우주전쟁
- 이 이름으로 국내에 나온 허버트 조지 웰즈의 소설 및 드라마 - The War of the Worlds
- 영화 우주전쟁
- 1953년작 - 우주전쟁(1953)
- 2005년작 - 우주전쟁(2005)
- BEMANI 시리즈의 수록곡 - 恋する☆宇宙戦争っ!!
1. 개요
우주전쟁(宇宙戰爭) 또는 우주전(宇宙戰)은 우주에서 벌어지는 전쟁, 혹은 우주급 스케일로 벌어지는 전쟁을 말한다.우주조약 제4조
달과 천체는 본 조약의 모든 당사국에 오직 평화적 목적을 위하여서만 이용되어야 한다.
천체에 있어서의 군사기지, 군사시설 및 군사요새의 설치, 모든 형태의 무기의 실험 그리고 군사연습의 실시는 금지되어야 한다.
2. 상세
우주공간에서 전투를 한다는 것은 행성 혹은 항성의 중력권내 궤도상에서 전투를 한다는 것을 뜻한다. 3차원 공간에서 궤도역학과 로켓방정식의 지배를 받는다는 점은 [1] 우주전을 굉장히 특이한 양상으로 이끌 것이다.
우주공간에서 전쟁의 효용성을 의심할 사람들도 있겠지만, 이미 우주는 인간의 손길이 닿지 않는 미지의 공간이 아니라 수많은 인공위성이 날아다니는 곳이다. 특히 통신위성이나 GPS등은 전쟁 수행 뿐만 아니라 그 전쟁을 수행해야 하는 국가 자체의 경제에 있어서 중요한 역할을 하고 있고, 정찰위성 등은 평화시에도 이미 수백 대씩 쏘아올려진 역사를 생각해보면, 상대국의 전쟁 수행 능력을 떨어뜨리기 위해서 공격해야 할 당위성은 충분하다. 따라서 상대방의 위성을 공격하고, 그 공격을 방어하고 반대로 공격자를 공격하는 등의 활동을 시발점으로, 무인우주선의 무장, 그에 따른 유인 우주선의 무장 이에 따른 유인 우주선간의 전투와 같이 단계별로 긴장수준이 격화되며 우주전쟁이 발발할 것이다.
children of a dead earth의 결과를 참고해 서술했다. 현존하는 가장 현실적인 근미래 우주전 시뮬레이터이다.
2.1. 오해
먼저, 우주전에 관해 흔히 생각하는 오해들 부터 과학적으로 반박해 보자.
- 가장 흔히 하는 오해는 우주에서 스텔스가 기본일 것이라는 생각이다
텅 빈 우주공간에서는 지상과 달리 어떤 엄폐물도 없으므로, 정말 멀리 있는 적도 아주 잘 보인다. 레이더의 효과도 지상보다 훨씬 좋아진다. 이로 인해 이전 문단에서는 레이더 스텔스가 기본일것이라는 아주 대표적인 오해가 서술되어 있었는데, 이는 레이더 스텔스의 원리에 대한 오해와, 몇가지 중요한 사실들을 간과한 분석이다.[각주참고] 우선 100% 완벽한 레이더 흡수 도료가 개발된다 할지라도, 광학 탐지를 피하는 것은 우주 공간에서 불가능하다. 지구상의 한 지점에서 전 방향의 천구를 완벽히 스캔하는데 현재 기술로 약 4시간 정도 밖에 걸리지 않는다. 그럼에도 불구하고 우주전을 수행하는 우주선의 크기가 작을 경우 스캔의 해상도가 문제될 것이라는 생각을 할 수도 있을 것이다.현재의 기술력을 보여주는 예시를 들자면, 2020년 기준 보이저 1호는 경차 보다 작고 가벼우며 지구에서 222.7억km 떨어져 있음에도 불구하고, 천구 잡음상에서 광학적으로 탐지하는데 단1초 걸린다. [2] 인간의 눈과 비교했을때 잡음이 거의 없는 상황에서 천구관측용 광학 센서들의 민감도는 상상을 초월한다.
지평선이나 대기가 없는 경우 로켓의 기동을 추적하는 것은 훨씬 쉬울것이다. ||냉전기에 이미 궤도상에서 발사체를 추적하는 기술이 상당히 확립되었다.
우주전을 수행한다는것은 어떤 천체가 되었던간, 대기권 위 궤도상에서 전투를 한다는 뜻인데, 현재의 기술로도 화약 로켓 발사, 추진시의 광원은 물론이거니와 생명유지 장치에서 발생하는 백열전구 수준의 폐열마저 조건만 맞으면 태양계 밖에서 관측 가능하다는 점에서 우주에서 스텔스를 기대하는 것은 어리석다고 볼 수 있다. 그렇다면 아예 물리적으로 행성 뒤에 숨는다는 생각을 할 수도 있지만, 현실적으로 이를 파훼하기 위해서는 센서가 달린 작은 인공위성 하나만 있다면 된다는 점을 생각한다면, 우주에서 스텔스는 포기하고 들어가는 게 오히려 합리적이라고 볼 수 있다.
행성 뒤에 숨는 전략을 방지하기 위해,
태양계 평면상 수직인 푸른 궤도에 위치한 관측용 위성들이 빈틈없이 감시할 것이다. ||- 두번째 대표적 오해는미사일이 전장을 완벽하게 지배해 버릴 것이라는 것이다.
