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북한 위성 발사의 과학 노하우
2023년 01월 04일 (수) 이종호 elenews@chol.com

한국에서 통칭 북한(北韓)으로 설명되는 조선민주주의인민공화국(朝鮮民主主義人民共和國), 약칭 조선(朝鮮)은 동아시아의 한반도 내 휴전선 북부에 위치한다.

본래 한반도 북부에서 소련의 도움으로 민주주의 공화국을 표방하며 결성되었으나 현 시점에는 김일성, 김정일, 김정은 3대에 걸쳐서 한 가문이 세습하고 있는 사회주의 국가에서도 찾아보기 어려운 곳이다.

대한민국 헌법은 북한을 반국가단체로 규정한다. 헌법 제3조와 제4조 및 관련 법령에 의하면 사실상의 지방정부와 유사한 정치적 단체가 지배하는 영역을 북한(北韓)이라 지칭하고 반국가단체라는 것이다. 한편 조선로동당 규약에서는 한반도 전체와 그 부속도서를 그들의 영토로 주장한다. 실효 지배 면적은 12만 3,214㎢ 로 남북한 전체 면적의 약 55%를 차지하는데 2021년 기준 북한 구는 2,589만 명으로 한국 5,174만 명의 절반 수준이다.

그런데 남한과 북한의 법은 어떠하든 둘 다 UN 회원국인데다 모두 한민족으로 구성되었다는 점이다. 그러므로 다소 헷갈리지만 UN의 회원국으로 동시에 대화와 협력의 동반자로 간주된다는 점이다.

그런데 한국보다 다소 넓은 면적을 갖고 있는 북한의 경우, 2020년 북한의 주요통계지표를 보면 1인당 국민총소득은 141만원으로 남한의 3,744만원에 비해 약 3.8%에 불과하며 북한의 국내총생산은 한국의 54분의 1 수준이다.

그럼에도 불구하고 전문가들은 핵과 미사일 개발은 남북한의 국력에 비례하지 않는다고 말한다. 북한은 6차례나 핵폭탄을 실험했는데 한국에는 핵폭을 실험한 적도 없다.

더불어 북한은 단거리 SCUD-B/C, 중거리인 노동, ICBM, SRBM 미사일 발사에도 잇달아 성공하였으며 북한판 고체연료를 사용하는 단거리 미사일은 물론 미사일 1발에 다수의 탄두를 탑재하는 MIRV(Multiple Independently-targetable Re-entry Vehicle)도 개발하여 미국 본토까지 공격할 수 있다고 호언한다.

UN 등의 허가를 받지 않은 북한의 이런 행보에 UN 등이 적극적인 제제에 나서면서 유엔은 핵폐기 등을 목표로 2006년 1718호를 시작으로 총 9차례 대북제재결의를 채택하면서 제제 수준을 지속적으로 높였다. 대북제재결의 2375호는 대북 유류공급 30% 차단, 섬유수출 중단, 해외노동자 신규고용 제한 등을 담았다.

그럼에도 불구하고 핵 폐기를 목표로 하는 각종 제재는 큰 효과를 보지 못하고 있다는 것은 사실이다. 학자들은 북한이 이 정도 수준의 대북제재에 굴복해서 체제정권 생존 수단인 핵무기를 내려놓을 가능성은 낮다고 말한다. 대북제재가 북한경제에 상당한 타격을 가하고 있으나 체제정권 생존을 위협하지 못한다는 설명이다.

일반적으로 경제위기는 정치적 불안을 촉발한다. 제재대상국이 경제제재에 굴복해서 정책을 변경하는 것은 경제 위기가 심화하면서 국내 정치적 불안과 정치적 반대로 인해 정권 존립이 어려워지기 때문이다. 그러나 북한은 1994~2000년 북한기근으로 좁게는 6369만 명, 넓게는 58112만 명이 굶어 죽었다고 알려진 고난의 행군시기에도 붕괴하지 않았다는 점이다.

기존의 수많은 북한 연구자들이 북한이 여러 가지 복합적인 요인에 의해 곧바로 붕괴될 것으로 예상했음에도 지금도 북한이 존재한다는 것은 사실이다. 북한에 대한 과학기술 정책사로 서울대학교에서 학위를 받은 강호제 박사도 북한이 세간의 말에 의한다면 벌써 망했거나 계속 내리막 길 위에 있어야 한다고 적었다.

강 박사는 과학기술을 조금 알고 있는 역사학자의 시각으로 보더라도 북한이 현재까지 망하지 않은 이유는 과학기술 저력이 있기 때문으로 보았다. 즉 북한이 과학기술을 중심으로 미래를 설계하여 조금씩 성과를 낸 결과라는 것이다. 이는 북한에 나름대로의 과학기술 자산이 있다는 것을 알려준다.

일반적으로 북한 관련 이슈는 정치 혹은 군사적 관점에서만 분석되고 언급되므로 북한의 모든 움직임은 정치ㆍ외교ㆍ군사적인 목적으로만 해석된다. 그러나 많은 학자들이 북한이 갖고 있는 과학기술 자산 전체를 정치, 군사적인 논리만으로 해석될 수 있는 것은 아니라고 말한다.

학자들은 과학수준 자체가 미약할 경우 정치 개입 여지가 커지며 과학기술 논리만으로 해석할 수 없는 상황이 발생할 수 있다는데 공감하지만 과학기술 비중이 커진 상태에 이르면 과학기술 논리가 정치를 제한하고 규정할 수도 있다고 설명한다.

북한에서 우주발사체를 개발하여 발사하는데 우주발사체 발사의 큰 틀은 정치적, 군사적인 면을 우선시한다는데 이론의 여지가 없다. 그러나 북한이든 아니든 우주발사체 발사 자체가 전적으로 과학기술 수준에 의해 움직인다는 점이다.

우주 발사체의 발사에 관련된 직접적인 기술은 두 가지로 우주 발사체 제작과 인공위성 제작기술이다. 그런데 여기에서 곧바로 제기되는 의문은 우주발사체를 발사하기 위해 대체로 30만에서 40만에 이르는 부속품이 필요한데 이를 북한에서 어떻게 공급하느냐이다.

현재 세계에서 가장 강력한 제재를 받고 있는 북한의 경우 이들 전체를 외국에서 수입하여 활용할 수 없는 일이다. 이는 국방부가 은하3호 로켓 잔해를 분석한 결과 북한이 자체기술로 대부분의 부품을 만들었다는 발표로도 알 수 있다. 특히 일부 서방제 부품이 사용되었지만 이들은 미사일기술 통제체제(MTCR)에 위배되는 부품들은 아님도 확실히 했다.

북한이 현재 세계 최고급 기술이 총망라되어 있는 우주발사체에 소요되는 30만에서 40만에 이르는 거의 모든 부품을 자체 생산했다는 뜻인데 이는 이들 부품을 자체적으로 생산할 수 있는 기술과 자산을 갖고 있다는 뜻과 다름없다.

북한에서 정치목적이든 국방목적이든 우주발사체를 발사하려는 의욕이 있더라도 원천적으로 우주발사체를 만들 수 있는 기술이 없었다면 우주발사체를 발사하려는 생각 자체가 불가능했다는 것이 전문가들의 판단이다.

여기에서 더욱 중요하게 생각하는 것은 우주발사체 전체 개발 일정을 관리 통제하는 ‘시스템 엔지니어링’ 기술이다. 이 기술은 시스템의 복잡도가 높아질수록 비중이 더 커지는데 현재 우주발사체 발사 사업이야말로 복잡도의 최고 수준이라 볼 수 있다. 한마디로 우주발사체를 만드는 것과 함께 시스템 엔지니어링 기술이 뒷받침되어야 한다는 것이다.

이런 여러 가지 예를 보면 북한의 과학기술 분야에 대해 우리가 너무 모르고 있다는 것을 알 수 있다. 한마디로 북한의 현재를 정치, 군사적인 측면이 아니라 과학기술적인 측면에서 이해하는 것도 매우 중요한 일이라는 지적인데 여기에서는 현금 세계적인 화두로 등장한 북한의 발사체에 대해서만 설명한다.

 

<북한의 우주굴기>

북한의 위성에 대한 행보는 그야말로 놀랍다. 2022년 12월 16일, 북한이 고체연료를 사용한 고출력 로켓엔진 시험에 성공했다고 밝혔다. 북한은 12월 15일 서해위성발사장에서 140t 추진력 대출력 고체연료발동기의 첫 지상분출시험을 성공적으로 진행했다는 것이다. 특히 시험결과 발동기의 추진력과 연소특성, 작업시간, 추진력 조종 특성을 비롯한 모든 기술적 지표들이 설계상 값과 일치하고 그 믿음성과 안전성이 과학적으로 엄격히 확증됐다고 주장했다.

