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세계 최초의 원잠인 미 해군의 SSN-571 USS 노틸러스.
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1. 개요
원자력 잠수함(原子力潛水艦) 또는 핵 잠수함(核潛水艦)은 핵분열 원리를 응용한 원자로를 동력으로 사용하는 잠수함으로, 제2차 세계 대전 이후 미합중국 해군에서 최초로 개발했다. 미군 함종 분류기호는 SSN(Submersible Ship-Nuclear powered)이다.일반적인 공격용 잠수함이지만 동력만 원자로를 쓴다면 공격 원자력 잠수함(SSN), 동력만 원자로를 쓰는 게 아니라 잠수함 발사 탄도 미사일(SLBM)을 탑재한다면 탄도 미사일 원자력 잠수함(SS-Ballistic missile-N; SSBN)[1], 적 함선을 목표로 대함 유도탄을 사용하는 순항미사일원잠(S-Guided missile-N; SSGN)이 있다. 참고로 원잠은 아니지만 SLBM을 탑재한 탄도 미사일 잠수함(SSB) 같은 분류도 있다.
2. 특징
원자력으로 얻는 넘치는 에너지 덕분에 매우 오랫동안 작전을 수행할 수 있다.[2] 대부분의 원잠은 짧게는 6년, 길게는 14년 주기의 핵연료 교체 시기가 올 때까지 무제한 잠항이 가능하고, 2000년대 후반에 등장한 아스튜트급 / 뱅가드급의 PWR-1 원자로나 시울프급의 S6W 원자로는 30년이나 돌아간다. 두 달 가량 항해하면 연료가 떨어지는 재래식 잠수함에 비해 거의 무제한이나 다름없다. 물론 식량과 같은 보급품 소모와 승조원들의 피로,[3] 잠수함의 정비는 원자력으로 해결되는 것이 아니므로 실제 작전 기간을 무한정 늘릴 수는 없다. 이는 냉전 당시 미국, 소련 양국이 공통으로 도출한 결과로 전략 원잠 및 공격 원잠의 초계 기간은 실제 90~110일 정도를 1주기로 해서 운용한다. 넘치는 동력으로 해수 담수화 장비를 돌려서 식수와 위생 등에 필요한 생활용수 등 청수를, 바닷물을 전기분해해서 산소를 잔뜩 얻어 마음껏 쓸 수 있어서 거주성 면에선 재래식 잠수함이 절대 따라갈 수가 없다.원자력 발전소처럼 원자로를 싣고 있기 때문에 큰 덩치를 자랑한다. 아무리 작아도 3천 톤 이상인 경우가 일반적이다. 미국 최초의 원자력 잠수함인 노틸러스 호 개발 당시 천연 우라늄을 사용하는 원자로 'CP-1' 을 탑재하려고 했으나, 그 크기가 너무 커서 당시 목표로 했던 3,500톤급 잠수함에는 도저히 넣을 수가 없는 상황이었다. 그런데 여기서 해군 연구소 소속 필립 아벨슨이라는 과학자가 핵연료 농축이라는 카드를 꺼내들면서 원자로 크기를 3,500톤급에 맞출 수 있었고, 그렇게 해서 노틸러스 함이 탄생하게 된 것이다. 이후 프랑스의 루비급 잠수함은 소형 원자로를 탑재해 2,400톤이라는 크기에 도전한 바 있으나, 오히려 소형화로 원자력 잠수함의 장점이 제한되는 탓에 널리 양산되지 못했다.
