일본, JS 아스카에서 함정 탑재 레일건 시제품으로 표적 선박 사격…해상 첫 시험

지역 안보에 파장을 미칠 획기적 시험

일본이 실전 배치를 위한 해상 레일건 개발에 중요한 진전을 이뤘다. 방위장비청(ATLA)은 6월부터 7월 초까지 시험함 JS 아스카에서 전자기 레일건 시제품을 표적 선박에 발사하는 해상 시험을 진행했다고 확인했다. 방위장비청은 시험 사진 4장을 공개하며 함정에 탑재된 레일건을 실제 선박에 발사한 것은 이번이 처음이라고 밝혔다. 이번 시험은 신형 체계의 해상 실험실 역할을 하는 해상자위대 시험함 아스카의 지원을 받아 진행됐다.

레일건은 화학 추진제가 아니라 전기를 이용해 소형 금속 탄자를 가속한다. 두 개의 전도성 레일과 그 사이를 미끄러지는 전기자(armature)가 강력한 자기장을 만들어 탄자를 총열 밖으로 초고속으로 밀어낸다. 이 방식은 유도미사일보다 탄당 비용이 훨씬 낮으면서도 사거리가 길고 속도가 빠른 사격을 가능하게 할 것으로 기대된다. 레일건은 폭발성 탄두가 필요하지 않다. 순수한 운동에너지를 이용하므로 저장 과정의 위험을 줄이고, 미사일 발사관에 비해 함정의 탄약 적재량을 늘릴 수 있다.

6~7월 시험은 일본이 역내 미사일 전력 증강에 대응하기 위해 첨단 방어체계에 투자하는 가운데 이뤄졌다. 도쿄 당국자들은 다층 방공·미사일 방어 계획의 일부로 레일건과 고출력 마이크로파 체계, 레이저를 강조해 왔다. 방위장비청은 해상 시험의 추가 기술 정보를 11월 방위기술 심포지엄에서 발표할 예정이라고 밝혔다. 정부는 이번 회계연도 예산에서 미래형 레일건 연구를 지원했다. 목표는 연속으로 여러 발을 발사하고 사격통제 체계와 연동하며 비행 중 탄자의 안정성을 유지할 수 있는 완전한 포 체계를 개발하는 것이다.

해상에서 정확히 무엇을 시험했나?

1995년 취역한 길이 151ｍ의 연구개발함 아스카는 선미 갑판에 레일건 시제품을 탑재했다. 시험 사진에는 소형 포탑과 포가 인근에 설치된 센서 지지용 마스트, 포구 초속 레이더 안테나가 보인다. 방위장비청은 발사 순간을 살펴보고 사후 분석을 돕기 위해 포신 아래를 포함해 카메라도 설치했다. 표적은 이동하는 해상 표적으로 항해한 소형 작업선에 설치됐으며, 공개된 사진에는 표적판도 보인다.

방위장비청은 이번 시험에 장거리 사격과 표적 선박 사격이 포함됐다고 밝혔다. 다만 이번 시험에서 탄자가 표적에 명중하는 장면은 공개하지 않았다. 사격 데이터와 센서 기록, 영상은 대규모 시험 프로그램에 활용된다. 이 프로그램은 육상 사격장에서 시작해 2023년 말 해상 시험으로 이어졌다. 해상자위대 함대연구개발사령부가 시험을 지원했으며, 고위 장교들은 시험을 위해 요코스카를 출항하기 전인 봄에 아스카를 방문해 설치 상태를 살펴봤다.

레일건은 어떻게 작동하나?

레일건은 로런츠 힘을 이용해 탄자를 가속한다. 탄자 뒤쪽의 전기자를 통해 한쪽 레일에서 다른 쪽 레일로 큰 전류 펄스가 흐르면 자기장과 전류의 상호작용으로 레일 방향의 힘이 발생한다. 에너지는 대형 축전기 뱅크나 다른 펄스 전력 모듈에 저장했다가 수 밀리초 동안 방출한다. 최고 가속도와 전류가 극단적으로 높아 여러 기술적 난제가 생긴다.

