탄도탄 요격위해 SM-3 미사일 발사하는 미 구축함 Bulkeley (DDG 84)함

미 해군 Arleigh Burke급 유도 미사일 구축함 USS Bulkeley (DDG 84)함이 At-Sea Demonstration (ASD) / Formidable Shield (FS) 2025 훈련 중 탄도 미사일을 요격하기 위해 Standard Missile 3을 발사했다. ASD/FS 25는 미국 제6함대가 주최하고 NATO 해군 타격 및 지원 부대가 실행하는 유럽 지역에서 진행되는 최대 규모의 해상 실사격 훈련이다. ASD/FS 25는 NATO 지휘통제 보고 구조를 활용해 연합군의 상호운용성을 강화하기 위해 설계된 통합 공중 및 미사일 방어 환경에서의 합동 실사격 훈련이다. 

SM-3(Standard Missile 3)는 이지스 시스템을 사용하는 탄도탄 방어 미사일로 미국 미사일 방어국(Missile Defense Agency) 주도로 레이시온에서 개발했다. 사거리와 요격고도가 매우 길고 높으며, 일본이 개발에 참여한 Block 2A 버전은 ICBM 대륙간탄도미사일과 인공위성 요격에 이용할 수 있다.

SM-3는 고체부스터와 2단 로켓엔진을 장착해 사정거리를 늘릴 예정이었던 SM-2 Block 4를 기반으로 3단 로켓으로 확대해서 지구 저궤도(500km)까지 올라갈 수 있도록 설계됐다.위성 발사용 로켓처럼 고체부스터 → 1단 → 2단 → 페어링 → 3단 → 키네틱 탄두 순으로 잇따라 분리된 후 탄두의 적외선 센서가 탄도탄을 찾아 운동에너지로 직격하는 방식으로 운용된다. 이때 탄두는 측방에 탑재된 가스 분사구로 자세 제어를 하면서 목표까지 날아간다.
이 미사일은 극단적으로 고고도 탄도미사일 요격에 치중된 미사일이기 때문에 대기권 내에서는 운용이 불가능하다. 그 때문에 육군은 THAAD와 PAC-3, 해군은 SM-2와 SM-6를 통해 중저고도 방공을 보완한다.

직격비행체는 영어로는 Kill Vehicle이라 부르는 부분이며, 실제로 적 탄도탄을 직접 타격한다.이 부분에는 탐색기와 유도조종컴퓨터, 그리고 궤도 및 자세제어용 로켓인 DACS만 들어있고 흔히 미사일에 탑재되는 '폭약'이 없다. 미사일 자체의 운동에너지로 표적을 파괴하기때문에 운동에너지 탄두(KW, Kinetic Warhead)라고 부른다. 혹은 LEAP(Light weight Exo-Atmosphere Projectile, 경량 외기권 비행체)이라 부르는데, 기존에 더 대형으로 개발되던 직격비행체 시스템에 비하여 함상운용을 위해 극단적으로 크기를 줄이는 프로젝트에서 비롯돾기때문이다.

직격비행체는 SM-2 미사일의 레이더 탑재부로 대기권 내에서는 페어링이라 부르는 미사일 앞부분의 덮개에 덮여 있으며, 대기권 바깥에서 이 부분이 분리된 뒤 3단 로켓의 추진력이 소지되면 분리된다. 이후 직격비행체 자체에는 자세/궤도수정용 로켓만 있을 뿐 속도를 더해주는 추진로켓은 없으나 이미 속도가 마하 7, 8급으로 가속된 상태인데다가 우주에서는 공기저항이 없으므로 속도가 줄어들 일도 거의 없다. 

SM-3는 전방 고정형(상하좌우 구동이 안됨) 적외선 영상 탐색기를 사용한다. 블록1A는 중파장대역(MWIR)만 사용하는 1 color 방식이며 블록1B 부터는 중파장/장파장(MWIR/LWIR) 대역을 사용하는 2 Color 방식이다. 탐색기 자체는 냉각형으로, 고압용기에 들어있는 가스를 탐색기 센서에 순식간에 분사하여 급속냉각하는 방식을 사용한다.고압용기는 탐색기 통 주변 바깥에 도넛 형태로 부착된다.

