이번 포스팅에서는 현대 사회에 큰 위협이 되고 있는 핵무기를 무력화하여 위협을 줄이려는 노력과 기술에 대한 근황을 IEEE Spectrum 글을 통해 소개드립니다.
개요
1956년 헨리 키신저는 외교 전문지 《포린 어페어스》에서 미국과 소련 간의 핵 교착 상태가 국가 안보 관계자들을 심각한 딜레마에 빠뜨릴 수 있다고 추측하였습니다. 그의 주장은 미국이 잠재적 침략자들에게 갈등 상황에서 방어 관계자들이 두 가지 선택지밖에 없다는 신호를 보낼 위험이 있다는 것이었습니다. 즉, 어떤 대가를 치르더라도 평화를 받아들이거나, 아니면 열핵 재앙으로 보복하는 것뿐이라는 것이었습니다. 키신저는 “전면전에서의 승리는 기술적으로 불가능해졌다”며, 더 나아가 이는 “수용 가능한 비용으로 더 이상 실현될 수 없다”고 하였습니다.
그는 정책 결정자들이 이러한 파국적 극단 사이에서 더 나은 선택지를 찾아야 한다고 결론지었습니다. 그러나 핵 대응 정책의 이러한 공백은 오늘날까지도 지속되고 있습니다. 러시아와 중국이 서방 및 동조 국가들에 적극적으로 반대하는 동맹을 이끌고 있으며, 유럽과 중동에서의 전쟁, 그리고 아시아에서 고조되는 긴장을 고려할 때, 지구의 미래가 걸려 있다고 해도 과장이 아닐 것입니다. 이제 이 교착 상태를 타개할 방법을 찾아야 할 때입니다.
전세계에 포진된 핵무기
70년 전만 해도 소련과 미국만이 핵무기를 보유하고 있었습니다. 하지만 오늘날에는 8~9개의 국가가 대량 살상 무기를 보유하고 있습니다. 그중 세 국가—러시아, 중국, 북한—는 미국식 자유 민주주의에 대해 화해 불가능한 반대를 공개적으로 표명하였습니다.
이들의 적대감은 시급한 안보 문제를 야기하고 있습니다. 우크라이나와의 전쟁이 3년째 접어드는 동안 러시아 지도부는 전술 핵무기 사용을 여러 차례 위협해 왔습니다. 또한 올해 초, 푸틴 정부는 유엔이 북한에 대한 국제 제재 이행을 차단하여 북한이 핵 기술 접근 제한을 더 쉽게 회피할 수 있도록 하였습니다.
수천 개의 핵미사일은 발사 명령이 내려진 후 몇 분 안에 공중에 있을 수 있으며, 운영상의 실수나 안보 계산 착오의 결과는 전 세계 사회의 붕괴를 초래할 수 있습니다. 이러한 관점에서 보았을 때, 실수로 인해 핵무기가 발사되는 상황이 발생할 경우, 이를 비행 중에 무력화할 수 있는 방법을 고안하는 것보다 더 시급하고 도덕적으로 필요한 과제는 없다고 할 수 있습니다.
오늘날 핵무기가 발사된 이후에는 이를 되돌리거나 비활성화하는 것이 불가능합니다. 지상, 해상, 혹은 크루즈 미사일이 발사된 이후에는 회수나 비활성화가 불가하며, 이는 의도적으로 설계된 정책적 선택입니다. 그 이유는 적대적인 전파 신호와 같은 전자적 사보타주가 미사일이 비행 중일 때 무기를 무력화할 수 있다는 우려 때문입니다.
그럼에도 불구하고 오해로 인한 핵 보복의 가능성은 여전히 매우 현실적입니다. 예를 들어, 1983년 스탠리스라프 페트로프는 소련의 오코(Oko) 위성 감시 네트워크에서 발신된 “고신뢰성” 보고서를 자신의 판단으로 무시하여 세상을 구했습니다. 이후 그의 판단은 옳은 것으로 판명되었으며, 해당 시스템은 고고도 구름에서 반사된 태양빛을 미국의 공격을 알리는 로켓 신호로 잘못 해석한 것이었습니다. 만약 그가 훈련대로 행동하여 소련의 보복을 허용했더라면, 그의 상관들은 몇 분 안에 자신들이 미국의 선제공격이 아닌 기술적 오류에 대한 잘못된 대응을 한 것임을 깨달았을 것입니다.