전력과 냉각

함정에 통합하려면 전력을 생산하고 소형 장치에 안전하게 저장할 수 있어야 한다. 연속 사격을 위해서는 빠른 재충전과 열 제거도 필요하다. 고전류가 레일과 전기자 경로를 가열하기 때문에 열 관리가 핵심이다. 포가 성능을 크게 잃지 않고 여러 발을 발사할 수 있도록 전력전자장치와 배선, 냉각 회로의 용량을 설계해야 한다. 시험 장비와 대형 발전기를 실을 공간이 있는 아스카가 초기 시험 플랫폼으로 활용되는 것도 이 때문이다. 소형 전투함에는 훨씬 더 소형화된 전력 공급 방안이 필요하다.

총열 수명과 소재

가스포와 달리 레일건은 폭발 압력으로 침식되지는 않지만, 전류와 열, 마찰로 레일과 접촉면이 크게 손상된다. 방위장비청은 초기 총열에 구리 레일을 사용했고 이후 다른 레일 소재를 도입했다고 밝혔다. 안정적인 포구 초속을 유지하면서 총열 수명을 120발까지 늘리는 것이 목표다. 이를 위해 전류를 전달하는 전기자 개선, 레일 코팅, 고속으로 밀도 높은 대기를 뚫고도 안정성을 유지하는 탄자 개발을 진행하고 있다.

일본은 지금까지 어떤 성과를 거뒀나?

방위장비청은 2016년 전자기 가속 체계의 본격적인 개발에 착수했다. 육상 시험에서 단계별 성과를 거둔 뒤 2023년 말에는 함정에서 처음으로 발사했다. 올해 4월 공개된 사진에는 해상 시험에 앞서 아스카에 완전히 설치된 레일건이 담겼다. 현재 시제품의 총열 길이는 약 6ｍ, 구경은 약 40ｍｍ다. 앞선 시험에서 개발진은 포구 속도가 초속 2,000ｍ에서 2,400ｍ를 넘는 수준에 이르렀다고 밝혔다. 이는 고고도에서 마하 7에 가까운 속도지만, 실제 해수면 비행 속도는 공기 밀도와 탄자 형상에 따라 달라진다.

방위장비청은 앞선 시연에서 5메가줄 사격을 선보였으며, 미래형 모델의 저장 에너지를 20메가줄 수준까지 높이는 방안을 논의해 왔다. 이 프로그램은 단발 시험에서 연속 사격으로 옮겨가고 있다. 이 단계에서는 재충전과 열 축적, 안정성이 핵심 기술 과제가 된다. 해상 시험에서 아스카는 포 옆에 전용 사격통제 콘솔을 설치해 함정 센서와 레일건을 연동하고, 측정한 포구 초속과 탄자 이탈 각도 등 정밀 데이터를 수집했다. 최근 발표와 함께 공개된 사진에서도 이를 확인할 수 있다.

일본 방위산업계도 제작과 시험에 참여하고 있다. 방위 당국자들이 언급한 작업에는 일본제철소(Japan Steel Works)와 같은 기업의 제작 참여가 포함되며, 설계와 시험은 방위장비청이 주도한다. 이 프로그램은 데이터와 기술을 교환하기 위해 프랑스·독일 생루이 연구소와 협력하는 방안도 검토해 왔다. 이러한 단계는 실제 플랫폼에서 제작·정비·운용 훈련이 가능한 완전한 포 체계를 개발하는 데 목적이 있다.

이 무기는 전투에서 어떤 역할을 할 수 있나?

