핵잠수함의 무한 동력

핵잠수함은 어떻게 25년 동안 바닷속에서 멈추지 않을 수 있을까?

 

 

지난 10월, 영국 북서부 컴브리아 주 남부 공업 도시의 어느 조선소. BAE 시스템스 잠수함 부문의 기술 디렉터 스튜어트 고든은 미국 나사의 우주선과 영국의 최신 잠수함을 비교하고 있었다. “우주선은 다섯 명에서 일곱 명의 선원을 태웁니다. 하지만 우리는 아흔일곱 명이 탈 수 있죠. 우주선은 고작 몇 주를 버티지만, 우리는 90일을 바닷속에서 버텨요. 우주선엔 기껏해야 1백여 개의 과제가 있지만, 잠수함은 25년간 해야 할 어마어마한 임무를 계획합니다. 환경적인 측면을 좀 더 설명해볼까요? 우주선은 위로 3백킬로미터를 올라가고, 우리 잠수함은 아래로 수백 미터를 내려갑니다. 우주로 올라가면 부식도 압력도 없는 무중력 상태예요. 하지만 바다 밑은 다릅니다. 바닷물 때문에 온갖 부식이 일어나고, 엄청난 압력을 견뎌야 하죠.” 그는 긴 이야기 끝에 우주선의 가치를 인정했다. “우주 밖으로 나가려면 폭발적인 힘이 필요하죠. 그 힘을 만드는 건 꽤 어려운 일이죠. 잠수함보다 우주선이 훨씬 더 빠르다는 것도 알고 있습니다.” 고든의 역할은 최신 잠수함 아스투트Astute의 개발 과정이 어떻게, 또 얼마나 진행되는지 전달하는 것이다. 잠수함 제작은 단순히 일반 선박보다 조금 더 복잡한 수준이 아니다. 잠수함은 일개 선박과는 전혀 다른 차원의 엔지니어링 기술이다. 잠수함은 적군에게 공격 당할 가능성까지 염두에 두고, 무려 수개월을 바다 밑에서 버텨내야 한다. 뿐만 아니라, 수명을 다할 때까지 핵 원자로와 미사일, 1백 명의 잠수부를 지켜내야 한다. 지금까지 개발된 영국의 잠수함은 연료를 충전할 때까지 최대 15년을 버텼다. 새로 업그레이드된 잠수함은 무려 25년을 버틸 수 있다. 만약 잠수함이 수면 위로 떠오른다면, 그 이유는 음식을 싣기 위해서다. 고든은 정말 아스투트가 우주선을 만드는 것보다 훨씬 더 어렵다고 생각하는 걸까? 그는 조심스럽게 답한다. “인류 역사상 가장 어려운 프로젝트가 두 가지 있었습니다. 우주선과 잠수함이죠. 어느 것이 더 난해한 작업인지 그 누구도 객관적인 답을 내놓을 수 없을 거예요. 사실 제가 하려는 말은 간단해요. 적어도 잠수함 프로젝트가, 흔히들 어렵다고 생각하는 우주선을 만드는 것만큼 복잡하고 난해하다는 겁니다. 둘이 비슷하다는 말이에요.” 아스투트는 전 세계에서 가장 조용한 잠수함이다. 아스투트가 수행하는 대부분의 과제는 스텔스기의 임무와 비슷하다. 비밀스럽고, 강력하다. 도청은 물론이고, 적진의 바다로 특수부대를 파견하거나 선박과 항공기를 추적한다. 때때로, 조용히 수면 아래 잠긴 상태에서 적군에게 토마호크 미사일을 발사할 준비를 한다. 그리고, 1천5백 킬로미터 떨어진 육지의 목표물을, 아스투트는 고요하고 정확하게 조준할 수 있다. 정확히 맞추기까지. 기한이 정해진 건 아니지만 아스투트 잠수함 시리즈는 향후 수십 년 안에 영국 해군의 잠수함 대부분을 대체할 것이다. 과거에 쓰이던 스위프트슈어급 잠수함과 트라팔가급 잠수함은 모두 폐기할 예정이다. 아스투트 외에 영국 해군이 운행할 잠수함은 핵으로 움직이는 뱅가드급 보트 네 대뿐이다. 이 보트에는 지금 영국의 핵무기가 장착된 상황이며, 이 또한 2016년 이후 정부의 허가를 받아 후속 석세서 시리즈로 교체할 예정이다.