물론 이의 논리는 상당히 설득력 있어 보이기도 한다. 수천 km밖에서 발사후 자동으로 유도 가능하다는 점에서 굳이 총알과 같이 무유도 탄환이나 레이저의 사정거리를 파훼 가능해 보일 수 있다. 이는 부분적으로만 맞는 말이다. 우선 현대에도 화약추진식 CIWS나 광학식 근접방어 체계가 이미 있고 또 미래에는 물리적 CIWS 또한 레일건이나 코일건과 같이 더 빠른 탄속을 발사가능한 방식으로 더 발전할 것이기에 미사일의 완벽한 우위는 없을 것이다.
우주전에서는, 현대의 해전처럼 압도적 가성비 우위로 근접방어 체계를 미사일 탄막으로 과부하시킬 수 없다. 우주에서는 해전과 달리 기동에 있어서 치올콥스키 로켓 방정식에 묶여, 질량의 제한이 훨씬 엄격하기 때문이다. 이는 지닐수 있는 미사일의 수 또한 질량에 묶인다는 뜻이다. 현대 해전으로 단순한 예시를 들어본다면, 약 1톤하는 1000발의 하푼 미사일로 10만톤급 제럴드 R. 포드급 항공모함 을 격침시키면 1.5조원대 50조원의 가성비가 나온다. 하지만 우주에서는 미사일의 질량 자체가 엄청난 비용을 유발시킨다. 아폴로 계획에 사용된 새턴 로켓은 총중량의 약 4%를 지구 저궤도에 올렸다. 반대로 해상에서 사용되는 대형 함선은 연료 중량이 약 4%다. 미래의 기술발전과 우주전용 함선들이 궤도상에서만 기동한다는 점을 감안해 이 연료대 중량 비율을 9대 1로 한다고 하자. 아스널 쉽 같은 극단적 컨셉에서 아예 함선의 중량을 100% 미사일에 올인 하는 상황이더라도, 1만톤급의 함선을 격파하기 위한 1천톤의 미사일을 들고다니기 위해서는 1만톤짜리 함선...이 필요하다는 결론이 나온다. 물론 배수량이 함선의 가격을 결정하지 않는다는 점이 있겠지만, 우주에서 비용의 절대다수는 질량을 움직이는데 필요하다는 것을 본다면 수지타산이 잘 떨어지지 않을것이다. 하지만 이는 미사일의 완벽한 우위가 없을 것이라는 뜻이지 미사일이 사용되지 않을 것이란 뜻은 아니다.
미국과 이스라엘이 합작해 만든 요격용 레이저.
가변식 거울을 이용해 사거리에 맞춰 초점을 조절한다. ||우주전에서는, 현대의 해전처럼 압도적 가성비 우위로 근접방어 체계를 미사일 탄막으로 과부하시킬 수 없다. 우주에서는 해전과 달리 기동에 있어서 치올콥스키 로켓 방정식에 묶여, 질량의 제한이 훨씬 엄격하기 때문이다. 이는 지닐수 있는 미사일의 수 또한 질량에 묶인다는 뜻이다. 현대 해전으로 단순한 예시를 들어본다면, 약 1톤하는 1000발의 하푼 미사일로 10만톤급 제럴드 R. 포드급 항공모함 을 격침시키면 1.5조원대 50조원의 가성비가 나온다. 하지만 우주에서는 미사일의 질량 자체가 엄청난 비용을 유발시킨다. 아폴로 계획에 사용된 새턴 로켓은 총중량의 약 4%를 지구 저궤도에 올렸다. 반대로 해상에서 사용되는 대형 함선은 연료 중량이 약 4%다. 미래의 기술발전과 우주전용 함선들이 궤도상에서만 기동한다는 점을 감안해 이 연료대 중량 비율을 9대 1로 한다고 하자. 아스널 쉽 같은 극단적 컨셉에서 아예 함선의 중량을 100% 미사일에 올인 하는 상황이더라도, 1만톤급의 함선을 격파하기 위한 1천톤의 미사일을 들고다니기 위해서는 1만톤짜리 함선...이 필요하다는 결론이 나온다. 물론 배수량이 함선의 가격을 결정하지 않는다는 점이 있겠지만, 우주에서 비용의 절대다수는 질량을 움직이는데 필요하다는 것을 본다면 수지타산이 잘 떨어지지 않을것이다. 하지만 이는 미사일의 완벽한 우위가 없을 것이라는 뜻이지 미사일이 사용되지 않을 것이란 뜻은 아니다.
아쉽게도, 매질이 없는 우주에서조차 광학병기는 회절 현상으로 인한 의외로 짧은 거리제한이 있으며, 또한 출력이 올라갈수록 폐열을 방열판으로 식혀야 한다는 점, 그리고 마지막으로 감마선과 같은 고에너지 파장은 커녕, 출력이 쓸만한 수준으로만 올라가도 레이저 광선의 최소 폭이 기하급수적으로 늘어나버리고, 이를 방지할 정도로 열에 튼튼한 물질들이 아직 개발되지 않았기에, 사용이 제한된다.
게다가 광학병기인 레이저는, 우주선 주변에 양때처럼 거울무리를 끌고 다니는 것으로도 위력을 반토막내버릴 수 있다. 이 거울에 반사당하는 와중에도 계속 일정한 지점을 멈추지 않고 지져서 녹여야 타격이 들어간다는 것. 즉, 레이저의 출력이 엄청난 동시에, 초속 수십 킬로미터로 움직이는 우주선을 효과적으로 따라가면서 약간의 오차도 없이 멈추지 않고 치는 시스템까지 동원되어야 한다.
