'잠수함(Submarine)'은 미국의 '데이비드 부쉬넬(David Bushnell, 1740~1783)'이 독립전쟁 중 영국의 군함에 맞서기 위해 개발했다. 그 후 잠수함은 현재 비약적으로 발전했다. 세계 각국의 잠수함을 살펴보면서, 현대의 잠수함이 담당한 역할과 그것을 가능하게 하는 '기술'에 대해 알아보자.
0. 목차
- 동력형 잠수함
- 원자력 잠수함
- 잠수함의 구조
- 한국의 잠수함
- 일본의 잠수함
- 잠수함 갤러리
1. 동력형 잠수함
1-1. 잠수함의 기원은 '가잠함'
잠수함이라고 하면, 장기간에 걸쳐 물속을 잠항하는 이미지가 떠오를 것이다. 하지만 역사적으로 보면, 제2차 세계 대전 무렵까지 잠수함은 일시적으로 물속에 들어갈 수 있는 '가잠함(잠수할 수 있는 배)'에 지나지 않았다.
'내연기관'과 '축전지'를 사용하여 움직이는 전통적인 잠수함을 '재래식 잠수함'이라고 한다. '재래식 잠수함'은 원자력을 사용하지 않고 내연기관과 축전지로 움직인다는 의미에서 '동력형 잠수함'이라고도 부른다. '원자력 잠수함'의 등장과 함께 '재래식 잠수함(동력형 잠수함)'과 분류하기 시작했다. 제2차 세계 대전' 중의 '잠수함은 '동력형 잠수함(재래식 잠수함)'이었다. '동력형 잠수함(재래식 잠수함)'은 바다 위에 떠올라 항행하는 가운데 '디젤 발전기(Disel Engine Driven Generator)'로 발전하면서 '축전지(Storage Battery)'에 충전하고, 그 전력으로 '전동기(Motor)'를 가동해 '스크루(Screw)'를 회전시켜 항행했다. '잠항(잠수함 따위가 물속에서 숨어서 항행함)' 중에는 승조원이 생활하는 함 내에만 산소가 있기 때문에, 디젤 발전기를 사용할 수 없다. 따라서 축전지에 충전한 전력으로 전동기를 가동에 항행한다. 그러나 전파로 적함을 찾는 '레이더(radar)'가 실용화되어 적 '수상함(잠수함과 대비되는 의미로써 물 위에 떠있는 군함)'이 물 위로 떠오르는 중인 잠수함을 원거리에서 탐지할 수 있게 되면서, 함대 전투에서 거의 쓸모가 없게 되었다.
1-2. 스노클을 사용하면서 '가잠함'은 '잠수함'으로 바뀌었다.
이런 결점을 보완하기 위해 제2차 세계 대전 말기에 '스노클(Snorkel)'이라는 장치가 실용화되었다. 해수면 부근의 물속에서 '스노클'을 해수면 위로 올려 공기를 빨아들이고, '디젤 발전기'로 충전하면서 항행한다. 이로 인해 '동력형 잠수함'도 이론상으로는 물 위로 떠오르지 않고도 수 주 간에 걸친 잠항과 함 내의 공기 교환이 가능해졌다. '가잠함'에서 '잠수함'으로 바뀐 순간이었다.
다만 수면으로 조금 돌출된 '스노클(Snorkel)'도 적에게 발견된 가능성이 있다. 그래서 대기에서 산소를 흡수하지 않고 발전하는 '비대기 의존형(Air-independent Prorpulsion, 공기 불요 추진형이라고도 함)' 시스템의 개발도 동시에 진행되었다. 예컨대 일본 해상자위대의 '소류'급의 1번 함에서 10번 함은 '스털링 기관(Stirling Engine)'이라는 고압 헬륨을 사용한 발전 시스템을 탑재했다. 그리고 최근에는 '연료 전지'를 사용한 시스템을 채용한 나라도 있다. 다만, 일반적으로 '비대기 의존형 시스템(Air-independent Prorpulsion)'은 발전할 수 있는 전력이 적어서 '저속 항해'에만 사용할 수 있다. 때문에 어디까지나 '스노클 항행'의 보안 장치에 지나지 않는다.