소련 해군의 마이크급 잠수함 같은 경우에는 1,000m의 잠항심도를 자랑하는데, 209급/212급/214급의 2배에 달한다. 다만 이 잠수함이 티타늄으로 도배를 한 탓이 크다. 잠항심도가 너무 깊으면 에너지 낭비가 심하고 티타늄 선체는 유지 비용이 많이 발생한다. 원자로의 출력이 좋아서 평균 속력이 재래식에 비해 월등히 좋다.[4]
재래식 잠수함은 전기를 다 사용하기 전 수면 위로 부상해서 디젤 엔진을 가동해 배터리를 충전시켜야 한다. 이 작업을 스노클링이라고 하는데 수면 가까이 부상해야 하는 데다 디젤 엔진 가동에 필요한 산소를 공급받고 배출되는 탄소를 방출하기 위해 굴뚝을 수면 위로 드러내야 하며, 충전을 위해 디젤 엔진을 가동하는데 이때 소음을 발생시키기 때문에 적에게 탐지되기 쉽다.[5] 원자로는 이런 과정이 필요 없으므로 생존성이 더 높다. 단, 동력원이 원자로이기 때문에 저속 추진시 소음은 디젤엔진과 전기 모터를 쓰는 재래식 잠수함보다 큰 편이다. 원자로의 냉각수 순환을 위한 펌프나 추진기인 증기 터빈 등으로 인해 기본적인 소음 발생원이 재래식보다 많기 때문이다. 미국의 최신 원자력 잠수함용 원자로는 저속 항행 시 자연대류로 냉각되도록 설계되어 냉각수 순환 펌프 소음을 발생시키지 않도록 돼 있다. 재래식 잠수함은 완전 정지시 완전한 무음 상태가 가능하지만 원자력 잠수함은 엔진을 끌 수 없어서 소리를 완전히 없애는 것이 불가능하다.
그렇지만 원자력 기관은 크기에 비해 출력이 높고 선체를 대형화할 수 있기 때문에 추진 기관의 소음 방사를 감쇄시키는 방음 설비를 갖추기가 용이하다. 따라서 최신 핵잠수함들은 중속 이상의 속도에서는 재래식 잠수함보다 더 조용한 경우도 있다. 미국 해군의 시울프급 잠수함은 20노트의 고속 항해 시에도 재래식 잠수함 만큼의 소음만 낸다고 한다. 그러나 애초에 재래식 잠수함은 20노트 이상의 속력을 내게 되면 배터리는 둘째로 쳐도 캐비테이션 노이즈로 인해 바다의 경운기가 돼 버린다. 위에서 말하는 재래식 잠수함의 정숙함은 4노트~8노트대 속도 영역에서는 재래식 잠수함이 비교적 소음이 적다는 걸로 이해하는 것이 바람직하다.
버지니아급 잠수함은 조금 더 고속 영역에 최적화된 선체와 워터제트 채용의 영향으로 재래식 잠수함과 맞먹는, 아니 더 조용한 항행을 뽐낸다. 워터제트를 통해 캐비테이션 노이즈 영역을 뒤로 밀어냈기 때문에 가능해진 현상인데, 워터제트 특유의 비효율성은 원자로 출력으로 메꿨다.
원자력 잠수함은 어디까지나 동력원을 원자력으로 한 잠수함 이므로 그 자체가 핵무기는 아니지만, 특성상 핵무기와 매우 깊은 관련을 맺고 있다. 원잠에 필요한 핵연료를 제조, 사용하는 과정에서 기술적으로 핵 개발과 맞물리는 점이 많고 SLBM(잠수함 발사 탄도 미사일)을 탑재한 원자력 잠수함인 SSBN은 아예 가장 중요한 핵무기 투발 수단으로 자리잡았으며, 핵무기를 탑재하지 않은 SSN(공격원잠) 역시 아군의 SSBN을 호위하고 적의 SSBN을 추적하는 등 전술, 전략적으로 핵무기 운용과 깊은 연관이 있다. 이런 군사/정치적 요소와 기술적인 난이도 때문에 원자력 잠수함은 아직까진 공식 핵무기 보유국들만이 개발, 배치하고 있다. 핵무기 미보유국 중에선 호주 해군, 브라질 해군, 대한민국 해군만이 이 원자력 잠수함 도입 및 배치를 시도하는 상태이다. 참고로 이 세 국가들은 강대국이라 불리는 국가들[6] 다음 가는 군사/경제적 역량을 가진 지역강국이다. 그나마 이런 국력이라도 있어야 원자력 잠수함을 개발 계획이 겨우 가능한 걸 보면 난도가 얼마나 높은지 짐작할 수 있다.
