핵무기의 작전 단순성, 나뭇조각과 같은 핵무기
초기의 핵무기는 유지관리를 위해 엄청난 노력을 필요로 했으며, 정말 긴 사용준비 시간과 많은 작업을 필요로 했기 때문에
실제 전장에서 사용이 적합하지 않았다.
폭탄의"성게"(Urchin) 중성자 개시제는
폴로늄-210의 반감기
(방사성 물질이 자연적으로
반으로 줄어드는 시간, 138일)로 인해
몇 개월마다 주기적으로 교체해주어야 했다.
또한,
기폭 시스템에 전원을 공급하는 납-산 배터리는
36시간만 충전된 상태로 유지되었고,
그 후에는 재충전이 필요했다.
이를 위해 폭탄을 분해해야 했고,
재충전하는 데 72시간이 걸렸다.
어떤 경우든 9일 후에는 배터리를 제거해야 했고,
그렇지 않으면 배터리는 부식되었다.
플루토늄 코어는 열이 고폭탄을 손상시켰기 때문에
핵무기를 조립한 채 방치할 수 없었다.
플루토늄 코어를 교체하려면 폭탄을 완전히 분해했다가
다시 조립해야 했다.
여기에는 약 40~50명의 인력이 필요했고,
폭탄 조립 팀의 기술에 따라 56~72시간이 걸렸으며,
1948년 6월에는 육군 특수 무기 프로젝트 에 3개 팀만 있었다.
이러한 복잡성으로 인해서
1954 년 무기 설계자들은
작전 단순성을 제공하는 핵폭탄을 구상했다.
수년간의 보관에도 견딜 수 있고
군용으로 즉시 사용할 수 있는,
한 조각의 나무와 같이 적은 유지보수를 필요로 하는
핵폭탄을 개발하는 것이 목표였다.
이러한 작전 단순성을 제공하는 핵폭탄을 위해서
중성자 발생기에 들어가는 방사성 물질을
폴로늄-210에서 악티늄-227(반감기 21.8년)이나 폴로늄-208(반감기 2.898년)로 교체했다.
로스 알라모스의 과학자들은 여기서 그치지 않고 핵무기의 소형화를 위해 증폭핵분열탄을 개발한다.
(증폭핵분열탄에 대해 알려면 위 링크를 참조하라.)
하지만 더욱 소형화 하기 위해 기폭장치를 단순화할 필요가 생겼고,
위와 같은
2점 내파 방식을 채택했다.
이러한 2점 내파방식은
기폭장치의 단순화로 소형화가 쉬워진다.
이후 중성자 발생기는 최종적으로 선형 입자가속기의 원리를 이용한 아래 사진과 같은 모양의 중성자 발생기로 진화한다.
이 선형 가속기의 원리는 아래의 사진으로 설명이 가능하다.
중수소 가스가 가득 들어있는 밀폐된 튜브 안에
전극이 있다. 이 전극에 강한 전기장을 걸어주어
중수소 입자를 가속한다.
가속된 중수소 입자는
티타튬 삼중수소화물 타겟에 충돌한다.
이 충돌은
중수소-삼중수소 핵융합 반응을 일으켜
핵무기의 격발에 필수적인
고에너지 중성자를 생성한다.
삼중수소의 반감기는 약 12.3년이기 때문에
삼중수소 표적을 수년에 한번 갈아주면 그만이다.
또한, 충전과 보관이 까다롭고 오래 걸리는
납-산 배터리에서
열전지로 교체했다.
열전지는 평상시에는 전지로서 작동하지 않다가,
열전지 내부의 화약이 터져 내부의 전해질이 녹아 액체가 되면
그때서야 전지의 역할을 하기 시작하기 때문에 평상시에 열전지는 방전이 되지 않는다.
이 점으로 인해 장기간 보관해야 하는 무기의 특성에 딱 맞았다.