북한이 2021년 제8차 전당대회에서 제시한 국방과학 발전과 무기체계개발 5개년 계획의 전략무기 부문 최우선 5대 과업 실현을 위한 중대 문제를 해결했다는 것인데 전문가들은 이 실험이야말로 대륙간탄도미사일(ICBM) 개발과 관련된 것으로 추정했다.

발사체의 경우 액체연료와 고체연료는 장단점이 있다.

다이너마이트의 원료로 유명한 니트로글리세린 같은 물질이 대표적인 고체연료이다. 고체로켓은 연소관 안에 고체추진제를 채워 넣는데 이 추진제 안에 알루미늄 분말을 넣기도 한다. 이는 알루미늄의 높은 반응성 때문인데, 알루미늄이 고온으로 연소되면서 연소 속도를 빠르게 하기 때문이다. 연료가 빠르게 연소하며 가스를 만들어내면 이것이 로켓 밖으로 배출되면서 추력이 발생한다. 연소관은 고온과 고압에도 잘 견디는 금속 합금을 사용하는데 근래 재료의 개발로 무게가 가벼우면서도 열에는 더 강한 복합소재를 사용하기도 한다. 고체연료를 사용한 고체로켓은 구조가 단순하고 연료를 보관한 채 오랫동안 대기할 수 있으며 비용도 적게 들지만, 한번 점화하면 제어할 수 없다는 단점을 지니므로 주로 군사용으로 활용한다..

반면 액체연료 로켓은 액체 상태의 연료에 불을 붙게 하는 산화제를 각각 다른 공간에 주입하는데 가장 널리 쓰이는 연료는 등유이며 산화제로는 플로오린, 질산, 과산화수소 등이 있다. 연소실이라는 제3의 공간에서 연료와 산화제에 불이 붙으면 고온고압의 가스가 발생하고, 이 가스가 노즐로 빠져나가며 로켓이 추력을 얻는다.

액체연료 시스템에서는 부품 냉각, 순환, 가스 압력과 분출 조절 장치 등 상대적으로 시스템이 복잡하고 정교하게 설계되어야 한다. 한마디로 제작이 어렵고 고가이지만 소화를 반복하여 유연하게 제어할 수 있을 뿐 아니라 재사용 가능하다는 장점이 있다. 매우 강력한 장점을 가지고 있다. 그러나 액체연료는 폭발 위험성이 크기 때문에 발사 장소로 이동한 뒤 연료 주입을 해야 하므로 외부로부터의 탐지, 선제타격 등의 가능성이 커지는 단점이 있다.

북한은 2017년 김일성 탄생 105주년 태양절 열병식 당시 고체엔진 탑재가 추정되는 이동식 발사대 2종을 공개한 후 화성-12형, 중거리 탄도미사일, ICBM(대륙간탄도미사일)을 시험 발사했다.

2022년 12월 18일에는 동해상으로 쏘아 올린 두 발의 미사일을 고각으로 발사하여 약 500km를 비행했다. 북한은 군 정찰위성 개발을 위한 '최종단계의 중요시험'을 진행했다면서 2023년 4월까지 '군 정찰위성 1호기' 준비를 끝낼 것이라고 다음날인 19일에 발표했다. 이들 미사일은 위성시험품을 탑재한 로켓 발사라는 것이다. 특히 북한은 이들 시험은 위성촬영 및 자료전송계통과 지상관제체계의 능력을 평가하기 위한 것으로 정찰위성발사의 최종관문 공정을 거친 것이라고 강조했다.

여기에서 북한은 자신들의 주장을 증빙하기 위해 위성으로 찍은 것으로 보이는 사진을 공개했다. 용산 대통령 집무실 주변과 한강 교량 등 서울 도심과 인천항 등이 찍힌 흑백 사진인데 20m 분해능 시험용 전색촬영기 1대, 다스펙트럼 촬영기 2대, 영상송신기와 각 대역의 송수신기들, 조종장치와 축전지 등을 설치했다고 밝혔다.

그런데 이 위성사진으로 찍은 사진들이 수준이하라는 지적이 곧바로 제기됐다. 군사용으로는 물론 상업용으로도 조악한 수준이라는 것이다. 장연근 박사는 북한이 남측 지역을 20m 분해능으로 다파장으로 촬영했지만 정찰위성으로 활용하려면 분해능이 0.5m는 돼야 한다고 설명했다. 한마디로 효용성이 매우 떨어진다는 뜻으로 북한의 위성기술 수준은 10여 년 전 광명성 3, 4호 수준에서 크게 진전된 것으로 보기 어렵다고 설명했다. 그 이유로 장박사는 현재 세계 각국의 위성기술 수준이 매우 빠르게 향상되고 있지만 북한은 우주용 구성품을 구할 수도 없고 전자부품 및 소재 기술도 제한적인 만큼 위성기술의 신속한 발전을 기대하기는 어렵다고 진단했다.

이와 같은 지적에서 중요한 것은 북한에서 우주로 쏘아 보낸 발사체를 ICBM, IRBM(중거리탄도미사일), 위성으로 설명하고 있다는 점이다.

그동안 한국 등은 북한이 경제 규모에 맞지 않게 핵폭과 미사일로 세계를 위협하여 유엔의 강력한 제재를 받고 있다는 점만 부각하면서 북한의 우주발사체 등에 대해서는 거의 전부 이를 인정하지 않았다. 이 말은 한국의 경제가 북한을 압도하고 있는 상황에서 우주발사에서 북한에 오히려 뒤처지는 부분이 있다는 것을 인정하지 않으려했다고 볼 수 있다.

특히 북한의 정치와 군사 면을 강조하면서 북한의 낙후된 면만 부각시키는데 북한에 대한 과학기술 정보도 예외는 아니다. 한마디로 북한이 한국처럼 비약적으로 발전하고 진전하지는 못하더라도 북한의 과학기술 정보가 전과 달리 발전하고 있다는 점을 애써 외면한 감이 있다. 일부 학자들이 북한의 과학기술 분야를 과거의 수준으로 설명하는 것은 거의 2030년 이상된 비디오 테이프만 틀고 있다는 뜻으로 전혀 업데이트되지 못했다고 지적하는 이유다.

이 글은 바로 이런 점에 초점을 맞춰 북한의 과학기술 분야 중에서 특기한 주제인 우주발사체에 대해서만 한정적으로 설명한다. 북한의 우주 발사체에 대한 주제를 설명한다는 자체가 만만치 않으므로 정치, 사상, 이데올로기 틀에서 벗어나 과학기술 분야에 한정한다고 하지만 이것이 간단치 않다는 것을 모르는 사람은 없을 것이다. 남북한의 첨예한 주제를 다루므로 자칫하면 객관성과 신뢰도에 논란을 불러일으킬 수 있지만 여기에 제시되는 내용들은 기본적으로 학술논문 및 학위, 단행본, 『국방백서』 등은 물론 국내외 주요 언론매체의 자료 등 공개된 자료에 한하여 설명한다. 한마디로 출처가 불명확한 비공식적인 루머나 ‘카더라’ 통신 등은 다루지 않는다.

 

<북한의 위성발사>

북한의 우주 발사체와 미사일 행보에 대한 의문점은 그야말로 많은 사람들을 헷갈리게 만든다. 북한의 우주 발사체와 미사일 등이 ‘참’이 되기 위해서는 세 가지 과학적 의문이 제기된다. 첫째는 북한이 그동안 줄기차게 위성 발사를 했다고 발표했는데 미국 등은 북한이 설명하는 발사체가 위성 발사가 아니라 ICBM 발사를 시험했다고 비난했다. 대체 같은 발사체를 놓고 해석이 달라지는데 왜 북한은 위성을 발사했는데 미국 등은 ICBM이라고 고수하느냐이다.

둘째는 북한에서 인공위성이든 ICBM이든 우주 발사체를 발사했다면 어떻게 이런 고기술을 자체적으로 확보할 수 있었느냐이다. 세계에서 가장 강력한 제재를 받고 있는 북한이 마음먹고 기자재를 구입할 수 없는 상황인데 북한에서 첨단 과학기술이 통틀어 들어있다는 우주발사체 발사가 가능한 이유가 무엇이냐이다.

셋째는 북한의 우주발사체를 인정할 수 없다며 UN 등에서 제재하고 있는데 김정은 위원장은 국방력 발전 5개년 계획의 핵심 5대 과업으로 군사정찰위성을 제시했다. 한마디로 북한을 상대로 한 UN등의 논란 즉 ICBM이냐 인공위성이냐의 논란에서 벗어나 군사용으로 필요한 인공위성 확보에 주저하지 않겠다는 것이다.

그런데 우주 발사체를 발사했지만 가장 중요한 대기권 재진입 기술(Re-entry)이 없다고 생각되므로 진정한 비대칭 우주기술을 갖고 있다고 볼 수 없다고 지적한다. 반면에 북한은 이들 기술도 갖고 있다고 말한다. 북한에 대한 Hot Topic이라 볼 수 있는 3가지 의문에 대해 살펴본다.