성숙한 레일건은 다양한 표적과 교전할 수 있다. 해상에서는 미사일을 쓰기에는 비용이 지나치게 높은 소형 선박이나 원격조종 수상정을 향해 함정 승조원이 사격할 수 있다. 적절한 탄자를 사용하면 공중폭발 파편을 뿌려 드론과 순항미사일을 격퇴할 수도 있다. 고속으로 고고도를 비행하는 탄도미사일이나 극초음속 위협에 대해서는 다층 방어의 일환으로 미사일과 센서 체계와 함께 운용될 가능성이 크다. 장점은 사격량이다. 함정은 운동에너지 탄자를 수백 발 적재하고 짧은 시간에 다수의 사격을 할 수 있어 군집 공격에 대응하는 데 유리하다.

탄약 적재량과 비용은 이 기술에 관심이 쏠리는 핵심 이유다. 현대 군함은 미사일 발사관 수가 정해져 있고 해상에서 재장전할 수 없다. 함정이 저가 드론 한 대를 막기 위해 고성능 요격미사일을 발사할 때마다 수백만 달러를 쓰고 장기 순찰 중에는 보충하기 어려운 발사관 하나를 소모한다. 레일건 탄자는 크기가 작고 보관하기 쉬우며 발당 비용도 훨씬 낮다. 이런 특성은 장기 배치에 매력적이다. 드론과 미사일을 막기 위해 함정들이 다수의 요격미사일을 발사한 홍해와 같은 상황에서 반복적인 교전에도 적합하다.

육상에서는 레일건을 대포병 사격이나 해안포, 재래식 강선포보다 먼 거리의 고정 표적 공격에 활용할 수 있다. 연구 프로그램에서는 종말 단계에서 텅스텐 자탄 여러 개를 방출해 고속으로 접근하는 표적에 대한 명중 확률을 높이는 탄자를 검토해 왔다. 설계진은 비행 중 궤도 수정용 간단한 GPS 수신기 등 유도 보조장치도 시험하고 있다. 다만 극한의 가속도를 견뎌야 하는 탄자에 전자장치를 장착하는 일은 간단하지 않다.

다른 나라의 개발 노력과 비교하면?

미 해군은 수억 달러를 투입하고도 실전 배치 체계를 개발하지 못한 채 2021년 레일건 사업을 중단했다. 주요 장애물은 레일 마모와 심한 발열, 전력 수요, 발사 충격을 견디면서도 정밀하게 유도되는 탄자를 개발하는 데 따르는 어려움이었다. 중국은 강과 호수에서 바지선에 대형 레일건 시제품을 설치해 시험하고 유도 기술의 진전을 주장했지만, 해군용 체계가 실전 배치됐다는 공개적인 증거는 없다. 한국과 튀르키예, 유럽의 연구기관들도 이 기술을 계속 연구하고 있다.

함정 탑재 레일건의 실제 해상 시험에서는 일본이 앞서 있다. 함대의 지원을 받은 시험에서 표적 선박을 향해 발사하면서 방위장비청은 실험실 시연을 실제 작전과 유사한 해상 환경으로 발전시켰다. 일본은 전력 공급이 풍부한 신형 대형 전투함과 정밀한 추적 및 사격통제에 필요한 센서 통합을 포함하는 더 큰 계획에도 이 연구를 접목하고 있다.

일본 레일건 사업의 다음 단계는?

방위장비청은 6~7월 발사 시험의 추가 데이터를 11월 기술 심포지엄에서 공개하겠다고 밝혔다. 당국은 완전한 포 체계를 개발하기 위해 2026회계연도까지 이어지는 연구 프로그램을 이미 제시했다. 2024회계연도 국가 예산에는 공중 위협을 요격할 미래형 레일건 연구 예산이 편성됐다. 차기 계획에 신규 항목이 없는 것은 진행 중인 연구를 다년간 예산으로 충당하고 있기 때문일 가능성이 크다.

단기 과제에는 탄자의 비행 안정성 개선, 여러 발을 쏜 뒤에도 포구 초속을 유지할 수 있도록 레일과 접촉면을 강화하는 작업, 사격통제 체계 개선이 포함된다. 구축함과 향후 대형 이지스함에 설치하려면 소형 발전기와 에너지 저장 모듈이 필수적이므로 전력 공급 장치의 소형화에도 주력하고 있다. 육상 시험장은 개발용 탄자를 계속 발사하고, 아스카는 함정 통합과 안전 점검, 전술 개발을 지원할 예정이다.