이후 더욱더 높은 작전 단순성을 제공하기 위하여
로스 알라모스의 과학자들은
핵분열성 물질과 기폭용 고폭탄을 통합해 핵무기를 언제나 사용 가능한 상태로
유지하는 Sealed pit 방식의 핵무기를 개발, 배치한다.
PAL(Permissive Action Link)-핵무기 사용통제
초기 핵무기 사용통제에 대한 한가지 섬뜩하지만
웃긴 일화가 있다.
1960년, 의회 대표단이
서유럽의 군사 기지를 방문하여
미국의 핵무기와 관련된
보관 및 안전 문제를 평가하고 있었다.
대표단에는 해롤드 에그뉴(Harold Agnew)라는
과학자가 있었다.
그는 그저 의회 직원이 아니었다.
애그뉴는 세계 최초의 원자로 건설을 도왔고,
히로시마 원폭 투하 임무에서 공식 과학 관찰관으로 활동했으며,
당시 나토의 군사 수장인
유럽 최고 연합군 사령관의 과학 고문으로 활동했던
로스 앨러모스의 과학자였다.
해롤드 에그뉴는 비행장을 방문하여 독일 비행기에 실린 미군 핵무기를 독일 조종사들과 미국 보초 한 명과 함께 관찰했다.
그 당시에는 핵무기의 안전장치란 없었다.
그냥 조종사가 막무가내로 핵무기를 탑재하고 이륙해 투하할 경우 핵폭발이 일어났다.
만약 조종사가 핵전쟁에 미쳐있어서
무단으로 핵무기를 사용할경우 소련과의 핵전쟁이 일어날 수 있었다.
에그뉴는 보초에게 만약 조종사가 허가 없이 이륙을 시도한다면 어떻게 할 것인지 물었다.
보초는 조종사를 쏘겠다고 대답했지만,
에그뉴는 대신 폭탄을 쏘라고 했다.
"당신이 해야 할 일은 폭탄을 쏘는 것뿐입니다."
에그뉴가 그에게 말하며,
그는 총알이 무기를 무력화시킬 가능성이 높다고 생각했다.
"그것들을 쏘고 걱정하지 마세요."
라고 대화를 나눈 일화가 있다.
보초가 폭탄을 쏘고 총알이 핵무기를 무력화시켰을 거라고 기도해야 할 정도로 NATO 핵공유 초기의 핵무기 보안은 최악이었다.
미국은 이러한 보안 취약점을 인지했고,
이러한 보안 취약점은 핵무기 사용 통제 안전장치인 PAL(직역하면 허용 조치 링크, Permissive Action Link)을 개발하는 원동력이 된다.
1961년 4월까지, 사용 통제 문제를 연구하기 위해 세 개의 국방부 위원회가 구성되었다:
국방 원자력 지원국(DASA) 산하
특수 탄두 장착 통제 위원회(SWAC),
국방부 연구 및 공학 부차장실의 마빈 스턴 박사가 이끄는 안전 관리 그룹(스턴 위원회),
합동 참모본부(JCS) 산하
합동 지휘 및 통제 연구 그룹 프로젝트 106(j).
8월까지 이 모든 그룹은 제어된 숫자 코드 없이는 핵무기 사용이 불가능하도록 하는 허가 링크 개념에 집중했다.
같은 시기, 국방부 군사 응용국 국장은 샌디아에게 코드로 제어되는 특수 탄두 장착 장치의 가용성에 대한 연구를 요청했다.
이 연구 결과, 1961년 8월 국방부 장관은 공식적으로 원자력 위원회(AEC)에게 북대서양 조약 기구(NATO)에 배치된
핵무기에 대한 허가 링크를 개발할 것을 요청했다.
1961년 9월, 군사 응용국 국장은 샌디아 국립 연구소에 PAL을 계속 개발하고 이 장치로 NATO 무기를 개조하는 계획을 보고할 것을 요청했다.
이 보고서는 1962년 1월에 제출되었다.
PAL은 제어된 숫자 코드 없이는 핵탄두에서 핵폭발을 일으킬 가능성을 줄이는 장치와 하위 시스템의 집합이다. 이를 통해 무단 핵폭발의 가능성을 줄일 수 있다.