2. 원자력 잠수함
제2차 세계 대전 중에는 '가잠함'에 지나지 않은 이유 등으로 인해, '잠수함'은 해군에서는 보조적 존재에 불과했다. 하지만 '원자력 추진 기관'이 등장하면서 잠수함의 존재감은 크게 바뀌게 되었다. 함 내에 탑재한 소형 원자로를 동력원으로 하는 잠수함을 '원자력 잠수함'이라고 한다. 원자로의 가동에 산소는 필요하지 않다. 원자로의 열로 고온의 수증기를 생성하고 터빈을 움직여 '스크루(Screw)'를 돌린다. 그 회전력을 이용해 발전함으로써 공기와 물도 만들 수 있다. '스노클 항행'도 필요 없다. 즉, '승조원'의 식자재와 물자가 있는 한, 바닷속에 잠수한 채 무한히 고속 잠행을 계속할 수 있는 세계 최강의 군함이 되었다.
2-1. 공격형 잠수함
'해상의 함선'과 '해중 잠수함'에 대한 공격을 주 임무로 하는 '원자력 잠수함'과 '동력형 잠수함'을 '공격형 잠수함'이라고 한다. 그 주요 무기는 '어뢰(Torpedo, 물고기 모양으로 생긴 함선 공격용 무기)'이지만, 점차 동일한 어뢰 발사관에서 발사할 수 있는 '대함 미사일(Antiship Missile, 군함이나 함선을 파괴하도록 설계된 미사일)'과 '순항미사일(Cruise Missile)'이 개발되었다. 특히 구소련은 미국의 항공모함을 중심으로 한 함대에 대항하기 위해, '순항 미사일 원자력 잠수함(SSGN: SS-Guided missile-N)'을 건조했다. '순항 미사일 원자력 잠수함(SSGN)'이란 '미사일 포화 공격(상대방의 처리 능력을 능가하는 공격)'을 목적으로 20발 이상의 '대함 미사일'을 동시에 발사할 수 있는 발사 장치를 함체 상부에 탑재한 잠수함을 말한다. 구소련은 '전술 핵무기(일반 전투에서의 사용을 상정한 사정거리가 짧은 핵병기)'를 전쟁에서 사용한다는 방침을 가지고 있어, '어뢰'와 '순항 미사일' 중에는 '핵탄두(Nuclear warhead)'를 탑재한 것도 있다. '핵탄두(Nuclear Warhead)'란 미사일이나 어뢰와 같은 추진력을 가진 '자주 무기(Self-propelled Weapon)'에 결합해서 사용하게 되어 있는 핵이 장치된 '탄두(Warhead, 포탄이나 미사일 따위의 머리 부분)'이다.
그리고 이어서 '탄도 미사일 원자력 잠수함(SSBN, Ballistic Missile Submarine)'의 등장으로, 잠수함은 전략 병기로 격상되었다. 미국과 구소련은 독일이 개발한 미사일 기술을 바탕으로, 핵탄두를 탑재한 '대륙 간 탄도 미사일(ICBM: Inter Continental Ballistic Missile)'을 개발하고, 잠수함에서 발사할 수 있게 했다.
3대 전략 핵병기는 '전략 폭격기', 'ICBM', 'SSBN'이다. 위치가 특정된 '전략 폭격기'와 'ICBM'은 핵 전쟁이 일어났을 때 조기에 무력화될 가능성이 있지만, 바닷속에 숨은 잠수함은 생존 확률이 높다. 즉, SSBN은 핵전쟁 후에도 '잠수함 탑재 핵탄두 미사일(SLBM)'을 발사할 수 있는 제2격 능력을 내세워, 핵 억지, 즉 한쪽이 핵 공격을 가할 경우 다른 한쪽의 핵병기에 보복을 당한다는 보복 핵 전략인 상호 확증 파괴에서 중요한 부분을 담당하게 되었다.
