 뿌옇게되는 등의 문제점이 있어서 결국 이를 포기하는 대신 최소 운용 고도를 40km로 정하였다.

 

탐색기 센서 자체는 중간대역(MWIR, 3 ~ 5 마이크로 미터 대역) 적외선 영상 탐색기이며 그 센서 자체를 냉각시키는 장치는 별도로 달려있다. 사드 광학창 자체가 측면에 달려있다보니 창 모양 자체가 앞뒤로 길쭉한 모양이며 이 탓에 탐색기도 시야각이 앞뒤 방향은 넓지만 좌우 방향은 좁다.

 

탐색기는 미사일 발사 직후에는 앞부분이 보호덮개로 보호된다. 이는 비행 중 받는 고온의 열기가 탐색기를 미리 달궈놓거나 하는 것을 막기 위해서다. 사드는 자체 표적 포착 직전에 이 보호덮개를 좌우로 분리해내는데 이 때 덮개가 더 확실히 열리도록 일종의 금속 재질의 에어백 비슷한 구조물이 들어가있어서 이것이 팽창하여 보호덮개를 좌우로 강하게 밀어낸다.

 

 

 

 

▶ 유도장치 및 유도방식

 

비행제어 및 유도 등을 담당하는 유도장치는 탐색기 바로 뒤에 달려 있다. 사드는 발사 직후 지상 레이더가 보내오는 표적 정보를 토대로 관성항법을 이용하여 표적을 향해 날아가므로 미사일 자체의 위치 및 자세를 측정하기 위한 관성항법장치, 즉 자이로스코프가 들어있다. 물론 지상 레이더가 보내오는 표적 정보를 수신하기 위한 지령 수신장치 역시 들어있다. 표적으로부터 약 20 ~ 30km 이상 떨어진 지점에는 적외선 영상 탐색기가 작동하기 시작하여 표적을 더 정확히 추적하게 된다. 즉, 유도 방식으로 보자면 중간단계는 '관성항법 + 지령유도'이고 종말단계에서는 적외선 수동호밍 방식인 셈이다.

 

 

 

 

▶ 궤도수정 및 자세제어 장치(DACS)

 

사드는 운용고도가 수 십km 이상의 고도이므로 공기의 힘을 이용하는 카나드나 꼬리날개 등을 쓸 수 없다. 그래서 마치 우주선처럼 옆으로 분사되는 로켓을 이용하여 궤도와 자세를 바꾼다. 이를 궤도수정 및 자세제어장치, 즉 DACS라고 부른다. DACS는 무게중심 부근에 궤도자체를 바꾸기 위한 4개의 큰 노즐이 옆으로 붙어 있으며 직격비행체의 꼬리 부분에 자세수정을 위한 6개의 작은 노즐이 옆으로 붙어 있다. 이 노즐들은 필요에 따라 추력을 강하게 하거나 약하게 하거나 차단하여 직격비행체의 궤도와 자세를 수정하게한다. 이를 위해 사드는 좀 오래된 방식인 액체연료로켓을 이용한 DACS를 사용한다. 액체로켓은 액체인 연료나 산화제를 밸브를 통해 조절하여 추력을 크게하거나 줄이거나 혹은 아예 중단시켰다가 재점화하는 것 등이 가능하기 때문이다. 그러나, 액체로켓은 산화제 및 연료의 변질에 대비한 관리가 필요하며 그 자체의 덩치가 매우 커지는 단점이 있다. 대신 점화, 재점화가 가능하다는 특성 덕에 발사 직후에도 DACS의 자세제어장치용 노즐만 사용하여 사드 탄의 롤(Roll, 탄이 팽이처럼 빙글빙글 돌아가는 방향의 움직임)을 제어한다.

 

 

 

 

▶ 로켓 엔진

 

대부분의 미사일이 그렇듯 사드 전체 길이의 절반 이상은 대형 고체로켓을 사용하는 엔진이 공간을 차지한다. 이 로켓은 다 쓰고나면 앞부분의 직격비행체와 분리되는데 분리시 더 확실하고 안전한 분리를 위해 로켓엔진 앞쪽에 별도의 작은 소형 분리용 로켓이 들어있다. 로켓 노즐은 전기식 작동장치에 의해 상하좌우로 일정각도로 움직이는 TVC 방식이며 로켓이 작동하는 동안에는 이 노즐로 미사일의 상하좌우 방향과 자세를 제어한다. 다만, 탄 자체의 회전 방향은 앞서 설명한 바와 같이 궤도 및 자세제어장치의 자세제어장치용 노즐을 사용한다.

 

로켓 뒤 쪽은 꼬리날개는 없으나 마치 치마자락처럼 펼쳐진 플레어(Flare, 혹은 플레어 스커트라고 부르기도 한다)가 있다. 이것은 발사 직전에는 발사관 내부의 공간절약을 위해 사드의 몸체와 일직선이 되도록 접혀있지만 발사 직후에는 금속제 가스백을 이용하여 펼쳐진다. 이것이 하는 역할은 꼬리날개처럼 탄이 안정되게 해주는 것으로 꼬리날개보다 공기저항은 크지만 전체적으로 높은 온도에 잘 견딜 수 있다.

 

 

▣ 개량형 THAAD-ER

 

 

록히드 마틴이 자체적으로 개발 중인 사드-ER은 기존 사드와 달리 대기권 밖에서 탄두를 격추시킬 목적으로 제작되고 있다.

 

사거리와 요격범위를 연장하기위해 1단 로켓 부위가 기존의 사드에 비해 커졌고 직경이 늘어난 관계로 발사대 탑재량이 8발에서 6발로 줄어들었으며 발사차량도 기존의 8륜형인 HEMTT에서 10륜형인 PLS로 교체되었다.

 

다만, 미군 측에서는 어차피 초고고도는 SM-3로 대응하면 되지않느냐는 반응을 보이며 딱히 관심을 내비치지 않는 중이라 미래는 어둡다.

 

 

 

[ 출처 : 나무위키(namu.wiki) ]