1962년 3월, JCAE(Joint Committee on Atomic Energy)는
기존 무기 관리 체제의 적절성을 논의하기 위해 소집되었다. 이들은 PAL기술 개발의 긴급한 필요성을 보고했다.
5월, 대통령은 과학 고문 제롬 와이즈너 주도로 NATO 무기에 PAL을 포함하는 계획을 보고할 연구 그룹을 소집했다.
와이즈너의 보고서를 받은 후, 케네디 대통령은
1962년 6월 6일 국가 안보 행동 각서(NSAM) 160을 발행했다.
이 명령은 모든 미국 무기가 NATO에 배치될 때 허가 링크를 장착하도록 지시했다.
처음에 PAL은 NATO 동맹국과 공유하는 핵무기에만 사용하도록 되어있었다.
그러나 시간이 지나고 PAL 개념은 나머지 핵보유고에도 적용되었다.
1972년 2월, JCAE 위원들이 태평양 지역을 방문한 후, 국방부 장관은 서태평양 지역 외국에 배치된 무기에도 PAL 통제를 확장하기로 결정했다.
NSAM 160호는 또한 더 발전된 PAL 장치를 개발하기 위한 연구 프로그램의 설립을 지시했으며,
이는 현대 무기 시스템에도 계속되는 PAL 하드웨어의 연구, 개발 및 구현 프로그램을 시작하게 했다.
NSAM 160에 응답하여, 국방부는 모든 기존 NATO 기반 시스템에 새로운 지휘 및 통제 하드웨어를 통합했다.
단거리 전술 시스템은 5자리 기계식 콤비네이션 잠금 장치가 장착되었다.
Mk31 나이키 허큘리스와 어니스트 존 미사일, Mk45 및 Mk54 원자력 해체 탄약(ADMs), Mk54 데이비 크로켓 탄환, Mk33 및 Mk48 포발사 원자력 탄약(AFAPs)이 이러한 잠금 장치가 장착된 핵무기들이다.
NSAM 160호 발행 후 얼마 지나지 않아,
전자-기계식 4자리 코드 스위치(MC1541)와
그 관련 제어 장비의 개발을 완료하기 위한 긴급 프로그램이 시작되었다.
MC1541, 카테고리 A (CAT A) PAL로 알려진 전자 기계식 잠금장치는, 기존의 장거리 시스템을 개조해 탑재되었다.
여기에는 Mk49 주피터 IRBM, Mk7 및 Mk28 항공기투하 전술핵폭탄, Mk28 메이스, Mk50 퍼싱, Mk52 서전 전술 미사일이 포함된다.
초기의 핵무기 사용통제 장비인 MC1541은 일종의 전기-기계적 잠금장치로, 컴비네이션 자물쇠에 스위치와 모터를 달아둔 버전이었다. 컴비네이션 자물쇠를 손가락으로 돌리는 대신 모터를 이용해 잠금장치의 다이얼을 돌려 핵무기의 전자/기계적 잠금을 해제하여 회로를 연결해 전류가 흐르게 하는 장치이다.
MC-1541은 다음 움짤과 같이 작동된다.
올바른 코드를 입력하면 모터가
코드에 맞게 자물쇠를 돌리고,
자물쇠가 올바르게 정렬되면 지렛대가 내려가 스위치를 닫는(회로를 연결한)다.
그러면 핵무기는 활성화되고 격발될 준비를 마친다.
폭격기에도 역시 PAL이 설치되었다.
1967년 국방부 고위급 검토를 거쳐 SAC는 폭격기에 코드 활성화 스위치를 장착하도록 지시받았다.
코드 활성화 스위치는 폭격기 승무원이
승인받지 않은 행동을 하지 못하도록 설계되었다.
코드 활성화 스위치는 폭격기가 비행 중에 승무원이 도달하기 매우 어려운 위치에 설치되어 있었다.