3. 형식별 분류
- 탄도 미사일 원자력 잠수함 (SSBN)
- 순항 미사일 원자력 잠수함 (SSGN)
- 공격 원자력 잠수함 (SSN)
4. 문제점
원자력 에너지를 쓰다 보니 몸체를 두꺼운 차폐체로 둘러싸야 하기 때문에 무게가 많이 나가고, 그 외에도 복잡한 안전 시설을 갖춰야 하기 때문에 값이 매우 비싸고, 사고가 나면 방사능 오염의 위험성이 있다.그리고 연료로 농축도가 낮은 우라늄을 사용할수록 수명이 짧고 원자로를 교체 또는 재처리 하는 데 돈이 상당히 많이 든다.[7] 따라서 소련 원잠에서 사고가 나면 함장들은 원자로 폐쇄를 우선시했다고 한다. 물론 승조원들이라고 해서 안전한 건 아니라서 러시아에서는 "한밤중에 원잠 승조원들을 어떻게 구분할까? 답은 간단하다. 몸에서 푸른 빛이 나는 녀석들을 찾으면 된다."같은 블랙 유머까지 나도는 판이다. 미국에서도 SSN-575 시울프 잠수함 원자로 부근에서 파란 빛을 내뿜기도 했었으나 다행이게도 시험 운항 후 경수로로 바꿨다고 한다. 특히, 영화로도 제작되어 유명한 소련 최초의 원잠 K-19는 진수서부터 잦은 사고로 히로시마, 과부제조기 등의 불명예스런 별명을 얻기도 했고 2000년에는 비교적 최신형이었던 오스카II급 쿠르스크 함까지 어뢰 시험발사 중 어뢰의 폭발로 침몰하기도 했다.[8] 다른 국가 원잠이라고 해서 방사능의 위협에 100% 안전하지는 않겠지만 말이다.
기술 발전의 영향으로 향후 잠수함이 그 효용성을 상실할 것이라는 의견도 존재한다. 탐지 기술과 수중 교신기술의 발전으로 해양의 투명성이 확보되고, 핵 추진 잠수함의 활동이 노출될 것이라는 전망이다. 그러나 핵 추진 잠수함에 대한 연구를 오랫동안 진행한 호주가 최근 핵 추진 잠수함 보유를 결정했다. 미래에도 핵 추진 잠수함의 전략적 효용성이 유지될 것이라는 반증이다.
5. 대한민국의 원자력 잠수함 보유
오래전부터 떡밥은 있어왔고, 최근에는 연구용역을 통해서 구체적인 계획안이 나오기도 했지만 확실하게 정해진 건 아직은 없다.
2021년 1월 김정은이 조선로동당 제8차 대회에서 핵추진 탄도미사일 잠수함(SSBN) 개발을 발표함에 따라 대한민국의 대응에도 변수가 생겼다.
2023년 9월 21일 조선일보 기사에 따르면 국책 연구 기관의 한 전문가는 '원자력 잠수함 1척이 재래식 잠수함 5척의 역할을 해낼 수 있다'고 말했다.#
6. 각국의 원자력 잠수함
미합중국 해군, 영국 해군, 프랑스 해군은 디젤 잠수함 없이 원자력 잠수함만 운용하고 있다.[9]- 러시아
- 노벰버급 - 소련 해군 최초의 원자력 잠수함.
- 빅터급
- 알파급
- 마이크급
- 시에라급
- 아쿨라급 - 이건 나토명이 아쿨라급이다. 타이푼급의 러시아 공식 별명과 혼동 주의.
- 야센급 - 과거 소련 해군 잠수함 부대의 영광을 노리는 러시아 해군의 야심작이다.