잠수함은 적 기지에 대한 '미사일 공격', '정찰활동', '적 본토로의 인력·물자 수송' 등의 임무도 수행할 수 있다. 그리고 적국이 그 해역에 '잠수함이 있을 수 있다'고 생각하게 하는 것만으로도, 적 해군 함정의 행동을 제한할 수 있다. 소형인 잠수함까지 포함하면, 현재 잠수함을 운용하는 나라는 약 40개국에 이른다고 한다. 2022년 기준 '원자력 잠수함'을 운용하는 나라는 미국, 러시아, 중국, 영국, 프랑스, 인도 6개국이다.
3. 잠수함의 구조
아래의 그림은 사상 최대의 잠수함으로 러시아의 '탄도 미사일 원자력 잠수함(SSBN, Ballistic Missile Submarine)'으로 운용된 '타이푼급 잠수함'의 구조를 그린 것이다. 가운데에서 약간 뒤쪽에 튀어나온 부분을 '함교 세일(Bridge Sail)'이라고 한다. '함교 세일'에는 물속에서 해상을 감시하는 '잠망경(Periscope)' 등이 갖춰져 있다. 함교 세일 아래에는 잠수함 지휘실이 있고 원자로는 뒤쪽 '스크루(Screw)' 근처에 설치된다. 중앙부에는 '핵탄두(Nuclear Warhead)'를 탑재할 수 있는 20개의 '탄도 미사일 발사관'이 있다. 앞쪽에는 '어뢰(Torpedo)'와 '미사일 발사관(Missile Tube)'도 갖추고 있다.
잠수함은 함 내의 '밸러스트 탱크(Ballast Tank)'에 바닷물을 채워 배의 중량을 늘려 잠항한다. 물 위로 떠오를 때는 '밸러스트 탱크'의 바닷물을 압축 공기로 배출해 부력을 얻는다. 이와 함께 잠수함의 앞부분과 뒷부분에 있는 '트림 탱크(Trim Tank)'에도 바닷물을 출입시켜 뱃머리를 올리고 내리는 등의 자세 제어를 한다.
4. 한국의 잠수함
한국 해군은 '장보고급 잠수함(SS-I)', '손원일급 잠수함(SS-II)'에 이어 지난 2021년에 '취역(새로 건조된 군함이 임무에 종사하게 됨)'한 순수 우리 기술로 만든 최초의 국산 잠수함 '도산안창호함(SS-III)'을 보유하고 있다.
4-1. 최초의 국산 잠수함 '도산안창호함'
'도산안창호급 잠수함'은 '손원일급 잠수함'을 잇는 3000톤 급 국산 잠수함으로, '잠수함 발사 탄도 미사일(SLBM: Submarine-Launched Ballistic Missile)'을 탑재할 수 있는 '수직 발사 체계(VLS: Vertical Launching System)'를 장착한 '중형 잠수함'이다. 전체 길이는 83.5m, 선폭은 9.6m, 직경은 7.7m에 이른다. '도산안창호함'은 '재래식 잠수함(동력식 잠수함)'이지만, '비대기 의존형(공기 불요 추진형)' 시스템을 탑재하고 있다. 그래서 물 밖으로 나와 배터리를 충전하는 '스토클 작업'을 하지 않고도 장시간 수중 작전을 펼칠 수 있다. 최대 20노트까지 속도를 낼 수 있고, 항속 거리는 1만 해리로 알려져 있다. (1노트=1해리/시간=1.852km/h, 1해리=0.185km)
주요 무장 체계로는 잠수함 탑재 '잠수함 발사 탄도 미사일(SLBM)'과 '중어뢰-II' 등이 탑재되었고, 탐지 체계로는 예항식 '소나(Sonar)' 등이 설치되었다. '예항식'이란 다른 선박이나 물건을 끌고 항해하는 방식을 말하며, '소나(Sonar)'는 바닷속 전파를 탐지해 주변의 상황을 파악하는 시스템이다. '예항식 소나'를 이용함으로써 적함 탐지 능력이 비약적으로 향상되었다.