 

<ICBM과 인공위성>

북한의 발사체에 대해 그동안 계속 논란이 되는 것은 북한의 발사체가 ICBM이냐 우주로켓이냐에 따라 성격이 근본적으로 달라지기 때문이다. 그런데 북한의 발사체에 관한 한 단정적으로 확언하는 것이 간단한 일은 아니다.

한미당국에서 북한의 발사체가 우주를 향했음에도 우주용이 아니라 ICBM으로 규정하는 것은 발사체의 궁극적인 목표가 ICBM인데 이는 사용하려는 목표가 바로 미국이라 생각하기 때문이다. 한마디로 인공위성의 역할을 하더라도 이를 인정할 수 없다는 뜻이다.

그런데 북한의 일부 발사체들은 우주발사 관련측들의 기준으로 볼 때 인공위성으로 보임에도 이를 부정하고 ICBM으로 설명하려니 여러 가지 모순점이 생기지 않을 수 없는데 이유는 한마디로 이를 정확하게 분리하여 설명한다는 것도 만만치 않은 일이기 때문이다.

여하튼 북한은 2020년 10월 10일 노동당창건 75주년 기념열병식에서 규모면에서 미국 러시아 중국의 ICBM과 비슷하거나 능가하고, 다탄두 성능까지 갖춘 ‘초대형 괴물 ICBM’을 공개했다. 미국의 해리 카지아니스 국장이 ‘지구상에서 가장 큰 미사일’이라 말했고 도쿄대의 고이즈미 유(小泉悠) 박사는 ‘다탄두를 탑재한 신형 미사일은 요격이 힘들다는 점에서 북한은 미국에 대해 일정한 핵 억지력을 가진 걸로 생각한다’고 말했다.

전문가들이 이렇게 말하는 것은 신형 ICBM의 규모가 상상을 초과하기 때문이다.

신형 ICBM은 기존의 화성-15형 이동식 발사대(9축형)보다 2축이 많은 11축형(22륜형) 발사 차량에 실려 등장했다. 길이는 화성-15형(21~22m)보다 2m가량 긴 23~24m로 분석된다. 이는 러시아 신형 토폴-M ICBM(22.7m), 중국 신형 DF(둥펑)-41 ICBM(21m)보다 길어 세계 최대급으로 평가됐다. 직경도 화성-15형(2.4m)보다 큰 2.5m 이상으로 추정되었다.

1단 추진체는 화성-15형에 사용된 액체연료(백두산) 엔진 2개를 배로 늘려 4개를 클러스터링(결합)했고, 2단 추진체는 2019년 말 평북 동창리에서 두 차례 연소시험을 한 새 액체연료 엔진을 장착한 것으로 추정했다. 1단 엔진 개수가 늘어나고, 2단 엔진도 신형으로 바뀌면서 연료·산화제 주입량이 늘어나 규모가 커졌다는 것이다.

장영근 박사는 신형 ICBM의 무게는 100t에 이르며 탄두 탑재 중량을 1.5t 이상으로 추정했다. 엔진 추력 등을 감안할 때 화성-15형(600kg 추정)의 최대 3배에 달한다는 관측이다.

2017년에 등장한 화성-15형이 최대 13,000㎞로 미국의 뉴욕 등 미 전역을 강타할 수 있다는 것을 감안할 때 이보다 규모가 큰 신형 ICBM은 화성-15형보다 훨씬 큰 위력을 갖고 있다고 추정했다. 핵폭으로만 생각한다면 훨씬 큰 단일 핵탄두나 2~3개의 다탄두(多彈頭)를 탑재할 수 있다는 분석이다. 다탄두 ICBM은 1발로 워싱턴과 뉴욕 등 복수의 목표물을 동시에 타격할 수 있는 장점이 있다. 다탄두 미사일은 여러 개의 탄두가 대기권 밖에서 분리된 뒤 원래 입력돼 있던 궤도를 따라 각자 목표물을 향해 마하 20(음속의 20배) 이상의 속도로 떨어져 요격이 어렵기 때문이다.

물론 ‘복수의 표적’에 동시 다발적 핵 타격이 가능한 미국ㆍ중국ㆍ러시아의 다탄두(MIRV)’ ICBM에는 미치지 못한다는 분석이 있는 것은 사실이다. 각각의 탄두를 서로 다른 표적에 정밀 유도하는 후추진체(PBV)가 신형 ICBM에서 구체적으로 보이지 않은데다 북한의 현 기술로 개발이 가능한지도 의문이 들기 때문이다.

문제는 MRV형 다탄두 ICBM에 가짜 탄두(디코이)를 섞어 발사할 경우 요격이 힘들다는 점이다. 결론은 실제 발사해봐야 진위를 알 수 있다는 점이다.

그동안 미국에서 북한의 미사일기술에 대한 평가가 인색했는데 <해리티지>가 발표한 「2021년 미국 국방력 지수」에서 ‘CIA는 북한의 ICBM이 정상궤도로 비행한다고 가정할 때 대기권 재진입체가 충분히 정상 작동해 미국 본토를 타격할 수 있다고 평가한다’고 적었다. 이는 그동안 논란의 여지가 있다는 북한의 대기권 재진입 기술을 사실로 인정했다는 뜻이다.

북한이 화성-14, 화성-15형을 정상 각도로 발사하는 실전 테스트를 하지 않았지만 그간의 발사 시험으로 미루어 볼 때 대기권 재진입(Re-entry) 기술의 완성을 보여주었다는 것이다.

통상적으로 ICBM재진입 기술 검증은 정상각도로 발사한 뒤 수천 km밖의 낙하지점에 떨어진 재진입체를 회수해 이상 유무를 분석하는 과정으로 진행된다. 재진입체가 대기권을 벗어났다가 다시 들어와 음속의 20배로 낙하하는 과정에서 수천도를 넘는 마찰열과 충격파를 견디고 내부의 탄두를 보호할 수 있느냐가 관건이다. 미국은 현재도 과거에 개발한 미니트맨3 ICBM을 본토에서 약 7,600km 떨어진 태평양 해역에 발사한 뒤 재진입체를 수거하는 방식으로 비행 및 재진입 성능을 검증한다.

하지만 북한은 2017년 회성-14, 화성15형을 고각으로만 쏴 올려 재진입 기술은 아직 검증되지 못했다는 평가였다. 북한이 ICBM용 재진입 기술을 지상에서 검증할 수 있는 관련설비도 갖추지 못했다는 점에서 더욱 그랬다. 그럼에도 불구하고 CIA가 북한이 ICBM을 정상각도로 발사하지 않고도 북한의 재진입기술을 인정했다는 것은 역사상 첫케이스가 될 것이라는 내용이다.

CIA가 이런 결론을 무턱대고 내린 것은 아니다. 전문가들은 북한이 잇달아 화성-14, 화성-15의 고각 발사에 성공한 후 CIA가 북한의 재진입기술 개발 관련 첩보를 철저하게 수집했다고 추정한다. 한마디로 첩보위성을 비롯한 최첨단 감시장비와 휴민트(HUMINTㆍ인적정보) 등으로 평양 인근의 신리ㆍ원로리 등 ICBM 개발 거점의 동향을 집중 추적하는 과정에서 재진입 기술 완성을 뒷받침할 ‘스모킹 건’ 즉 결정적인 증거를 포착했을 개연성이 높다는 설명이다.

북한의 발표에 미국은 즉각적으로 반응했다. 미국 미사일방어청(MDA)은 10월 17일 해군 함정 존 핀(DDG-113)에서 쏘아 올린 요격 미사일로 모의 ICBM을 격추하는 시험에 성공했다고 밝혔다. 이 함정은 이지스 탄도미사일 방어(BMD) 시스템 장비가 장착된 구축함인 미 해군전함으로, 최신형 요격 미사일 ‘SM-3 블록 2A’를 장착하고 있다. 모의 ICBM은 하와이 북동쪽 해역을 향해 발사됐다. 존 핀 구축함은 ICBM의 궤적을 분석한 뒤 ‘SM-3 블록 2A’를 발사해 우주 공간에서 격추했다는 것이다.

북한이 신형 ICBM을 공개하며 위협의 강도를 높이자 미국이 해상 요격시험으로 응수했다는 설명이다. 여하튼 미국의 요격 시험 성공은 미국이 북한의 무기 개발에 대응해 미사일 방어 역량을 강화하고 있는 상황에서 이뤄졌다는 점에서 큰 의미가 있다는 설명이지만 그만큼 북한의 발표에 신빙성이 있다는 뜻으로도 이해된다.

 

<계속되는 우주발사체 발사>

북한이 2016년 2월 평안북도 철산군 동창리 소재 서해위성발사장에서 '광명성 4호' 위성을 실은 ICBM급 '광명성' 로켓을 발사했다.

북한은 이 사실을 다음과 같이 설명했다.

