북한의 김정은은 최근 러시아의 ‘극초음속 미사일’을 시찰하였습니다. 이와 관련하여 러시아 측에서는 “북러 협정 체결 안 …” 이라는 언급도 있었던 것으로 보입니다[1]. 이 시찰은 KBS에서도 보도하였습니다[2]. 또한, 북한은 서해상으로 순항미사일 여러 발을 기습 발사한 사건도 있었습니다[3]. BBC는 올해 북한의 미사일 활동이 역대 최다라고 보도하였으며, 내년에도 이러한 긴장 상황이 계속될 것인지에 대한 질문을 던졌습니다[4]. 남북한의 무기 체계 발전 동향에 관한 보고서에서는 공세와 대응의 첨예한 대결이 진행되고 있음을 언급하였습니다[5]. 더불어, 북한의 해킹을 통해 러시아의 기술을 얻은 것으로 의심되는 사례도 제기되었습니다[6].
초음속이란?
초음속은 소리의 속도를 초과하는 속도를 나타내는 용어입니다.
여기서 ‘소리의 속도’는 특정 매체에서의 소리의 전파 속도를 의미하며, 공기 중에서는 약 343m/s (0°C에서)로 측정됩니다.
즉, 초음속은 이 속도보다 빠른 속도를 의미합니다.
물체가 초음속으로 움직일 때, 주변의 공기는 그 속도를 따라잡지 못하게 되어 압축파인 충격파 (또는 소닉 붐)를 형성하게 됩니다.
이 때문에 초음속 비행기가 날아갈 때의 특징인 소닉붐이 발생합니다.
항공 분야에서는 초음속 비행기와 같이 소리의 속도를 초과하여 날아가는 비행기들을 연구하고 개발하는데, 이러한 기술은 군사용 항공기뿐만 아니라 민간 항공기에서도 연구되고 있습니다.
음속과 초음속의 구분
음속과 초음속을 구분하는 기준은 소리의 속도, 즉 매체에서의 소리의 전파 속도와 관련이 있습니다.
특히 공기에서의 소리의 전파 속도는 대략 343m/s (0°C에서, 해수면 상의 대기 압력에서)로 알려져 있습니다.
다만 이 값은 온도, 공기의 밀도, 압력 등의 조건에 따라 변화할 수 있습니다.
음속 (Subsonic)
소리의 속도보다 느린 속도를 가진 움직임을 음속이라고 합니다.
예를 들어, 대부분의 상업용 항공기는 음속 아래에서 비행합니다.
초음속 (Supersonic)
소리의 속도보다 빠른 속도를 가진 움직임을 초음속이라고 합니다.
초음속을 넘는 속도에서 비행하는 항공기는 충격파를 생성하게 되며, 이로 인해 소닉붐이라는 큰 소리가 발생합니다.
예를 들면, 군사용 전투기나 일부 민간용 초음속 항공기가 이 범주에 속합니다.
추가로, 초음속의 범주에는 더욱 상세한 구분이 있습니다:
저초음속 (Transonic)
소리의 속도에 가까운 속도에서의 움직임을 의미하며, 일반적으로 마하 0.8 (Mach 0.8)부터 마하 1.2 (Mach 1.2) 사이의 속도를 가리킵니다.
고초음속 (Hypersonic)
매우 높은 초음속을 의미하며, 일반적으로 마하 5 이상의 속도를 가리킵니다.
“마하”는 소리의 속도에 대한 상대적인 단위로서, 마하 1은 소리의 속도와 동일하다는 것을 의미합니다.
소닉붐이란
소닉붐은 초음속으로 움직이는 물체가 공기 중을 지나갈 때 발생하는 현상입니다.
물체가 소리의 속도보다 빠르게 움직일 때, 주변의 공기는 그 움직임을 즉시 따라잡지 못하며 이로 인해 앞쪽에 압축된 공기와 뒤쪽의 희박한 공기 사이에 분명한 경계가 형성됩니다.
이 경계는 공기 중을 고속으로 이동하는 충격파를 형성하며, 이것이 바로 우리가 소닉붐이라고 느끼는 원인입니다.
소닉붐의 주요 특징은 다음과 같습니다.
충격파
초음속으로 움직이는 물체는 앞쪽과 뒤쪽에 충격파를 생성합니다.
이 충격파는 물체의 형태, 크기, 속도, 그리고 고도에 따라 다르게 형성됩니다.
콘 형태
충격파는 대체로 물체의 움직임을 따라 ‘콘’ 형태로 전파됩니다.
이 ‘콘’의 각도는 물체의 속도에 따라 결정됩니다.
소리
충격파가 지상에 도달하면 강한 소리로 들릴 수 있습니다.
이 소리는 종종 “붐” 또는 “똑”과 같이 강하고 갑작스러운 소리로 묘사됩니다.
물리적 피해
강한 소닉붐은 건물의 창문이나 다른 취약한 구조물에 피해를 줄 수 있습니다.
규제와 제한
많은 국가에서는 소닉붐이 발생할 수 있는 지역에서의 초음속 비행을 제한하고 있습니다.
특히 밀집된 주거 지역이나 도시 지역에서는 소닉붐으로 인한 불편함과 피해를 방지하기 위해 이러한 제한이 있습니다.
비록 초음속 비행의 장점이 많지만, 소닉붐으로 인한 문제 때문에 현재는 상업 항공 분야에서의 초음속 비행이 제한적으로 이루어지고 있습니다.
그럼에도 불구하고, 소닉붐을 최소화하거나 완화시키는 방법을 연구하고 있는 기술적 도전도 계속되고 있습니다.