‘전자기펄스’로 번역되는 EMP(Electro-Magnetic Pulse)는 첨단 전자기기에 의한 의존도가 높은 현대에 있어서 재앙으로 떠오르고 있다. 특히 핵폭탄이 터질 때 발생하는 강력한 전기장이 컴퓨터 등 전자기기를 무력화하는 현상을 이용한 EMP탄은 전력공급선, 통신케이블, 공기정화용 통로, 빈 공간 등을 통해 침입해 들어가 전기 공급선과 변압기, 전원이 켜져 있는 모든 제품에 감당할 수 없는 양의 전자기파를 만들어 일시에 사회기반 시설을 마비시킨다. 첨단 전자기기를 많이 사용하는 현대사회에서 EMP가 새로운 재난으로 떠오르는 이유다. 이런 이유로 EMP를 재난의 종류로 분류하고 미래사회 안전을 보장하기 위한 재난구축의 필요성이 제기되고 있다. 그중에서도 공공서비스·기업의 생산성 보장을 위한 BCP도입 전략의 구축이 필요한 시점이다. 이에 재난포커스는 신묘년 새해를 맞아 제5의 재앙이라 불리는 EMP(Electronmagnetic Pulse:전자기파)에 대해 해당 관련 인사를 모시고 EMP 관련 신년좌담회를 개최했다. 이날 좌담회에는 강희조 교수(목원대)가 사회를 맡았으며, 정연춘 교수(서경대), 김진항 한국지방행정연구원 (前행안부 재난안전실장), 김선원 전문위원 등이 참석한 가운데 진행됐다. 이날의 주제는 ‘EMP’의 발견 역사와 작동 원리와 위험성을 짚어보는 형식으로 이어졌다. 특히 좌담회에서 ‘EMP’의 무기화로 인한 파급효과와 국내 통신, 금융, 방송, 교통, 전기시설 등 사회기반 시설의 취약성과 이에 대한 재난관리차원의 대책에 대해 심도 있게 논의됐다.

사회: 강희조 교수(목원대)

▲사회 강희조 교수: ‘전자기펄스’로 번역되는 EMP가 새로운 재난으로 떠오르고 있다. 전자기기에 치명적인 EMP는 어떻게 작동하는지요?

▲정연춘 교수: EMP는 지면으로부터 30km 이상의 고도에서 핵폭발이 발생하면 감마-선이 방출하고, 이러한 감마-선이 지상 20~40 km 정도의 대기층에서 흡수되면서 콤퓨턴 효과(Compton Effect)가 발생됩니다. 이때 콤퓨턴 효과에 의해 산란되는 다수의 전자가 지구 자기장에 의해 회전하게 되고 산란 전류가 중첩되면서, 대기층의 횡-방향 전류를 발생시킵니다. 이러한 큰 횡-방향 전류는 지구 표면에 매우 큰 크기의 전계강도를 일으킵니다. 지구 표면에서 발생되는 첨두치 전계강도는 핵 물질의 양과 핵폭발 고도, 지구 자기장 특성에 따라 다르지만, 국제전기기술위원회 규격 및 미국 군사규격에서는 빠른 펄스파형에 대해 50 kV/m 를 표준 노출 전계강도로 규정하고 있습니다.

▲김선원 전문위원: EMP는 핵폭발 또는 각종 전자기펄스(EMP)탄과 EMP장비에 의해 생성되어 전력공급선, 통신케이블, 공기정화용 통로, 빈공간 등을 통해 들어가 송전선과 변압기, 전원이 켜져 있는 모든 제품이 수용할 수 없는 양의 전자기파를 공급하면서 일시에 기능을 마비시키거나 파괴시킵니다. 핵폭발시 폭발에너지의 약 0.3%가 EMP에너지로 변화되며 지속시간은 약 10-8초 정도로 매우 짧고 강렬하고 40km 이상 공기가 희박한 고공에서 핵 폭발시 발생한 EMP는 수백~수천km에 걸쳐 영향을 미칩니다. EMP에 의한 피해를 상상해 볼 수 있는 예는 우리가 가정에서 사용하는 전자레인지와 가까운 거리에서 TV나 오디오를 동작시키면, 전자레인지에서 발생하는 마이크로웨이브의 전압이 1,500와트에 불과하지만, TV 화면이 일그러지거나 오디오에서 이상한 소리가 납니다. 100볼트 전기를 사용하는 가전제품을 220볼트 콘센트에 잘못 꼽았을 때 가전제품의 회로가 타는 것과 같이 EMP는 인명에 직접적인 피해를 주지는 않으나, 고압의 과전류가 모든 전도체를 따라 흘러가면서 전자회로의 반도체나 도선을 파괴소손(破壞燒損)하여 반도체가 포함된 모든 제품을 파괴하거나 기능을 상실케하고 오작동을 유발시켜 사용불능 상태로 만듭니다.