 

‘우리나라(북한)는 1998년에 첫 인공지구위성을 쏴 올렸다. 그 후 20년도 못 되는 기간에 또 한 차례의 시험위성발사를 거쳐 실용위성, 지구관측위성 발사에로 도약했다.’

 

북한은 이를 지구관측위성이라고 주장하면서 당시 지구위성의 설계부터 제작, 조립 발사, 관측에 이르는 모든 것을 100% 국사화한 것이야말로 기적 중의 기적이라고 발표했다

하지만 국제사회는 북한이 인공위성 발사를 내세운 장거리 미사일 발사 시험을 하는 것으로 판단한 후 유엔 안전보장이사회는 곧바로 규탄 성명을 발표했다. 이 당시 중국을 포함한 국제사회가 안보리 결의를 채택했다.

북한의 발표에 의하면 1998년 1월 '광명성 1호'를 시작으로 계속적으로 인공위성 발사를 시도해 2012년 12월 '광명성 3호' 2호기, 그리고 2016년 2월 '광명성 4호' 등 모두 2기의 위성을 궤도에 진입시켰다는 것이다.

'광명성 3호' 2호기는 2012년 12월 평안북도 철산군 동창리 소재 서해위성발사장에서 ICBM급 '은하 3호' 로켓에 실려 발사된 지구관측위성으로서 고도 498㎞(근지점)581㎞(고지점)의 타원 궤도를 따라 약 95분26초마다 지구를 1바퀴씩 돌았다. 무게는 100㎏ 정도로 추정되었고 한반도 상공을 23일에 1회꼴로 지나간다고 알려졌다.

이를 쏘아 올린 '은하 3호'는 액체연료를 사용하며 길이 약 2830m, 지름 약 2.4m 크기의 3단 추진 로켓이며 무게는 8691톤가량으로 추정되었다. 특히 '은하 3호' 로켓의 추진제로는 비대칭 디메틸히드라진(UDMH), 그리고 산화제로 사산화이질소(N2O4)가 사용되었다고 추정했다.

당시 한국을 포함한 미국·일본 등 국제사회는 북한의 연이은 위성 발사 시도를 대륙간탄도미사일(ICBM) 개발과정의 일환으로 보고 강하게 반발했지만 북한이 위성 발사에 성공했다는 자체를 부정하지는 않았다는 점이 의미심장하다. 이는 ‘광명성 3호' 2호기에 부여된 위성식별 ID와 국제코드 즉 북미항공우주방위사령부(NORAD)가 부여한 고유번호를 39026와 2012-072A로 명명했다는 점이다. 이는 인공위성에 한하여 붙여주는 고유번호다.

2016년 2월7일, 서해위성발사장에서 지구관측위성 '광명성 4호'를 '광명성'(은하 3호 개량형) 로켓에 실어 발사했다. '광명성 4호'의 무게는 200㎏ 정도로 추정되며, 고도 465㎞502㎞의 지구 주위 타원궤도를 94분24초마다 1바퀴씩 돌았다.

이 위성을 놓고 북한은 ‘위성이 정상적으로 작동하고 있다’고 주장했지만 많은 국내외 전문가들은 ‘이들이 궤도에 떠 있기만 할 뿐 지상과의 송수신 활동은 포착되지 않고 있다.’고 전했다. 그런데 '광명성 4호' 역시 고유번호 41332와 2016-009A를 부여받았다. 이들을 북미항공우주방위사령부가 공식적으로 인공위성으로 인정하고 이를 계속적으로 체크하고 있다는 것을 뜻한다.

그런데 여기서 헷갈리게 만드는 정황이 나타난다.

우선 학자들은 북한이 '광명성 4호'를 끝으로 위성 발사를 중단하고 ICBM 개발에 매진했다는데 여기서도 북한과 한미 측의 주장이 다소 다르다.

우선 북한이 2016년 9월, 서해위성발사장에서 실시한 신형 '정지위성 운반 로켓용 대출력 발동기(엔진) 지상분출시험'에 성공했다고 발표했다. 그런데 한미측은 북한이 분명 정지위성이라고 주장했음에도 북한이 ICBM용 로켓 엔진을 시험한 것으로 추정했다.

2016년은 북한이 수많은 미사일을 발사했고 이후 2017년 4월 중거리탄도미사일 '화성-12형'(KN-17), 7월 ICBM '화성-14형'(KN-20), 11월 ICBM '화성-15형'(KN-22)을 시험발사했다.

북한은 더불어 2016년 제6차 핵실험에 성공하고 2017년 11월 '화성-15형'의 발사에 성공하자 ‘국가핵무력 완성’을 선언한 후 ICBM 시험발사를 중단한 채 한국·미국·중국·러시아 등과 잇달아 대화에 나선다.

 

<정찰위성 발사>

북한이 발사한 발사체가 인공위성을 포장한 ICBM이라는 논란은 계속 이어졌는데 북한이 2022년 3월 24일 세계 최대급(級) ‘괴물 ICBM’ 화성-17형과 비슷한 신형 ICBM를 발사했다. 이 발사체는 2017년 11월 발사한 화성-15형보다 비행거리가 늘어나고 최대고도도 높아져 4년여 만에 현저한 기술적 진보를 이룬 것으로 평가되었다.

북한은 ‘괴물 ICBM'이 정찰위성이라고 주장했지만 전문가들은 이것에 23개의 다탄두(多彈頭)를 장착 소위 MIRV로 워싱턴과 뉴욕을 동시에 타격할 수 있다고 주장했다.

이 발사가 위성이 아니라는 증거로 6,200㎞ 고도까지 고각(高角) 발사했다는 자체가 순수 무기용 ICBM을 시험했음을 자인한 것이라는 뜻이다. 정찰위성은 보통 500700㎞ 저궤도를 비행하는데 이날 발사된 미사일은 정찰위성 궤도보다 10배나 높은 고도까지 올라갔고, 비행시간도 일반적인 우주발사체보다 길었다는 것이다.

2017년 화성-15형 ICBM은 총 53분 동안 최대고도 4,475km까지 올라간 뒤 수평으로 약 950km 가량을 날아갔다. 그런데 2022년 3월 24일에 발사된 발사체는 1시간10분 동안 최대고도 6,200km까지 올라간 뒤 수평으로 약 1,080km 가량을 날아갔다는 것이다.

그런데 고궤도 위성은 36,000km에서 작동하므로 북한의 발사체가 저궤도보다 높이 올라갔다고 해서 위성으로 볼 수 없다는 지적은 다소 모순이 있는 것은 사실이다.

여하튼 4년 4개월 전 발사한 화성-15형보다 고도는 1,725㎞를 더 올라갔고, 비행거리는 130㎞ 늘어났다. 당초 북한이 3월 16일에도 발사했지만 실패했는데 화성-17형을 다시 발사했을 가능성이 제기됐다.

화성-17형 로켓은 백두산 엔진 2세트를 묶은 것으로, 1단 로켓에 백두산 엔진 1세트를 단 화성-15형의 2배에 달하는 추력(推力)을 갖고 있으므로 원거리 발사가 가능한데 놀라운 것은 최대 고도 6,200㎞는 세계 탄도미사일 개발 사상 가장 높이 올라간 것으로 평가된다는 점이다.

2017년 발사된 화성-15형은 탄두중량을 1t 미만으로 줄일 경우 최대 사거리가 13,000㎞에 달해 미 전역을 타격할 수 있는 것으로 평가됐다. 북한에서 13,000㎞라면 동부지역을 포함, 미 전역을 커버할 수 있기 때문에 북한으로 볼 때 사거리를 굳이 13,000㎞ 이상으로 늘릴 필요가 없다는 점이다.

그러므로 한국의 『국방백서』는 화성-15형의 최대 사거리는 10,000㎞ 이상, 탄두중량은 1t으로 추정된다고 밝혔다. 장영근 박사는 북한이 1t급 탄두로 미 전역을 타격할 수 있는 강력한 ICBM을 보유하게 됐다고 설명했는데 여기에서 1t급 탄두면 수소탄도 충분히 장착할 수 있다고 알려진다.

여하튼 북한이 다탄두를 시험했는지는 확인되지 않았지만 화성-17형의 경우 23개 가량의 다탄두를 탑재하는 것이 어려운 것은 아니라고 설명된다. 다탄두 미사일은 여러 탄두가 하나의 목표를 타격하는 MRV(다탄두 재돌입체)와, 여러 탄두가 서로 다른 목표물을 타격하는 MIRV(다탄두 각개 목표 설정 재돌입체) 등이 있다. MIRV는 각각의 탄두가 서로 다른 목표물을 타격하기 때문에 기술적으로 매우 어렵다고 알려진다.

북한은 2016년 중장거리 미사일(IRBM)인 '무수단'을 8차례 발사했고 이를 활용해 KN-08, KN-14 등 ICBM을 개발했다. 하지만 무수단 미사일 시험발사가 계속 실패하면서 ICBM 시험발사를 진행치 못했다고 설명한다.