지금까지의 노력
그렇다면 왜 40년이 지난 지금까지도 상상조차 하기 어려운 재앙을 막을 방법이 없는 걸까요? 에릭 슐로서는 그의 저서 《Command and Control》에서 초대 전략공군사령부(Strategic Air Command) 사령관 중 한 명인 토머스 S. 파워 장군의 설명을 인용하여, 왜 핵 명령을 취소할 수 있는 방법이 여전히 존재하지 않는지를 설명했습니다. 파워 장군은, 회수나 자폭 메커니즘의 존재 자체가 “정보 요원들이 무기를 무력화할 수 있는 잠재적 실패 가능성을 만든다”고 지적했습니다. 슐로서는 “미사일이 시험 발사될 때는 보통 자폭 메커니즘이 장착되며, 이는 미사일이 경로를 이탈할 경우 원격 조종으로 미사일을 파괴할 수 있는 폭약”이라고 설명했습니다. 그러나 전략공군사령부는 소련이 비행 중인 모든 미사일을 폭파시킬 방법을 찾아낼 수 있다는 우려로, 이 기능을 실제 작전에 사용하는 미사일에는 추가하지 않았습니다.
1990년, 셔먼 프랭클은 《Science and Global Security》에서 “이미 1971년 미국과 소련 사이에 체결된 사고 방지 협정이 존재하며, 이는 핵무기가 실수로 발사되거나 무단으로 발사되었을 때 취해야 할 조치를 명시하고 있다”고 언급했습니다. 해당 협정의 관련 조항은 “사고가 발생할 경우, 해당 핵무기가 관련된 당사국은 즉시 이를 무해하게 하거나 파괴하기 위한 필요한 조치를 취하도록 모든 노력을 기울일 것”이라고 명시하고 있습니다. 이는 좋은 생각처럼 보이지만, “수십 년이 지나도 핵무기를 탑재한 미사일을 원격으로 방향을 돌리거나 파괴할 수 있는 능력은 여전히 미국 정부에 의해 배치되지 않았다”고 덧붙였습니다. 이 상황은 오늘날에도 여전히 변함이 없습니다.
핵 결정의 되돌림이 불가능한 이유는 두 세대에 걸친 관계자들과 정책 결정자들이 핵무기를 장착한 미사일의 하드웨어와 소프트웨어를 발사 전후에 적대 세력이 공격하지 못하도록 막을 수 있는 우리의 능력을 심각하게 과소평가했기 때문입니다.
이러한 핵탄두를 목표에 전달하는 시스템은 크게 세 가지 범주로 나뉘며, 이를 통틀어 ‘핵 삼위일체’라고 부릅니다. 이 삼위일체는 잠수함 발사 탄도 미사일(SLBM), 지상 발사 대륙간 탄도 미사일(ICBM), 그리고 전략 폭격기에서 발사되는 폭탄과 크루즈 미사일로 구성됩니다. 미국의 현역 핵무기 중 약 절반은 해군의 14척의 트라이던트 II(Trident II) 탄도미사일 잠수함에 탑재되어 있으며, 이 잠수함들은 대서양과 태평양에서 끊임없이 순찰을 돌고 있습니다. 지상 발사 미사일은 미니트맨 III(Minuteman III)라고 불리며, 이는 50년 된 시스템으로, 미 공군은 이를 “자유 세계의 초석”이라고 묘사하고 있습니다. 약 400개의 ICBM은 몬태나, 노스다코타, 와이오밍 주 전역의 발사 준비 상태에 있는 사일로에 배치되어 있습니다. 최근, ‘센티넬(Sentinel)’이라는 대규모 프로그램 하에, 미 국방부는 약 1,400억 달러의 예산을 투입해 미니트맨 III를 교체하기 위한 계획을 착수했습니다.
