[채인택의 글로벌 줌업]일본의 북한 미사일 탐지 능력, 도대체 어떻기에

한일 군사정보보호협정(GSOMIA·지소미아)이 오는 11월 말로 종결되면 북한의 탄도미사일 탐지능력에 어떤 문제가 생길 것인가? 이를 알기 위해 일본이 어떤 정보 자산을 어느 정도로 확보하고 있는지 따져볼 필요가 있다. 군사·정보 전문가들의 상대로 취재한 결과를 바탕으로 일본의 북한 미사일 탐지능력은 과연 어떤 수준인가를 알아본다. 미국과 한국이 보유한 정보 자산도 함께 살펴본다.

미국의 탄도미사일 조기경보 체계인 DSP를 구성하는 적외선 감시위성의 모습. 지구 모습이 선명하다.일본이 보유한 정보수집위성의 성능은 이보다 훨씬 떨어지는 것으로 평가 받는다. [사진 나사]

일본, 광학과 레이더 위성 7대 운용 #미국 우주 적외선 시스템보다 떨어져 #자위대, 가동 탄도탄 탐지레이더 9대 #사드 장착 레이더보다 성능 떨어져 #한국, 그린파인 레이더로 미사일 탐지 #정보위성 발사 등 탐지전력 강화 추진 #안보에 중요한 건 장치 숫자가 아니라 #감시 가능 지역의 확대와 협력 시너지 #운명의 11월 한일 지소미아 종결되면 #북한 미사일 탐지 능력에 어떤 구멍

일, 사실상 첩보위성인 정보수집위성 7기 운용

정보 자산은 크게 하늘의 인공위성, 육상의 탄도미사일 탐지 레이더, 그리고 해상의 이지스 전투 시스템까지 다양하다. 눈에 띄는 것은 일본이 현재 7기의 ‘정보수집위성’을 보유, 운용하고 있다. 일본의 관방조직령은 정보수집위성을 ‘국가의 안전을 확보하고 대규모 재해에 대응하는 등 내각의 주요 정책과 관련한 화상정보를 수집할 목적의 인공위성’을 가리킨다. 하지만 실제로는 북한 미사일 발사를 비롯한 한반도의 군사정보 수집이 핵심 목적인 정찰위성, 즉 스파이 위성이다.

1998년 북한이 인공위성이라고 주장한 광명성1호의 발사 모습. 일본 상공을 지나 태평양까지 날아갔다. 일본은 이 사건을 계기로 정보수집위성 개발에 나섰다. 북한 도발이 일본 전력 확대로 이어진 사례다. [연합뉴스]

1998년 북한 미사일 일본 통과하자 개발 나서  

일본이 정보수집위성의 개발과 발사에 나선 결정적인 계기는 사실 북한 미사일이다. 북한이 1998년 8월 31일 함경북도 무수단리(옛 지명이 대포동) 발사장에서 장거리 미사일을 발사해 일본 열도 상공을 지나간 것이 발단이 됐다. 당시 북한이 발사한 미사일의 1단계 추진체로 추정되는 부분이 동해상에, 2단계 추진체로 추측되는 부분이 일본 동북지방 상공을 통과해 태평양 해역에 각각 떨어졌다. 북한은 이를 두고 자국 최초의 인공위성 광명성 1호 발사에 성공했다고 주장했다. 하지만 일본은 북한이 탄도미사일인 대포동 1호를 시험 발사한 것이라며 북한 당국을 비난했다.
일본은 북한이 쏜 발사체가 미사일이건 인공위성이건 일본 상공을 지나갔다는 사실에 충격을 받지 않을 수 없었다. 이 발사체를 즉각적으로 추적하지 못했다는 사실 앞에 더욱 불안해했다. 사건 직후 일본의 당시 집권당이던 자민당에선 독자적인 정찰능력이 필요하다는 목소리가 높아졌고 야당인 민주당에서도 동조했다. 그 결과 12월 22일에 각의 결정으로 정보수집위성의 도입을 확정했다.