▲김진항 위원: EMP탄은 적의 사회기반 시설통신, 금융, 통신망, 교통체계를 마비시켜, 후방지원체계를 마비시켜 후방지원능력을 저하시킴으로써 확전을 방지하거나 조기 전쟁종식을 유도 할 수 있어 전략적으로 큰 가치가 있습니다. 무기로서는 미국과 러시아 등 선진국에서 경쟁적으로 비밀리에 연구하고 있으며 실천 배치여부는 함구하고 있는 실정입니다. EMP탄은 분야는 크게 전자기파를 방사하여 적의 전자장치를 파괴하는 EMP방사 장치와 EMP탄을 통해 표적과 구 상관관계를 파괴하는 방법이 있습니다.

▲사회 강희조 교수: 그럼 핵 폭발시 발생하는 EMP 원리는 어떠합니까?

▲김진항 위원: EMP나 탄소섬유탄 등에 관심을 갖는 것은 국가 재난 체계 때문입니다. 즉 현대사회는 각종 IT체계로 이뤄지고 있습니다. 한 예로 10층 이상의 아파트만 해도 컴퓨터로 작동되기 때문에 컴퓨터 작동이 멈추면 엘리베이터, 전등 등 모든 아파트 관계시설이 마비가 됩니다. 특히 국제적으로 거대한 통신망을 가지고 있는 금융과 같은 통신망체계는 EMP와 같은 재난이 발생할 경우 그 파장은 상상을 초월합니다. 이는 모든 컴퓨터 데이터가 EMP의 영향으로 영향을 받기 때문입니다. 즉 전기기파나 자기기파 같은 영향 때문에 모든 기록은 사라지게 되고 금융망은 커다란 혼란에 잡히게 됩니다. 즉 사람으로 치면 바보가 되는 것입니다. 전시에서의 EMP공격의 경우는 전술적 차원에서 후방에 문제를 야기 시킵니다. 즉 변전소, 발전소, 방송국, 통신소 등이 작동이 중지됩니다. 요즘 전쟁은 국가 총력전입니다. 현대전은 전방보다 후방지역의 지원지역을 마비시키는 것이 승리한다고 보고 있습니다. 이런 점에서 EMP와 같은 전자기파의 영향에서 벗어날 수 있도록 국가적으로 예방을 시스템을 갖추어야 합니다.

정연춘 교수(서경대)

▲정연춘 교수: 대개의 지상 전자통신장비는 전자파적합성(EMC) 기술기준에 따라 어느 정도의 전계강도에 견디도록 설계되어 있습니다. 군사장비의 경우 50 V/m 정도의 전계강도까지 견딜 수 있으며, 민수장비의 경우 3 V/m 정도의 전계강도까지 견딜 수 있도록 설계되어 있습니다. 따라서 핵폭발이 일어나면 지상에 약 50 kV/m 정도의 전계강도가 수 ns 이내에 노출되므로 거의 모든 종류의 전자통신장비는 오동작을 일으키게 될 것입니다.

▲김선원 전문위원: 핵폭탄이 폭발할 때 발생되는 감마선에 의해 대기 중의 원자가 이온화됨으로써 강력한 전자기폭풍 또는 아주 짧은 파장의 초광대역의 단일펄스 전자기에너지가 만들어집니다. 핵폭발시 만들어진 이 전자파는 전력공급선, 통신케이블, 공기정화용 통로, 빈공간 등을 통해 들어가 송전선과 변압기, 전원이 켜져 있는 모든 제품에 수용할 수 없는 양의 전자기파를 공급하고 일시에 기능을 마비시키거나 파괴시킵니다. 동해 40∼60㎞ 상공에서 20kt급(1kt는 TNT 1천t의 위력) 핵무기가 폭발할 때 발생하는 EMP는 반경 100km 내의 모든 전자장비를 손상시킬 것으로 분석하고 있습니다.

▲사회 강희조 교수: 그럼 EMP가 현대 사회 시스템에서 발생할 수 있는 문제점은 무엇이 있을까요?

