도날드 트럼프 미 대통령과 북한 김정은 위원장이 유례없이 험악한 위협과 모욕적인 언사를 서로 교환하고 난 다음에 갑자기 정상회담을 개최할 용의가 있다고 발표했다. 전문가들은 무엇이 김정은 위원장으로 하여금 그가 구사하던 수사(修辭)를 바꾸게 만들었는가에 대해 여러 가지 의견이 오고 같다. 일부 전문가들은 북한이 미국과 실제적으로 전쟁을 할 수도 있다는 것에 겁을 집어먹었다고 분석하는 반면에 다른 전문가들은 북한이 핵실험을 성공적으로 완료한 덕택에 회담에서 더 좋은 입지를 확보했으며 북한이 승리의 패를 손에 쥐고 있다고 보고 있다. 프로필 지는 북한의 핵 프로그램에 대한 데이터를 연구하여 현재 북한이 실제로 보유하고 있는 무기가 무엇인지를 이해하고자 시도했다.
지표상의 진동
북한은 6회의 지하 핵폭발 실험을 했다. 2006년 실험에서 최소로 도달한 에너지 방출량이 회의론자들의 평가로는 트리니트로톨루엔 수백 톤에 해당하는 양이었다면, 2017년에는 거의 모든 전문가들이 한 목소리로 100-300킬로톤에 달한다는 평가를 내놓았다. 핵실험 장소에서 도달한 최대 실제 폭발력에 있어서 북한은 인도와 파키스탄의 시행했던 최대 폭발력은 물론 이 둘을 합한 것보다 더 강력한 위력을 보여주었다. 만약 지하 핵실험에서 도달한 최대 폭발력에 대해 말하자면 이는 인도와 파키스탄을 합한 것뿐 아니라 프랑스와 영국의 최대 폭발력을 합친 것보다 더 강력할 것이다.
11년간 6번의 핵폭발 실험을 했다면 이것은 많은 수인가 적은 것인가? 단도직입(單刀直入)적으로 말하자면 이는 중거리 탄도 미사일 탄두와 수소폭탄 탄두를 개발하기에 충분한 횟수이다. 1960년대에 중국은 4차 핵실험 당시에 핵탄두를 장착한 탄도 미사일의 실제 발사를 시행할 수 있었고 제6차 핵실험 당시에는 수소탄두 폭발 실험을 시행했다. 국토가 적고 현재 진행 중인 국제적인 제재 때문에 북한은 제한적인 최대 허용 위력을 가진, 지하 핵실험만을 시행할 수 있다.
따라서 북한은 1킬로톤에서 수백 킬로톤에 이르는 폭발력을 가진 탄두들을 개발하는데 성공했다. 또한 폭발 수가 적다는 것이 북한의 핵실험 프로그램을 얕볼 이유가 되지 못한다. 새로운 핵 강국이 대두할 때마다 그들 각각은 이전에 핵실험을 했던 국가들보다 필요한 성과를 달성하기 위해 해야 하는 핵 폭발 실험의 수가 더 적게 요구되곤 했었다. 구소련은 실물 핵탄두를 장착한 탄도 미사일 시험 발사에 성공한 것이 25번째 핵실험에서였는데 중국은 네 번째 핵실험에서 이를 달성했다.
모든 점으로 보아, 북한은 기존의 고전적인 핵탄두외에 수소폭탄 탄두 제조에도 성공한 것 같다. 이 점은 2017년 9월 시행한 시험 폭발에 대한 공식적인 자료들과 폭발력이 보여주고 있다.
총 중량은 얼마나 되는가?
북한이 보유하고 있는 탄두는 몇 개일까. 이 문제에 대해서는 정확하게 대답하는 것이 불가능하다. 그 이유는 다음과 같다.