그러므로 북한은 2016년 말 지상연소 시험, 즉 백두산 엔진 시험에 나섰다. 전문가들은 북한이 정지궤도 위성 발사체 '은하 9호' 개발을 위해 우크라이나에서 백두산 엔진을 들여왔다고 추정한다. 애당초 ICBM에 활용할 계획이 없었으나 무수단 엔진이 실패하면서 백두산 엔진이 사용되었다는 것이다. 실제로 2017년 3월 백두산 엔진에 보조엔진 4개를 장착해 지상연소 시험을 실시했으며, 5월 14일 백두산 엔진을 1단으로 사용한 '화성-11' 고각 발사에 성공했다. 이후 개발된 ICBM인 화성-14, 화성-15 모두 백두산 엔진을 기반으로 하고 있다.

그런데 북한의 김정은 국무위원장이 2022년 3월 1일 우주개발 기관을 시찰하면서 5년 내에 군사정찰위성을 다량 배치하겠다고 밝혔다. 한마디로 북한에서 발사하는 우주발사체의 용도가 북한의 5대 중점사업에서 거론한 군사정찰위성이라는 것이다.

조선반도(한반도)와 주변지역에서 감행되는 미제국주의 침략군대와 그 추종세력들의 반공화국 적대적 군사행동 성격을 철저히 감시, 감별하고 정황관리 능력을 높이며 해당 정황에 따라 국가무력의 신속한 대응능력을 향상시키는 것은 북한이 중시하는 국가방위력강화에 관한 전략전술적방침이라는 것이다.

또한 정찰위성 개발은 자주적 권리와 국익 수호이고 당당한 자위권행사인 동시에 국위 제고라는 점을 강조했다. ‘최중대사, ’정치군사적인 선결 과업‘, ’지상의 혁명 과업‘이라고 중요성을 부각시켰다.

김정은 국무위원장이 이런 발표를 하기 직전인 2022년 2월 27일 평양에서 탄도미사일을 발사했다. 바로 이것이 정찰위성 개발을 위한 중요한 시험이라고 설명되었다. 정찰위성에 장착할 촬영기들로 지상 특정 지역에 대한 수직 및 경사 촬영을 진행해 고분해능촬영체계와 자료전송체계, 자세조종장치들의 특성 및 동작 정확성을 확증했다는 것이다.

이에 대한 증거로 북한은 한반도 전체 모습이 담긴 2장의 사진도 공개했다.

북한이 극초음속미사일 개발을 완료했으므로 다음 단계인 정찰위성 개발에 박차를 가하는 모양새라는 설명도 있다. 이를 두고 전문가들은 인공위성 발사에 이용하는 다단계 장거리미사일 발사를 위한 명분 쌓기이자 예고편이라는 주장도 제기했다. 인공위성 발사에 활용되는 다단계 로켓은 탄두만 교체하면 곧바로 대륙간탄도미사일(ICBM)로 활용할 수 있다는 것이다.

북한의 2022년 3월 24일 미사일 발사에 한미당국이 촉각을 세운 것은 2018년 북한이 선언한 모라토리엄 즉 핵실험과 ICBM 발사를 유예한다는 것을 전면 파기한 것이라며 정부는 북한을 향해 모라토리엄을 준수하라고 촉구했다. 한마디로 더 이상의 긴장 조성 행위를 중단하고 스스로 국제사회와 약속한 모라토리엄을 준수하는 등 평화를 위해 행동하라는 것이다.

여기에 김정은 위원장이 말한 5대 과업 중 MIRV 기술까지 확보하면 미 워싱턴과 뉴욕을 동시에 타격할 수 있고, 그만큼 미국이 미사일방어(MD)망으로 북한의 ICBM 탄두를 요격하는 것이 어려워진다는 뜻이지만 여기서 지적해야할 것은 북한이 군사용 인공위성이든 ICBM이든 우주로 발사할 기술을 명백하게 확보하고 있다는 점인데 2022년 12월 18일에는 동해상으로 쏘아 올린 두 발의 미사일 등에 대해 그동안 견지했던 설명과는 달리 ICBM, IRBM, 위성 등으로 설명하고 있다는 점이다.

 

<우주 굴기의 기술 확보>

북한의 우주 굴기에 대해서 들을 때의 의문은 일반적으로 내연기관 자동차 한 대에 23만 여개의 부속품이 들어가며 기계, 전자, IT, 소재 등 분야별 고도의 기술이 복합된 항공기 부품 수는 자동차의 10배인 약 20여 만 개로 추정한다. 그런데 인공위성의 경우 3040만 개가 필요하다고 설명된다.

한국형발사체 누리호(KLSV-Ⅱ)호만해도 37만 개 이상의 부품이 최적의 시기에 최고의 성능을 내야 발사할 수 있다고 알려지는데 2022년 6월 16일로 예정된 발사가 누리호 1단에 설치된 센서가 신호를 받지 못하는 것으로 하루 전에 확인됐기 때문도 연기되었다는 것은 여러 가지 시사점을 보여준다.

사실 우주발사체의 발사 연기는 국내외를 비롯하여 다반사이다.

2009년 8월 19일 나로호(KSLV-I) 1차 발사가 예정돼 있었으나, 이륙 7분56초를 앞두고 압력 측정과 관련된 소프트웨어 오류 때문에 중단됐다. 나로호 1차 발사는 6일 후 8월 25일에 이뤄졌으나 실패로 끝났다.

나로호는 2010년 6월 9일 2차 발사 시도 당시에도 당일 발사대 주변 소방 설비 문제 때문에 예정 시각을 3시간가량 앞두고 발사가 연기됐다. 다음날에 나로호 2차 발사가 진행되었지만 성공하지 못했다.

나로호 3차 발사 당시에도 2012년 11월 29일 최종 발사 시각 발표 전 연료를 주입하는 연결 부위가 누수되어 발사가 연기됐다. 결국 3차 발사는 이듬해 1월 30일로 미뤄졌는데 성공을 거두었다.

누리호 엔진 시험 발사체는 2018년 10월 25일 발사 예정이었으나 1주일여 전에 부품 이상이 발견돼 발사가 연기됐으며, 결국 11월 28일에 발사에 성공했다.

순수 국내 기술로 개발·제작된 누리호의 경우 2021년 10월 21일 1차 발사 때 모든 준비 과정이 순조로웠으나, 결과적으로 3단 엔진이 조기에 종료되면서 궤도 진입에는 실패하여 절반의 성공을 거두었다고 알려졌다.

절반의 성공이 무슨 소리냐는 비아냥까지 받기도 했지만 한국은 2022년 6월 15일 순국산 즉 한국형 발사체 누리호(KSLV-Ⅱ)를 발사를 시도했다. 그러나 누리호 기립과 전기 및 산화제와 연료를 공급하는 엄빌리컬 타워 작업에 심각한 안정성이 우려돼 하루 순연했는데 다음날인 6월 16일 기립후 발사준비를 위한 사전점검 과정에서 산화제 탱크 내부의 레벨 센서에서 오류가 발견돼 다시 연기됐다. 그러나 이들 고장을 곧바로 수리하여 2022년 6월 21일 드디어 발사에 성공했다.

선진국도 발사연기는 자주 일어난다. 유럽연합(EU)의 '아리안5'는 2006년 2월 21일 발사될 예정이었지만 지상장비 이상으로 발사가 3일 뒤로 연기됐다. 이어 위성회로 이상 여부 확인을 위해 발사를 다시 연기했다가 3월 9일 카운트다운에 들어갔지만, 발사체 상단의 압력이 떨어져 발사를 중단했다. 결국 3월11일 네 번째 시도에서 발사에 성공했다. 미국의 우주왕복선 엔데버호는 2009년 6월 13일 연료 주입 지상 설비 문제로 발사가 중단된 뒤 6차례나 더 연기한 끝에 7월 15일 발사에 성공했을 정도다.

 

<CNC 등장>

북한의 우주발사체가 모두 성공한 것은 아니지만 북한의 우주 굴기에 의문이 생기지 않을 수 없는데 2010년 북한의 사설에서 다음과 같은 기사가 발표됐다.

 

‘금속 덩어리를 투입구에 올려놓고 시작 스위치를 누르면 로봇팔은 미리 입력된 프로그램에 따라 자동적으로 금속 덩어리를 선반 위에 고정시키고 필요한 공구를 회전축에 부착한다. 고속으로 회전하는 공구는 티타늄과 같은 매우 강한 재질로 되어있어 금속 덩어리가 이것과 닿으면 쉽게 깎여나간다. 공구는 필요에 따라 중간 중간 교체된다. 금속 덩어리를 올려놓은 선반은 컴퓨터로 계산된 결과에 따라 전후, 좌우, 상하로 움직이거나 좌회전, 우회전 등을 하면서 깎여나갈 부분을 절삭 공구에 가져다댄다. 공구 주위 여러 곳에 배치되어 있는 각종 센서들은 작업 상태를 실시간으로 측정하여 설계대로 제작되고 있는지 점검한다. 금속이 깎이는 동안 열이 많이 발생하므로 공구 옆에 붙은 호스에서 물이 계속 뿜어진다. 주변으로 튀는 부산물을 막기 위해 그리고 작업공간의 온도를 일정하게 제어하기 위해 작업공간은 투명한 판으로 밀폐되어 있다. 몇 분간의 작업 끝에 CNC 기계는 투박한 금속 덩어리를 정밀한 엔진으로 바꾸어 투입구에 다시 내려놓는다.’