레이저가 주로 피해를 입히는 방식인 레이저 어블레이션(Laser Ablation) 현상은, 레이저 조사 방식에 따른 차이가 있기는 하지만, 일반적으로 에너지가 장갑을 관통하는데 사용되기 보다는 장갑에 열복사/ 열전도 그리고 증발을 일으키는데 그치기 때문이다.
[image]레이저를 어떤 방식으로 조사하는지에 따른 피해를 도식화 한 그림이다
CW는 연속적으로 조사할 경우, ns는 나노초 단위의 펄스, ps/fs는 피코초와 펨토초 단위의 펄스를 조사하는 경우이다. ||위의 도식에서와 같은 펄스빔을 조사하기 위해서는 Mode Locking, Q Switching, Gain Switching와 같이 다양한 레이저 공학적 테크닉을 혼합해 사용해야한다.흔히들 생각하는 초장거리 무기라는 이미지와 다르게 오히려, 회절 현상의 영향을 받지 않는 근접 상황에서 물리적 탄환보다 효과적이지만, 우주에서 이와 같이 상대가 근접할 일은 거의 없기에, CIWS와 같은 제한적으로 사용될 가능성이 높다. 하지만 이런 레이저도 상대방 우주선 라디에이터를 점조준 시켜 무력화시키는 전술에는 탁월한 무기일 것이다. 우주선에서 방열판은 작동을 위한 필수적인 장비이다. 우주왕복선이나 소유즈같은 유인 우주선 모두 방열판이 작동하지 않을 경우 즉시 임무를 중단할 정도로 핵심적인 장비이다. 그럼에도 불구하고 장갑을 두를 경우 효율성이 기하급수적으로 떨어지기에, 중요한 약점이며 레이저는 이를 노리기에 최적화된 무기일 것이다.
여담으로, 007 시리즈 문레이커나 콜 오브 듀티 고스트에서처럼 인간들이 우주복을 입고 나가서 서로 레이저나 실탄총기를 쏴대는 황당한 상황도 불가능한 것은 아니지만, 그런 전술은 아마 최악의 상황에서나 택하는 마지막 선택지가 될 것이다. 혹은 정치적인 이유로 위에서 설명한 수단들을 전쟁에서 동원하기 힘든 상황을 가정한 제한전쟁 상황에서는 어느 한 쪽이 확전을 원하지 않는다면 현재 한국의 비무장지대처럼 이런 방식의 총격전 만이 선택지가 될 수도 있다.
2.2. 유인 우주선간 전투
현대 군사 독트린을 유인 우주선 간의 전투에 적용하기는 어럽다. 냉전시기에 인공위성간 전투를 다룬 몇몇 공개문헌이 있지만, 이를 유인 우주선들간의 전투에 적용시키기에는 무리가 있을 것이다. 특히, 지구의 중력장과 대기 위에서 벌어지는 전투를 주로 상정한 문서들이며, 모든 분석이 지구 대기를 스칠 정도의 낮은 저궤도에서 이루어지는 전투를 상정하여 이루어진 것들이기 때문이다. 그렇기에, 이러한 냉전기의 인공위성간 우주전 독트린들은 고고도 대공전 혹은 대탄도미사일전 이라고 명명하는 것이 더 타당할 것이다.
오히려 다른 각도에서 현대전과 유인 우주전과의 유사점들을 찾아 볼 수 있을 것이다. 수평선 밖에서 전투기를 발진 시켜 원거리에서 전투하는 현대 함대전, 2차 대전의 도그파이트와 같은 공대공 전투, 상대방을 먼저 탐지하고 숨어있는 것이 핵심인 대 잠수함전, 전열함간의 라인배틀, 2차 대전 이전과 초기 대규모 전함간의 원거리 포격전 등등 다양한 전투양상을 고려해 볼 수 있다. 유인 우주선들 간의 전투는 스케일에 따라 다르겠지만, 3차원 공간, 높은 상대속도, 실질적으로 무한한 시야와 같은 이유로 이러한 전투 양상들과 일치하지는 않을 것이다. 하지만 유의미한 유사점 또한 있다.
현대의 항공모함의 함대전과 비슷한 전술이 가능하겠지만 한 가지 다른점이 있다면, 상대방의 궤도 방향으로 날려보낸 전투기들을 다시 랑데뷰해 회수하는 것이 불가능하기에 전투기들이 완전히 무인기로 편성될 것이라는 점이다. 이미 현대 해전에서도 사거리를 늘리는 방향의 연구에서 회수하지 않는 무인기를 이용하는 전술들이 고려되고 있다는 점을 본다면 충분히 가능성있는 전술이다. 회수되지 않는 드론이 미사일과 비슷하게 들릴지 모르지만, 일단 드론은 미사일의 화학/핵탄두의 유효범위 혹은 질량관통자의 영거리 수준의 접근을 할 필요가 없다. 드론을 전투기 개념으로 운용해 레일건과 RTG같은 자체 동력원을 장착할 경우, 타깃과 거리를 좁힌 뒤에도 로켓 방정식에 구애받지 않고도 투사체를 km/s 단위로 추가로 가속시킬수 있다[3] 는 상당한 메리트가 있다. 이런 접근법은 핵탄두같이 한 발 한 발이 아까운 경우 근거리로 접근해 질량관통자 역할을 겸하는 기만체와 섞어서 발사하는 전술, 혹은 레이저 드론으로 접근하는 적의 미사일 탄막의 궤도로 인터셉트해 무력화 시켜버리는 등 전투에서 전술의 폭을 훨씬더 넓혀준다는 측면에서 빛난다.