아래의 사진은 2021년 8월 13일, 대우조선해양 옥포조선소에서 거행된 도산안창호함 취역식이다. 취역식은 군함이 건조·인수 과정을 거쳐 정식으로 해군 함정이 됐음을 선포하는 행사이다.
5. 일본의 잠수함
주위가 바다로 둘러싸인 일본의 경우, 국방력에서 잠수함이 차지하는 비중이 크다. '일본 해상 자위대(JMSDF: Japan Maritime Self-Defense Force)'가 사용하는 근대적인 잠수함은 1998년에 취역한 '오야시오 급(Oyashio Class)' 11척, 2009년부터 취역을 시작한 '소류 급(Soryu Class)' 12척이며, 여기에 '다이게이'가 추가되었다. 소류급 11번함·12번함과 그에 이은 '다이게이급(Daigei Class)'에서는 '비대기 의존형 시스템'을 채용하지 않고, '납축전지(Lead Storage Battery)' 대신에 '리튬 이온 전지(Lithium-ion Battery)'를 탑재했다. '리튬 이온 배터리'는 스마트폰이나 노트북에 사용되는데, 고성능화가 진행된 현재는 전기 자동차의 배터리로도 이용되고 있다. 이로써 고속에서의 전지 소모가 현저하게 줄어, 스노클 충전 빈도도 낮아졌다. '다이게이급'의 특징으로, 광섬유를 사용한 예항식 '소나(Sonar)'가 있다. 한편, 적에게 탐지되는 것을 피하기 위한 방지책으로서 함내의 소음과 진동음이 함 밖으로 나가지 않게 하는 '뜬 갑판(Floating Deck)'이라는 구조를 채용했다고 한다.
6. 잠수함 갤러리
6-1. 잠수함의 중추 '지휘실'
아래의 사진은 미국 해군의 원자력 잠수함 '오하이오 급(Ohio Class)' 1번함 '오하이오(USS Ohio)'의 모습으로, 2011년에 촬영한 것이다. 지휘실이란 함장의 작전 지휘에 필요한 '조타 장치', '함내 상황 표시 장치 및 각종 센서' 등이 집약된 잠수함의 중추부이다. 사진 왼쪽에 있는 기둥은 잠망경이다. 잠수함을 바깥에서 보면 중앙부에 '잠망경(Periscope)'이 달린 '함교 세일(Bridge Sail)'이라는 건조물이 있고, 지휘실은 그 아래에 자리한다.
6-2. 소나를 조작하는 모습
아래의 사진은 미국의 '오하이오 급(Ohio Class)' 3번함 '플로리다(USS Florida)'에서 '소나(Sonar)'를 조작하고 있다. 수중에서는 '주파수가 짧은 전파'를 이용하는 '레이더(Radar)'를 사용 수 없기 때문에 '음파(Sound Wave)'를 이용해 목표를 탐지한다. 잠수함의 '소나(Sonar)'에는 스스로 음파를 발사해 반사파를 포착하는 '능동 소나(Active Sonar)'와 상대의 음원을 탐지하는 '수동 소나(Passive Sonar)'가 있다. '능동 소나(Active Sonar)'는 자신의 위치가 상대방에게 탐지될 위험도 있기 때문에, 잠수함에서는 많이 사용하지 않는다.
한편, '대잠 초계기(대 잠수함용 초계기)' 및 '헬리콥터 및 수상 함정'은 '능동 소나(Active Sonar)''와 '수동 소나(Passive Sonar)'를 구분해 사용하면서 잠수함을 수색한다. '초계기(Patrol Aircraft)'란 해상 공역을 비행하면서 경계 및 정찰 임무를 수행하고, 적을 발견하면 공격도 수행하는 항공기를 말한다. 근래에는 잠수함 탐지장비를 갖춰 적의 잠수함을 발견·공격하는 것을 주임무로 하고 있는데, 이런 항공기를 '대잠 초계기(대 잠수함용 초계기)'라고 한다.