 

강호제 박사는 북한의 신년 사설에 아주 드믈게 아마도 거의 처음으로 영어 알파벳이 등장하였다고 적었다. ‘CNC화, CNC기술’이란 말로 Computerized Numerical Control 약자이다. 이는 컴퓨터를 통해 각종 정밀 기계부품 제작과정을 자동화시키는 기술을 의미한다.

북한의 상품화에 사용되는 CNC는 5축, 7축으로 23축과 차원이 다르다고 알려진다. 축의 수가 늘어날수록 작업대상을 더욱 정밀하게 제어할 수 있게 되고 주축의 회전수도 높아져야하므로 더욱 높은 수준의 기술이 요구된다.

그런데 전 세계에서 CNC기술은 일부 국가에 한정되는데 1990년대 후반 ‘라남의 봉화’로 유명한 ‘라남탄광기계연합기업소’에서 자력으로 제작한 자동금속가공기계의 정밀도가 10배로 높아졌다고 알려진다. 정밀도가 10배가 된다는 것은 만들 수 있는 기계의 수준이 완전히 달라진다는 것을 의미한다. 이를 학자들은 일반기계에서 공작기계, 자동차에서 비행기, 그리고 우주발사체로 이어진다는 것을 의미한다고 설명한다.

 

<세계를 놀라게 하는 CNC>

컴퓨터가 인간 공간으로 들어온 이래 산업체에서 사용하는 공작기계는 대부분 컴퓨터수치제어 기술을 접목한다. 여기에서 NC(Numerical Control) 공작 기계는 수치제어에 의해 공작물을 가공해 필요한 형상의 가공품을 생산하는 장비이며 CNC(Computerized Numerical Control)는 컴퓨터수치제어 공작기계기술이다. 그러므로 현대의 공장에 활용하는 장비에는 기본으로 컴퓨터 모듈이 달려 나오므로 NC장비라 하면 통념상 CNC를 가리킨다.

CNC 가공은 프로그램에 의해 작동되는데, G코드와 M코드를 이용하여 프로그래밍한다. 여러 가공코드와 좌표값 등이 모여서 하나의 블럭을 만들고, 이 블럭들이 모여서 하나의 프로그램이 완성된다. 한마디로 어떤 공작물의 형태를 프로그래밍하여 CNC 장비에 입력하고 공작물을 장착하면 곧바로 고난도의 정밀한 가공물을 만들 수 있다. 더불어 과거에는 아무리 복잡하건, 어렵건 사람이 직접 프로그래밍했으나 요즘은 각종 설계 소프트웨어(CAD)로 설계하여 변환시키면 자동으로 CNC 코드로 변환이 된다. 고급 3차원 캐드 프로그램에서는 자체적으로 CNC 코드로 변환해주는 기능을 포함하고 있을 뿐 아니라 CNC 장비와 연동하여 작동하는 기능도 내장하고 있다. 이를 CAD/CAM (Computer Aided Design/Computer Aided Manufacturing)이라 한다. 컴퓨터를 이용하여 설계하고 생산하는 체계이다.

잘 알려진 CAD는 컴퓨터를 이용한 설계를 뜻한다. 예전에는 설계를 하기 위해서는 제도 즉 손으로 직접 그렸지만 현재는 거의 대부분 컴퓨터를 이용해 설계한다. 대표적 프로그램이 Auto CAD로 기본적으로 2차원 CAD 프로그램이다. 이를 업그레이드 시킨것이 큰틀에서 NC로 3차원 설계를 접목시키면 실제 가공품과 동일한 형상으로 설계하여 2차원으로 표현하기 힘든 부분을 쉽게 표현할 수 있다.

한편 PLC는 Program Logic Control의 약자로 말 그대로 프로그램에 의해 논리적으로 작동되는 기계 혹은 체계라 할 수 있는데 대표적 PLC가 현대인들의 주력 기자재로 활용되는 엘리베이터이다. 프로그램이 내장된 컴퓨터에 의해 제어되어 어떤 버튼을 누르면 어떻게 작동되고 여러 상황에 따라 같은 명령을 주어도 다르게 작동하기도 한다. 5층에서 엘리베이터 내려가는 버튼을 눌렀다면 상황에 따라 5층보다 높이 있었다면 내려오고 5층보다 아래에 있으면 올라온다. 이런 논리적 작동을 할 수 있게 만든 장치가 PLC인데 현대 생산에서는 이런 CAD, CNC, PLC 을 모구 묶어서 FMS(Flexible MenuFacturing System)라고 하며 대형 제조업체의 생산라인은 대부분 FMS로 이루어져 있다고 볼 수 있다.

FMS의 장점은 말 그대로 유연하다는 것인데 이는 현대의 기계의 구조나 디자인이 하루가 다르게 변하기 때문이다. 즉 복잡한 기계 부품을 생산하기 위해서는 유연적 생산 체계를 갖고 있지 않으면 생산이 어렵고, 시간도 오래 걸리게 되며 생산 단가가 높아진다.

그런데 놀라운 것은 북한이 CNC분야에서 세계 최고 수준을 보이고 있다는 점이다.

선진국에서 기계제작 기술의 최첨단이라면 CNC기술 여부로 설명하는데 북에서 주장하는 경제발전전략 즉 선군시대 경제발전전략인 ‘국방공업을 우선적으로 발전시키고 농업, 경공업을 동시에 발전시킨다’라는 정책 기조의 근본이 바로 CNC라는 것이다.

사실 북한은 1962년부터 국방-경제 병진노선을 채택하여 집중적으로 국방공업에 치중했는데 이것은 최첨단 괴학기술을 요구한다. 그러므로 우선 국방 부분에 인적, 물적 자원을 투입한 후 그 여세로 경제 부문에 이전시켜 경제발전 속도를 높이겠다는 전략이다.

이를 강호제 박사는 북한의 동향으로도 알 수 있다고 지적했다.

2009년 4월 제2차 인공위성 시험발사 후 이 부분 실질적 책임자인 군수공업부 제1부부장 주규창이 국방위원으로 임명되었는데 이는 국방공업에서 개발한 기술들이 민수기술로 전환시키려는 일환이라는 것이다.

전 세계에서 인공위성 발사체 제작 기술을 보유한 나라는 한정되었는데 공교롭게도 5축 이상의 CNC공작기계를 제작할 수 있는 나라와 엇비슷하다. 이는 두 기술이 같은 수준의 최첨단 기술임을 이야기해준다.

강호제 박사는 북한이 공작기계의 CNC화 이후 일반기계의 CNC화와 생산라인의 CNC화를 넘어 공장 전체의 CNC화 즉 생산 활동의 전면적인 자동화를 실현하는데 집중할 것으로 예측했다.

 

<북한의 우주기술 습득>

북한의 우주 굴기 일지를 보면 인공위성이든 ICBM이든 북한이 우주발사체 포함하여 이들 모두를 스스로 제작했다는 점이다. 적어도 중국이나 러시아로부터 이전 받은 것 아니냐는 추정도 있지만 3040만 개 되는 부속품을 확보한다는 것이 사실 불가능하다는 것을 모르는 사람은 없을 것이다.

우주로 향한 인공위성을 쏘아올린 국가를 일명 ‘스페이스 클럽’ 회원으로 설명하는데 현재 10여국에 불과한데 도대체 북한에서 이들 기술을 어떻게 습득할 수 있는지 궁금하지 않을 수 없다.

학자들은 이를 1959년부터 시작된 ‘공작기계새끼치기운동’과 연계한다.

처음에는 주로 선반, 바이트 등을 비롯한 절삭기구에 주력했는데 1960년대에 자동차 실린더를 가공하는 6축 보링반, 트랙터 본체 좌우 측면의 38개 구멍을 한꺼번에 뚫는 기계를 자체적으로 개발하면서 점차 높은 수준 즉 작은 규모의 기계에서 대형 기계로 발전하기 시작하였다.

그런데 여기에 접목되어야 할 북한의 IT 수준이 오래전부터 세계적으로 인정받아왔다는 사실이다. 북한에서 IT기술은 단순히 소프트웨어 상품을 생산하는 것이 아니라 생산의 자동화와 정보화에 직결되었다. 한마디로 생산 제품의 자동화이다.