첫째로 북한이 극도로 폐쇄된 국가이기 때문에 핵 인프라에 대한 완벽한 정보가 없다. 원자로의 수에 관해서는 특별한 의심이 생기지 않는 반면, 핵 시설에 대해서는 우라늄 동위원소 분열만으로는 이를 알 수 없다. 우라늄 농축용 원심분리기(遠心分離機)를 기반으로 건설된 동종 핵시설들은 비교적 소량의 열을 방출하고 전력도 비교적 소량을 소모하며, 시설 배치를 위한 대규모 부지가 필요하지도 않다. 따라서 그러한 핵시설들을 감추는 것은 어렵지 않다. 그러한 핵 시설들이 적어도 북한 국내에 5곳에 존재한다는 간접적인 징후들이 있다. 그런데 실제로 그런 시설이 있다고 증명된 곳은 한 곳뿐이다.
둘째로, 이런 저런 핵무기 물질들을 생산하는 시설의 이론적인 최대 생산능력을 알고 있다고 하더라도 실제적으로 이런 시설들이 얼마나 가동하고 있는지 가동률을 알아야 한다. 플루토늄 생산 원자로는 반 정도의 출력만 가동시킬 수도 있으며 일 년 내내가 아니라 몇 번 정도만 가동할 수도 있다. 사용되는 농축 캐스케이드의 수와 그에 따른 가동 중인 원심분리기 퍼센트도 100%가 아닐 수도 있다.
셋째로, 공정 상에서 발생하는 재료의 손실도 알아야 한다. 원심분리기에서는 순수한 우라늄이 분리되는 것이 아니라 우라늄 화합물인 육불화 우라늄이 분리된다. 이 육불화우라늄을(우라늄 동위원소의 변화된 성분을 가짐) 화학 반응을 통해 순수한 금속 우라늄으로 변환시켜야 한다. 그리고 나서 이 순수 금속 우라늄을 핵탄두용 부속에 부어넣는 것이다. 플루토늄도 먼저 조사된 연료에서 다양한 화합물 형태로 분리해 내고 몇 가지 연쇄 공정을 거치고 난 후에야 거기서 핵탄두 중심 부속용 금속 플루토늄을 얻을 수 있다. 그리고 이 모든 공정들을 거치면서 매번 조금씩이지만 어쨌든 재료의 손실이 있다.
넷째로, 하나의 핵탄두에 얼마만큼의 우라늄 또는 플루토늄이 소모(消耗)되는지를 알아야 한다. 이 소모량은 설계위력뿐 아니라 구조 유형에 따라서도 달라진다. 폭발력이 같다고 해도 각기 재료의 양 또는 조합된 재료의 양이 다를 수 있다.
나가사키에 투하된 폭탄 기술 수준일 경우 폭발력 20킬로톤의 탄두에는 플루토늄 6kg, 폭발력 10킬로톤 탄두는 플루토늄 5kg, 5킬로톤의 경우 4kg, 1킬로톤의 경우 3kg이 소모된다. 예전 기술로 제작한 순수 우라늄 폭탄은 폭발력 20킬로톤의 탄두에는 우라늄 16kg, 폭발력 10킬로톤 탄두는 우라늄 13kg, 5킬로톤의 경우 11kg, 1킬로톤의 경우 8kg이 소모된다. 이에 근거하여 때로는 북한이 보유하고 있다고 가정되는 무기 재료량을 1세대 폭탄의, 10킬로톤이나 20킬로톤의 폭발 위력을 가진 탄두용으로 나누는 것이다. 그러나 이는 전혀 논리적인 것은 아니다.
그런데 이런 기대들은 남북의 정권의 본질, 강대국들, 무엇보다도 미국의 의도에 대한 완전히 확실하지는 않은 개념들에 근거한 것이었다. 북한은 이런 개념에 따르면, 광적인 엘리트가 통치하는 침략적인 국가이고, 한국은 새로운 세계 자본주의 세계에 속한 나라였다. 그리고 그 개념에 따르면, 이들의 대치상황은 각기 다른 세계 발전 모델 사이에서 일어나는 세계적인 충돌의 결과였다.
