소형모듈원자로(SMR)의 국방분야 활용 방안: 주요국 사례와 한국 국방에서의 시사점

첫째, 군사용 SMR은 원격지에서 활용 가능성이 높은 만큼 극한 환경 대응 설계가 요구된다. SMR은 수동형 냉각 시스템을 포함한 높은 안전성을 확보하고 있으나 극한 환경에서는 냉각 효율 저하 등 설계 한계가 발생할 수 있다. 특히 도서 지역이나 전장 등에서는 냉각수 확보가 어렵고 열 배출이 제한되어, 기존 설계로는 동결·과열 위험이 존재한다. 이에 따라 극한 조건에서도 운용 가능한 설계가 고려되어야 한다. 이를 해결하기 위해서는 공기 냉각 또는 복합 냉각 시스템을 통해 냉각수 의존도를 낮춰야 한다. 또한, 이동과 설치가 쉬운 모듈형 열교환 시스템을 개발해야 한다. 더불어 실시간 모니터링 및 제어 시스템이 요구되며 기술적 설계뿐 아니라 군 운용 시나리오와 정합성, 기후별 운용 매뉴얼 개발, 복수 플랫폼 간 연계성 확보 등 정책적·제도적 측면도 함께 고려해야 한다.

둘째, SMR의 연료 사이클 관리는 운용 지속성과 직결되는 핵심 요소이다. SMR은 일반적으로 3~5년의 긴 연료 주기를 가져 에너지 자립성에 유리하나, 군사작전의 특성상 예상치 못한 변수로 인해 계획 외 재보급이 필요할 수 있다. 장기 운용 가능한 고성능 연료 개발, 모듈화된 연료 교체 시스템, 운송용 방호 패키징 기술, 현장 저장 및 처분 방안 등의 기술 개발이 필수적이다. 더불어 국제 규범(NPT) 준수를 위한 사용후 핵연료의 안전한 관리 체계가 마련되어야 한다. 기술적 문제 뿐만 아니라 핵연료 확보를 위한 군수·보급 체계, 민간 규제기관과의 협력, 작전계획 연동성 등 제도적 접근도 필요하며, 안정적 SMR 운용을 위해서는 통합적 연료주기 전략 수립이 효과적이다.

셋째, 앞서 언급한 연료 사이클 관리와 연계하여 방사선 차폐와 폐기물 관리는 복합적인 도전 과제다. 군용 플랫폼(함정, 이동형 기지 등)은 공간과 중량 제약으로 기존의 대형 방사선 차폐 기술을 적용하기 어렵다. 제한된 공간에서 고효율·경량 차폐 시스템 개발이 필수적이며, 특히 고에너지 중성자 차폐를 위한 신소재 개발이 요구된다. 방사성 폐기물 처리는 군사작전 환경 특성상 중앙집중형 관리가 어렵고 현장 저장·밀봉이 필수적이다. 폐기물 발생량 최소화, 폐기물 분류, 모듈형 밀봉 저장 기술 개발이 필요하다. 또한, 작전 종료 후 폐기물 반출 절차는 작전계획 단계에서 사전 준비되어야 한다. 폐기물 관리 문제는 민군 통합 폐기물 관리체계 구축, 국제적 방사선 안전기준 준수, 군 작전에 특화된 관리 매뉴얼 수립 등 정책적 영역으로 확장될 필요가 있다.

물리적 방호는 SMR 국방분야 적용을 위해서 가장 중요한 필수 과제다. 전장이나 적대적 지역에 배치된 SMR은 핵물질이나 원자로 자체가 공격·탈취 위협에 노출될 수 있어서 주변 환경에 큰 피해를 줄 수 있다. 또한, 이동형 SMR의 경우 이동 중 적의 공격이나 전자전 공격 위험이 있어, 다중 방호구조, 실시간 감시·원격 대응 시스템, 방탄 설계 등 군사적 특수성을 반영한 물리적 방호 기술이 요구된다. 또한, 인적 보안 강화(신원 조사, 보안 교육, 심리 평가 등)가 병행되어야 하며, 비상대응 절차 수립도 필요하다.

한편, SMR 기술은 민간용 전력 생산을 목적으로 개발된 만큼 이중용도 기술로 활용될 가능성이 높다. 국내에는 민군 기술 전환 과정에서 이를 관리·감시할 독립적 기술검증이나 평가 기준이 미비하여 국제적 의심과 외교적 문제가 발생할 수 있다. 이를 방지하기 위해 민군 기술이전 법제 정비, 기술 설계 단계에서 전용 방지 구조 설계 지침 마련, R&D 단계부터의 전용 가능성 평가 체계 구축이 필요하며, 국제사회의 신뢰를 확보할 수 있는 기술적·제도적 장치가 필수적이다.