북한의 자동화는 생산품과 직결되므로 이를 CNC공작기계 생산기술로도 설명한다.

다소 놀라운 것은 북한에서 1961년에 컴퓨터를 처음으로 생산했다는 것이다. 1961년 9월 북한 최초의 컴퓨터 ‘9.11형 만능 전자계산기’를 만들었다. 당시 제작된 컴퓨터는 1세대에서 2세대 컴퓨터로 넘어가는 단계로 ‘입출구장치’, ‘연산정치’, ‘조종장치’, ‘기억장치’, ‘전원장치’로 구성되었다. 500여개의 진공관과 반도체를 함께 사용했는데 서양에서도 1950년대 말에 컴퓨터에 반도체를 사용하기 시작했으므로 북한의 컴퓨터 역사는 매우 빠른 편이라 볼 수 있다.

이후 북한의 컴퓨터 기술은 계속 발전했는데 1969년 수자형만능전자계산기인 ‘전진-5500’이 개발되었다. 알려지기는 1970년대 프랑스에 유학 갔다온 연구원들을 중심으로 1980년대 초에 중국으로부터 구한 유닉스 컴퓨터를 역설계방식으로 자체적으로 제작생산하는데 성공하였다고 알려진다. 그러나 대량생산으로는 이어지지 않았다.

북한에서 이러한 컴퓨터 기술의 발전을 발판삼아 본격적인 북한의 우주굴기 실력은 1982년부터 시작한 ‘제2의 공작기계새끼치기 운동’부터 시작된다고 설명한다. 이는 전자화, CNC화된 대형 및 특수정밀 공작기계들을 대상으로 하여 1988년9월까지 전개되었다.

이 당시 NC공작기계인 ‘구성-105호’가 제작되었는데 이를 오늘날 북한의 CNC 공작기계의 원조로 간주한다. 북한의 기계 제작 능력이 이 당시를 기점으로 비약적으로 발전했기 때문이다. 1995년 CNC화한 ‘구성-10호 만능선반(4축)은 동아시아 및 아프리카의 일부 국가들에게 수출되기도 했다.

CNC는 컴퓨터가 내장된 NC(Numerical Control) 공작기계라 할 수 있다. 한마디로 컴퓨터수치제어 공작기계기술로 CNC화란 당연히 프로그램에 의해 작동되는데, 여러 가공코드와 좌표값 등을 모아 하나의 블럭을 만들고, 이 블럭들이 모여서 하나의 프로그램이 된다.

4차 산업혁명의 핵심으로 등장하는 3D 프린터 코딩을 생각하면 이해가 쉬워진다. 한마디로 프로그램된 코딩을 CNC 장비에 입력하고 공작물을 장착하면 순서에 의해 가공을 하는 것이다.

당연한 이야기이지만 복잡하고 정밀한 가공물의 경우 프로그램도 복잡하고 양이 많아진다. 현재는 각종 설계 소프트웨어(CAD)로 설계하여 변환시키면 자동으로 CNC 코드로 변환된다. 컴퓨터를 이용하여 설계하고 생산하는 체계인데 북한의 경우 현재 CNC 9축이며 12축도 불가능하지 않다고 한다.

그런데 현 지구에서 가장 높은 정밀도를 요구하는 기계가 바로 우주발사체이다. 한마디로 정밀한 이송능력, 계측능력 그리고 자동제어기능이 갖추어진 최고수준의 CNC 공작기계가 필수적으로 요구된다는 점이다.

놀라운 것은 북한이 인공위성 발사 시험 후 CNC 공작기계를 공개했다는 점이다.

1998년 8월 광명성 1호 발사 후 ‘CNC 구상-10호’가 공개되었다. 2009년 4월 광명성 2호 발사 후 ‘첨단을 돌파하라’라는 기사와 함께 5출 CNC 공작기계가 개발되었다고 발표했다.

앞에서도 설명했지만 현재 세계에서 가장 강력한 제재를 받고 있는 북한이므로 이들을 외국에서 수입하여 활용할 수 없는 일이다. 이는 국방부가 은하3호 로켓 잔해를 분석한 결과 북한이 자체기술로 대부분의 부품을 만들었다는 발표로도 알 수 있다. 특히 일부 서방제 부품이 사용되었지만 이들은 미사일기술 통제체제(MTCR)에 위배되는 부품들은 아님을 확실히 했다. 북한이 현재 세계 최고급 기술이 총망라되어 있는 우주발사체에 소요되는 30만에서 40만에 이르는 거의 모든 부품을 자체 생산했다는 점이다.

우주개척의 시작과 끝은 우주발사체라고 해도 과언이 아니다. 인류 최초의 인공위성인 스푸트니크 1호는 대륙간탄도미사일(ICBM)을 개조한 발사체였다. 인류 최초의 우주인인 유리 가가린은 보스토크 1호, 인류 최초의 유인 달착륙을 실현한 닐 암스트롱은 새턴5 로켓이 없었다면 임무 완수가 불가능했다. 우주에서의 모든 업적은 우주발사체 개발의 역사다.

인간이 중력을 벗어나는 것은 그만큼 어려운 일인데 우주발사체는 핵무기 등 대량파괴 무기의 운반수단으로 간주되어 국가 간 기술이전이나 부품수입이 불가능하다. 현 지구촌에서 기본적으로 수많은 부품과 기술을 자유로이 거래할 수 있다.

한국이 자랑하는 반도체 분야도 해외 장비 수입이 70% 이상이고, 스마트전기차 배터리 등도 상당한 소재나 구성품이 외국산이다. 그러나 우주발사체는 예외로 개발 첫 단계에 매우 많은 시간과 비용을 들여야 한다. 하지만 우주 발사체 후발주자는 엔진은 물론 소재부품까지 100% 자국산 제품으로 개발해야 하는 것이 기본인데 북한이 이를 극복했다는 이야기다.

한국의 경우 2022년 6월 21일 드디어 발사에 성공한 순국산 즉 한국형 발사체 누리호(KSLV-Ⅱ)에 무려 359개의 기업이 참여했다고 알려지는데 한국의 우주개발은 조직과 인력·예산 측면에서 우주선진국과 비교해 크게 부족하다고 설명한다. 경제규모가 북한에 비할데 없이 거대한 한국의 경우에도 우주발사체 개발이 상당한 부담이 있는데 북한에서 우주발사체를 개발할 수 있다는 것은 북한이 이를 극복할 수 있는 과학기술 자산을 확보하고 있다는 것을 염두에 두어야한다는 것이다.

학자들은 북한의 CNC기술이 아니었다면 북한에서 우주발사체를 발사하려는 의욕이 있더라도 원천적으로 우주발사체를 만들려는 생각자체가 불가능했다고 단언하여 말한다.

일반적으로 북한 관련 이슈는 정치 혹은 군사적 관점에서만 분석되고 언급되므로 북한의 모든 움직임은 정치, 군사적인 목적으로만 해석되지만 북한이 갖고 있는 과학기술 전체가 정치, 군사적인 논리만으로 해석되는 것은 아니다.

북한에서 우주발사체를 발사하는데 우주발사체 발사의 큰 틀은 정치적, 군사적인 면을 우선시한다고 하더라도 우주발사체 발사 자체는 전적으로 과학기술 논리에 의해 절대적인 영향을 받는다는 뜻이다.

학자들은 북한이 자체 개발한 CNC기술로 CNC 공작기계를 만들기 시작한 것은 1980년대 중순부터라고 추정한다. 이것이 구체적인 성과로 드러난 것은 1990년대 초반으로 소위 북한의 고난의 행군 시대인데 1990년대 중반부터 CNC 공작기계가 생산되기 시작했다.

2009년부터 2계통 CNC 공작기계라 할 수 있는 5축 CNC를 생산했고 2010년 9월 9축 CNC를 생산했다. 특히 2011년 북한의 핵심 기계제작공장인 희천종합공장이 CNC 전용 제작공장으로 바뀌면서 CNC 공작기계를 생산하는 ‘어미 CNC’라 할 수 있는 ‘11축 복합가동중심반’을 제작했다고 한다.

그후 북한은 이렇게 확보한 CNC기술을 기반으로 낙후한 생산설비들을 대대적으로 교체하기 시작했다. 즉 CNC기술 개발, CNC 공작기계 제품 생산, 중심 거점의 생산시설 CNC화/CNC기계로 대체, 기존 생산설비에 CNC기술 접목으로 인한 개량 등이다.

2011년 자강도에 위치한 CNC 생산기지인 <희천련하기계종합공장>이 공개되었는데 축구장 몇 개에 달하는 넓은 공장에 설치된 수많은 CNC 공작기계들이 제품들을 생산하는 장면들이다. 이곳은 항온, 항습 조절 시스템까지 갖추어져 있는데 CNC 공작기계를 생산할 수 있는 11축 CNC 공작기계가 제작되고 있다고 설명했다.