6-3. SLBM 발사 제어판
아래는 미국의 원자력 잠수함 '오하이오(USS Ohio)'의 '잠수함 발사 탄도 미사일(SLBM)' 발사 제어판의 모습이다. 모의 미사일 발사 훈련을 하고 있다. '오하이오 급(Ohio Class)'은 핵탄두가 장착된 '트라이던트 탄도 미사일'을 24기 탑재할 수 있다. '트라이던트 II(Trident II)'는 1기당 최대 다탄두(핵폭탄)을 탑재하여, 최대 사정거리는 11000km에 이른다. 미사일은 성층권을 넘어 재돌입할 때 탄두를 분리한다. 즉, 1척으로 336곳의 목표를 핵 공격할 수 있어, 이론상으로는 1척만으로 국가 하나를 파괴할 수 있는 위력을 지녔다. 핵 1발의 위력은 히로시마 원자폭탄의 약 30배 정도이다.
6-4. 제한된 생활 공간
아래의 사진은 미국의 공격형 원자력 잠수함 '버지니아(Virginia)'의 어뢰 발사관실에 있는 침대이다. 침대는 승조원실과 사관실에도 있으며, 발사관실은 승조원이 아니라 적지에 잠입하는 특수 작전팀 등도 사용할 수 있다. 사진은 취역 전의 시험 항해에서 동승한 조선소의 기술팀이 사용하는 모습니다. 침대는 1인 1대가 아니라, 교대제 당직 근문에서 비번인 사람끼리 공유한다. (Hot Bed라고 한다.) 대형 잠수함이라도 공간이 제한되기 때문에, 함장 이외는 좁은 삼단식 계단 침대를 사용한다.
6-5. 영국 해군이 보유한 공격형 원자력 잠수함
아래의 사진은 영국 해군의 공격형 원자력 잠수합 '아스튜트 급(Astute Class)' 2번함 '앰부시(Ambush)'이다. '아스튜트 급'은 대잠수함전을 상정한 공격형 원자력 잠수함으로, 1980년대 후반에 계획되었다. 하지만 냉전 종결에 따른 비용 삭감의 영향으로 건조가 늦어져, 취역이 시작된 것은 2010년 8월이다. 2022년 기준, 4번함 '오데이셔스'까지가 현역이며, 5번함 '앤슨'은 취역전 시험 중이고, 6번함 '아가멤논'과 7번함 '애진코트'는 건조 중이다. '어뢰(Torpedo)' 이외에 '순항 미사일(Cruise Missile)', '하푼 대함 미사일(Harpoon Anti-Ship Missile)', '기뢰(Mine)'를 갖추고 있다.
6-6. 중국의 전략 탄도 미사일 원자력 잠수함
아래의 사진은 중국의 '094형' 탄도미사일 원자력 잠수함이다. 'NATO(북대서양 조약 기구)'에서는 '진 급(Jin Class)'이라는 명칭을 붙였다. 수중 배수량 11000톤, 전장 135m, 탄도 미사일 사정거리 7000km 이상으로, '쿠릴 열도(Kuril Islands)' 부근이라면 미국 본토를 공격할 수 있다. 탄두에 1발의 수소 폭탄 또는 다탄두(3발의 원자폭탄)을 탑재할 수 있는 것으로 추측된다. 2006년 무렵부터 서방측 국가의 인공위성으로 존재가 확인되었으며, 2020년까지 6척이 확인되었다.
6-7. 러시아의 전략 탄도 미사일 원자력 잠수함
아래의 사진은 러시아의 탄도 미사일 원자력 잠수함 '보레이 급(Borei Class)'의 2번함 '알렉산드르 네프스키(Alexander Nevsky)'이다. '보레이(Borei)'급은 수중 배수량 24000톤이며, 전장은 미국의 '오하이오 급(Ohio Class)'과 같은 170m이다. 구 소련 시대에는 배수량 48000톤, 전장 175m인 사상 최대인 '타이푼 급(Typhoon Class)'이 있었지만 모두 폐기되었다. '보레이 급'은 16기의 다탄두 탄도 미사일을 탑재했다. 2022년 기준, 현역 5척, 시험 중 1척, 건조 중 4척, 계획 중인 2척을 모두 포함하면 12척이 될 예정이다.