 

인터뷰를 진행한 고든의 나이는 마흔넷. 그는 2010년 부터 BAE 시스템스 기술 부문의 팀장으로 해왔다. 그의 역할은 아스투트 잠수함 시리즈와 석세서를 진두지휘하는 것이다. 23년 전, 기계공학 석사를 마치고 일을 시작한 그는 배로Barrow곶의 전성기를 함께했다. 배로는 오랫동안 스위프트슈어, 트라팔가, 뱅가드 잠수함을 만든 터전이었을 뿐만 아니라, 1901년 영국 해군의 첫 번째 잠수함인 HMS 홀란드1을 만든 곳이기도 하다. 이제 배로는 엔지니어링 전문 기업인 BAE 시스템스의 소유이며, 이곳에서는 아스투트 잠수함을 만들기 위해 무려 3천5백 명이 일하고 있다. 게다가 총 비용은 자그만치 1백억 파운드에 달한다. 프로젝트의 난이도가 높은 만큼, 아스투트 프로젝트의 인력들은 상상 이상의 어려움과 마주하기도 한다. 장애물은 수도 없이 많다. 대표적으로 97미터의 길이, 7천4백 톤의 거대한 고철 덩어리가 작은 소리조차 내지 않고 침묵을 유지하게 하는 것이 가장 어려운 일이다. 혹은, 잠수함 본체의 모든 외부 표면에 수중 청음기를 부착해 바다에 남겨진 잠수함의 흔적을 추적하는 것 또한 쉽지 않다. 고든이 말했다. “우리는 잠수함의 추진 장치와 배관 시스템 구조를 포괄하는 컴퓨터 모델을 구축했습니다. 잡음이 추진 장치와 배관 시스템을 통해 전달될 수 있는 경우의 수를 컴퓨터 모델에 구현했죠. 그리고 그 소음 경로를 차단해서 세상에서 가장 조용한 잠수함을 만들 수 있었어요.” 이뿐만이 아니다. 어뢰의 공격을 받을 확률과 대안에 대한 컴퓨터 모델링도 더했다. 잠수함을 조준하는 무기가 반드시 폭발적일 필요는 없다. 실제로 가장 큰 충격은 폭발 후에 생성된 기포에서 발생한다. 충돌 후 발생한 기포는 선박이나 잠수함을 위로 들어올려 선체를 부숴버릴 수 있기 때문이다. 이 때문에 아스투트의 디자이너들은 폭발의 다양한 가능성과 기포에 따른 영향을 모델링하고, 충격을 견뎌낼 수 있도록 선체를 디자인했다. 사실, 국방부가 처음 잠수함의 디자인을 의뢰한 것은 제법 오래전인 1997년의 일이다. 영국 국정 감사기구인 NAO(National Audit Office)의 보고서에 따르면 처음 7년간 아스투트 개발은 3D CAD의 말썽으로 여러 문제가 발생했다. 3D CAD는 영국 잠수함 설계에 처음 활용된 프로그램으로 초기 단계에서 다수의 시행착오가 발생, 무려 10억 파운드에 달하는 비용과 4년의 완공 연기를 야기했다. 하지만 고든은 프로젝트의 지연을 하나의 소프트웨어 때문에 발생한 문제로 단순화하는 것을 꺼린다. “제가 보기에는 시간적, 경제적 과다 지출에는 몇몇 원인이 있었습니다. 물론 우리가 잠수함에 3D CAD를 처음 사용한 것도 원인 중 하나죠. 하지만 유일한 원인은 이것만이 아닙니다. 우리가 이전 세대의 잠수함을 제작한 시기와, 최신 모델인 뱅가드와 아스투트 수준을 제작하는 데는 10여 년의 간극이 있었습니다. 저는 잠수함 제조 기업이 가진 경쟁력이 10년 사이에 많이 변모했다고 생각합니다. 이건 단순히 새로운 제품을 제작한다는 차원의 작업이 아니었어요. 아스투트를 만들어낸다는 것은, 기업의 모든 역량을 통합적으로 재구축하는 것을 의미했던 셈이죠.”