또 다른 전술은 미사일 탄막으로 CIWS를 압도해 버리는 전술이다. 위의 오해 단락에서 미사일이 만능이 되지 않을 것이란 내용이 있지만, 핵무기를 탄두로 한 미사일들은 질량과 부피의 소형화가 가능하다는 점에서 우위를 차지할 수 있다. 여기에 현대의 MIRV와 같이 요격의 위험이 있는 종말 단계에서 탄두와 구별이 불가능한 기만체들을 분리한다면 탄막의 효율은 배가 된다. 하지만 핵무기 자체가 저렴한 무기가 아니라는 점은 이러한 "핵샤워" 전술을 고가치 목표물에만 쓸 수 있는 전술로 한정짓게 만든다.
의외로 1차대전 거함거포주의와 같은 사상이 부활할 수도 있다.CIWS와 같은 근접 대공 방어 기술이 고도로 발전하면 드론 전투기나 미사일 발사비용보다 요격효율이 올라가 이들의 전성시대가 막이 내려가고, 원거리 타격이 불가능해짐에 따라, 근거리 결전이 강제되는 방향으로 흘러갈 수도 있다. 혹은, 한쪽이 일방적으로 드론이나 미사일같은 원거리 타격 무기의 우위를 가지고 있을 경우, 원거리 타격이 불리한 입장에서는 델타-V 우위를 이용해 근접전을 강제하는 전술 또한 고려해 볼 수 도 있다. 이러한 강제 접근 전술은 지상전과 달리 속도와 위치의 개념이 상대적이며 3차원 공간의 기동이 가능하다는 궤도역학의 특성으로 가능해진다. 같은 중력장 안이라는 가정 하에, 충분한 델타-V 우위와 시간만 있다면 상대방은 절대로 추적해 오는 측을 따돌릴 수 없다. 스텔스의 불가능으로 인해 기동이 실시간으로 관측된다는 점은 이를 심화시킨다. 지상의 해전과 다른점은 수평선에 구애받지 않고 적의 궤도와 위치를 추적할 수 있다는 점과, 서로가 초속 km 단위의 상대속도로 접근해 오기 때문에, 밀리 초 단위의 순간에 승패가 결정난다는 점이다. 핵무기와 질량 관통자의 탄막이 흩뿌려지고 양측이 스쳐 지나가며 전투의 승패가 결정나는 광경은 2차대전기 전투기들이 에너지 파이팅을 할때 붐엔줌으로 스처 지나가며 싸우는 광경을 연상 시키기도 한다.
2.3. 유인 전투용 우주선의 설계
궤도간 기동이 가능하며 전투 목적으로 건설되는 '''유인''' 전투 우주선의 크기는 극 초기의 시범적 성격을 지닌 프로토타입들을 제외하고서는, 전투중 회피 기동성을 유지하기 위해서 최소화 하려는 경향과, 무장 탑재량과 기동 범위를 늘리기 위해 커지려는 경향에 따라 각 함선의 건조 목적을 따를 것이다. 초기에는 최소한의 무장과 선원의 작은 초계함에서 시작되어 수백대의 무인 드론이 들어있는 항공모함이나 아스널 쉽들까지 상상해 볼 수 있다.
우주선의 크기 스펙트럼을 서술하기 위해 가장 작게 만들수 있는 유인 전투용 우주선 부터 고려해보자. 단, 조건은 유인우주선을 상대로 한 작전 수행이 가능해야한다.
심우주에서는 우주 방사선이 문제가 될 수도 있다. 또한 아래와 같은 대형 우주선들 핵분열 노심 자체에서 나오는 방사선의 문제 또한 있다. 그러나 아폴로 계획에서 보여준 것 과 같이 방사선대는 회피가 가능하며, 인공적으로 자기장을 만들어 우주방사선을 차폐하는 것은 고난이도의 기술이 아니다.
2.3.1. 1인용 정찰기/요격기
먼저 떠오르는 것은 미공군에서 X-15 프로그램과 더불어 개발하던 일인용 우주 요격기 '''STAR''' 컨셉이 있다.
이 기술실증기가 이루고자 한 임무는 잠수함에서 발사되어 급격히 저궤도까지 상승한 뒤, 지구를 한 바퀴 돌기 전에 적 인공위성을 격추하고 귀환 가능한 '''요격기'''를 설계하고자 한 것이다. 따라서 유인 우주선 간의 전투에 필요한 수준의 무장을 갖추지는 못했다.
2.3.2. 지구 저궤도용 초계함
현재까지 대중에 공개된 전투용 우주선중 유일하게 우주선 간의 '''전투'''가 가능하다고 보여지는 폴류스를 개조한다고 해본다. 폴류스는 무인이며, 80톤에 원통형 단면적 크기 40 x 4미터이다. 이는 아주 작은 재래식 잠수함이나 고속정 정도의 크기이다. 이 전투 인공위성이 선원들의 거주공간이나 궤도간 기동능력을 감안하고 설계되지 않은 점을 고려해 이 정도 질량을 가진 공격용 우주선을 유인화 시키고 기동 능력을 부여한다면 다음과 같을 것이다.
사람이 타는 공간은 정말 "최소한"으로 하기 위해 2.5톤의 보스토크 1호를 가져다가 붙여놓고 유인화의 다른 부분은 고려하지 않는다고 하자. 로켓방정식[4]으로 계산시, 현대 우주왕복선 진공 엔진 급의 ISP[5]를 가지고, 연료비율 60%가 될 만큼 연료를 추가해, 선체의 총질량이 202.5톤이며 단면적 또한 80 x 5 미터로 무게에 비례해 늘었다고 가정하자. 이때, 델타-v는 약 2.25km/s가 나온다. 지상에서 발사해 지구 궤도 형성하기에는 턱없이 부족한 수치이지만, 지구 궤도상에서 조립되었다고 가정할 시, 이 정도면 지구 중력장 안에서 저궤도를 벗어나 어느 정도 기동이 가능한 수준이다. 화학식 로켓이 아닌 핵추진[6] 로켓을 사용할 경우 델타-v가 2배가량 늘어나 편도로 달까지 갈 수 있는 성능이 나온다.