각 SLBM(잠수함 발사 탄도 미사일)과 ICBM(대륙간 탄도 미사일)에는 여러 개의 독립적으로 목표물을 타격할 수 있는 재진입체(MIRV)를 장착할 수 있습니다. MIRV는 각각 핵탄두를 장착한 유선형 껍질로, 발사 전에 설정된 목표물로 매우 정밀하게 스스로 방향을 조정할 수 있습니다. 트라이던트 II(Trident II)는 최대 12개의 MIRV를 탑재할 수 있지만, 미국 해군은 조약 제한을 준수하기 위해 그 수를 약 4개로 제한하고 있습니다. 현재 미국은 약 1,770개의 핵탄두를 해상, 지상 또는 전략 폭격기에 배치하고 있습니다.
민간 로켓과 일부 군사 시스템은 원격 측정 및 유도 장치를 위한 양방향 통신을 사용하지만, 전략 무기는 의도적으로 완전히 고립되어 있습니다. 그러나 오늘날 우리의 기술력은 전파 채널을 보안할 능력이 비교할 수 없을 만큼 향상되었기 때문에, 대통령이 사고나 화해의 경우 임무를 중단할 수 있도록 하는 일방향의 안전한 통신 링크는 현재 충분히 구현 가능해졌습니다.
미국 본토에서 발사된 ICBM(대륙간 탄도 미사일)은 러시아에 도달하는 데 약 30분이 소요되며, SLBM(잠수함 발사 탄도 미사일)은 그 절반인 약 15분 안에 목표에 도달할 수 있습니다. 로켓이 대기권을 넘어서는 5분간의 부스터 단계에서는 지상, 해상, 또는 우주 기반(위성) 통신 채널을 통해 미사일 기체와 연락이 가능합니다. 엔진이 꺼진 후에는 미사일이 약 20분에서 25분 동안(또는 SLBM의 경우 더 짧은 시간 동안) 뉴턴 역학에 의해 완전히 통제되는 포물선 궤적을 따라 계속 비행합니다. 이 시간 동안에도 지상 및 위성 통신이 가능합니다. 그러나 핵탄두를 포함한 재진입체가 대기권에 진입할 때, 플라즈마가 이 재진입체를 감싸게 됩니다. 이 플라즈마는 전파 수신을 차단하기 때문에, 재진입 및 하강 단계 동안—이 두 단계는 약 1분 동안 지속됩니다—중단 명령을 수신할 수 있는 유일한 순간은 플라즈마가 사라진 이후가 될 것입니다. 실질적으로 이는 폭발 직전에 몇 초간의 짧은 통신 창이 있을 것이며, 그나마도 위성 기반 송신기와만 연결될 가능성이 높습니다.
대안
이 안전 메커니즘의 설계 및 구현에는 몇 가지 대안이 있습니다. 예를 들어, GPS와 같은 위성 내비게이션 비콘은 L-대역에서 신호를 전송하고 지상 및 근지구 메시지를 초당 약 50비트의 속도로 디코딩하는데, 이는 이러한 목적을 수행하기에 충분합니다. 또 다른 예로, 위성 통신 시스템은 특수한 K-대역 빔포밍 안테나와 적응형 노이즈 저항 변조 기법(예: 스프레드 스펙트럼)을 사용하여 날씨, 지형, 도심의 전파 차단 문제를 보완하며, 데이터 전송 속도는 메가비트(Mbps) 단위로 측정됩니다.
두 가지 신호 유형 모두에서 수신된 반송파의 강도는 약 100데시벨 퍼 밀리와트(dBm)에 이를 것입니다. 미사일의 정점 근처에서는 이 수준을 초과할 가능성이 크며, 이는 보안을 저해하지 않으면서 신뢰성을 높여줄 것입니다. 결론적으로, 미사일 궤적의 마지막 몇 초에 발사 취소 명령을 실행하기 위한 보호 체계를 구현하는 데 필요한 기술은 이미 존재합니다. 오늘날 우리는 매우 저전력의 위성 신호를 신뢰성 있게 수신하고, 간섭과 잡음을 걸러내며, 대칭 암호화와 같은 기술을 사용해 메시지를 충분히 해독 불가능하게 인코딩하는 방법을 이해하고 있습니다.