계획대로 진전된다면 생산형에 가까운 체계는 충분한 전력 여유를 갖춘 대형 함정에 처음 탑재될 수 있다. 또 다른 방안은 해안 방어 임무를 지원하는 육상 포대다. 어느 쪽이든 고속으로 정밀한 탄자를 다수 발사할 능력은 일본의 방위 태세에 새로운 층위를 더할 수 있다.

위험과 한계, 남은 의문

사거리와 살상력에 관한 주장은 기동하며 다수로 접근하는 현실적인 표적을 상대로 해상에서 입증해야 한다. 순항미사일이나 탄도 표적을 요격하려면 신뢰할 수 있는 추적과 정확한 비행시간 계산, 발사 충격을 견디고 유도되며 적절한 순간에 신관이 작동하는 탄자가 필요하다. 발열과 탄자 주변의 플라스마 형성, 대기 저항은 문제를 복잡하게 만든다. 최근 공개된 사진에는 포구 초속 레이더와 고속 카메라를 이용한 측정이 강조돼 있지만, 까다로운 조건에서 실제 명중을 입증해야 하는 과제는 여전히 남아 있다.

연속 사격은 전력 문제만이 아니다. 충격과 열은 레일의 기계적 정렬과 전기 접촉 상태를 바꿀 수 있다. 아주 작은 변화도 포구 초속을 낮추거나 탄자의 안정성을 해칠 수 있다. 고전류 사격이 다른 민감한 체계를 방해하지 않도록 함정의 전자파 적합성도 관리해야 한다. 승조원이 탑승한 함정에 대량의 전기에너지를 저장하는 데 따른 안전 문제도 고려해야 한다. 해결할 수 있는 기술 문제들이지만, 개선과 반복 시험에는 시간이 걸릴 것이다.

비용과 산업 기반도 과제다. 레일건은 비싼 미사일을 저렴한 탄자로 대체하지만 군수 지원이 불필요해지는 것은 아니다. 함대는 여전히 많은 탄자를 생산하고 시험하며 운송하고 보관해야 한다. 제조업체는 희귀한 원료에 의존하지 않으면서 대량 생산이 가능한 소재를 확보해야 한다. 복잡한 상황에서 탄자를 낭비하거나 포의 성능을 과장하지 않도록 훈련과 교리, 레일건과 미사일 중 어느 무기를 사용할지에 관한 기준도 다듬어야 한다.

한눈에 보기

• 방위장비청은 6월부터 7월 초까지 진행된 해상 시험에서 JS 아스카의 레일건 시제품을 표적 선박에 발사했다
• 방위장비청은 함정 탑재 레일건을 실제 선박에 발사한 것은 이번이 처음이라고 밝혔다
• 공개된 사진에는 소형 포탑과 포구 초속 레이더, 데이터 수집용 카메라가 담겼다
• 표적은 표적판을 설치한 이동식 작업선에 장착됐다
• 초기 시험에서 포구 속도는 초속 2,000ｍ에서 2,400ｍ를 넘는 수준에 이르렀다
• 방위장비청은 5메가줄 사격을 시연했으며, 에너지를 20메가줄 수준까지 높이는 것을 목표로 한다
• 사업 목표에는 연속 사격과 총열 수명 120발, 전용 사격통제 체계가 포함된다
• 일본은 2024회계연도에 미래형 레일건 연구를 위해 약 1억6,700만 달러를 편성했다
• 추가 기술 정보는 11월 기술 심포지엄에서 공개될 예정이다
• 미국은 2021년 레일건 사업을 중단했으며, 일본은 해상 시험을 계속하고 있다
• 잠재적 임무에는 드론과 순항미사일 방어, 대수상전, 해안포 운용이 포함된다