보배드림

밑에 362사업에 관련 하여 글을 읽다가,문득 생각이나 한자 적습니다.

한국형 원잠 하면, SMART(System-integrated Modular Advanced ReacTor) 원자로를 빼놓을수가 없습니다.

여기서 SMART 원자로의 개발사 와 한국형 원잠 과 어떤 관계를 가질지를 알아보도록 하겠습니다.

SMART

1989년부터 중동, 북아프리카 등 물 부족 국가들의 요청에 따라 국제원자력기구(IAEA)는 원자력을 이용해 바닷물을 담수(淡水)로 만들려는 국제공동연구를 진행해 하였으며, IAEA는 산하 회원국들에게 소형원자로의 안전성이 높다는 결론을 내리고, 회원국들에게 일체형 원자로(300~600MW급)를 개발·건설할 것을 적극적으로 권장 하였고,

이에 대해여 원자력연구소도 발빠르게 대응 하게 됩니다.

원자력 연구소가 IAEA가 추진하는 프록젝트에 참여 할수 있었던 이유는,
당시 IAEA 회원국들 사이에는 원자력 선진국들을 중심으로 중소형 원자로를 개발하는 그룹이 형성돼 상호간 정보교환과 기술협력을 하고 있었는데 1988년 리비아의 미국 팬암 여객기의 폭파 사건의 배후로 지목되면서 IAEA는 중소형 원자로 그룹에서 리비아를 축출했고 한국이 그 틈을 타 어부지리로 그 자리에 들어갔습니다.

일체형원자로에 대해 원자력 원구소는 1994년에 해수담수화용 원자로를 일체형’중소형원자로 로 결정 하여 1994년부터 1997년3월까지 개념개발을 진행 하였으며, 소형원자로에 대한 기술력 부족은 해외협력 또는 기술도입을 통해 해결하기로 하고, 러시아의 쿠르차토프 원자력연구소 와 손을 잡기로 합니다.

경수로 와 일체형 원자로 비교

러시아를 선택한 이유는

일체형 원자로는 가압경수로로 이루어진 원자로,증기발생기,제어봉구동장치,주냉각제펌프 등 핵심기기가 전부 하나

의일체화 된 용기에 담겨저 있는 시스템으로 공간이 한정 된 잠수함,선박 의 추진을 위해 러시아가 개발함 시스템 이고, 당시 러시아는 구소련의 붕괴로 인해 경제적으로 많은 어려움을 겪고 있는터에, 많은 고급기술을 적정한 금액만 지불하여 대부분을 지원,이전을 해주던 탓에 쉽게 계약이 체결이 됩니다.

일체형원자로의 기반기술은 OKMB사가 협조를 하였으며, OKMB사는 KLT-40, SBVR-100, VPBER600 등 중소형 원자로 개발에서 세계적으로 가장 앞서 있었고, 210대의 납품 실적을 가진 정상급 회사 입니다.

 KLT-40S-Afrikantov-OKBM

대우 김우중 회장의 자금지원으로 러시아 연구진 과 1997년3월에 수행 된 일체형 소형 원자로의 개념개발을

기본으로1997년 7월부터 1999년 3월까지 열출력 330MWt급의 소형 가압경수형 원자로에 대한 개념 설계를 완료를 합니다.

또한 이 기간 중에 지상형 신형원자로의 이름을 SMART(System-integrated Modular Advanced ReacTor)라고

명명 하게  됩니다.

차후에 기술검증까지 끝내고 2012년 7월에 일체형 원자로는 세계최초로 표준설계인가(SDA)를 획득하게 됩니다.

아래링크 참조
https://www.kaeri.re.kr/eng/board/view?pageNum=60&rowCnt=10&no1=272&linkId=5811&menuId=MENU00326&schType=0&schText=&boardStyle=Text&categoryId=&continent=&country=&schYear=

또한 이기간 동안에 2개의 일체형 원자로 즉, 중형원자로(지상형)와 소형원자로(해상형)에 대한 개념설정 연구를 하였고, 그중 기본설계를 완료 한것이 SMART 원자로 입니다.

해상형은 대우 지원으로 초데형 고속 컨테이너 선박에 활용 할수 있는 고유 안전로를 위에 언급했듯이 개념설계를 수행 했습니다. 고유 안전로는 열 출력 300MW급입니다. 335m 길이의 초대형 컨테이너선을 원자로 2기로 끈다는 구상입니다.

아래링크는 관련은 없지만 참조용으로 남깁니다.
https://www.mk.co.kr/news/it/view/2019/05/325553/

납-비스므트 고속 냉각로

여기서 눈여겨 보아야 하는게 일체형원자로 이지만, 지상형 과 해상형으로 나뉜다는 겁니다.

당시 단장이였던 김시환 박사는 아래 와 같이 이야기를 합니다.

