깊은 바닷속 1년내내 잠행.. 핵잠수함 아무도 못찾는다

깊은 바닷속 1년내내 잠행..핵잠수함 아무도 못찾는다

 

이종화 입력 2020.10.16. 17:06

 

한국 핵잠수함 개발한다는데..
핵분열 방식 응용한
소형 원자로가 기본 동력
47km/h 속도로 무한이동
연료 추진체계 공간도 줄어
극지방 얼음 아래서도
소리없이 움직여 기동력 탁월
美·러·英·佛 등 7개국 보유

핵 추진 잠수함(핵잠수함) 개발 이슈가 다시 수면 위로 떠올랐다. 지난달 김현종 청와대 국가안보실 2차장이 미국 측에 핵잠수함에 필요한 핵 연료 공급을 요청한 것이 알려지면서다.

 

국내에 우라늄 농축 시설이 없어 직접 핵 연료를 조달할 수 없는 만큼 미국에 연료를 요청했지만, 미국은 사실상 거부 입장을 밝혔다. 이에 대해 청와대는 "국익에 관련한 외교안보 사안인 만큼 신중한 접근을 당부드린다"고만 반응해 핵잠수함에 대한 궁금증을 더 자아냈다.

 

핵잠수함은 간단히 말해 소형 원자로를 동력으로 사용하는 잠수함이다. 재래식 잠수함은 디젤엔진을 동력으로 충전한 배터리를 활용한다. 재래식 잠수함은 배터리 충전을 위해 화석연료를 태울 산소를 얻기 위해 주기적으로 수면 위로 올라와야 한다. 이런 한계 때문에 재래식 잠수함은 수중 항해 가능 시간이 수시간에서 수일 사이에 그친다. 반면 내부 원자로에서 에너지를 얻는 핵잠수함은 이론적으로 승조원 식량만 충분하면 영원히 잠행하며 임무를 수행할 수 있다.

 

두 잠수함이 움직일 수 있는 속도도 다르다. 재래식 잠수함은 최대 16㎞/h 속도로 달릴 수 있지만 이 경우 수시간밖에 움직일 수 없다. 1주일 정도 오래 잠행하게 되면 매우 느린 속도로 움직일 수밖에 없다. 하지만 핵잠수함은 최고 47㎞/h의 속도로도 수개월간 임무를 수행할 수 있다. 속도가 빠른 만큼 핵잠수함은 공격 후 신속히 현장을 이탈해 승조원들의 생존 가능성을 극대화할 수 있다.

 

핵잠수함은 연료 우려 없이 장기간 고속 잠항할 수 있는 만큼 다양한 센서와 무기를 목적에 맞게 선택해 운영할 수 있다. 특히 극지방 얼음 아래로도 이동할 수 있어 기동력이 재래식 잠수함과 비교할 수 없는 수준이다. 전 세계 모든 바다에서 장기간 작전에 투입될 수 있다.

 

소형 원자로 전문가인 황일순 울산과학기술원(UNIST) 교수는 "핵잠수함과 재래식 잠수함은 각각 전기자동차와 내연기관 자동차라고 생각하면 된다"며 "단 핵연료에서 전기가 무한정 나오니 핵잠수함은 '무한 전기자동차'라고 이해하면 쉽다"고 설명했다.

 

현재 잠수함은 대부분 더 조용하고 오래 임무를 수행할 수 있도록 개발되고 있다. 이 같은 강점을 모두 갖추고 있는 게 핵잠수함이다. 잠수함을 탐지하기 위해선 배에 실린 소나(sonar·수중 음파탐지기)로 소음을 잡아내야 한다. 계속해서 수면 위로 떠오르는 재래식 잠수함에 비해 잠행해 있는 핵잠수함을 탐지하는 건 불가능에 가깝다. 잠수함발사탄도미사일(SLBM)이 실린 핵잠수함이 적진 코앞까지 접근해 바다에서 미사일을 쏘아 올릴 수 있는 것은 이 같은 핵잠수함의 은밀성 덕분이다.