지금은 1940년대가 아니다. 예전의 초기 유형의 폭발 장치를 구성하는 원리들을 보여주는 설계도를 찾기는 어렵지 않다. 해가 지날수록 다양한 구체적인 기술 정보들도 더 쉽게 손에 넣을 수 있게 되고 있다. 이러한 정보들은 부분적으로는 과학 간행물들을 통해서 얻을 수 있고 또 이전에는 기밀이었던 문서들을 통해서도 부분적으로 얻을 수 있다. 미국과 영국의 정부 기관들에 요청을 하거나 공공 도서관의 정부 문서들에 쉽게 접속할 수 있는 것도 이런 정보들을 쉽게 얻을 수 있는데 기여하고 있다. 다양한 회고록들도 큰 역할을 하고 있으며 핵물질 사용 효율 면에서도 훨씬 더 효과적인 차세대 핵탄두의 원리적 특성들과 관련된 다수의 중요 자료들의 기밀이 해제되었다.
달리 말하면 공개된 책과 논문들에 흩어져있는 과학 정보(핵물리학, 금속한, 고압물리학 등등)는 독자적으로 퍼즐을 맞추어 나가기에 충분하고도 남는다. 또한 각각의 핵강국은 이런저런 수준에 처음 핵개발을 했던 개척자 국가들보다 훨씬 더 빨리 도달했거나 더 완전한 단계에서 출발을 해서 출발점 자체가 다르다. 몇 가지 예를 들어보도록 하자.
폭발력을 감소시키지 않은 상태에서 재료 소모를 감소시키기 위해서는 재료의 압축 정도를 증가시킬 수 있다. 솔루션 중의 하나는 플루토늄(또는 우라늄)으로 만든 구형 집합체를, 화학적 폭발물의 폭발로 압축되는 과정을 통해 가속되는, 메인 외피의 중공(中空) 속에 배치한다. 분열 물질은 보통 와이어를 사용하여 압축과정에서 큰 섭동을 일으키지 않도록 템퍼-반사체 내부에 고정한다. 부상(levitaion) 기술로 인해 분열 물질 압축을 위해 최대한의 에너지를 전달할 수 있게 되었고 이로 인해 폭발 위력을 증가시킬 수 있었다(또는 화학적 폭발 외부 에너지가 더 적은 상태에서 동일한 폭발 위력을 나타낼 수 있게 했다).
이런 방식은 1945년과 1949년 미국과 소련의 최초의 핵탄두들에는 사용되지 않았다. 화학적 폭발로 플루토늄 부속을 압축할 때 균형의 섭동(攝動)이 발생할 수 있는 것이 위험 요인 중의 하나로 여겨졌기 때문이다. 그러나 1952년 영국의 원자 폭탄에서는 이 방식이 구현되었다.
다른 접근 방식은 “핵 목도리”이다. 1945년 제조된 최초의 미국 플루토늄 원자 폭탄에는 순수 플루토늄 탄두(6.2kg)가 있었고 폭발 위력은 약 20킬로톤이었다. 그러나 1948년에 와서는 플루토늄 2.5kg과 고농축 우라늄 5kg(다른 데이터에 의하면 5.5kg)을 함유한 폭탄을 실험했다. 이 폭탄의 폭발 위력은 37킬로톤이었다. 북한 과학자들은 이런 사실들을 모두 이미 알고 있으며 핵폭탄 제조 개척자들의 경험을 다 학습했을 것이다.
따라서 실험 수치, 타국의 핵 프로그램 경험, 알려진 북한의 인프라 특성과 다수의 기타 데이터들에 근거해 볼 때 북한에는 약 50개의 핵탄두가 있다고 확신있게 추정할 수 있다.
<이상 유투브 캡처>
긴 사정거리
핵탄두가 전략 무기가 되기 위해서는 운반 수단이 같이 있어야 한다. 북한의 조건에서는 지상 발사대를 사용한 탄도 미사일들이 가장 적합한 유형이다. 물론 수상 발사대 탄도 미사일 프로그램 개발도 상당히 성공적으로 전개되고 있다.