위의 가정에서는 사람이 타는 공간을 정말 최소한으로 계산했는데, 저 정도 크기의 유인 공간에서는 하루도 버틸수 없다는 점에서 함선이라기 보다 일인용 전투기에 더 가깝다. 실질적으로 '''함선'''이라 보기 위해서는 우주 공간에 지속적으로 생활을 하며, 장기 작전과 24시간 전투에 대응 가능해야한다고 볼 수 있다. 작동과 유지를 최소한의 선원으로 수행하며, 장기적인 작전을 수행 해야된다는 측면에서 현대 잠수함들과 유사하다고 볼 수 있다. 비교를 위해 크기에 비해 선원수가 적은 잠수함들을 보자면 한국의 손원일급 잠수함이 65 x 6m 에 약30명 러시아의 야센급 잠수함이 120 x 13m 에 약 60명이다.
이 수치를 토대로 고립된 환경에서 함선의 전투작전과 유지보수에 필요한 최소한의 인원수가 핵분열로가 없을시 단면적 13에서 있는 경우 26제곱 미터당 1명으로 잡는다면, 위에 서술된 가상의 200톤의 80 x 5 m 짜리 전투용 우주선을 작전 가능한 유인함선으로 만들기 위해서는 30명에서 15명을 태워야 한다. 물론 이를 위해서는 80 x 5 m 공간에 생명유지장치와 생활공간, 물류창고 등이 추가로 필요하다.
고로, 만약 위와 같은 가정의 기술적 제약하에서 지구 저궤도상에서 운용을 할 초계함을 건설한다면, 작전 사양을 만족시키기 위해서는 약 20명의 선원과 400제곱미터의 이상의 단면적 그리고 60%이상의 연료비 혹은 핵추진 로켓을 필요로 할 것이며, 이는 현대의 소형 재래식 잠수함 크기와 비슷한 것이다.
2.3.3. 심우주용 구축함
위의 예시로 든 폴류트는 아주 기본적인 무장만을 갖췄으나 함선을 가동하는데 필요한 유지 인원이 그럼에도 불구하고 상당히 많음을 알 수 있다. 만약 현실에서 우주전함을 건설할시 위의 가정과 비슷한 기술제약이 걸린다면, 아예 여유롭게 크기를 키워서 연료량을 늘리고, 핵분열로, 장갑판, 무장 등을 설치하는것을 선택할 수도 있을 것이다. 단면적은 제곱으로 늘어나지만, 부피는 세제곱으로 늘어나기 때문에, 우주선의 크기를 키울수록 공간활용을 여유롭게 할 수 있게 된다는 장점이 있기 때문이다.이로 인해 장갑을 두껍게 두를 수 있다는 장점 또한 있다.
본격적인 심우주 전투함 컨셉을 보자면 BDM Corporation (1983)와 DARPA가 협력해서 연구한 유인 우주 전투순양함을 예시로 들 수 있다.[7]
실험적인 기술이 아닌 확보되어있는 기술로 심우주에서 활동하는 것을 목표로 설계되어있다.
본격적인 고에너지 무장 운용과 압도적인 델타 V 확보를 위해, 고출력 핵분열 노심을 유인 우주선에 장착한 우주 전투함의 컨셉을 연구하는 이 보고서에 나오는 전투함의 구조는 다음과 같다.
동력계통은 엔진내부에 있는 원자로를 핵심으로 한다. 이 노심은 냉각수 사이클의 개방 혹은 폐쇄를 가변적으로 조절함으로 출력수준을 조절가능하도록 위의 개요도에서 엑체 헬륨 냉각수 사이클을 추가한 회전형 pebble bed 가스 노심이다. 에너지 무기 작동을 위해 순간 출력을 높일 때는 초고온으로 가열된 냉각수를 엔진을 통해 방출시키는 개방 사이클 모드, 평시에는 냉각수를 다시 식혀 쓰는 폐쇄 사이클 모드로 작동되게 설계되어 있다.
전력계통은 동력계통에서 사용되는 원자로와 연동되어 있다. 움직이는 부품이 없기에 상대적으로 설계가 단순한 열전효과를 이용한 방식이 아닌 원자로를 식히는 헬륨을 냉매로 한 브레이턴사이클 (Brayton cycle)로 가스 터빈과 발전기를 돌린다.
무장은, 자유전자 레이저, 중성자 가속 입자병기, 레일건 그리고 마이크로파를 이용한 무기를 제시하고 있다.