더불어 국방 분야에서의 소형모듈원자로(SMR) 활용은 국제 비확산 규범, 특히 핵확산금지조약(NPT)과 국제원자력기구(IAEA)의 안전조치(Safeguards) 체제와 제도적으로 충돌할 여지를 갖고 있다. NPT는 핵무기 개발·보유를 금지하며, IAEA는 민간 시설을 대상으로 사찰과 핵물질 관리를 수행하지만 군사시설은 통상적 사찰 체계로부터 배제될 가능성이 존재한다. 이를 극복하기 위해서는 SMR이 NPT의 비무기적 군사 원자력 활용 허용 범위를 넘지 않도록 저농축 우라늄(LEU) 사용, 폐쇄형 연료주기 등 전용 가능성을 차단하는 설계가 필요하다. 또한, 투명한 운영과 함께 자발적 사찰 및 이슈 사전 차단을 위한 국제협력을 강화해야 한다.

SMR의 국방분야 도입에 있어서 국내의 규제 체계, 기술보호와 국제협력 간 딜레마, 경제성 문제는 중요한 제약 요소로 작용하고 있다. 가장 현실적인 제약 중 하나는 국내 법·제도 간의 이중규제 체계로 인한 충돌이다. 현재 한국의 원자력 관련 규제 체계는 민간 원자력 시설을 전제로 설계되어 있으며, 군사용 SMR과 같은 새로운 유형의 군-민 융합 기술에는 제도적 미비점이 다수 존재한다. 우선, 원자력안전법은 민간 주도의 원자력 이용에 초점을 맞추고 있으며, 발전소 설계·건설·운영에 대한 안전성 기준, 인허가 절차, 사찰 및 검사 체계가 민간 전력 공급이라는 전제에 기반하고 있다. 반면, 국방과학기술진흥법은 무기체계, 군사장비, 국방 R&D의 신속성과 보안성을 보장하기 위한 별도의 절차를 규정하고 있다. 이 두 법률은 적용 대상과 목적에서 상이하기 때문에, 군사용 SMR이 어느 법률의 적용을 우선 받는지에 대한 명확한 기준이 부재하며, 이는 실질적인 인허가 공백과 책임 불분명 문제를 야기한다. 이러한 제도적 장벽을 해소하기 위해서는, 원자력안전법 내에 국방 특화 SMR 운용에 대한 특례조항을 신설하거나, 별도의 군 전용 원자력 규제체계 및 인허가 모델을 도입하는 방안이 검토될 필요가 있다. 예를 들면, 미국은 해군 원자력 추진체계에 대해 NRC의 인허가 체계와 분리된 구조를 유지하고 있으며, 국방부와 에너지부 산하의 해군 원자로 프로그램을 통해 독자적인 안전 기준과 내부 승인(authorization) 절차를 적용하고 있다. 영국 또한 국방안전규제당국(Defence Nuclear Safety Regulator, 이하 DNSR)을 별도로 두어, 민간 원자력 규제기관인 원자력규제청(Office for Nuclear Regulation, 이하 ONR)과 구분된 군 특화 원자력 안전 관리 체계를 운용하고 있는 사례가 있다. 한국도 국방부, 원안위, 산업부 등 관계기관 간의 역할 분담과 통합조정 절차를 거쳐 민간 원자로와 분리된 관리 체계가 수립되어야 SMR의 국방분야 활용이 제도적 병목 없이 현실화될 수 있을 것이다.

이와 더불어, 기술 보호와 국제협력 사이의 상충 문제도 존재한다. SMR은 첨단 설계기술과 핵연료 관리 등 국가 핵심기술을 포함하는 민군 겸용 기술로, 기술 유출과 무단 활용의 위험이 높다. 민군협력 과정에서는 기술 보호 체계 및 관리 기준의 간극으로 인해 원활한 협력 추진이 어렵고, 국제 공동개발이나 기술 협력 시 외국의 수출통제 및 지식재산권 보호 체계와의 충돌 가능성으로 인해 협력이 지연될 우려가 있다. 따라서 민군 기술 협력의 제도화와 지식재산권 보호, 기술 보안지침의 명확한 설정, 그리고 기술 협력 대상국과의 기술보호를 위한 협약 체결 등 체계적 접근이 바람직하다.

