초공동잠수함의 개념도                         출처:www.theday.com

  전쟁이 시작되고 임무가 떨어지자 특수부대가 적 후방 해안에 시속 180㎞의 초고속 잠수함을 이용해 은밀하게 침투한다. 침투한 특수부대는 적의 배후에서 주요 시설 파괴와 주요 인물 사살로 후방을 교란하고 후방을 불시에 습격당한 적은 혼란을 겪게 된다. 이 틈을 타 아군은 전쟁에 우위를 점한다. 이런 전략 시나리오를 가능하게 하는 상상으로만 존재하던 초고속 잠수함이 과학기술의 발달로 현실화되고 있다.

공기방울 형성 원리로 이동 가능

　초고속 잠수함은 현재 초공동현상(super-cavitation)을 이용해 개발되고 있다. 어떤 물체가 유체 속에서 빠른 속도로 운동하면 공기방울들이 형성된다. 이때 속도가 매우 빨라져 임계 속도를 넘어서면 공기방울들이 하나의 커다란 공기방울을 형성해 물체를 둘러싸게 되고 마찰이 적어져 물체가 더 빠른 속도로 이동할 수 있는데 이 현상을 초공동현상이라 한다. 이런 초공동현상을 발생시키는 방법은 크게 두 가지가 있는데 특수하게 설계된 형상을 앞부분에 달고 매우 빠른 속도로 이동시켜 커다란 공기방울을 형성하는 방법과 공기나 다른 특정한 가스를 앞부분에서 분출해 인위적으로 공기방울을 형성하는 방법이 있다.

　러시아에서는 세계 최초로 전자의 방법을 이용해 어뢰를 만들었으며 이후 여러 국가에서 초공동어뢰를 개발하거나 개발 완료한 상태다. 하지만 전자의 방법은 로켓 추진 장치를 활용하므로 사람이 탑승한 경우 사람에게 매우 큰 충격을 줄 수 있고 속도의 제어가 힘들어 유인 잠수정의 경우는 후자의 방법을 사용해 천천히 가속하고 감속하는 방식으로 연구가 진행되고 있다.

　초공동잠수함을 개발하는 데는 몇 가지 큰 걸림돌이 있다. 첫째는 장애물 탐지의 어려움이다. 수중에서 시속 180㎞로 이동하면서 매우 작은 부분만 노출되므로 현재 존재하는 탐지체계로는 장애물 인식이 매우 어렵다. 둘째는 잠수함의 조정 문제다. 앞서 설명했듯이 잠수함은 커다란 공기방울 안에 있으므로 방향타 등이 공기방울 밖으로 노출됐을 때 공기방울에 여러 가지 문제가 생길 수 있고 너무 빠른 속도로 이동하기 때문에 잠수함의 방향전환에 따라 초공동현상이 갑자기 사라지는 문제가 발생할 수도 있다. 셋째는 추진체계 문제다. 잠수함과 같이 큰 물체가 시속 180㎞의 속도를 내기 위해서는 매우 큰 출력을 발생하는 추진체계가 필요하다. 어뢰의 경우 로켓 추진 장치를 이용했지만 속도 조절·저속 이동 등을 위해서는 로켓 추진 장치가 아닌 다른 추진 장치 개발이 필요하다.

　현재 이와 같은 문제들을 해결하기 위해 많은 연구가 진행되고 있다. 그중 몇 가지를 소개하면 장애물 회피 등의 기동을 위해 모함에서 장애물을 탐지해 초고속 잠수함의 항로 등을 설정하고 원격으로 조정하는 방법과 추진 장치로 열 엔진을 이용한 워터 제트 추진 기술 등을 예로 들 수 있다.

　현재 여러 국가에서 초공동잠수함에 대한 개발이 이뤄지고 있다고 알려져 있는데 그중 미국은 현재 DARPA(Defence Advanced Research Projects Agency)에서 초고속 잠수함 개발 계획을 실행하고 있다. DARPA는 2006년 11월에 제너럴 다이내믹스 일레트릭 보트 사, 노스롭 그루먼스 일레트릭 시스템 사와 함께 연구 개발 계약을 체결했고 이후 계속해서 사업을 진행하고 있다.

美, 4600만 달러 투입 개발 박차

　이 연구 개발 계획은 2단계로 분리돼 진행되고 있으며 총 개발금액은 4600만 달러 정도로 예상하고 있다. 1단계 사업을 통해 초공동잠수함 개발 가능성을 확인하고 현재 2차 사업을 진행하고 있다. 완료한 1단계 사업에서 초공동현상의 물리적인 연구를 통해 안정한 공동을 생성하고 유지하는 연구를 수행했으며 시험을 위해 2.4m(8피트) 지름 크기를 갖고 초공동현상을 발생시키는 형상을 갖춘 잠수함 모델 설계도 함께 수행한 것으로 알려져 있다. 이와 더불어 장애물 회피와 잠수함의 조정에 대한 기초 연구도 수행했다. 2단계 사업에서는 초공동현상의 물리적인 현상에 대해 연구를 계속하고 공동과 잠수함 간의 상호작용에 대한 연구가 진행되고 잠수함의 조정능력에 대한 연구도 함께 진행하고 있다.

　일레트릭 보트 사에서는 4분의 1 크기의 잠수함 모형을 만들고 올해 로드 아일랜드 연안에서 시험을 수행할 예정이다. 일레트릭 보트 사는 이 시험이 성공하면 다음 단계인 100피트 길이의 초고속 잠수함 제작에 착수한다. DARPA 관계자에 따르면 초고속 잠수함은 6~20m(20~100피트)의 심도로 운행하며 시속 180㎞로 이동하면서도 수면에 아무 흔적도 남기지 않도록 개발하고 있다고 한다.

　이런 초공동현상을 이용한 초고속 잠수함이 실전 배치되면 수중전과 무기체계의 개념에 많은 변화가 예상된다. 현재 초고속 잠수함은 단순한 운송수단으로만 개발되고 있지만 관련 기술이 성숙해져 전투 능력을 갖게 되면 수중전이 공중전처럼 매우 빠른 속도로 전개될 것이다. 그리고 지금까지 대잠전을 위해 개발된 대부분의 무기체계는 초고속잠수함보다 속도가 느리므로 새로운 대잠 무기체계 개발이 필요하게 될 것이다. 그리고 초고속 잠수함 개발을 통해 초공동현상에 대한 연구가 성숙해지면 공수양용 잠수함과 같은 새로운 개념의 무기체계 개발에도 영향을 줄 것으로 예상된다.

<김병주 국방기술품질원 연구원>