두번째 예시는 지구-화성간 기동이 가능한 레이저 전함이다
2.4. 기타
폭탄의 경우, 진공인 우주에서 후폭풍이나 충격파의 전달을 기대하기 힘드므로 위력이 상당히 약화된다. 재래식 폭탄은 물론이고 핵폭탄 역시 마찬가지. 다만 우주선의 내구도가 중량 제한등으로 인해 (상대적으로 봤을때)현대의 전투기/폭격기 수준이라면 파편을 이용한 타격-즉 기존 대공미사일의 타격 방식-은 여전히 유효하다. 게다가 진공/무중력인 우주공간의 특성상 미사일이 발생시키는 파편은 거리에 따른 위력의 저하가 없어[10] 다수의 적에게 타격이 가능하고 피해 반경도 넓어진다. 그리고 기존 대함 미사일의 경우에도 어차피 뚫고 들어가서 터지는것이므로 별 차이는 없다. 물론 선체의 진공공간이 일종의 공간장갑의 역할을 해줄수도 있겠지만.[11] 핵무기의 경우에는 후폭풍과 충격파를 기대하기 힘드므로 지상에서 마냥 피해범위를 물리적으로 소거하는 효과를 기대하기는 힘들겠지만 막강한 방사선 피해와 '''EMP'''효과를 유발 할 수 있어 역시 유효한 타격 방식.[12]
지상에선 잘 작동하던 무기들도 우주공간에선 사용이 까다로워진다. 총기에 사용되는 화약은 연소에 필요한 산소를 이미 갖고 있기 때문에 발사가 되지만, 탄체의 질량이 클 경우 발사시의 반작용으로 인해 발사자가 엉뚱한 방향으로 운동하게 된다는 문제도 있다. 게다가 우주는 그 특성상 총알이 표적을 향해 며칠동안 날아가는 등, 교전거리가 굉장히 길며, 대부분의 표적은 고속으로 이동하는 물체(우주선 등)인 관계로 현재의 일반적인 총탄/포탄으로는 명중시키는게 거의 불가능하다. 게다가 공기가 없으니 공랭식 총기의 경우 총열이 냉각되질 않는다. 전부 일차대전때 쓰이던 수냉식 기관총처럼 총열에다 냉각용 자켓을 입혀야 할 것이다.[13] 이 때문에 탄환류의 병기를 쓰려면 상당히 근접하거나, 교전거리 향상을 위해 레일건을 단다거나 하는 식으로 이뤄질 가능성이 높다.
때문에 쓸만한 입자병기가 나올경우 급속도로 도태 될 것이다. 특히 레이저는 대기중에선 블룸효과 때문에 제대로 쓸 수가 없지만, 진공인 우주공간에서는 쓸만한 무기로 탈바꿈한다. 게다가 빛의 속도로 직진하는 광선이니, 조준만 제대로 하면 회피는 불가능하다. 하지만 레이저의 작용은 기본적으로 열에너지의 전달이다. 때문에 레이저에 직격당하면 표면에 작은 구멍이 뻥 뚫리거나 용융 절단이 발생할 것이다. 레이저에 직격당한다고 해서 영상물에서처럼 펑펑 폭발하는 일은 없다. 로켓 엔진이나 연료탱크 쪽에 직격당하면 폭발할 것 같다는 생각이 들 수도 있겠지만, 이것은 헐리웃 영화에서 연료통에 직격=폭발이라는 잘못된 인식을 심었기 때문이다. 연료가 폭발하려면 우선 휘발이나 기화 등에 의해 연료가 기체상으로 변하고, 여기에 '''불꽃이 튀어야만''' 폭발이 일어난다. [14] 게다가 기화된 연료와 불꽃이라는 조건이 갖춰지더라도 우주에서는 폭발이 잘 일어나지 않는데, 우주는 공기(산소)가 없는 진공 상태이기 때문이다. 때문에 레이저로 적을 아무리 맞춰봐도 폭발은 일어나지 않고, 상술한대로 선체에 작은 구멍이 뽕뽕 뚫리거나 표면이 녹아내릴 뿐이다. 게다가 레이저가 금속 등을 녹이면서 금속 가스가 발생하는데, 이것이 레이저 광선의 에너지를 흡수하므로 레이저의 파괴력이 감퇴된다. 우주 무기로 사용할 레이저는 현존하는 것보다 훨씬 출력이 높아야만 할 것이다.
피탄당하는 측도 가만히 있을리는 없다. 피하는게 불가능한 입자병기를 상대하기 위해서, 입자병기를 역으로 이용한 방어막 기술이 개발될 것이다. 굳이 SF의 에너지 방어막 말고도 기초적인 방열재의 성능향상을 도모한다던지 장갑 표면에 레이저를 반사시키는 코팅이나 도료를 입힌다던지 하는 처리가 이루어질 것이다.
지금까지 실제로 계획됐거나, 추정되는 것들을 보면 공격용은 아니지만 지금 당장 궤도상에서 돌아다니는 군사위성들이 있으며, 이러한 군사위성을 요격하기 위한 인공위성 요격 기술들의 연구가 냉전기 부터 이뤄졌고 소련 측에서는 살류트 계획을 통해 유인 군사위성(...)을 구축하는가 하면 폴류스라는 크고 아름다운위성 공격용 위성을 발사했으나 궤도에 진입하지도 못하고 추락. 최근에 중국에서 성공한 사례가 존재한다.
미국에서는 소련의 ICBM을 요격하기 위한 SDI프로젝트가 진행됐으며, 지상공격용으로는 신의 지팡이가 존재했다. 물론 SDI프로젝트는 장대한 뻘짓과 함께 애꿎은 우주왕복선 프로그램에 까지 악영향을 끼치며 실패했고, 신의 지팡이는 실효성이 0에 가깝기도 하고, 미국에서 주도한 우주조약을 깡그리 무시하는 행위라 페이퍼 플랜 수준으로 넘어갔다.