경제적 타당성은 기술적 가능성 못지않게 중요한 고려 요소이다. 특히 군용 SMR은 아직 민간 부문에서도 상용화가 이루어지지 않은 기술로, 생산 규모가 극히 제한적이며, 이로 인해 개발·제작 단가가 고정비 중심의 고비용 구조를 가지게 된다. 이는 대량 생산을 전제로 한 민수용 SMR과 달리, 단일 또는 소수 기지에 적용되는 군 전용 SMR의 경우 단가 부담이 기하급수적으로 커질 수 있음을 의미한다. 관련 연구에 따르면, 군용 SMR의 도입은 에너지 자립성과 전략적 이점에도 불구하고, 경제성 측면에서는 순현재가치(Net Present Value, NPV) 기준으로 부정적인 결과를 나타낸다고 평가되었다. 특히 건설 비용, 폐기물 관리, 연료 보급, 인력 유지 등에 드는 총소요 비용이 기대 편익을 초과할 가능성이 높다는 점을 지적하고 있다. 또한, 높은 신뢰성과 안전성, 이동성을 충족하기 위해 초기 설계, 실증, 보안시설 구축 비용이 막대하며, 운용 후 비용 및 원자로 해체비용 등 생애주기 비용도 상당하다. 더욱이 국내에서는 민간 부문조차 아직 SMR 실증 단계에 머무르고 있어, 군이 독자적으로 선도적 투자 역할을 맡는 것은 기술 리스크를 고스란히 부담하게 되는 구조가 된다.

SMR의 국방분야 적용 가능성을 실증하고 제도적·기술적 기반을 확보하기 위해서는 앞서 설명한 바와 같이 민군협력 시범사업의 단계적 검토가 필요하다. 초기 단계에서는 군사기지 내 SMR 설치를 통해 해당 기술의 작전 운용 적합성을 검증하는 것이 핵심이다. 시범 적용 지역으로는 국가 전력망 의존도가 낮고 전략적 가치가 높은 도서·격오지가 될 수 있는데, 예를 들어 백령도, 연평도, 울릉도와 같은 해병대 또는 해군 기지 등이 적합하다. 이들 지역은 외부 전력망으로부터의 단절 위험이 상존하고 있으며, 연료 수송 및 전력 안정성 확보 측면에서 SMR의 효과를 입증할 수 있는 실증 가능성이 높은 지역으로 평가될 수 있다. 사업 추진 방식으로는 국방과학연구소, 한국원자력연구원, 한국수력원자력, 두산에너빌리티 등 민간 원자력 기술 주체와 군 당국 간 공동 컨소시엄 또는 실증 협약체계를 구성하는 방안을 고려할 수 있다. 특히, 초기 단계에서는 규제 샌드박스 제도를 활용하여 원자력안전위원회의 제한적 인허가 및 실증 운용이 가능하도록 제도적 유연성을 확보해야 한다. 또한 시범사업은 단계적 확산 전략에 기반해야 하며, 초기 소출력 SMR을 도입하여 안전성과 운용 효율을 검증하고, 이후 중·고출력 SMR로 확대 적용하면서 다양한 작전환경에 맞는 군용 SMR 표준 모델을 개발하는 방식으로 설계될 수 있다. 이와 같은 단계적 실증 모델은 향후 한국군의 작전 능력 강화는 물론, 해외 군사·개발도상국을 대상으로 한 수출 전략에도 의미 있는 기여를 할 수 있을 것으로 기대된다.

군사적 환경에서의 SMR 실증은 단순한 기술 검증을 넘어서 해외 수출을 위한 중요한 중요한 참고 사례로 활용될 가능성이 있다. 전장 환경과 격오지에서의 운용 경험은 민간 수요국 입장에서 신뢰성과 안전성을 입증받은 사례로 해석되며, 이는 한국형 SMR의 수출 경쟁력을 강화하는 데 경쟁력 강화의 하나의 요소로 평가될 수 있다. 특히 에너지 안보가 핵심 과제로 떠오른 개발도상국 등은 안정적인 전력 공급 수단과 더불어 전략적 동반관계를 원하는 경우가 많다. 이러한 국가들에 대해 민군겸용 SMR 패키지를 수출하는 방안은 단순한 전력공급을 넘어서 교육, 유지보수, 공동 개발 등 복합 파트너십 모델로 진화할 수 있다. 한국은 이미 방산 수출과 원전 기술 수출 양쪽에서 실적과 경험을 보유하고 있다. 이 두 분야의 융합을 통해 SMR 수출 전략을 추진할 경우 단순 기술 이전을 넘어선 원전-안보 복합 수출 모델을 제시할 수 있으며, 차별화된 경쟁 우위를 확보할 가능성이 있다. 이러한 전략을 실행하기 위해서는 범정부적 수출 지원 체계를 구축하고, 군사적 실증 데이터를 수출 패키지에 포함시킬 수 있도록 제도적 장치를 마련해야 한다. 나아가, 수출 대상국과의 군사·산업 협력 MOU 체결, 기술 이전 범위 및 핵안보 협약 기준 정립 등도 병행되어야 한다.