SM-2가 레이더 방식을 사용한 것과 달리 SM-3는 적외선 영상 탐색기를 사용한 이유는 일단 무게를 극단적으로 줄이기 위해서다. 대기권내에서 운용되는 미사일에 장착된 레이더는 그 자체가 많은 전력을 필요로 하는데다가 고주파 전파를 만드는데 들어가는 시스템등이 무겁다. 그러나 대기가 없는 외기권에서는 적외선이 대기에 의해 산란되지 않고 잡음으로 작용하는 바다, 지표면, 구름 등에 반사된 햇빛 같은 불필요한 열원도 없기 때문에 적외선 영상 탐색기의 탐지거리가 대략 20~30km에 달한다. 또한 적외선 영상 탐색기는 표적을 모양으로 구분하므로 그것이 표적부인 탄두인지, 아니면 적 탄도미사일에서 분리된 부스터 부분이나 아군을 속이기 위한 기만체(Dummy) 인지 구분하기가 더 쉽다. 또 대기의 산란등이 없다면 방향정확도 면에서 적외선 영상 탐색기가 레이더 탐색기보다 유리하다.

탐색기 센서자체는 탐색기 역할을 하는 통안에 중간에 매달려 있으며, 통 바닥쪽에는 주변 빛을 모아주는 거울이 있어 원리상으로 반사망원경과 유사하다. 탐색기 앞쪽은 원통형 햇빛가리개가 있으며 그 앞에는 아무것도 없다. 일반 적외선 미사일이라면 당연히 있는 보호용 투명창이 없다. SM-3의 탐색기는 외기권에서만 사용되는 것이므로 공기저항 등으로 부터 탐색기를 보호할 필요가 없기 때문이다.

DACS(Divert & Attitude Control System)은 우리말로 하자면 궤도 및 자세제어 장치다. SM-3의 직격비행체는 공기가 없는 외기권에서 운용되므로 카나드나 꼬리날개 같은 것으로는 방향이나 자세를 바꿀 수 없다. 그래서 우주선에서 주로 쓰는 DACS를 사용한다. DACS는 일종의 자세, 궤도(경로)의 수정 전용 로켓으로 로켓 분사구가 미사일의 측면에 있다.

로켓 노즐은 궤도수정용으로 직격비행체 무게중심 근처에 큰 것이 4개 붙어 있으며, 자세수정용으로 꼬리 부근에 6개가 붙어있다. 대기권 내에서는 측방향 로켓으로 미사일 자세를 바꾸면 공기의 마찰에 따라 전체 궤도(경로)도 바뀌지만, SM-3의 직격비행체는 주변에 대기가 없으므로 자세수정용 로켓과 궤도수정용 로켓이 별도로 있다. 자세제어용 로켓이 6개인 이유는 상하좌우 움직임(Pitch, Yaw) 뿐만 아니라 회전하는 방향(Roll)도 제어해야 하기 때문이다.

비슷한 체계인 THAAD는 DACS로 액체로켓을 사용하지만, SM-3는 무게절감을 위하여 고체로켓을 사용하였다. 이 때문에 THAAD의 것은 LDACS(Liquid-DACS), SM-3의 것은 SDACS(Solid-DACS)라고 부르기도 한다.

그런데 DACS는 일반 로켓처럼 한 번 터트리는 것으로 끝나는 것이 아니라 각 방향의 추력을 끊임없이 제어해줘야 한다. 그런데 액체로켓은 액체인 연료나 산화제가 연소실로 들어가는 양을 밸브로 조절하여 비교적 간단하게 추력을 제어할 수 있지만, 고체로켓은 고체덩어리인 연료가 한 번 타들어가면 그 타들어가는 속도를 조절할 방법이 없기 때문에 추력제어가 어렵다.

굳이 추력을 제어하려면 로켓이 노즐로 빠저나가는 통로 중간에 일종의 마개를 달아서 이것을 여닫아 노즐로 분출되는 연소가스의 양을 조절해야 한다. 근데 연료가 타서 만들어진 이 연소가스라는 것이 속도도 엄청 빠를 뿐더러 온도가 2천도 급이다. 특히 DACS용 고체로켓은 이 마개가 삭마(갈려나감)되는 것을 막기위해 연소가스의 질량을 높여주는 알루미늄 분말 등의 금속연료를 쓸 수 없다보니 그 자체의 온도가 더욱 뜨겁다. SM-3의 DACS용 연소가스는 온도가 2천 5백도에 달한다.당연히 일반 알루미늄이나 철강합금은 녹기때문에 이정도 온도를 버틸 수 있는 텅스텐 아니면 레늄 정도만 있다. 그런데 텅스텐은 복잡한 모양의 정밀성형이 어렵기 때문에 결국 SM-3는 레늄을 사용했다. 문제는 레늄이 희귀금속이라 상당히 고가이며 정밀 성형이 어렵다.
게다가 레늄은 텅스텐만큼 무겁기 때문에 모든 DACS 관련 부품을 레늄으로 만드는 것은 불가능하므로, 기본적으로는 탄소복합재를 사용하되, 군데군데 특히 삭마가 잘되는 부분은 레늄을 적용했다.