일본 다네가시마 우주센터에서 일본의 GPS 위성 ‘미치비키 2호기’가 발사되는 모습, 일본은 위성 제작과 발사 능력을 보유하고 있으며 현재 7개의 정보수집 위성을 운용 중이다. 하지만 그 수준은 미국과 크게 차이가 난다. [중앙포토]

2013년 시작해 광학 3기, 레이더 3기 보유

일본은 2013년 3월 8일 해상도 1급의 광학 1호기를 시작으로 그해 3월 28일 해상도 1~3m의 레이더 1호기를 각각 쏘아 올리면서 정보수집위성의 본격 가동에 들어갔다. 2006년 9월 11일 1호의 동급의 광학 2호, 2007년 2월 14일 동급의 레이더 2호, 2009년 11월 28일 60㎝급의 광학 3호, 2011년 9월 23일에는 동급의 광학 4호를 각각 쏘아 올렸다. 이렇게 2011년까지 쏘아 올린 7개의 정보수집위성은 수명을 다하거나 성능에 문제가 생기면서 대기권으로 추락해 소멸했다. 2013년 3월 8일 로켓 발사 실패로 광학 위성과 레이더 위성을 동시에 잃기도 했다.
현재는 2011년 12월 12일 쏘아 올린 해상도 1m급의 레이더 3호와 2013년 1월 17일 동급의 레이더 4호, 2015년 2월 1일 예비 레이더 위성, 2015년 3월 26일 30㎝급(실제 성능은 40㎝급) 광학 5호, 2017년 3월 17일 50㎝급 레이더 5호, 2018년 2월 27일 동급의 광학 6호, 2018년 6월 12일 50㎝급 레이더 6호 등 7기를 운용하고 있다.
일본은 현재 광학 위성 3기, 레이더 위성 3기, 예비 레이더 위성 1기를 가동한다. 레이더 위성은 통상 2기가 1개 조를 이뤄 정보를 수집한다. 최종적으로 광학 위성 4기, 레이더 위성 4기, 데이터 중계위성 2기 등 모두 10기의 정보수집위성을 확보하는 것을 목표로 삼고 있다.

F-35 전투기에 장착되는 AN/APG-81 AESA 레이더 [사진 노드롭그루만]

광학은 구름 한계, 레이더는 해상도 낮은 편  

일본이 운영하는 7기의 정보수집위성은 EO/IR(광학/적외선) 저고도 위성과 합성개구레이더를 사용하는 레이더 위성으로 이뤄졌다. 통상 광학 위성으로 부르는 EO/IR 위성은 근적외선 관측기능을 지닌 고성능 망원렌즈 디지털 카메라를 탑재하고 지상을 직접 촬영해 화상 정보를 수집한다. 통상 지상 700㎞ 상공에 있다가 정밀 정보수집의 필요성이 있으면 200~300㎞까지 내려와 목표물을 촬영하고 다시 원래 위치로 상승한다. 이 과정에서 내장한 연료를 사용하기 때문에 수명이 상당히 짧다. 구름이 끼면 공중에서 지상 관측도 어렵다.
레이더 위성은 일반 레이더가 아닌 ‘합성 개구 레이더(SAR)’를 사용한다. 일반 레이더는 안테나에서 전파를 발사해 반사되는 정보를 파악해 대상의 위치와 크기, 그리고 거리 정도를 파악한다. 하지만 레이더 위성에 장착하는 SAR는 공중에서 지상이나 해상에 레이더 전자파를 연속적으로 발사한 뒤 지상에서 반사돼 돌아오는 미세한 시간차를 파악하고 계산해 목표물의 모습을 수학적으로 합성한다. 지상이나 해상의 굴곡면의 모습을 고해상도로 파악하는 능력이 있는 것은 물론 이동목표 추적(MTI)도 가능하다. 정찰기나 전투기는 물론 인공위성과 무인기에서도 폭넓게 활용된다. 북한이 발사한 미사일 탐지에 이 장비가 필요한 이유이기도 하다. 구름이 끼어도 지상을 관측할 수 있지만 해상도는 광학 위성보다 떨어진다.

일본 자위대가 운용 중인 FPS-3레이더. [사진 NHK뉴스 캡처]

일 41㎝ 해상도, 미 상업위성 25㎝보다 낮아   

그동안 일본은 인공위성 정보 자산이 풍부한 것으로 평가돼왔다. 하지만 실상은 명성과 조금 다르다. 해상도에서 미국위성과 차이가 상당하기 때문이다.
물론 미국은 동맹국인 일본에 필요에 따라 이보다 훨씬 해상도가 높은 군사위성의 영상 정보도 제공해왔다. 미국 군사위성의 해상도는 최고 15㎝에 이르는 것으로 알려졌다. 가공할 수준이다. 하지만 미국은 일본이 원하는 모든 정보를, 실시간으로 제공하지는 않는 것으로 알려졌다. 이는 한국군에 대해서도 마찬가지다. 이런 미군에 대해 일본은 불만에 많았다. 이를 독자 정보수집위성 개발의 명분으로 내세웠다. 일본이 ‘촬영 대상을 외국이 규제하지 않는, 일본만의 독자적인 국산위성을 제작하기로 결정했다’고 발표했던 이유다.
미국에는 상업위성이 많지만 두 가지 규제를 한다. 우선 미국 정부는 자국에 불리하다고 판단한 지역에 대한 위성 촬영을 안보 상의 이유를 들어 불허한다. 이를 ‘셔터 컨트롤’이라고 한다.
여기에 더해 해상도 규제를 한다. 일정 수준 이하의 낮은 해상도의 위성사진 정보만 외국에 팔 수 있도록 하고 있다. 2014년 6월까지 50㎝ 이하의 해상도를 가진 위성사진만 판매할 수 있었다.