- 에코급
- 오스카급
- K-19 - 히로시마, 과부제조기로 유명한 소련 해군 최초의 핵잠수함이다.
- 델타급 - 러시아의 전략잠수함이다. 2011년 12월 30일에 델타급 원자력잠수함 에카테린부르크호에서 화재가 발생했다.
- 타이푼급 - NATO 코드명이 '타이푼급'이라 대한민국에서는 흔히 타이푼급이라고 하지만, 소련에서 붙인 본명은 프로젝트 941 "아쿨라".[10] 세계에서 가장 큰 덩치를 자랑한다. 잠수시 만재배수량이 48,000톤. 전함수준의 배수량이다.
- 보레이급
- 머큐리급 - 냉전 종식으로 취소됐다.
- 허스키급 - 개발중인 5세대 핵잠수함이다.
- 북한
- 개발 예정 - 조선로동당 제8차대회에서 핵잠수함 개발을 선언했다.
7. 기타
전략 원잠의 근무는 상당히 심심하다고 한다. SLBM을 싣고 정해진 항로를 따라서 항해를 하고 모항으로 돌아오는 것이 평시 전략 원잠 임무다. 그리고 전략 원잠도 자신을 미행할지 모르는 적국의 헌터 킬러 핵잠수함을 찾아내기 위해 주기적으로 확인을 한다. 특히 자신의 후미에 미행이 붙었을 가능성이 높다는 첩보가 입수되면 무작위적으로 뒤를 돌아보는 기동을 하기도 하는데, 소련 전략원잠의 이런 행동은 미국 잠수함 부대 내부에서 크레이지 이반이라는 악명으로 알려져 있다.[12]평시에 원잠끼리 마주치면 쌍방이 함부로 어뢰를 발사하지 못하기 때문에 서로 능동 소나음을 쏴서 경고하는 식으로[13] 싸운다고 한다. 이러다가 충돌 사고를 내서 침몰한 소련의 K-13호가 있다. 그러나 전시에는 그런 거 없다.
브라질에서 2010년 이후에 SMB-10이란 이름의 공격 원잠을 개발할 계획이 있다고 한다. 그러나 만재 배수량이 2,500톤급이라는 것이 큰 문제이다. 루비급 잠수함에서 보듯이 작은 배수량의 원잠은 작전 일수가 제한되는 등 원잠의 장점을 다소 상실한다. 브라질 국방장관이 프랑스를 방문해 스코르펜급 잠수함 1척 수입을 타진했는데 핵잠수함의 생산 모델로 사용할 목적이다. 룰라 대통령도 2007년 원잠 건조와 우라늄 농축시설에 5억 4,000만 달러의 추가 예산을 투입하겠다고 발표한 걸로 보아 브라질의 원자력 잠수함 보유 의지는 확고하다고 볼 수 있다.
아르헨티나 일간지 클라린에 따르면 브라질과 아르헨티나가 공동으로 원잠 건조에 나선다고 한다.
영국의 세계적인 해군력 전문가인 제프리 틸 교수는 2012년 출간한 저서 '아시아의 해군력 팽창'(Asia's Naval Expansion)에서 일본이 미국에 원자력 잠수함의 임대 가능성을 논의했다고 언급했다.[14]
1983년 3월 한·미 연합기동훈련에 참가한 미국 7함대 소속 항공모함 키티호크와 소련 빅터급 공격용 핵잠수함이 동해에서 충돌사고를 낸 적이 있다.
무제한 수준의 잠항 능력과 SLBM이라는 위력, 잠수함이라는 함종이 가지는 뛰어난 은신 능력 때문에 외계의 침공이나 기계의 반란처럼 인류 전체와 적대하는 세력이 등장하는 창작물에서는 인류의 최종 병기로 등장하는 경우가 가끔 있다. 이 경우 SLBM을 위해 SSN이나 SSGN보다는 SSBN이 주로 등장한다.