군사용 SMR의 개발 및 적용은 기술적·제도적 문제뿐 아니라 국제적 협력 네트워크 구축을 통해 실현 가능성을 높일 수 있다. 특히, IAEA와의 협력을 통해, 군사 목적 SMR 개발이 핵비확산 체제와 충돌하지 않도록 투명성과 안전성 중심의 감시체계를 구축해야 하며, 핵물질의 보안성과 비확산 투명성이 중요한 만큼 우방국과의 기술 공유 및 공동 실증 체계 확보가 요구된다. 특히, 미국과의 협력을 통해 Project Pele 등 군사용 원자로 실증사업 경험과 핵심 설계 기술을 벤치마킹하고, 나아가 NATO와의 협력 가능성을 적극 모색할 필요가 있다. 특히 NATO 내에서 전력망 독립성 확보 방안으로 SMR 도입 논의가 본격화될 때 한국형 SMR이 포함된다면 국제 방산 네트워크 편입과 수출 기반 마련에 중요한 교두보가 될 수 있다. 이를 위해 정부는 외교·안보·산업 부처 간 연계 정책을 정비하고, 기술 보호와 확산 방지 간 균형을 고려한 포괄적 국제협력 로드맵을 준비하는 것이 바람직하다.

SMR을 국방분야에 도입하기 위해서는 현행 법제도의 보완 및 정비가 요구된다. ‘원자력안전법’은 민간 중심의 원자력 시설에 대한 규제 체계를 기반으로 설계되어 있어, 군사적 특수성을 반영한 SMR 운용에는 제도적 한계가 존재한다. 예컨대 군 기지 내 원자로 설치에 대한 인허가 절차, 군사기밀 보호와 안전규제 간의 균형 등은 기존 체계에서 명확히 다뤄지지 않는다. 이에 따라 국방부와 산업통상자원부가 공동으로 추진하는 특례법이 고려될 수 있으며, 이 특례법에는 군사 작전 환경에 특화된 안전 기준, 비상 대응 매뉴얼, 기밀 보호 절차 등을 포함함으로써, 기존 법률 체계의 공백을 보완할 수 있다.

또한 ‘군사시설보호법’에 군 기지 내 원자로 설치 기준 및 절차를 명문화하고, ‘대외무역법’에서 군사용 SMR의 전략물자 수출입에 대한 통제 기준과 승인 절차를 명확히 하는 것이 바람직하다. 더불어 민군 협업을 제도적으로 뒷받침하기 위해서는 ‘국방과학기술혁신 촉진법’과 같은 기존 법률에 민군 원자력 기술 협력 조항을 신설하는 방안을 검토하는 등 포괄적 법제도 정비도 고려되어야 한다.

군사시설 내 원자로 설치는 물리적ㆍ사이버 공격, 기술 실패 등 복합적 위협에 노출될 수 있으므로, 이에 대비한 선제적 위험 관리 체계 구축이 필요하다. 무엇보다 적성 국가의 국지적 도발이나 미사일 공격 시나리오를 고려한 물리적 방호 핵심 고려 요소로 평가된다. SMR은 고가치 표적(high-value target)으로 간주될 수 있으며, 전시 혹은 평시 위협으로부터의 생존성을 보장하기 위해 지하화·분산 배치·복수 방호벽 설계 등의 다층적 방호 전략이 요구된다.

기술적 측면에서는 사고 시 비상정지 시스템, 자동 냉각, 원격제어 등 안전장치 신뢰성과 복원력 검증, 이상 징후 탐지 및 경보 시스템 도입이 요구된다. 아울러 군 특화형 방화벽, 독립 네트워크 체계 구축과 운용 인력 보안 등급 관리, 위기 대응 훈련 프로그램 마련을 병행해야 한다.

궁극적으로는 국방부, 원자력안전위원회 등 관련 기관 간 협조 체계를 기반으로 한 통합적 위기관리 매뉴얼을 마련함으로써, 군사작전 중에도 SMR이 안정적으로 작동할 수 있는 국가 차원의 방호·안전 기반을 구축하는 것도 고려해야 한다.