미국이 허용하는 상업위성 사진의 해상도가 도대체 어느 정도인지를 알려면 구글어스에서 제공하는 사진의 해상도와 비교하면 된다. 구글어스는 통상 가로세로 각각 1m를 하나의 점으로 표시하는 1m급의 사진으로 대도시를 비롯한 주요 지역은 60㎝급까지 제공한다. 미국의 상업 위성 운용사인 지오아이사가 보유한 지구 관측위성인 지오아이 1호의 경우 최고 41㎝급 해상도의 성능을 자랑하지만, 판매는 50㎝급까지 한다. 미국 정부의 규제 때문이다.

미국의 탄도미사일 조기경보체계인 DSP를 이루는 위성의 그림[나사]

일, 정보수집위성에 강한 애착

이 때문에 일본의 정보수집위성 광학 5호의 경우 지오아이 1호가 가진 41㎝급을 넘는 수준을 목표로 했다. 일본은 자체 정찰위성 개발을 통해 미국의 ‘셔트 컨트롤’과 ‘해상도 규제’를 넘어 자신의 눈으로 북한 등을 직접 들여다보기로 한 셈이다. 미국이 보여주기 싫어하는 한반도의 미묘한 상황을 일본의 눈으로 직접 보겠다는 의지의 표현이다.
그런데 미국 정부는 2014년 규제를 완화해 해상도 25㎝급까지 해외에 판매할 수 있도록 했다. 엄청난 예산을 들여 개발하고 발사해 운용하는 일본의 정보수집위성의 해상도가 미국에서 구입할 수 있는 상업위성 수준보다 떨어지는 셈이다. 일본은 2021년 발사 예정인 정보수집위성 광학 8호의 경우 25㎝급을 목표로 하고 있다. 겨우 상업위성의 최고 수준에 접근한다는 이야기다. 물론 독자 정보수집위성을 보유하고 운영하면 정보를 실시간으로 파악할 수 있는 등 이점은 무시할 수 없지만 말이다.

미국의 탄도미사일 감시와 조기 경보 체계인 우주적외선 시스템을 구성하는 인공위성의 모습'[사진 나사]

미, 적외선 탐지해 탄도미사일 조기경보

미국은 로켓엔진에서 나오는 적외선을 탐지해 ICBM을 우주에서 탐지하는 정찰위성 감시와 조기경보 체제인 우주적외선시스템(SBIRS)을 가동하고 있다. 적이 발사한 ICBM을 중간 단계에서 요격하는 미사일 방어 시스템인 지상 기반 외기권 방어(GMD)의 일부다. 미국은 이 시스템을 통해 ICBM급 장거리 전략탄도미사일은 물론 중단거리 전술미사일의 조기탐지와 경보도 하고 있다. 일본의 정보수집위성과는 차원이 다르다. 미국은 1991년 걸프전 당시 이라크가 단거리 전술탄도미사일인 스커드를 이스라엘로 발사했던 경험을 바탕으로 전략탄도미사일과 전술미사일을 통합해서 탐지·추적하는 21세기형 경보 시스템을 도입하기로 하고 SBIRS를 개발했다. 조기경보는 물론 탄도미사일을 중간단계에서 요격하는 미사일 방어, 그리고 우주전쟁까지 수행할 수 있다. 정지궤도 4개, 고궤도에 2개의 위성을 각각 가동해 지구상의 탄도미사일을 탐지하는 ‘SBIRS 하이’와 저궤도에 24개의 위성을 촘촘하게 배치해 탄도미사일의 탄두와 분리된 로켓, 기만 비행체까지 정밀하게 구분해내는 ‘우주 추적과 정찰 시스템(SSTS)’ 또는 ‘SBIRS 로우’로 나뉜다. 지구상에서 날아다니는 탄도미사일을 물샐 틈 없이 감시하고 추적해 요격하는 시스템이다. 미국은 이뿐이 아니라 별도로 수많은 정찰위성을 가동하고 있다.

