하늘에서 떨어뜨린 폭탄은 오랫동안 손을 떠나는 순간 바람과 중력에 맡겨지는 물건이었습니다. 떨어지는 동안 방향을 고칠 방법이 없었습니다. 정밀유도폭탄은 여기에 "가는 길을 고치는 능력"을 더한 것입니다.
그 능력은 폭탄을 처음부터 새로 만드는 데서만 오지 않습니다. 널리 알려진 레이저(laser) 유도 키트와 위성항법 키트는 보통 폭탄의 몸통을 그대로 두고 앞이나 뒤에 붙는 장치입니다. 무엇이 붙고, 그것이 무엇을 따라가며, 2차 세계대전부터 1990년대까지 어떻게 바뀌었는지 차례로 보겠습니다.
더해지는 것: 앞의 눈과 뒤의 날개
미 의회조사국(Congressional Research Service, CRS)이 옮긴 미 국방부의 정의로 정밀유도무기(precision-guided munition, PGM)는 "점 표적을 파괴하고 부수적 피해를 최소화하려는 유도 무기"입니다. 유도되지 않는 탄과 갈리는 점은 날아가는 길을 바꿀 수 있다는 데 있습니다. 조준 오차나 날씨 때문에 생긴 어긋남을 비행 중에 바로잡아 맞힐 확률을 높입니다.
"스마트 폭탄"이라고도 불리는 이런 무기에는 관성 측정 장치, GPS 수신기, 레이저 탐색기, 밀리미터파 레이다 탐색기 같은 유도 부품이 쓰입니다. 폭탄에서는 이 부품들이 키트의 모습으로 붙습니다.
레이저 유도 키트 계열인 페이브웨이(Paveway)는 두 부분으로 나뉩니다. 폭탄 앞(코)에는 표적을 표시하는 레이저를 찾는 탐색기가 붙고, 뒤에는 폭탄을 표적으로 이끄는 꼬리 키트가 붙습니다. 위성항법 키트인 JDAM(Joint Direct Attack Munition)은 꼬리에 붙는 키트로, 500·1,000·2,000파운드급의 여러 무유도 폭탄에 GPS 유도를 더합니다.
폭탄 몸통에 눈과 운전대를 다는 셈입니다. 실제로는 그 운전대를 잡는 사람이 폭탄 안에 없습니다. 탐색기나 위성 신호가 알려 주는 정보에 따라 꼬리 키트가 스스로 방향을 고칩니다.
처음 시도: 2차 세계대전의 유도 폭탄
유도 무기 개발의 뿌리는 1차 세계대전까지 거슬러 올라갑니다. 폭탄을 표적까지 이끄는 시험은 1940년대에 이어졌습니다. 미 육군 항공대는 활공 폭탄을 무선으로 표적에 이끄는 방식을 시험했고, 이 시기의 유도 체계는 텔레비전 신호를 쓰면서 무기를 지휘할 추적 항공기를 따로 두어야 했습니다.
독일의 프리츠 X(Fritz X, 루르슈탈 X-1)는 2차 세계대전 때 지중해에서 연합국 함정에 쓰인 정밀 유도 철갑 폭탄입니다. 스미스소니언 국립항공우주박물관의 소장품 설명을 보면, 항공기에서 떨어뜨린 뒤 조작자가 조종간과 송신기로 이끌었고 십자 모양 꼬리의 스포일러가 궤적을 바꿨습니다. 이 폭탄을 실은 항공기는 폭탄을 조종하는 동안 느리게, 수평으로 날아야 했습니다.
이 무렵의 유도는 사람이 보고 손으로 조종하는 일에 기대고 있었습니다. 이런 체계는 2차 세계대전 동안 완전히 배치되지는 못했습니다.
레이저 점을 따라가다: 베트남 전쟁
흐름을 바꾼 것은 1960년대의 기술이었습니다. CRS는 레이저 유도, 반도체, 그 밖의 미사일 기술 발전이 탄이 더 정확히 맞히는 능력을 높였다고 봅니다. 정밀유도무기는 베트남 전쟁에서 레이저 유도 폭탄이 나오며 두드러졌고, 페이브웨이도 이때 F-4, A-6 같은 전술기가 정밀하게 탄을 떨어뜨리도록 처음 개발됐습니다.
생각은 단순합니다. 레이저가 표적 위에 밝은 점을 만들고, 폭탄 앞의 탐색기가 그 점을 찾아 스스로 다가갑니다. 존스홉킨스 응용물리연구소(APL)의 글은 이런 무기를 "레이저가 비춘 밝은 점을 자동으로 찾아가는" 공중 발사 무기로 설명합니다. 무기 바깥에서 표적을 비추는 방식을 반능동(semi-active)이라고 하는데, 그 뜻은 미사일 탐색기: 무기 앞부분의 "눈"에서 자세히 볼 수 있습니다.
APL이 자주 인용되는 예로 든 것이 베트남의 탄호아 다리입니다. 미국은 6년 동안 이 다리에 수백 발의 폭탄을 떨어뜨리며 항공기와 조종사를 잃었습니다. 다리는 1972년 4월, 적은 수의 레이저 유도 폭탄으로 무너졌습니다.