일부 학자들은 이런 점을 감안하면 북한의 CNC기술은 세계 10위 안에 틀림없이 포함되며 일부 전문가들은 세계 톱 5안에도 들 수 있다고 설명한다.

한마디로 북한의 우주발사체 개발을 군사, 정치적으로만 볼 것이 아니라 그것이 가능한 과학기술이 뒷받침되었기 때문이라는 점도 생각해볼 문제라는 것이다.

학자들은 전반적인 흐름에서 북한의 미사일과 우주발사체 제작 능력은 기계공업의 전반적인 수준 향상을 통해 발전했다고 추정한다. 북한의 인공위성 발사가 바로 북한의 기계 제작 수준을 가늠해 볼 수 있다는 것이다.

세계에서 유일한 분단국이 한국과 북한인데 세계 10위권에 진입한 한국과 북한과의 차이는 엄청나다. 그러나 현금의 북한을 정치, 군사적인 측면에서 강조하더라도 북한의 우주발사체 개발에 진입했다는 것은 군사, 정치적으로만 볼 것이 아니라 그것이 가능한 과학기술이 뒷받침되었기 때문이라는 점도 생각해 볼 문제임은 틀림없다.

 

<CNC와 3D프린터>

CNC가 맹활약한다고 하지만 여기에 잘 알려진 3D프린터도 포함되므로 약간 부연하여 설명한다. CNC 공작기계도 3D 모델에서 바로 공작물을 제작할 수 있으므로 실무적으로 볼 때 둘 다 같은 내용으로 설명될 수도 있지만 보통 3D 프린트는 기존의 절삭가공(Subtractive Manufacturing)이 아닌 적층가공(Additive Manufacturing) 즉 쌓아가면서 만드는 것을 의미한다. 물론 이들을 섞은 하이브리드 방식도 있다.

3D 프린팅 기술은 근본적으로 CAD 모델에서 요구하는 3D 객체(제품)를 구현·제작하는 것이다. 즉 3D 프린팅 제작의 핵심 스트림 라인은 CAD 소프트웨어와 스캐너를 바탕으로 3D CAD 모델로 데이터를 변환하고 이 데이터를 수정하여 CAD에서 사용하여 온 STL(Stereeo Lithography) 파일로 얻고, 절삭(slicing)과 인쇄(printing) 소프트웨어로 조정하고, 하드웨어인 3D 프린터에 재료(filament: 플라스틱, 고무, 금속, 세라믹 등)를 장착하여 목표하는 제품을 제작하는 3D 프린팅 과정을 통해 목표된 제품을 획득하는 것이다.

3D 프린팅 기술의 출현으로 전통적인 수치제어 기기와 밀링 기기를 사용하는 ‘Molding(금형)시대’에서 3D 프린터를 사용하는 ‘Printing(조형)시대’로 바뀐다는 뜻으로 ‘제4차 산업혁명’이 도래했다고 설명되는 이유이다.

두 방법 모두 장단점이 있는데 CNC는 커다란 원재료 덩어리를 칼날을 이용해서 조각하는 방식으로 완성품의 품질이 높은 것이 장점이지만 채색 작업은 별도로 진행해야 하며 덩어리에서 깎아내는 작동 원리상 재료를 많이 소비한다. 더불어 컵이나 파이프처럼 굴곡이 많은 물체는 제작하기 어렵다는 단점이 있다. 보통 4축, 혹은 5축 가공기라고 불리고 있다.

여하튼 작동방식에 있어서 3D 프린터와 CNC는 유사한 점이 상당히 많지만 차이점은 명료하다. CNC가 재료를 깎아낸다면 3D프린터는 빈공간에 재료를 적층하므로 정반대의 작업을 한다. 절삭형 3D프린터도 설명되는데 종이를 출력하여 접착하여 절삭하는 종이 3D프린터도 있다.

한국에서도 북한의 CNC에 대한 내용이 <나무위키>에서도 나온다. 우선 CNC 기술이 몇몇 국가에 수출 제한 품목으로 지정되어 있는데 북한, 이란 등을 꼽았다.

그런데 <나무위키>는 북한의 CNC 자체의 공구 경로 생성 부분의 기술적 난이도는 그다지 높지 않다고 진단했다. 특히 북한의 자체 개발이 아니라 중국과 협력해 개발했거나 또는 중국의 기술을 도입해온 것을 왜곡해 선전하고 있는 것 아니냐는 의심도 적었다. 그러면서도 CNC는 핵무기 제조에 관여하는 기술이었는데 결과으로 핵무기를 다량 보유하게 된 현시점에서 보면 제대로 된 기술로 보인다고도 설명했다. 특히 북한의 CNC가 과연 핵무기 생산에 투입할 수 있을 정도의 정밀성을 갖춘 물건인지는 확인된 바 없으나, 북한이 여러 핵무기를 확보했다는 것을 감안하면 CNC 분야에서의 기술은 상당한 수준일 수 있다는 내용이다.

여하튼 전문가들의 설명에 의하면 북한의 경우 여러 가지 외부적 제한 때문에 우주발사체에 대한 거의 모든 부품을 자체 생산해야한다. 그러므로 위성 등을 발사하려면 수많은 부속품이 확보되어야 하는데 이들 부품 대부분을 FMS로 만들었다고 추정한다. 북한에 남다른 CNC 기술이 확보되어 있다는 것을 의미한다.

다소 놀랍지만 많은 전문가들이 한국에서도 CN을 만드는 것은 사실이지만 CNC 부분은 상당히 취약하다고 말한다. 이는 다음과 같은 내용으로도 설명된다. 일본이나 독일에서 제작된 CNC개념은 거의 모두 3축과 4축, 5축 가공으로 전환하였다고 하는데 북한은 CNC 9축(RPM 10,000 정도)이며 12축도 가능하다고 알려진다. 이 말은 아무리 정교한 부속품이라도 CNC를 통해 의도된 대로 제작할 수 있으며 더불어 원하는 제품의 대부분을 무인자동화로 만들 수 있다는 것을 뜻한다. 일부 북한 전문가들이 현재 북한에 대한 정황을 이야기하면서 이런 변화를 간과한 채 2030년 이상 된 비디오 테이프를 틀고 있다고 지적하는 이유다.

그런데 2022년 12월 한국측의 발표는 그동안 부단히 인정하지 않았던 사항 즉 북한이 ICBM이든 IRBM이든 인공위성이든 우주발사체를 자체적으로 만들 수 있는 기술을 확보하고 있다는 것을 설명한 것이나 다름없다는 뜻이다.

반면에 한국은 북한의 국내총생산보다 54배나 높은데도 불구하고 위성조차 제대로 발사하지 못하냐는 지적이 있었던 것은 사실이다.

그러나 한국에서도 한국의 우주탐사 계획의 단초를 열고 있는 것은 사실이다. 한국의 첫 달 탐사선 KPLO(Korea Pathfinder Lunar Orbiter) 즉 다누리호가 2022년 8월 5일 미국 플로리다 주 케이프 커내버럴 우주군 기지에서 성공리에 발사되어 본격적인 궤도에 진입했다고 설명된다. 총무게 678㎏으로, 가로 2.14m, 길이 1.82m, 높이 2.29m 크기로 달 궤도선에는 미 항공우주국(NASA·나사)의 카메라 1대와 국내 연구진이 개발한 탑재체 5개가 실렸다.

여기에서 북한과 다른 것은 달 궤도선은 미국 스페이스X의 팰컨9 로켓에 실려 발사된 것이다. 한국의 위성기술은 세계적 수준이지만 발사체는 미국 스페이스X를 차용했다. 이와 같이 한국이 자체적으로 발사체를 사용할 수 없었던 것은 그동안 한미미사일협정으로 미사일, 우주 발사체 개발 등에 제한을 받았기 때문이다.

그러나 2021년 6월 한미미사일협정이 해제되어 한국에 대한 미사일 규제가 풀리자 한국은 다음 달 즉 7월에 3차 우주개발 기본계획안을 확정하여 발표했다. 또한 2022년 한국 정부는 110대 국정과제의 하나로 ‘우주 강국 도약 및 대한민국 우주시대 개막’을 선정했다. 우주산업이 미래 먹거리를 창출할 신성장동력이 될 수 있다고 판단했기 때문이다.

한국의 경우 선진 우주강국에 비견할 때 한미미사일협정의 여파로 우주계획 분야에서 상당기간 지체되지 않을 수 없지만 근간 한국 특유의 저력이 발휘되어 한국이 우주강국이 될 것으로 생각된다.

 

참고문헌 :

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「발사 하루 전 연기된 누리호…나로호 때는 8분 전 '스톱'」, 연합뉴스, 2022.06.15.

「첫 발걸음 떼는 누리호, 한국 우주개발 도약 신호탄」, 황진영, 중앙일보, 2022.06.20

「북한의 미사일 개발」, 나무위키

「CNC」, 나무위키

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     - 한국과학저술인협회 회장·공학박사 이종호 -

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