 

핵잠수함에 탑재된 소형 원자로는 일반적인 원자력발전소에 있는 원자로를 '미니' 사이즈로 압축해놓은 것이다. 원전 원자로와 동일하게 핵분열 때 발생하는 열을 이용한다. 모든 원자는 양성자와 중성자로 이뤄진 '원자핵'과 그 주변을 도는 '전자'로 구성돼 있다.

 

원자로는 이 원자핵이 분열될 때 발생하는 초고열로 물을 끓이고 여기서 발생한 증기를 동력으로 활용한다. 우라늄의 원자핵이 중성자를 흡수하면 원자핵이 분열되는데, 이때 아인슈타인의 질량에너지등가(E=mc2) 공식에 의해 열이 발생하게 된다. 핵이 분열하면 중성자가 튀어나오고, 이 중성자가 다른 원자핵과 만나면 핵분열이 다시 일어난다.

 

원전 연료로 사용되는 우라늄235(U235) 1g이 핵분열을 통해 만드는 에너지는 석탄 3t, 석유 9드럼이 만드는 에너지의 양과 동일하다.

 

원자로의 종류도 다양하나 핵잠수함에는 주로 가압수형 원자로(PWR)가 사용된다. PWR는 일반 물인 경수를 사용하는 경수로의 일종으로 물에 높은 압력을 가해 끓이는 형태의 원자로다.

 

PWR는 주로 핵잠수함의 뒤편에 위치하게 된다. 1차 사이클은 동력인 열을 만들고, 2차 사이클은 이 열을 이용해 엔진 역할을 하는 터빈을 돌린다. 핵잠수함은 추진용 터빈이 갖는 회전력을 바탕으로 추진기로 직접 구동하거나 축전지에 저장된 전기로 모터를 구동해 기동할 수 있다.

 

PWR를 사용하는 핵잠수함의 추진체계는 재래식 잠수함 추진체계에 비해 작다. 재래식은 전체 사이즈의 50% 정도를 엔진, 발전기, 축전기 등이 차지하는 데 반해 핵잠수함 추진체계는 전체 크기의 30% 정도만 사용한다. 이렇게 절감된 공간은 거주나 군 작전 구역, 어뢰나 유도탄 등 추가 무장 적재공간, 식료품 저장공간 등으로 활용할 수 있다.

 

핵잠수함은 핵무장 여부에 따라 전략 핵잠수함(SSBN)과 일반 핵 추진 잠수함(SSN)으로 다시 한번 나뉜다. 전략 핵잠수함은 핵탄두가 실린 SLBM을 다량으로 탑재하고 있다. 덩달아 함정 크기도 커진다. 미국의 오하이오급(1만9000t), 러시아의 보레이급(2만4000t), 중국의 진급(1만1000t)처럼 1만t 이상의 배수량을 자랑한다.

 

이들은 모두 히로시마 원폭(20kt·1kt는 TNT 1000t의 파괴력)보다 수백, 수천 배 위력이 센 핵무기를 싣고 언제든지 임무에 투입될 수 있다. 특히 적국이 선제적으로 핵공격을 하더라도 잠행한 상태로 살아남아 핵 보복을 가할 수 있다. 반면 일반 핵 추진 잠수함은 재래식 탄두가 장착된 SLBM이나 순항미사일을 탑재한다.

 

핵잠수함의 능력이 워낙 탁월한 만큼 재래식 잠수함도 이를 따라하고 있다. 최근 재래식 잠수함의 잠항시간을 늘리기 위한 공기불요추진(AIP) 체계를 탑재한 경우가 늘어나고 있다. AIP 체계를 사용하면 배터리 충전을 위한 공기를 함내에 저장함으로써 수중에서 디젤엔진을 가동해 충전하거나 추진을 위한 동력을 공급할 수 있다. AIP 체계를 탑재한 재래식 잠수함은 수주간 잠행 임무수행이 가능하다.

 

 

[이종화 기자]