북한은 실제 탄도 미사일에 핵탄두를 장착하여 발사하고 대기 중에서 핵 폭발이 일어나는 고전적인 핵탄두 실험을 시행하지 않았다. 무기용 물질을 장착한 규정 핵탄두를 실지 않고 로켓에 핵탄두를 발사했다. 무기용 우라늄을 은 안전하게 천연 우라늄 또는 열화우라늄으로 대체할 수 있으며, 플루토늄은 유사한 밀도의 비방사능성 비독성 금속 합금으로 대체할 수 있다. 탄두 자체 구조 내부의 물리적 매개 변수들에 대한 데이터는 탄두 부분에 설치된 센서로부터 원격 측정으로 촬영했고 기폭 자동 장치 작업도 검증했다. 구조의 핵 완전성은 지하 핵 폭발시에 검사했다.
앞서 언급했듯 1960년대에 이미 중국은 세 번의 핵실험을 거쳐 실전 능력이 있는 탄도미사일용 핵탄두를 개발했다. 북한은 이미 핵실험 횟수가 6회이다. 또한 1982년에 중국은 자신들이 개발했던 탄두에 대한 기술 문서를 파키스탄에 넘겨주었다. 1990년대에 이미 이 기술 문서는 파키스탄에서 북한으로 넘어갔다. 북한의 1차 핵 실험이 있기 이미 오래 전에 북한 전문가들은 이 유형의 실전 가능한 구조에 대한 정보를 가지고 있었다.
현재 북한은 별 문제없이 일본과 한국의 모든 지점들을 타격할 수 있는 단거리 및 중거리 탄도 미사일들을 보유하고 있다. 2017년에는 미국 괌섬을 타격할 수 있는 중거리 미사일 화성 12형 발사를 포함한 군사 훈련을 최초로 시행했다.
그러나 현재 가장 큰 관심의 대상이 되고 있는 것은 북한의 ICBM 개발 프로그램이다. 작년 북한은 이 유형에 해당하는 화성 14형, 화성 15형 두 개의 신형 미사일을 시험했다.
이 미사일들이 비교적 단거리(최대 1000km)로 발사되었기 때문에 이 미사일들은 실제 ICBM이 아니라는 견해가 있다. 그러나 도달한 정점 높이(2800-4475km)를 보면 동일한 탑재 무게를 가지고 사격할 경우에, 그리고 실험당시와 일반 궤적대로라면 ICBM으로 판정하는 기준인 55km를 비행할 수 있다. 그 경우 화성 15형은 미국 본토 대부분의 목표 지점을 타격할 수 있다.
실험 당시에 그와 같이 일반적이 아닌 궤적(軌跡)을 사용한 이유는 단순하다. 미사일 비행이 북한의 추적 인프라 유효 범위 내에서 일어나도록 하기 위함이다, 북한은 한편으로는 영토가 작은 나라이기 때문이고(자기 국토나 국토 근접 지역 영공 상에서 너무 길게 뻗은 궤적을 펼치기는 불가능하다) 다른 한 편으로는 수역을 넘어선 부분을 추적할 특별 함대가 없기 때문이다.
회의론자들의 논쟁을 불러일으키는 또 한 가지는 비행 완료 지점 대기권 진입 시 탄두가 보존되었는가 하는 것이다. 그러나 모든 것이 전부 그렇게 간단한 것은 아니다. 궤적 데이터를 살펴보면 미사일의 위력을 확인할 수 있을 뿐 아니라 탄두가 대기권에 진입할 당시의 유효 외부 계수들의 매개 변수 전체를 충분히 잘 재현해낼 수 있다. 그런데 몇몇 외부 계수들은 더 낮고 더 먼 궤적에서 대기권에 진입한 것보다 더 엄격하게 유효한 것을 알 수 있다. 따라서 매우 높은 정점에서 대기권 진입 시에 탄두 부분이 보존된 것은 보통 정점에서 대기권 진입시에도 이 부분이 보존될 것이라는 징후이다.