6-8. 각국에 수출된 러시아의 '일반 동력형 잠수함'
아래의 사진은 러시아의 일반 동력형 잠수함인 '개량형 킬로' 급 B-261 '노보로시스크(Novorossijsk)'이다. 개량 전인 '킬로 급(KILO Class)'은 구소련 시대에 연안 경비용으로 개발되었다. '킬로 급(KILO Class)'은 'NATO(북대서양 조약 기구)'의 '코드네임(Code Name)'이다. 뱃머리에 있는 6문의 발사관에서 '어뢰'와 '순항 미사일'을 발사할 수 있다. '킬로 급'은 중국, 인도, 이란, 베트남, 알제리아 등에 수출되었다. 정숙성 등을 개조한 것이 '개량형 킬로 급'으로 중국 등에 수출되었으며, 새로 건조 중인 함도 있다.
6-9. 특수 부대를 태울 수 있는 소형 잠수정을 안전하게 적지까지 운반
아래 첫 번째 사진은 위쪽으로 돌출된 '함교 세일(Bridge Sail)' 뒤쪽에 특수 부대의 수송용 소형 잠수함 'SDV'를 탑재한 미국의 수항 미사일 원자력 잠수함 '오하이오(Ohio)'다. 미국 해군에서는 'Navy SEALs(네이비 실)'이라는 적지에 침투해 비밀 작전을 수행하는 특수 부대가 있다. SDV는 특수 부대 인원과 장비의 수송과 회수를 담당한다. 특수 부대에는 항공기에서 낙하산으로 강하하는 팀도 있지만, 바다에서 잠입하는 경우에는 SDV를 이용한다. SDV는 조종사와 부조종사, 거기에 더해 최대 4명의 작전 요원이 탑승한다.
아래 두 번째 사진은 '오하이오(Ohio)'에서 Navy SEALs를 수송하는 팀이 SDV의 기자재를 점검하는 모습이다. SDV는 잠수함으로는 접근할 수 없는 목적지의 해역과 해안 근처까지 접근해 작전 요원을 운반하고 주변 해역에 머물다가 회수한 후에 바로 모함으로 귀환한다. 구동계는 '리튬 이온 전지'를 사용하는 전동기이기 때문에 정숙성이 높으며, 소형이어서 '소나(Sonar)'에 잘 포착되지 않는다. 또 SDV는 병사의 수송만이 아니라, '기뢰 처리'와 '해저 지형 조사', '수중에서의 유실물 수색' 등 여러 분야에 걸친 임무에 사용된다. SDV는 잠수함만이 아니라, '수상함(잠수함과 대비되는 의미로써 물 위에 떠있는 군함)'에서도 발진할 수 있다.
6-10. 탐지하기 어려운 잠수하게서 갑자기 발사되는 '순항 미사일'
아래의 사진은 미국의 '오하이오 급(Ohio Class)' 순항 미사일 원자력 잠수함 '플로리다(USS Florida)'가 '바하마(Bahamas)' 먼바다에서 실시한 '토마호크 순항 미사일(Tomahawk Cruise Missile)' 발사 시험 장면이다. '오하이오 급' 4척은 '탄도 미사일 원자력 잠수함(SSBN)'에서 '순항 미사일 원자력 잠수함(SSGN)'으로 개조되었으며, 이 사진은 실증 시험이다. 개조된 '오하이오 급'은 '토마호크 미사일'을 최대 154기 탑재할 수 있다. '보이지 않는 항공모함'으로, 탐지하기 어려운 잠수함의 위력은 강력해, 존재 그 자체가 억지력이 된다. 북한 정세가 긴박했던 2017년 4월과 10일에 '오하이오급(Ohio Class)' 순항 미사일 원자력 잠수함 '미시간(USS Michigan)'이 부산에 입항한 것은 도발을 반복하는 북한을 견제하기 위해서였다.