 

CAD 디자인 이슈가 해결되고 머지않아 본격적인 잠수함 건설이 시작된다. 잠수함의 선체는 일단 철강 섹션이 만들어지고, 배관, 케이블, 그리고 다른 부품들이 철강 섹션에 장착된다. 장착된 후에는 각 부품들이 수많은 테스트를 통해 검증되고, 이를 조립한 후 다시 수차례의 테스트를 시행하게 된다. 잠수함의 수장이 가장 많은 시간을 보내는 통솔 갑판(Command Deck)은 본체와 별도로 제작하는데, 무려 20미터 길이에 10미터 넓이, 두 층 높이에 3백~4백 톤에 이르는 무게를 지닌다. 수천 개의 배관과 케이블로 구성된 통솔 갑판은 별도 제작 후에 밀리미터 단위의 정교함으로 선체 안에 부착하는 과정을 거쳐 완성된다. 고든은 이 복잡하고 세밀한 작업의 완성을 “이것이 엔지니어링, 기술의 예술성이죠” 라고 설명하고 있다. “솔직히, 테스트 운전 전에 몇 가지 큰 걱정거리를 안고 있었다는 사실은, 부정할 수 없죠.” 고든이 덧붙였다. 모든 테스트 과정이 끝나고, 잠수함이 레일을 타고 플랫폼에 다다르면, 선체가 물속으로 서서히 들어가는 과정이 시작된다. 바닷속으로 온전히 들어가기 전에 추가적인 테스트를 수행하기 위해 잠수함은 부두에 일정 기간 동안 정박한다. 계획된 아스투트급 잠수함 7척 중에서 4척은 제작 단계에 있으며, 1척은 아직 건설을 시작하지 않았다. 남은 2척은 각각 2010년 8월과 2013년 3월에 운항을 시작한 상태다. 첫 번째 잠수함 아스투트는 최근까지 어려운 상황에 직면해왔다. 2010년 10월, 스카이Skye 섬에 접지한 아스투트는(영국 해군의 표현을 빌리자면) “약간의 손상”을 입었고, 이로 인해 선장이 경질되었다. 2011년 4월에는 술에 취한 선원 라이언 도노반이 동료 선원들을 선상에서 공격해 한 명이 죽었다. 그는 무기 징역을 선고 받았다. 잠수함의 품질과 관련된 부정적인 코멘트가 일간지의 헤드라인을 장식하기도 했다. <와이어드>는 잠수함의 출력 및 성능과 관련된 정보가 기밀사항에 해당함을 확인했다. 몇몇 보고서를 통해 누수와 부식이 발견되었다는 내용을 접했으나, <와이어드>는 해당 이슈는 완전히 해결되었으며, 재검토를 통해 거듭 해결 여부를 확인했다는 답변을 들었다. 고든은 이러한 이슈를 반면교사 삼아 얻은 노하우를 후속 잠수함 모델에 적극 반영하겠다고 말했다. 고든이 덧붙여 말했다. “우리는 프로토타입이 없습니다. 한 대당 10억 파운드의 비용이 들어가니, 프로토타입은 너무 비싸죠. 아주 많이 생산해 개인에게 팔고 있는 자동차와 달리 최고급 선박은 해군에게 납품합니다. 제3자가 규정하는 디자인 규칙이 없는 거죠. 각 국가는 별개의 잠수함 설계원을 보유하고 있습니다”

 

무기 창고 칸 안에 있는 더미 미사일.