승조원의 복지를 향상하기 위해 온갖 아이디어와 기술이 총동원되어 있음에도 해군에서 가장 열악한 근무 환경을 자랑하는 곳이 원잠이라고 한다. 잠수함에서 일주일 정도만 지내 보면 사람이 한 시간에 몇 번 방귀를 뀌고 트림을 하는지 꽤 정확히 알게 되며, 수십 명의 청장년 남성들의 겨드랑이와 가랑이, 머리에서 나는 향기가 융합되어 함내 어디서나 맡을 수 있는 미묘한 냄새가 풍긴다고. 게다가 주기적으로 연료나 배터리 때문에라도 부상을 해야만 하는(즉 주기적으로 바깥 공기라도 쐴 수 있는) 재래식 잠수함과 달리 정말로 몇 달간 바닷속에서만 끙끙대야 하는, 그리고 원자로 관련 직별이라면 방사능 관리라는 어마무시한 스트레스까지 추가되는 원잠은 버틸 수가 없다. 재래식 전부 버리고 원자력 잠수함만 운용 중인 미 해군의 경우 샤워실 벽과 바닥은 정액으로 칠갑이 되어 잘 씻기지도 않을 정도라 전해진다. 남자들끼리 지내기도 좁아터진 이런 잠수함의 특성상 사정이 매우 여유로운 미군에서조차도 (특수부대를 제외하면) 가장 마지막까지 금녀의 구역으로 남았던 곳이 잠수함이기도 하다.
핵잠수함과 재미있는 이야기로, 군 관련 특허를 1달러만 받고 미국 정부에 팔아야 하는 조항이 있었으며 관례상 특허권자가 그 돈을 받지 않았는데, 핵잠수함 특허를 갖고 있던 리처드 파인만이 이를 역이용해 군 관계자한테 진짜로 1달러를 뜯어내서 군것질을 하고 동료들을 부추겨 군 관계자를 당혹케 한 바 있었다. 구체적으로는 파인만이 1달러를 내놓으라고 하도 난리를 쳐서 귀찮아진 담당자가 자기 돈으로 1달러를 줬는데(현재 가치로는 한국 돈 1만 원~2만 1천원 정도) 이걸로 사탕과 군것질거리를 한가득 사와서는 사무실에서 마구 뿌려대면서 어그로를 한가득 끌었고, 여기에 선동당한 과학자들이 담당자들에게 돌격해서 군것질거리를 내놓으라고 난리를 쳤는데 당시 과학자들이 내놓은 특허가 하도 많아서 담당자 쌈짓돈으로는 어림도 없었고, 결국 담당자는 기가 질려서 따로 예산을 신청해서 다 줬다고 한다.
놀랍게도 캐나다도 1980년대에 캐나다급 핵잠수함 도입을 하려는 시도가 있었다.
원자력 잠수함 승조원들이 겪는 열악한 근무 환경의 또 다른 영향을 잘 보여주는 모습이다. 심지어 짤의 아저씨는 다른 누구도 아니라 부함장(XO)이다. 다만 보통은 그냥 아내의 무서움에 대한 드립용 짤방으로 자주 쓰인다.[15]링크 아내가 바가지 긁는 장면의 자막이 조금 잘못되었는데, 영상을 보면 집에서 8시에 나간 게 아니라 임무를 마치고 8시에 하선했지만 한참 늦게 집에 온 것으로, 오랜만에 집에 온 남편을 기다린 가족 입장에선 서러울만한 상황. 그러니까 '배에서' 8시에 나왔다는 것을 너무 생략한 덕분에 단순히 아침에 나갔다가 집에 늦게 온 남편을 갈구는 상황으로 보여 밈이 되는데 일조했다.