구름이라는 벽과 위성항법 키트
레이저 유도에는 전제가 하나 있습니다. 레이저 빛이 표적에 닿고, 그 점이 탐색기에 보여야 합니다. 미 회계감사원(GAO)은 1997년에 낸 1991년 사막의 폭풍 작전 항공전 평가에서 이 전제가 흔들린 장면을 적었습니다. 중·고고도로 날면서 항공기가 구름, 연무, 연기, 높은 습도에 더 많이 드러났고, 그 때문에 적외선·전자광학 센서와 레이저 유도 폭탄용 레이저 표적 지시기가 방해를 받았다는 것입니다.
사막의 폭풍은 레이저 유도 폭탄이 크게 주목받은 작전이기도 합니다. 그래도 그 작전에서 정밀유도무기는 쓰인 탄약 전체의 6%뿐이었다고 CRS는 적었습니다.
빛 대신 위성 신호를 쓰는 길도 열리고 있었습니다. 미 공군과 해군은 1980년대 "첨단 폭탄 계열(Advanced Bomb Family)"이라는 사업에서 GPS로 유도하는 무기를 연구하기 시작했습니다. 첫 JDAM은 1997년에 인도돼 1998~1999년에 운용 시험을 거쳤고, 공군은 1999년 얼라이드 포스 작전에서 JDAM을 처음 썼습니다.
위성항법 키트가 따라가는 것은 표적 위의 빛이 아니라 폭탄 자신의 위치입니다. 오늘날의 유도탄은 대개 GPS 신호, 레이저 유도, 관성항법(inertial navigation system, INS)을 함께 씁니다. 관성항법이 스스로 위치를 셈하고 위성 신호가 그 값을 바로잡는 짝입니다.
미사일 항법을 다룬 APL 글은 비행 중 일부 구간에서 GPS가 방해받을 수 있다고 짚습니다. 두 항법이 왜 짝을 이루는지는 관성항법과 위성항법: 자기 위치는 어떻게 알까에서 이어집니다.
두 방식을 한 폭탄에
두 방식은 따라가는 것이 다르고, 막히는 조건도 다릅니다. 그래서 키트는 점점 둘을 함께 담는 쪽으로 바뀌었습니다.
CRS는 JDAM의 큰 개량 가운데 하나로 GPS 유도에 레이저 유도를 더한 것을 듭니다. 레이저 유도를 더하면 고정 표적뿐 아니라 움직이는 표적도 칠 수 있습니다. 레이저 키트 쪽에서도 1990년대의 페이브웨이 III는 낮은 고도 유도를 개선했고, 1990년대 후반의 페이브웨이 IV는 위성 유도를 더했습니다.
제조사 RTX는 새 페이브웨이가 GPS와 관성항법 기능을 갖췄다고 소개합니다. RTX의 설명으로는 기존 레이저 유도 무기의 정확성·유연성에 GPS 유도의 전천후 능력을 합친 것입니다. 만든 회사가 내세우는 장점입니다.
"정밀"이라는 말이 뜻하는 것
정밀유도라는 말을 들으면 흔히 "몇 미터 안에 떨어진다"는 숫자를 떠올립니다. CRS의 정리는 조금 다릅니다. 시간이 지나며 "정밀"이라는 말은 특정 유도 방식이나 탄종, 정확도 수치보다 유도 무기 전반, 그리고 그 사용을 받치는 정보·계획·의사 결정의 질과 더 이어지게 됐다고 봅니다.
키트는 폭탄을 정해진 곳으로 이끌 수 있습니다. 그곳이 맞는 곳인지는 키트 밖의 일입니다. 비용이라는 한계도 남습니다. CRS는 정밀유도무기의 큰 단점으로 비용을 꼽고, 특히 장거리 미사일이 그렇다고 적었습니다.
레이저와 맞닿는 점: 빛은 공기를 지나야 한다
레이저 유도 폭탄은 레이저 빛을 "표시"로 씁니다. 레이저 무기는 레이저 빛을 표적을 데우는 에너지로 씁니다. 쓰임은 다르지만, 빛이 공기를 지나 표적에 닿아야 한다는 조건은 같습니다.
GAO가 적은 구름, 연무, 연기, 습도는 레이저 무기 이야기에서도 빠지지 않는 날씨 조건입니다. 공기 속의 분자와 입자가 빛을 산란(scattering)시키고 흡수하는 일은 대기 전파: 흡수, 산란, 난류, 열 블루밍에서 이어서 읽을 수 있습니다.
다음에 읽을 글
- 미사일 탐색기: 무기 앞부분의 "눈": 레이저 점을 찾는 탐색기가 무엇으로 이루어지는지 봅니다.
- 관성항법과 위성항법: 자기 위치는 어떻게 알까: 위성항법 키트가 기대는 두 항법을 봅니다.
- 대기 전파: 흡수, 산란, 난류, 열 블루밍: 날씨가 레이저 빛을 어떻게 줄이고 흐트러뜨리는지 봅니다.