탄도미사일 조기경보 체계인 SBIRS.[사진 나사]

미, 60년부터 ICBM 조기경보체제 가동

SBIRS는 미국이 1966년 이후 30년 이상 가동해온 방어지원프로그램(DSP)을 대체했다. 위성 조기경보 시스템인 DSP는 1966년부터 2007년까지 발사된 23개의 정찰위성으로 이뤄져 ICBM과 우주발사체를 감시해왔다. DSP 정찰위성은 수명이 1.25~5년에 불과해 수시로 새로 발사해 보충해야 했다. 정찰위성 1개에는 적외선 탐지기가 2000개나 달렸다.
미국이 최초로 가동한 탄도미사일 조기경보 시스템은 1960년 도입한 미사일방어경보시스템(MiDAS·미다스)이다. 미다스는 인공위성이 적외선 탐지를 통해 대륙간탄도미사일(ICBM)과 우주발사체를 추적하는 시스템이다. 1966년까지 모두 12기의 위성을 발사했다. 이는 더욱 진보한 DSP에 의해 대체됐다.
한 마디로 일본의 정보수집위성은 미국과 현격한 차이가 있다. 물론 미국도 한미 관계나 정치적 이유, 군사적 판단 등에 따라 한국군과 정보당국에 제공하는 정보의 수준과 지역, 해상도를 통제해온 것으로 알려졌다. 정보 세계에선 상식적인 일이다. 생생한 고해상도의 영상 정보를 항상 얻을 수는 없었다는 의미다. 한국이 국민 안전을 위한 군사 정보 확보를 위해 어디에 힘을 쏟아야 하는지를 잘 보여주는 사례다.

전투기와 미사일에 대응할 수 있는 이지스 전투 시스템을 갖춘 일본 해상 자위대의 아타고급 호위함[중앙포토]

일 자위대, 지상레이더와 이지스 체계도 가동  

일본 자위대는 위성 외에 미쓰비시가 제작한 지상대공레이더 J/FPS-3 7대와 J/FPS-5 4대를 운영하며 탄도미사일 탐지에 활용한다. 지상 기반의 레이더다. 한국군은 그린파인 레이더 등으로 탄도미사일을 탐지하며 앞으로 위성 등 탐지 전력의 강화를 계획하고 있다.
일본 해상자위대는 만재배수량 1만t의 아타고급 2척과 9500t의 곤고급 4척 등 모두 6척의 호위함에 항공기와 미사일 등을 탐지하고 대응하는 이지스 전투시스템을 장착했다. 현재 준비 중인 만재배수량 1만2500t의 마야급 호위함 2척도 마찬가지다.
한국 해군은 만재배수량 1만t의 세종대왕급 구축함 3척에 이지스 전투 시스템을 장착했다. 수평선 너머에 대한 탐지 능력은 제한될 수밖에 없다. 북한 탄도 미사일을 서로 다른 해역에서 이어가면서 탐지하면 시너지가 높아질 수 있다.

미국우주항공국(나사)이 인공위성에서 촬영한 동북아시아의 모습. 지난 2012년 촬영된 사진이다. 어느 나라가 번영을 누리는지, 남의 번영을 시샘하는지를 선명하게 보여준다. [로이터=연합뉴스]

틈과 구멍 보이면 평화 보장 어려워

중요한 것은 미사일 탐지 장치의 성능과 숫자가 아니라 탐지 가능 지역의 확대이다. 이에 따라 탐지 가능 지역 확대로 조기 경보 능력을 높일 수 있는 협력 시너지는 중요할 수밖에 없다. 협력이 줄면 탐지 범위가 제한되면서 손해를 볼 수밖에 없다. 아울러 군사적 상황 판단을 위한 정보는 많을수록 좋다는 건 상식이다. 정보 부족으로 도발 탐지에 구멍이 생기면 탐지 대상은 군사적으로 마음껏 활개를 칠 수 있다. 강력한 군사력과 탐지 능력으로 도발을 억제하는 상황과 틈과 구멍을 보이는 상황 둘 중에 어느 것이 평화를 보장할까.
게다가 지구는 둥글고 지평선이나 수평선 너머의 상황은 지상이나 해상에서 파악하기가 쉽지 않다. 한국이나 일본 한 나라의 독자 탐지는 아무래도 한계가 있다. 그렇다고 한반도 서쪽의 중국과 동북쪽의 러시아에 손을 벌려 정보를 얻을 수도 없지 않은가. 정보의 확대는 곧 국익 증강이자 국민 안전의 강화다.

채인택 국제전문기자 ciimccp@joongang.co.kr