신호, 암호, 및 비활성화 프로토콜은 발사 직전에 동적으로 프로그래밍할 수 있습니다. 적이 디지털 설계를 보더라도 어떤 키를 사용해야 하는지, 어떻게 구현해야 하는지는 알 수 없을 것입니다. 이러한 모든 점을 고려할 때, 이미 발사된 핵탄두를 무력화할 수 있는 기능이 미 국방부가 추진 중인 논란의 여지가 있는 ‘센티넬(Sentinel) 현대화 프로그램’의 연장 계획에 포함되어야 한다고 생각됩니다.
그렇다면, 비활성화 메시지가 발송되면 미사일에 정확히 어떤 일이 일어날까요? 이는 미사일의 궤적에 따라 여러 가지 상황이 있을 수 있습니다. 미사일이 상승 중일 경우 자폭하도록 지시하거나, 미사일을 우주로 재지향하게 하거나, 재진입 전 또는 하강 중에 탄두를 무력화할 수 있습니다.
물론, 이 모든 시나리오는 미사일과 무기를 뒷받침하는 마이크로 전자 시스템이 안전하고 조작되지 않았다는 전제가 필요합니다. 미국 정부 회계 감사원(GAO)에 따르면, “핵무기 부품을 위한 마이크로 전자 장치의 주요 국내 공급원은 뉴멕시코주에 있는 샌디아 국립 연구소(Sandia National Laboratories)의 MESA 복합 단지”라고 합니다. 샌디아와 기타 연구소 덕분에 마이크로 전자 장치 조작에 대한 물리적 장벽은 상당히 강력합니다. 이러한 물리적 장벽은 최근 반도체 공급망 보안을 촉진하는 설계 혁신으로 더욱 강화될 수 있습니다.
이를 위해 반도체 소프트웨어 거대 기업인 Cadence Design Systems의 설립자이자 전 CEO이자, 카우프만 상 수상자인 조 코스텔로(Joe Costello)는 우리에게 최근 10년 전까지만 해도 존재하지 않았던 보안 조치와 장치 보호의 여러 계층이 있다고 말했습니다. 그는 “우리는 국가 안보 인프라를 보호할 기회와 의무를 가지고 있습니다. 이는 핵 안전 장치 정책이 수립될 때는 상상조차 할 수 없었던 방식입니다. 설계에서 제조까지 무엇을 해야 하는지 알고 있습니다. 하지만 우리는 100년 된 사고방식과 수십 년 된 기술에 갇혀 있습니다. 이것은 우리의 미래에 대한 초월적인 위험입니다”라고 강조했습니다.
키신저는 그의 고전적 논문을 마무리하며 “우리의 딜레마는 아마겟돈(Armageddon)과 전쟁 없는 패배라는 대안으로 정의되었습니다. 우리는 이러한 전망이 초래하는 마비 상태를 극복하기 위해 외교와 군사 정책 모두에서 다른 대안을 창출해야 합니다”라고 말했습니다. 실제로, 발사된 후 폭발하기 전까지 핵무기를 회수하거나 비활성화할 수 있는 능력은 미국의 국가 안보와 지구상의 인류 생존을 위해 필수적입니다.
마무리
이번 포스팅에서는 핵무기의 발사 후 회수 및 비활성화 가능성에 대한 기술적 진보와 이를 구현하는 데 필요한 보안 조치들을 살펴보았습니다. 급변하는 현대의 안보 환경 속에서, 핵무기 시스템의 안전성을 높이기 위한 새로운 접근 방식이 필요하다는 점을 강조했습니다. 이제는 20세기 중반의 사고방식을 넘어, 현재 이용 가능한 기술을 적극 활용해 국가 안보와 인류의 미래를 보호해야 할 때입니다. 앞으로도 이러한 논의가 더욱 활발해지기를 기대하며, 새로운 기술과 정책이 실질적인 변화를 가져오기를 바랍니다.