초기형인 SM-3 블록1A의 DACS는 좌우/상하 로켓 노즐을 짝지어서 그 분기점에 일종의 '레늄 코팅이 된 공'을 집어 넣었다. 이 공주변에는 다른 작은 유로가 있으며, 그 유로중 어느 한쪽에서만 연소가스가 소량 흘러나오면 전체 압력의 변화로 공이 좌우 분기점중 한 군데를 막아 버리는 개념이다. 이렇게 공이 한쪽을 막으면 남은 쪽으로만 연소가스가 공급되어 좌우/상하 추력에 불균형이 생긴다. 만약 중립상태를 유지하려면 공이 가운데 와서 양쪽 모두 추력을 만들게 된다. 
따라서 불필요한 연료소모를 좀 줄이고자 SM-3 블록 1A DACS의 고체추진제는 3단계로 되어있다. 처음 추진제를 태우고, 일정 경로는 DACS 사용 없이 날아가다가 다시 2번째 것고체연료를 사용하며 직격 직전에 남은 것을 사용하여 전체 작동가능 시간을 연장할수 있다.

이후 SM-3 블록 1B부터는 공 같은 간섭물을 사용하는 대신 로켓노즐 바로 근처에 일종의 마개인 핀틀(Pintle)을 다는 것으로 바뀌었다. 전기 작동기를 이용, 핀틀로 분사구를 막거나 열수 있다. 다만 노즐 근처는 연소가스의 속도가 매우 빠른 곳이어서 핀틀에 걸리는 힘도 큰데도 불구하고 아주 빠른 반응시간으로, 정확한 위치(단 1mm 차이로도 추력 크기가 확 바뀐다)를 잡아야 하므로 기술적으로 훨씬 어렵다. 결국 기술적 난이도에 더하여 폭증하는 연구비 때문에 유럽보다는 비교적 미국형 MD에 적극적인 일본과 협업을 하게 됐다. 이를 기존 것과 구분하기 위해 추력조절이 가능하다 하여 Throttleable DACS, 즉 TDACS라 부른다.

 

2008년 2월 21일, 미해군은 자국의 고장난 첩보위성 USA-193을 위성 격추용으로 개조된 SM-3를 사용해 고도 247km에서 격추했다. 당시 위성과 SM-3의 상대속도는 36,667km/h(마하 30)이었다. 위성의 속도는 마하 23이었고 SM-3가 마하 7이었다.
이 사례는 사실상 SM-3에 ASAT(對인공위성) 능력이 있다는 것을 시사하는 것으로 고도와 사정거리가 크게 연장된 Block IIA라면 주로 500~1000km 고도를 공전하는 저궤도 정찰위성 정도는 무리없이 격추가 가능할 것으로 예상된다.

SM-3 Block 1A, 1B는 미국이 직접 개발했으며 사정거리는 약 700km, 유효고도는 500km 정도로 SM-3 Block 1A는 SRBM과 MRBM 까지, SM-3 Block 1B는 IRBM 까지 요격할 수 있지만, Block 2A 부터는 유효고도와 사정거리가 각각 1200km/2500km로 늘어나고 키네틱 탄두 크기를 키워 IRBM 이하 탄도 미사일에 대해 더 넓은 범위에서의 대응능력을 갖게 되는 것은 물론, 제한적인 ICBM 요격능력도 확보하게 된다.

Block 2A 개발 및 생산에는 일본이 공동참여하게 되는데, 일본 측은 미쓰비시 중공업을 주계약자로 노즈콘과 탄두의 QWIP(Quantum Well Infrared Photodetector:양자 우물 적외선 검출기) 시커, 2단/3단 로켓을, 미국은 레이시온이 MCT(Mercury Cadmium Telluride 화합물) 중적외선 검출소자와 주탄두, 1단 고체 부스터, 체계 통합을 담당한다.

개발비는 총 30억 달러로 미국이 20억 달러, 일본이 10억 달러를 투자했다.

미국 국방부나 미군 측에서 공식적으로 확인한 바는 없으나, USNI에서 익명의 군 당국자를 인용하여 2024년 4월 이란의 대규모 이스라엘 미사일 공격 시도에 동원된 이란군 탄도미사일의 요격을 위해 실전 투입되었다는 보도가 있다. 텔레그래프도 이 보도를 인용해 보도했다. 2024년 10월 이란의 이스라엘 미사일 공격에 대한 방어 지원을 위해 또 다시 SM-3 12발이 동원됐으며, 전탄 명중했다고 한다.특히 SM-3 Block IIA도 상당수 사용되었다는 사실이 밝혀지면서 블록 2A 사양이 처음으로 실전에 데뷔한 것이 확인됐
2025년 1월, 미 해군은 홍해에서 이루어진 후티 반군과의 교전 중 소수의 SM-3를 사용했다고 밝혔다.(나무위키)