8. 관련 문서
[1] 원자력 추진은 원자력 잠수함, 핵미사일을 탑재한 경우는 핵 잠수함이라 부른다는 오해가 있으나 사실과 다르다. 원자력 잠수함과 핵 잠수함은 같은 말이며, 잠수함 발사 탄도 미사일(SLBM)의 탑재 여부로 전략 무기로 분류되기에 관련 네이밍이 붙는 것이다. 또한 분류만으로는 반드시 SLBM이 핵 미사일이어야 한다는 보장도 없으나, 일반적으로 SLBM은 핵 투발 수단이기 때문에 핵무기 탑재 여부는 가리지 않는다.[2] 원자력은 인류가 사용할 수 있는 에너지원 중에서 효율과 출력이 제일 높은 에너지원이다. 그것도 다른 에너지원들과 비교해서 좀 더 높은 수준이 아니라 압도적으로 차이가 난다. 인류가 사용하는 대부분의 에너지원은 화학적 에너지이지만 원자력은 질량-에너지 동등성의 원리에 의한 에너지이기 때문이다. 우라늄 1kg이 핵분열로 내뿜는 에너지가 석탄 3,000톤의 에너지와 필적한다고 한다.[3] 인간이 완전히 밀폐된 공간에서 정신 건강을 유지하는 기간은 이론상 3개월을 넘길 수 없다는 연구가 있다.[4] 잠수함 관련 소설 바라쿠다에서 원잠의 무제한 잠항 능력과 월등한 속력 덕에 수상 함대가 추적하는 원자력 잠수함에게서는 도망칠 수 없다는 내용이 있다.[5] 덤으로 배기통에서 나오는 매연으로도 티가 난다.[6] 상임이사국, 일본, 독일, 인도.[7] 미국 원잠의 우라늄 농축은 90%가 넘어서 원자로 교체 없이 20~30년 이상 쓰는 데 비해 프랑스의 루비급은 원자로 교체 주기가 10년이다.출처[8] 그래도 이건 원자로 사고와는 관계없는 어뢰 폭발 사고 정도로 그나마 전쟁으로 연결될 문제는 크게 없었지만 K-19의 사고는 잘못하면 정말 미국 소련간 핵전쟁이 터질 문제였다.[9] 영국 해군은 포클랜드 전쟁 이후 디젤 잠수함들을 모두 퇴역시켰다. 단 프랑스는 스코르펜급 재래식 잠수함은 있지만 수출용인데다가 재래식 잠수함 건조기술을 남겨뒀다. 반면에 미국과 영국은 모두 퇴역시켜 건조 기술이 전무하다.[10] 러시아어로 상어라는 뜻이다.[11] 하지만 핵연료 재처리는 허용되지 않았고, 미국과 영국은 잠수함에 필요한 핵물질을 아예 용접된 형태로 제공하기로 했다. #[12] 수중에서 안 그래도 조용한 전략 원잠의 소리를 추적하기 위해 헌터 킬러 잠수함은 전략 원잠의 후미 매우 가까이에 붙어서 미행하는 경우가 많은데, 이럴 때 갑자기 적 잠수함이 한바퀴 돌아서면 발각되는 게 문제가 아니라 충돌할 위험이 크다. 물론 추격받는 쪽에서는 그걸 노리는 것이다.[13] 들리는 순간 귀가 찢어질 정도로 아프다고 한다. 그래서 요즘에는 일정 소리 크기를 넘기면 기계가 알아서 소리를 차단한다.[14] 해당 저서의 92쪽에 있는 내용인데, 구체적인 출처는 없이 "There has even been talk of Japan acquiring an SSN on lease from the US."라고만 적혀있다. 때문에 인도처럼 실제로 원자력 잠수함의 임대를 추진하려 한 것인지, 아니면 단순히 가능성 여부만 문의한 것인지는 미상이다. 근데 문근식 씨는 이 대목을 "일본이 원자력 잠수함의 확보를 본격화하고 있다."고 해석하여 한국의 원자력 잠수함 확보 필요성을 강조하는 근거로 제시했다. 판단은 알아서 하자.[15] 출처는 타이푼급 잠수함을 다룬 다큐멘터리의 한 장면이다. 인터뷰 장면은 35분, 아내가 갈구는 장면은 42분 50초이다.