"스마트원자로를 소형화해서 진동시험, 충격시험을 거쳐 잠수함 추진기관으로 사용한다는 이야기는 난센스”라며
“러시아와 개념설계를 할 때 해상용 소형일체형 원자로는 선박이나 잠수함용으로 했다”며 “스마트원자로와는 개념설계부터 다르다”

또한 원자력연구소장을 지낸 A씨는 “민수용 스마트 원자로와 잠수함용 원자로는 자동차용 레고블럭과 트럭용 레고블럭처럼 스타팅 포인트부터 차이가 있다”며 “두 개는 크기는 비슷해도 최상위 설계요건(toptier requirement)이 전혀 다른 것이라 처음부터 설계를 다시 해야 하는 것”이라고 말했습니다. 

다들 막연히 생각했던 한국원잠의 원자로 지목 받는 SMART 원자로는 원잠으로 쓸수 없습니다. 

지상용 과 선반용은 기본적으로 원자로 연료봉 재질부터 차이가 납니다.
지상용은 열에 강하지만, 충격에 약한 세라믹 피복봉을 선반용은 충격에 대비해 연료봉이 휘어지는 금속피복제를 사용하며,선박용 원자로는 여러충격 이나 침몰상황에서도 멜트다운이 일어나지 않도록 ㅎ하는 고유설계를 가지며, 공간 제한이 지상형보다는 더욱더 제약이 되므로 만틈 훨씬더 치밀하고 안전성 높은 설계가 필요합니다.

하지만 여기서 좌절할 필요은 없습니다.

앞서 언급 했듯이 개념설계 당시에 해상형도 포함이 되, 선박용 원자로에 대한 기본적인 설계개념은 가지고 있다는 겁니다.

한국형 원잠의 원자로에 가장 가까운건 SMART가 아닌 기술 실증형 SMART-P 원자로 입니다.
한국 원자력 연구소는 SMART 원자로의 기술검증을 위해 2002년 부터 SMART 원자로의 1/5 출력을 가진 SMART-P(Pilot:실증) 원자로를 개발을 시작 합니다.
개발은 좋은데 문제가 하나 생깁니다....바로 65Mw라는 출력 입니다.
해당 출력을 가진 미국은 스킵잽급(3,513톤) , 영국의 발리언트급 4,200톤)급이 과거 존재 했다는 겁니다.

 발리언트급 원자력 잠수함
 

즉 해당출력은 4,000~5,000톤급 잠수함에 25노트의 출력을 제공 할수 있다는 점에서 미국을 비롯한 여러관련기관에서 원자력 잠수함 과 연관성을 의심 상당한 압박을 가하기 시작, 결국은 사업이 포기 됩니다.

미국을 비롯한 서방측이 왜 한국의 SMART-P를 원잠용 원자로로 의심 했는지 배경에는,이미 326사업 이전 부터 한국형 원잠에 대한 소문이 돌았기 때문 입니다.

1990년대 중반 부터 조선업계는 시기는 알순 없으나 한국해군의 원잠 도입은 기정사실이나 마찬가지라는 분위기가 흘렀습니다.
또한 현대중공업의 손원일급 잠수함 의 덤핑에 가까운 수주한 이면에는 차후 큰 이익과 기업이미지 개선에 도움이

될 원자력 잠수함사업이 저변에 깔려 있다는 소문이 무성 했지요.

민간기업들의 움직임 외에도, 해외 잠수함 업체들은 이미 원잠 또는 대형잠수함 선체개발 및 기술제공 가능성에 대한 한국 해군의 문의를 자주 받았고, 이로 인해 1990년 중반에는 이미 해외에서는 한국의 원잠 보유계획을 어렴픗이 눈치 챕니다.

장보고2 사업자 선정시 프랑스의 DCN사는 1997년 국내언론을 상대로 자국잠수함 선택시 한국이 원하는 원자력 기술을 제공 할것이라고 언급 한바 있습니다.
또한 2000년 국회국정감사 회의록에 김덕수 해군 소장이 프랑스를 통해서 여러가지 원자력 관계 된 기술을 달라고 요구라는 증언이 남겨져 있습니다.

한마디로 한국형 원자력 잠수함은 노무현 정부때 갑작스레 추진 된게 아닌 이미 조용히 추진 중이였고,

노무현 정부떄 362사업으로 본격적으로 가시화가 됩니다.

이때 하필 SMART 원자로 기본설계가 러시아에서 끝난 시점 이였다는 거죠.....우연치 않게 말 입니다.

그래서 SMART 원자로를 기반으로 러시아에서 해상형 원자로의 개념설계를 조합하여 한국형 원자력 잠수함의 원자

로 연구가 시작이 되는 겁니다.

 여기서 염두에 두어야 할것이 한국형 원잠의 추진 원자로의 기반 기술은 보유하고 있으나,
그 기술을 기반으로 신뢰성 및 안전성 있는 잠수함용 원자로를 확보를 하는건 별개 문제 인겁니다.
5대 핵추진 잠수함을 보유한 국가 중 영국을 제외하고는 크고 작게 원잠 사고 겪으면서 수십년간 신뢰성 과 안정성 있는 핵추진 잠수함을 설계,건조,운영능력을 보유 한것 입니다.
문제는 이분야는 우리는 처음 접하는 부분 이라는 거죠.