▲김진항 위원: 2003년 유고 공습 때 EMP나 탄소 섬유탄의 위력은 알 수 있었습니다. 이미 1999년 EMP탄을 사용한 이래 선진국은 이와 같은 위력을 잘 알기에 많이 사용하려고 합니다. 이것은 비살상용이기 때문에 국제적으로도 큰 제제가 없습니다. 이는 전자장비만 선택적으로 장애를 입혀 적의 전투능력을 저하시키는 비살상용 최첨단부기체계입니다. 인명중시하는 이래 전쟁 개념과도 부합하는 첨단 병기인 셈입니다. 특히 이 같은 종류의 탄은 크게 장섬유와 단섬유로 나눌 수 있습니다. 장섬유는 전기 공급원에 쇼트와 같은 인한 충격주어 모든 전자기파를 마비시키는 것이고, 단섬유는 작은 미립자를 적진에 퍼뜨려 컴퓨터 등 전자기기를 무력화 시키는 방법입니다. 앞으로 다가올 미래 전에서는 인명피해에 의한 테러보다 전자기파를 통해 IT기기를 마비시키는 것으로 변할 가능성이 높습니다. 하지만 이에 대처할 만한 방어수단이 연구 된 적은 거의 없습니다. 우리나라도 이에 대처 할 수 있는 방어 개발이 필요한 시점입니다. 특히 국가 기간체계 같은 곳에서는 관련 법을 만들어 방어 대책수단을 강구하는 것 필요합니다.

 
▲정연춘 교수: 그림 1에서 핵폭발에 의해 지면에 노출되는 EMP 환경을 설명합니다. E1(빠른 펄스) 파형은 근접 정전기방전과 유사한 복사 특성을 가지며, 따라서 전자통신장비의 함체 개구를 침투하고, 또한 전력 및 통신선로에 유기되어 EFT(Electrical fast Transient)와 비슷한 보다 큰 진폭의 유도전류를 발생시킵니다. E2(중간 펄스) 파형은 낙뇌가 칠 때 발생하는 대지 귀환전류와 유사한 파형을 가지며, 따라서 대개 10 m 이상의 전력 및 통신선로에 유기되어 뇌-서지(Lightning Surge) 전류와 유도전류를 발생시킵니다. 또한 E3(느린펄스) 파형은 수초에서 수백초 동안 지속되는 지자기 태양 폭풍(Geomagnetic Solar Storm)에 의한 전자기장과 유사한 파형을 가지지만 첨두치 전계강도는 지자기 폭풍보다 훨씬 더 큽니다. 따라서 이러한 파형은 10 km 이상의 장거리 전력 전송선로에 치명적인 손상을 일으킬 수 있습니다. 또 일부 지상 전자통신장비에 뇌-서지에 대한 대책이 수립되어 있는데. 대개 장비의 입력 단자에 뇌-서지 보호소자(SPD: Surge Protection Devices)가 설치되어 있습니다. 그러나 이러한 보호소자는 수 ㎲ 정도의 과도 파형에 대해 잘 응답하지만 그림 1의 E1과 같이 수 ㎱ 정도의 과도 파형에는 응답하지 않으며, 따라서 E1 파형의 대책이 불가능합니다. 또한 E3 파형에 장기간 노출되면 매우 큰 크기의 유도전류가 발생하고, 이러한 유도전류는 전력망을 구성하고 있는 변압기 등을 손상시킬 수 있습니다.

김선원 전문위원

▲김선원 전문위원: 북한의 핵은 비대칭전력으로서 군사적인 분야에서 위협만이 아니라 사람에게는 피해를 주지 않고 우리의 전자장비를 마비시켜 국가와 사회의 모든 정보통신 체계를 마비시키는 능력은 더 큰 위협요인으로 평가되어야 합니다. 핵무기가 수도권 상공의 80km 이상의 고도에서 폭발할 경우 핵폭발에 의한 방사선과 낙진의 영향은 무시해도 좋은 수준이나 핵 폭팔시 발생하는 EMP는 충남지역까지 국민이 사용하는 생활가전도구와 공공기관에서 사용하는 일반적 전자장비까지 물리적능장애를 일으키게 됩니다. 즉 컴퓨터, 팩스장비, 텔레비전, 휴대전화, 자동차 항법장치, 라디오 및 TV, 냉장고, 각종 전등 및 전기밥솥, 자동차 등 반도체가 포함된 생활 전자제품은 모두 사용불능 상태가 되어 국민의 일상생활이나 행정체계가 고려시대의 생활로 돌아가게 될 것입니다.