일반적으로 군용 화약 하면 19세기 후반에 개발된 이래 주로 포탄의 표준 장약으로 사용해 온 TNT(Trinitrotoluene)를 떠올리게 되는데 이후 과학의 발달로 분자화약 물질인 RDX(Research Development Explosive)와 HMX가 개발되면서 TNT와 함께 강력한 폭약으로 발전돼 왔다. 이 당시 TNT나 NC(나이트로 셀룰로오스)가 이들 RDX·HMX 같은 분자화약 입자를 얽어매는 소위 결합제 역할을 했다.

수중 무기용 고폭화약 역시 알루미늄을 TNT와 혼합 충전시킨 HBX(High Blasting Explosive) 계열의 용융 화약이 주로 사용됐다. 그러나 이들 재래식 화약이 충전된 탄두는 적의 총탄이나 파편 같은 충격에 탄이 폭발해 아군의 피해를 가져왔다. 포레스탈 항공모함의 경우 폭발 사고로 134명이 사망하고 161명이 부상했으며 피해액이 7억2000만 달러에 달했다.

이 때문에 폭발력과 안전성이 동시에 요구됐고 고분자 과학의 발달로 성과를 보게 됐다. 폭약 원료로 사용되는 산화제와 연료 미립자를 고분자 재료와 혼합 성형하면서 안전하고 강력한 복합 화약, 즉 PBX(Plastic Bonded Explosive)로 개발된 것이다. 1970년대 후반 미국·프랑스 등 일부 선진국에서는 PBX를 일부 무기 체계 탄두에 적용했다.

우리나라에서 TNT가 아닌 복합 화약의 개발은 79년 국방과학연구소(ADD)의 탄두개발부가 프랑스 SNPE사로부터 복합 화약에 대한 기술 연수를 받은 것이 출발점이었다. 연구 장비도 이때부터 도입하기 시작했고 관련 연구원들은 미국 등지에서 계속 기술 연수를 받으며 연구 역량을 축적했다.

탄두개발부는 80년 중반부터 복합 화약 연구를 본격화해 늦은 출발에도 불구하고 당시 해군 미사일용 복합 화약과 침투 탄두용 복합 화약을 개발하는 것을 필두로 우리 손으로 만든 첨단 복합 화약 시대를 열었다. 이 시기에 개발된 기뢰 탄두용 복합 화약(DXC-03)과 기폭용 부스터 복합 화약(DXC-56)은 국내 최초로 PBX를 적용한 무기 체계로 기록되고 있다. 화약 개발과 동시에 모든 시험 기법을 ADD 자체적으로 개발해 기술을 확보했다는 점이 자랑이다.

일반적으로 폭약이 수중에서 폭발할 때에는 물이 공기보다 밀도가 높기 때문에 에너지 전달도 빠르지만 소멸도 빨라 폭발 지점 5∼6m 밖에서는 충격파 에너지가 모두 소멸된다. 따라서 수중 무기용 화약의 폭발 위력은 폭발 순간 매우 높은 압력의 충격파 에너지에 의한 효과와 급격한 화학 반응 후에 생성되는 기포의 주기적인 운동 과정에서 발생되는 기포 에너지에 의한 효과를 동시에 갖는다.

그런데 백상어는 근접 센서에 의해 적의 수상함 하부에 근접시 폭발해야 하기 때문에 기포 에너지 손실은 최소로 줄이면서 충격파 에너지를 최대로 높게 화약 조성을 설계해야 했다.

“최적의 성능을 구현하는 데 우연이란 기대할 게 못됩니다. 충격파 에너지와 기포 에너지가 최대가 되는 폭발 후 생성 가스 등의 모델링을 통해 산화제와 연료의 혼합비를 설계합니다. 이것을 비록 소량으로나마 수중에서 실제 폭발시켜 각 에너지 효과가 어떻게 나타나는지 그 특성을 분석하기를 반복할 수밖에 없죠.”(김정국 연구원)

실험실 수준에서도 충분히 예측했던 것이지만 탄두 연구팀이 탄두의 위력을 실감하게 된 것은 역시 바다로 나아가 실제 폭발시험을 가지면서부터였다. 94년 6월 2분의 1로 축소한 탄두로 가진 시험은 놀라웠다. 물기둥이 무려 50m나 솟구친 것이다. 엄청난 폭발력에 연구팀은 물론 참관한 해군 관계자들에게서 환호와 탄성이 절로 터져 나왔다.

“91년부터 98년까지 축소탄두와 완성탄두로 가진 시험은 20번 정도 됩니다. 96년 완성탄두로 시험할 적에는 100m가 넘는 물기둥이 솟구쳤는데 뿌듯함 또한 이루 말할 수 없이 컸습니다.”(박보영 연구원)

이렇게 해서 주조형 복합 화약 DXC-04가 탄생했다. 산화재와 연료의 함량이 89%나 되는 세계 최초의 고성능 복합 화약이다. 기존의 어뢰 무기 체계에 적용된 재래식 HBX보다 기포 에너지나 충격파 에너지가 약 25% 이상 증대된 위력, 즉 화약의 중량비로 본다면 TNT 화약 중량의 약 세 배와 맞먹는 수중 성능을 보유하고 있다.

이는 지난해 5월 실사 시험에서도 입증됐듯이 짧은 시간 내에 목표물이 완전 파괴·소멸되는 탄두의 위력을 과시했다.

무엇보다 탄두 연구진의 자랑은 백상어의 탄두는 월등한 수중 파괴와 함께 불의의 사고로부터 아군의 인명과 자산 피해를 최소로 줄일 수 있게 설계돼 있어 탁월한 안전성을 갖는다는 점이다.

“함포탄·어뢰·유도탄 등을 싣고 항해하는 함정을 ‘움직이는 화약고’라고 하지 않습니까. 혹 함정에 불이 나면 폭발할 위험성이 상당히 높죠. 하지만 백상어 탄두와 주장약은 둔감성(鈍感性)이 좋습니다. 화재나 열에 노출돼도 또 총탄이나 파편을 맞아도 탄두가 폭발하지 않고 단지 순조롭게 연소할 뿐(일반적으로 불이 빠른 속도로 타는 정도)입니다. 절대 안전하다고 자부합니다.”(이근득 연구원)

< 출처 : 국방일보 신인호 기자 >