무기 창고 칸 안에 있는 더미 미사일.

 

 

어데셔스audacious. 네 번째 아스투트급 잠수함.

어데셔스audacious. 네 번째 아스투트급 잠수함.

 

 

통제실. 여기서 평면항해사가 잠수함을 조종한다. 

통제실. 여기서 평면항해사가 잠수함을 조종한다.

 

 

개인에게 팔고 있는 자동차와 달리 최고급 선박은 해군에게 납품합니다. 제3자가 규정하는 디자인 규칙이 없는 거죠. 각 국가는 별개의 잠수함 설계원을 보유하고 있습니다” 1987년에 마거릿 대처에 의해 개장된 잠수함 제작소 규모는 거대하다. 길이 268미터, 너비 70미터, 그리고 높이는 65미터에 달한다. 서까래 위에는 6개의 거대한 갠트리 크레인이 있다. 각 사이드의 홀은 여러 층의 오피스, 갠트리, 캐빈, 계단으로 이루어져 있으며, 제작소의 중간 밑은 온갖 부품과 기기가 제작되는 공간이다. 잠수함 3, 4, 5, 6호는 별개의 공정 진행 단계를 거치고 있다.

 

고든은 “우리는 잠수함 1호, 2호, 3호, 4호 모두 각각 다른 계약자를 가지고 있습니다” 라고 말하며, “그리고 우리는 5호, 6호 및 7호에 쓰일 원자재의 선제적 구매를 위해 주문할 것이 많죠”라고 덧붙였다. 공식 명칭을 ‘아트풀Artful’로 지은 잠수함 3호는 내년에 입수할 예정이며, 거의 완성된 상황이다. 이 잠수함의 선체 표면은 언뜻 보기에 고무와 같은 4천 개의 음향 타일로 이루어져 있고, 소음을 최소화한다. 수중 청음기의 배열은 측면을 따라 팽창한다. 잠수함의 공간을 들여다본다. 흰 옷을 입은 직원들은 잠수정 내 좁은 공간에서 일하고 있다. 침대는 남은 공간을 가득 채우고 있고, 선장의 객실조차 전용 화장실이 없으며, 모든 복도에는 온갖 장비가 넘쳐난다. 잠수함의 내부 디자인은 여분의 공간을 일절 허용하지 않는다. 고든은 이것을 충전밀도(Packing density)라고 표현한다. 조명 또한 밝지 않다. 천장에는 산소공급기가 달려 있다. 선원들이 우울함을 참기 어려울 때는 마스크를 통해 산소를 들이마신다. 잠수함 안에는 와이어드의 취재가 허락되지 않는 기밀 영역이 있는데, 그중 하나가 핵 원자로다. 현재 영국, 미국, 프랑스, 러시아, 중국, 인도는 원자력 동력 기반의 잠수함을 보유하고 있다. 그리고 이들 중 영국, 미국, 프랑스, 러시아만 실제 건설 기술을 가지고 있으며, 중국과 인도는 자체 기술이 없어 러시아로부터 잠수함을 구매한다.

 

