한화시스템 레이저 무기! 오물 풍선도 막는 과학 비밀

오늘은 한화 시스템이 주도하는 첨단 레이저 무기에 대한 이야기를 준비했습니다. 최근 '오물 풍선'이 화제가 되었죠? 이를 막을 수 있는 새로운 무기가 개발되었다고 합니다. 그런데 우리가 흔히 아는 레이저는 단순히 빛일 텐데, 어떻게 멀리 있는 풍선을 제거할 수 있을까요? 오늘은 여러분과 함께 '레이저에 담긴 과학 이야기'를 풀어보겠습니다.

▲ 드론을 이븐하게 익히는 방법, 레이저

레이저는 정말 빛인가요?

네, 맞습니다. 레이저는 강하게 증폭된 빛입니다. 우리가 흔히 아는 빛과는 다르게, 레이저는 특정 파장의 빛을 다량으로 발생시켜 강한 에너지를 가지게 되죠. 모든 물질의 전자는 계단처럼 정해진 에너지를 가지는데, 낮은 에너지 상태에 있는 전자가 외부에서 에너지를 받으면 높은 에너지 상태로 올라갑니다. 이 상태는 불안정하기 때문에 전자는 원래 자리로 돌아가려 하며, 이때 빛을 방출합니다.

 

특히, 동일한 파장의 빛이 전자를 자극할 때 이 과정이 더욱 잘 일어나게 되는데, 이를 이용해 동일한 파장을 가진 정돈된 빛을 대량으로 만들 수 있습니다. 이렇게 해서 빛을 강하게 증폭시키는 것이 바로 레이저입니다.

일반 조명과 레이저의 차이점은?

레이저와 우리가 아는 조명의 가장 큰 차이점은 레이저는 매우 '잘 다듬어진 빛'이라는 점입니다. 기존 조명은 다양한 파장이 섞여 여러 방향으로 퍼지지만, 레이저는 하나의 파장과 동일한 위상을 유지하며 퍼지지 않습니다.

 

이런 성질 덕분에 레이저를 증폭시키면 불이 붙을 만큼 강력한 에너지를 가질 수 있습니다. 햇빛을 돋보기로 모아 종이를 태우는 원리와 같죠. 강한 빛을 한곳에 모아 열을 발생시키고, 이 열을 이용해 무기를 만드는 것입니다.

페스티벌 레이저와 의료용 레이저도 같은 원리일까?

레이저의 원리는 동일하지만, 출력에 따라 용도가 달라집니다. 이미 우리 일상에서도 다양한 레이저가 사용되고 있는데요. 예를 들어 레이저 포인터는 1mW 이하지만, 피부 시술용 레이저는 수십 W를 짧은 시간 동안 펄스로 방출합니다.

 

절단용 레이저는 수십에서 수천 W까지도 가능하고, 금속을 절단할 정도의 강력한 출력까지 이릅니다. 무기로 사용하는 레이저는 수십에서 수백 kW 수준으로, 강력한 열이 발생하기 때문에 냉각이 필수적입니다.

그럼 레이저는 거울로 반사할 수 있을까요?

여기서 중요한 것은 레이저의 에너지와 거울의 특성입니다. 모든 거울이 빛을 100% 반사하는 것은 아니기 때문에, 고출력 레이저가 거울에 닿으면 거울 표면의 전자들이 빛을 반사하려고 빠르게 움직이며 열을 발생시킵니다.

 

만약 레이저의 에너지가 강하다면 그 열이 거울을 녹일 수 있는 수준까지 오르기도 합니다. 따라서 일부 레이저를 방어할 수 있을지라도, 강력한 레이저 무기 앞에서는 대부분의 거울이 무용지물입니다.

광선검, 실제로 구현 가능할까?

스타워즈와 같은 SF 영화에서 자주 등장하는 광선검, 구현할 수 있다면 멋지겠죠. 하지만 단순히 빛으로만 이루어져 있다면 두 레이저가 서로 닿지 않아 영화처럼 공중에서 부딪히는 검의 효과는 낼 수 없습니다.

 

실제 레이저 무기는 주로 눈에 보이지 않는 적외선 파장을 사용하기 때문에, 영화에서처럼 선명하게 보이는 광선 효과를 기대하기 어렵습니다. 우리가 흔히 보는 레이저 포인터는 가시광선이기 때문에 공기 중의 먼지나 수증기에서 산란되어 빛의 경로가 보이는 것이죠.

미사일이 있는데 왜 레이저 무기를 개발할까?

대공 방어에는 미사일과 대공포가 많이 사용되지만, 이에는 큰 비용이 듭니다. 미사일과 대공포는 발사할 때마다 수억 원이 소요되는데요. 경제적인 대안을 찾기 위해 개발된 것이 바로 레이저 대공 무기입니다.

 

대표적으로 이스라엘의 '아이언 빔'과 영국의 '드래곤파이어'가 있는데, 예를 들어 이스라엘의 '아이언 돔' 미사일 한 발에 약 5만 달러가 들지만, '아이언 빔' 레이저는 1회 발사에 1달러 정도밖에 들지 않습니다. 이렇게 저렴한 비용 덕분에 세계 각국이 레이저 방공 무기를 적극적으로 개발하고 있습니다.

레이저 무기의 운영비가 저렴한 이유는?

레이저 무기의 운영비가 낮은 이유는 고출력 레이저가 기체를 사용해 열을 발생시키는 방식이기 때문입니다. 출력에 필요한 전력만 공급되면 작동이 가능해 경제적이죠. 현재 우리나라도 이스라엘과 유사한 레이저 대공 무기를 개발 중인데, 하나시스템과 국방과학연구소가 광섬유 레이저 기술을 이용해 적의 무기를 무력화할 수 있는 레이저 방공 무기를 연구하고 있습니다.

 

이 기술은 육상과 해상에서 무인기, 지뢰, 함정 등 다양한 목표물을 파괴하는 시험을 성공적으로 마쳤습니다. 앞으로는 위험물을 사람이 직접 제거하지 않고, 레이저로 안전하게 제거할 수 있게 될 것입니다.

레이저 무기의 미래

현재보다 출력과 사거리가 더욱 향상되고 이동도 가능한 레이저 무기 '블로 2'가 개발 중에 있습니다. 이를 통해 북한의 도발이나 기타 위협에도 우리 군의 대응 능력이 크게 강화될 것으로 보이며, 미래 전장에서 레이저 무기는 중요한 역할을 하게 될 것입니다.

 

오늘은 현실화되어 가고 있는 레이저 무기에 대해 알아보았습니다. 앞으로도 물리학을 통해 더 흥미로운 과학 이야기를 전해드리겠습니다. 지금까지 물리를 사랑하는 물리학자 손승우였습니다. 감사합니다.