과거 미국이 운용했던 스페이스셔틀은 대기권으로 돌입하면서 1000도 이상의 플라스마 열세척을 하고 지상에 내리기 때문에 기체 표면의 방사능은 큰 문제거리가 아니지만 그렇다고 우주전함이나 우주전투기를 매번 이렇게 대기권 돌입시킬 수도 없는 노릇이다. 우주 공간을 고속으로 이동해야 하는 우주전투기나 우주전함들의 경우 표면의 요철부와 패널 틈새에는 우주먼지가 잔뜩 낄 수밖에 없고 이는 내부 승무원들의 피폭 및 기기류의 고장, 내구성 저하 등의 문제로 이어지게 된다. 즉 영화 스타워즈에나 나오는 것과 같은 복잡한 요철부와 오밀조밀한 표면을 가진 우주선들은 있을 수 없다는 얘기다. 또 건담과 같이 노출된 관절 가동부를 가진 유인 로봇 병기가 활동하기에도, 우주는 절대 좋은 환경이 아니다.
3. 대중매체 속의 우주전쟁
대중매체에서는 주로 우주군이 등장하여 우주전함 등을 운용해서 싸운다.
어째서인지 우주전쟁을 진행하는 주체가 우주군이 아니라 해군 또는 해병대이다.
스타워즈는 우주에서 벌어지는 전쟁이 어떤 모습인가에 대한 전형을 단숨에 확립해 버렸다. 이후 우주 전쟁이라 하면 우주 공간을 가르며 고속으로 비행하는 우주 전투기들, 그리고 느릿느릿 움직이며 함포 사격을 하는 거대한 우주 전함들과 이 모든 것을 압도하는 거대하고 파괴적인 우주 요새, 그리고 그것들이 뿜어내는 현란한 광탄과 어뢰(미사일)들이 가득한 화면을 떠올리게 된다.
이후 스타워즈를 모방해 만들어진 우주 전쟁물들은 전투장면도 스타워즈의 것을 거의 그대로 가져다 썼다. "배틀스타 갤럭티카", "25세기의 벅 로저스" 같은 미국 스페이스 오페라, "우주전함 야마토", "기동전사 건담" "은하영웅전설" 등 일본 소설 및 애니메이션 등지에서 스타워즈의 영향은 확연히 드러난다.
스타워즈 식 우주 전투의 가장 큰 특징은 '''우주인데 우주가 아니다''' 라는 점. 분명 '''공기가 없는 우주공간'''에서 움직이는 전투기들이, 지구 대기중에서 움직이는 비행기들과 똑같이 비행하고 전투를 한다. 우주에서는 날개로 양력을 발생시켜 비행하는 것이 아니라 무중력의 공간에서 로켓 등의 분사에 대한 반작용으로 운동하는 것이므로, 로켓을 한번 분사하면 역추진을 할때까진 계속 전진하며, 진행방향을 바꾸기 위해선 자세제어 분사기를 써야 하고, 진행방향과 무관하게 얼마든지 자세 변환을 할 수 있다. 다시 말해 추적해 오는 TIE 전투기를 공격하기 위해 X윙의 기체를 180도 돌려도 비행 방향은 전혀 변하지 않는다는 말이다. [15]
게다가 우주공간인데 빔포의 발사음, 미사일이나 전투기 등이 폭발하면서 내는 폭음 등이 잘만 들린다. 소리는 매질을 통해 전달되는데, 우주에 매질이라고 해봐야 미세한 우주 먼지 뿐, 거의 없다고 봐도 무방한데 소리가 저렇게 잘 들릴 수가 없다. 물론 자신의 기체가 내는 엔진음이나 무기 소음 등은 그대로 들릴지는 몰라도. [16]
광속으로 날아오는 레이저를 눈으로 보고 피하는 것도 비현실적이다. 조준만 제대로 했다면 레이저를 피하는 것은 불가능하다.[17]
이쯤 되면 현실적인 우주전쟁 장면이 얼마나 재미없고 밋밋할지 짐작이 될 것이다. 사실 스타워즈의 우주전쟁 장면은 감독이자 원작자인 조지 루카스의 취향이 그대로 반영된 것인데, 그는 1차, 2차 대전의 공중전 영화를 매우 좋아했다고 한다. 그 때문에 이후 제작된 대부분의 우주전쟁 창작물들은 까마득한 과거의 공중전 장면을 그대로 답습하고 있다(심지어는 현대의 공중전보다도 원시적이다). 일본 애니메이션도 마찬가지라 현실적인 우주전을 찾기가 거의 불가능에 가까우며 알려진 창작물 중에서 현실적인 요소가 많이 강조된 것으로는 스타쉽 오퍼레이터즈 하나 정도만 예를 들 수 있다.
우주 공간을 고속으로 이동해야 하는 우주전투기나 우주전함들의 경우 표면의 요철부와 패널 틈새에는 우주먼지가 잔뜩 낄 수밖에 없고 이는 내부 승무원들의 피폭 및 기기류의 고장, 내구성 저하 등의 문제로 이어지게 된다. 즉 영화 스타워즈에나 나오는 것과 같은 복잡한 요철부와 오밀조밀한 표면을 가진 우주선들은 있을 수 없다는 얘기다.[18] 또 건담과 같이 노출된 관절 가동부를 가진 유인 로봇 병기가 활동하기에도, 우주는 절대 좋은 환경이 아니다.
은하철도 이야기에서는 우주전을 은하철도의 전투열차들을 이용하여 전개한다.
비디오 게임도 상황은 크게 다르지 않아서, 지난 40년간 만들어진 수많은 비디오 게임들 중 우주공간의 전투를 (비교적) 현실적으로 묘사한 작품은 별로 없다. 대표적으로 94년 미국 마이크로프로즈에서 제작한 "맨티스 시작전투기"라는 작품이 있고, 그보다 훨씬 뒤에 인포그램에서 만든 "I-War"[19]가 있다.