원자력 기반의 잠수함은 일반적인 전통 에너지원을 사용하는 것 대비 엄청난 장점을 갖고 있다. 전통 에너지원을 사용하는 경우, 배터리를 탑재해야 하며 배터리 재충전을 위해 산소 공급이 수반되는 디젤 엔진이 작동해야 한다. 따라서 전통 에너지원을 사용할 경우, 안정적인 산소 공급을 위해서 잠망경의 기능이 허용하는 수심 내에서만 이동이 가능하다. 뿐만 아니라 배터리의 수명이 제한적이라는 점도 한계로 작용한다. 이에 반해 원자력 동력 기반 잠수함은 재충전 주기가 25년에 달해, 실질적으로 수심과 수명 측면의 제약이 없다. 직접적 확인은 불가하나, 원자로는 강철 구조로 이루어져 있으며, 큰 창고 정도의 사이즈인 것으로 알려져 있다. 잠수함의 원자로 구조물 내부에는 우라늄 235가 핵 제어봉과 함께 탑재되어 있다. 핵 제어봉이 제거되면, 우라늄 원자는 분해되어 에너지를 발생시키기 시작한다. 이때 발생한 에너지는 물을 가열시키고, 초고온의 수증기는 배관을 통해 전달되어 2차 시스템의 물을 가열시킨다. 2차 시스템의 물에서 생긴 수증기는 터빈을 돌리는 힘으로 작용, 동력을 일으킨다. 잠수함 내 모든 기계 공정이 그러하듯, 원자로 내 공정 또한 소음을 철저히 차단하는 것이 중요하다. 원자로 내 시스템은 해수를 펌프로 끌어들여 지속적으로 냉각해야 한다. 펌프 작동 시 소음 발생을 최소화하기 위해, 이 원리는 화장실에서 물을 내릴 때에도 동일하게 적용되는데, 기기를 통해 해수 담수화를 수행할 뿐 아니라 담수를 통해 공기를 생산하기도 한다. 이 과정 또한 정숙을 유지하는 것이 가장 중요하다.

 

때때로 잠수함은 초정숙 모드로 여러시간 운행하기도 한다. 이때 가장 큰 소음 발생 원인은 다름 아닌 선원들이다. 사람의 발소리나, 뭔가를 떨어뜨리는 작은 소음이 적진의 잠수함에 전달될 수 있기 때문이다. 따라서 긴급 시엔 선원들은 모두 침대에서 대기하며, 물 사용이 금지된다. 잠수함의 위치를 추적할 수 있게 하는 요소는 소음뿐만 아니다. 이산화탄소는 분산기 (디퓨저)를 통해 바다에 배출되는데, 이는 표면에 기포가 발생하지 않게 하기 위함이다. 또한, 잠수함은 본격적인 임무를 수행하기 전에 미국 조지아 주에 있는 킹스 배이 나발 베이스Kings Bay naval base를 방문하는데, 이는 자기 신호를 줄이기 위해 거대한 금속 루프를 통과한다. (잠수함의 금속 공정을 다 마치고 난 후에 선체가 물에 들어가면, 이는 마치 큰 자석과 유사한 상태가 된다.) 잠수함의 모형도 물의 파장을 최소화 할 수 있도록 설계되었다. 잠수함이 발생시키는 해수면 위 파장은 최대 12시간까지 남을 수 있어, 적군에게 경로가 발각될 수 있기 때문이다.

 

통솔 갑판에는 정전을 대비해 인터콤뿐 아니라 구식 확성기도 마련되어 있다. 잠망경은 구시대의 유물이다. 그 대신 안테나 기둥이 수초간 올라가 자유자재로 회전하면서 이미지를 기록한다. 통솔 센터에서는 기록된 이미지를 스크린을 통해 검토할 수 있다. 마지막으로 잠수함에는 여섯 개의 어뢰 발사관, 청새치 어뢰와 토마호크 미사일을 포함하는 탄창이 마련되어 있다. 영국 군은 포클랜드 전쟁에서 HMS 퀀쿼러호가 헤네랄 벨그라노General Belgrano호를 격침시킨 이래로, 한 번도 어뢰를 전투에서 사용한 바가 없다. 그러나 어뢰는 코소보, 아프가니스탄, 이라크, 리비야 전쟁에서 다수 사용되었다. “영국은 강력한 국방력이 필요합니다. 국방력 증진을 위해 최고의 장비를 갖추는 것은 필수적일 겁니다.” 고든이 말했다. 자명한 것은, 영국이 미래에 무력 분쟁에 참여하게 된다면, 아스투트 잠수함이 그 무엇보다 조용하고 민첩하게 움직일 것이란 사실이다.

 

잠수함의 속도와 잠수 깊이, 선체 두께는 모두 비밀이다.

잠수함의 속도와 잠수 깊이, 선체 두께는 모두 비밀이다.

 

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