그래서 많은 전문가들이 프랑스의 바라쿠다급 원자로 및 추진체계 일체를 도입을 권하는 이유 중 하나 입니다.
그나마 362사업을 할때 보다는 여건이 많이 좋아 졌습니다.
한미 원자력 협정을 통해 우리도 20% 미만의 농축우라늄을 생산 할수 있게 되었고, 바라쿠다급 원자로인 K15 원자로가 20% 미만 농축 우라륨을 쓰는 동시에 상업용 연료봉을 사용시 평균 6~7년의 연료봉 교체시기를 기술의 발달

로 10년으로 늘립니다.

원자로 관련 이야기는 여기까지 하고, 잠수함 선체 관련 이야기로 넘아 가겠습니다.

SMART 원자로 처럼 많은 오류를 범하는게 잠수함 선체 입니다.
흔히들 장보고3 인 도산 안창호함에 SMART 원자로를 집어 넣으면 원잠이 된다고 생각들 하시는데 역시 오류 임.

도산 안창호함을 건조한 설계능력을 바탕으로 원자력 추진 기관에 맞게 새로 설계 하는게 맞습니다.

도산 안창호함

 그 이유는 아래와 같습니다.
디젤추진기관을 바탕으로 한 선체를 원자력추진 기관이라는 상이한 체계로 쉽게 교환 장착 한다는거 어불성설이며,해당 공간에 원자로 및 터빈,치차감속기,냉각순환펌프 등 해당선체 맞추어 설계함에 동시에 배려 되지 않는 공간은 재설계 수준의 수정및 개선을 통해 확보를 해야 합니다.

이건 어디까지나 원자로 및 추진시스템을 기존 선체에 우겨 넣는거지, 원자력 잠수함 개발사 의 전부인 소음 차폐문제는 별도 입니다.

여하튼 어떻게 어떻게 장보고3에 원자추진기관을 넣었다 해도, 앞서 이야기 했듯이 디젤추진기관용에 최적화 된 선체이기 때문에 중량변화 와 무게중심 변화에 대한 해석 및 함을 제어하기 위한 변수 와 알고리즘이 또한 재설계 입니다.

또한 20노트가 한계 속도의 장보고3급을 다시 원자력 추진으로 인한 25노트 이상 속도 영역에서의 유체소음 과 스크류의 협대역 비공동소음 그리고 광대역 공동소음에 대한 새롭게 반영 해석을 해야 하면, 해석 내용을 다시 선체에 반영, 함체 및 스크류의 재설계 또한 필수 이며, 장보고3에 반영 되지 않았던 속력구간에서 발생 되는 소음을 높은 정수압으로 감쇄하기 위해 안전잠항심도 요구성능이 높아지면 함체 강도에 대한 해석이 다시 이루어져야 합다.

앞서 잠깐 언급했던 소음 문제, 원잠 개발사는 원자로의 증기터빈 및 감소치차 그리고 냉각수 순환펌프에서 나오

는 소음과의 전쟁의 역사라 할 만큼 핵심 중 핵심 입니다.

관련 방음,방진 기술 및 시스템은 해당국가의 핵심전략기술로 분류 되어 넘겨주지도 않습니다.
중국이 러시아 와 원잠 기술을 협력 할때도 중국의 온갖 당근책에도 러시아는 원잠의 방진,방음 시스템 및 기술

은 눈꼽 만치도 넘겨지지 않았을 정도로, 40여년간 원잠은 운영하면서 쌓인 정수 중 정수 입니다.

원자로 자체의 고,중주파 소음차폐를 넘어, 안전성 소음 모두를 위한 밸런스 유지, 원자로를 둘러싼 밸브와 주변액세서리 대한 소음 차단 기술 또하한 엄청난 노하우가 필요한 부분 입니다.

앞서 이야기한 원자로 처럼 이러한 문제 때문 독자개발이 아닌 프랑스의 바라쿠다급을 롤모델로 핵심기술

의 이전,협력이 가장 현실적이라는 이야기가 나오는 이유 입니다.

간단히 몇가지 문제점을 적었는데, 보시다피 평소 생각 된 그런게 아니지요?
장보고3급 개발에 투자한 금액은 KDDX급 개발 확정 전까지는 창군이래 최고의 개발비이였습니다.

한국형 원잠은 개발비 와 개발기간은 KDDX도 뛰어 넘을 가능성은 100% 입니다.

한마디로 평소 느꼈던 SMART원자로 와 장보고3급을 조합하여 한국형 원잠이 뚝딱 만들어 질것 이라는 생각은
앞으로 버리시기들 바랍니다.

허접한 긴글 읽어 주셔서 매우 감사 드립니다.