그것은 폭격기 시스템 깊숙한 곳에 묻혀져 있고,
이 코드 활성화 스위치 CES 는 그저 항공기에 위치해 무기의 중요한 전원 공급회로를 끊는 다른 버전의 PAL이었다.
1970년 폭격기 코드 활성화 스위치는 전략공군사령부의 B-52에 탑재되었다.
2인 규칙
2인 규칙이란 한 개인에 의한 우발적이거나 악의적인 핵무기 발사를 방지하기 위해 만든 규칙이다.
2인 규칙이란 반드시 핵무기 사용에 있어서 반드시 두 사람이 있어야 한다.
2인 규칙의 예로 미국의 ICBM인 미니트맨 미사일의 발사 절차를 들 수 있겠다.
미니트맨의 발사 절차는 다음과 같다.
1. 미국 대통령이 핵미사일 발사 명령을 내린다.
2. 미사일 발사 통제 센터(Launch Control Center, LCC)의 미사일 장교들이 경보를 듣고,
발사명령을 알리는 암호화된 메시지를 듣는다.
미사일 장교들은 메시지가 진짜인지 확인한 다음, 부사령관 패널 위에 있는 작은 빨간색 강철 "Emergency War Order" 금고를 연다.
이 금고는 2개의 자물쇠로 봉인되어 있으며
미사일 발사 통제 센터 내의 미사일 장교 2명이 각각 서로 다른 자물쇠의 열쇠를 가지고 있다.
두 미사일 장교가 비밀번호를 입력하여 금고를 열면, 그 안에는 발사 키가 2개가 있고
이 발사 키를 서로 나눠 가진다.
3. 미사일 장교 두명은 핵공격을 대비해 의자에 있는 안전벨트를 착용하고,
발사 키를 각자의 콘솔에 꽂고,
두 명의 미사일 장교가 동시에 발사 키를 돌린다.
이때 각자의 콘솔에 꽃는 키는 한사람이 독단적으로 키를 돌리지 못하도록 발사 키 간 거리는 약 3.66m 떨어져 있다.
4. 미사일 격납고의 문이 열리고
미사일이 발사된다.
물론 세세한 부분은 생략되었지만
핵무기는 대략 이렇게 사용된다.
절대로 독단적으로 핵무기가 사용될 수 없도록 하는것이 바로 2인 규칙이다.
미니트맨의 2인 규칙에 대해
조금 더 자세하게 알고 싶다면
위 글을 참조하면 된다.
제한된 재시도/비폭력적 불능화
제한된 재시도/비폭력적 불능화란
적군의 핵무기 탈취나, 테러조직의 핵무기 저장시설 점거, 핵무기의 악의적 사용을 대비하여 만든 기능이다.
1) 자동 운영 시스템이 핵무기에 침입하는 것을 감지하거나,
2)틀린 핵무기 무장 신호가 여러번 입력되거나,
3)핵무기의 pre-filght controller의
다이얼을 DI(비활성화)로 설정을 한 후 pre-flight controller에 달린 T자형 손잡이를 당긴 상황이라면
자동으로 핵무기의 주요 전자회로만 전기로 싹 튀겨버려서 핵무기가 고장나 절대로 기폭되지 않도록 만든 기능이다.
이렇게 주요 전자회로가 박살난 핵무기는 재생을 위해 핵무기 생산 공장으로 보내 전자회로를 대대적으로 교체해야 한다.
핵무기 안전장치, PAL의 의미
미국과 같은 민주주의 체계 아래에서 문민통제란 시민이 핵무기 사용을 통제해야만 한다는 것이다.
시민을 대표하는 대통령만이 핵무기의 사용을 통제해야만 문민 통제가 성립하는 것이다.
PAL이 한 것은 무기의 보유와 핵무기의 폭발을 일으킬 수 있는 능력을 분리한 것이다.
무기를 보유할 순 있지만 PAL 코드를 받기 전까지는 핵무기를 기폭시킬 수 없다.
(2편에서 계속)
2024.09.17 17:40:02
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