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↑ 시드 마이어의 회사인 마이크로프로즈에서 만들었던 XF5700 맨티스[20] 의 패키지 사진. 보시다시피 국내에 SK그룹 계열인 SKC에서 정발한 작품이었다. 스타워즈 식의 "우주공중전"의 비현실성을 과감히 탈피하고 우주공간에서의 요격을 실제 물리법칙에 맞게 재현한 작품이었다.
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↑ "I-War"에 등장하는 우주전함 "드래드노트". 수십명(대부분 엔지니어고 함교 요원은 달랑 4명이다)의 승조원이 탑승하는 대형 우주선이다. 알큐비에레 방식의 초광속 항행이 가능하다는 점을 제외하면 철저하게 과학적으로 고증된 우주선이며, 위의 맨티스와 마찬가지로 뉴턴 물리학의 원리에 따라 운동한다(때문에 역추진을 안 하면 계속 전진한다). 선체가 전체적으로 납작한 원반형인데, 이 선체 자체가 원형의 입자가속기이며 여기서 발생하는 미량의 반물질을 입자빔으로 발사하는 것이 드래드노트급 함선의 주무기이다.
이 글을 읽는 위키러분들 중 이들 작품에 대해 들어본 사람은 별로 없을 것이다. 그만큼 이 두 작품들은 망했다. 맨티스는 완전 쓰레기 취급을 받아 마이크로프로즈의 흑역사로 매장당했고, 인디펜던스 워는 골수 SF팬들에게 컬트적인 인기를 얻어 속편까지 만드는 용기를 보였지만, 속편에서 제대로 망했다.
[1] 솔라 세일의 경우 전투용으로 너무 느리기에, 추진력을 로켓으로 얻는다는 가정[각주참고] http://www.projectrho.com/public_html/rocket/spacewardetect.php#id--There_Ain't_No_Stealth_In_Space[2] https://txchnologist.com/post/61492589701/did-you-know-we-can-still-spot-voyager-1[3] 이러한 무인 드론들은 일회용이기에, 사격시의 반작용 가속은 고려하지 않아도 된다[4] https://en.wikipedia.org/wiki/Tsiolkovsky_rocket_equation[5] 엔진의 효율성 지표. 이 경우 450초[6] https://en.wikipedia.org/wiki/Nuclear_thermal_rocket[7] https://ntrs.nasa.gov/search.jsp?R=19850024873[8] 수소[9] 근미래 우주전 시뮬레이터 이다[10] 분산돼 감소하는 단일 피해량 제외[11] 이를 노린게 헤일로 시리즈의 헬시온급 경순양함[12] EMP를 맞으면 기껏해야 무력화인 지상병기와는 달리 우주에서는 '''죽을수도 있다.''' 자신이 탑승한 기체의 생명 유지 장치 따위가 정지할 수 있으며, 일단 이 문서가 콜로니가 있는 스페이스 오페라, 성간 문명이나 보급 및 구난 체계까지 정립된 가상의 세계를 다루는 것은 아니므로 그 자체로 충분히 위험하다.[13] 우주공간은 영하 270도 정도로 절대영도에 가깝기 때문에 굳이 자켓이 필요없을 수도 있다는 주장도 있는데, 이는 냉각이라는 현상의 기전에 대한 오해에서 비롯된 오류이다. 진공중에서의 열의 방출 기전은 오로지 열복사 뿐이며, 주변에 공기 분자가 없는 이상 주변온도가 아무리 낮더라도 열에너지를 공기분자의 운동에너지로 바꿀 수 없어서 냉각이 빨리 이뤄지질 않는다. 이 원리를 이용하는 것이 바로 '''보온병'''. 열 복사를 통해서 느리긴 해도 점점 온도가 떨어진다.[14] 현실에서 비근한 예를 들자면, 비행기의 주날개에는 연료가 채워져 있지만 여기다 총알을 쏴대도 폭발은 일어나지 않는다. 구멍이 뻥뻥 뚫리고 연료가 새나올 뿐이다.[15] 다만 배틀스타 갤럭티카(리메이크판)의 경우에는 자세 제어에 분사기를 쓰며, 관성비행을 적극 활용하는등 실제 우주 전투의 모습을 구현하려 노력했다.[16] 데드 스페이스에서 이 무음 상태를 정말 잘 표현했다.[17] 사실 터보레이저는 이름과는 달리 레이저가 아니라 플라즈마 빔을 발사하는 병기이다.[18] 그러나 이러한 요철과 복잡한 표면을 만든 덕분에 관객들은 영화속 우주선을 조그만 모형이 아니라 사람들이 그 안에서 돌아다니고 밖을 내다보기도 하는 커다란 탈것으로 인식할 수 있었다. 스타워즈 이전 SF영화에서 자주 쓰이던 매끈한 디자인은 현실적이기는 하지만 크기를 비교할 만한 다른 부위가 없어서 어떻게 찍어도 모형같아 보이는 단점이 있었다.[19] 1997년 유럽 출시 당시의 이름으로, 북미 출시명은 Independence war이다.[20] "사마귀"라는 뜻의 맨티스란 이름이 붙은 까닭은, 게임상에서 지구연방군 Fist of Earth - 줄여서 FOE의 적은 집단 자아가 존재하는 벌레들이다. 사람의 몸으로 번식하기 위해 지구를 침공하려 하는데, 이 과정에서 인간의 기술을 흡수해 "잠자리" 등의 전투기를 만든다, 이 전투기들의 게임상의 주요 적들이고, 이들의 포식자의 의미로 "사마귀"라는 이름이 붙은것이다.