11월 29일 실험이후 탄두 낙하 추적시 탄두 옆에 몇 개의 각기 다른 표지가 보였고, 이것은 대기권 진입시 구조가 파괴된 것을 말한다고 보도되었다. 그러나 여기서 문제는 아마도 다른 것일 확률이 높다. 나중에 발표된 화성 15형 미사일 자체의 사진들에서는 화성 15형 미사일의 아주 거대한 탄두 부분이 완전히 확실하게 단열층으로 코팅되지 않은 것이 확실히 보인다. 구조체의 뒷부분이 겉으로 보기에 그냥 금속으로 된 것이 드러난다. 그리고 이 부분들 사이에 그것들을 결합한 흔적들이 보인다. 그래서 낙하 시에 레이더 상에 하나의 표지가 아니라 여러 개의 표지로 보인 것이 정상일 것이라는 것을 나타내고 있다.
만약 이 부분들이 대기권 진입 이전에 벌써 정상적으로 분리되었다면, 그래도 이 부분들이 역시 나란히 옆에서 날아갈 수 있었을 것인데, 레이더 상에서는 이것이 하나의 객체인지, 아니면 여러 개의 객체인지가 항상 분명하지는 않다. 그것들이 몇 개라는 것은 공기의 저항이 심하게 작용하기 시작한 후에야 분명히 보이게 될 것이다. 또한 화성 15형 실험 이후에 어떤 소식통들은 미사일이 2단계 미사일이라고 보도한데 반해 다른 소식통들은 3단계 미사일이라고 했다는 사실도 첨언해야 하겠다. 화성 12형이 일본 상공 위를 날라간 것에 대해서도 모든 것이 명확하지는 않다. 하나 대신 세 개의 표식이 나타났다는 것은 탄두 부분이 정상적으로 분리한 것인지 아니면 사고 상태인지? 명확하지 않은 것이다. 따라서 북한이 대륙간 거리를 넘어서 발사할 수 있는 탄두 부분 개발에 성공하기 못했다고 단정적으로 말할 수는 없다.
태평양 남부의 원거리 수역에 탄두를 장착한 ICBM을 발사한다면 모든 의문이 사라질 것이다. 핵탄두나 수소폭탄 탄두가 대기 중에서 실제적으로 폭발한다면 더욱 질문이 없을 것이다. 그러나 물론 그 결과는 환경 문제에서 대외 정치적인 문제까지 아주 복잡한 결과를 가져올 것이다. 아마도 북한은 이런 행위를 실제로 할 수 있는 능력을 갖춘 것 같다. 그러나 이 경우에 미국은 간단하지 않은 선택을 해야 할 것이다. 미국 본토를 핵폭탄으로 타격할 수 있는 능력을 과시하는 나라를 공격하거나 아니면 전 세계가 보는 앞에서 망연자실(茫然自失)한 모습을 보여주어야 한다. 미국이 평화로운 길을 선택한다면 북한이 내미는 조건에 맞추어 그들과 협상을 해야 한다.
다른 편에서 보자면 아직까지는 북한의 ICBM이 많지 않다. 또한 크기도 상당히 크고 발사 전 준비작업 기간이 비교적 길다. 북한이 지역내 사정거리용의 무기들을 개발한 것과 같은 안정적이고 효과적인 대륙간 사정거리를 겨냥한 무기에 대한 억제 핵무기들을 개발하는 것은 한 두해만 가지고 될 일이 아니다.
또한 핵무기는 구체적인 과제들을 해결하기 위해 필요하다는 것을 기억해야 한다. 그 과제 중 하나는(적에 대한 핵 억제력을 보유하는 주요 과제 이외에도) 미국과의 관계를 개선하고 중국에 대한 군사 정치적 의존도를 높이고자 하는 것이다. 따라서 많은 전문가들은 처음부터 ICBM이 대량 배치를 위해 개발된 것이 아니라 미국과 유리한 거래를 하기 위한 대상으로서 개발되었다고 보고 있다. 북한이 ICBM 개발 프로그램을 미국과 자신들에게 유리한 협상을 하는데 맞바꾸고자 하는 의도라는 논리이다. 정말 그런지 아닌지는 곧 알게 될 것이다. 그런데 한 가지, 앞으로 재미있어질 것이라는 점은 분명하다.
글=블라디미르 흐루스탈레프 | 역사학자, 북한 핵미사일 전문가
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