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어떤 생물도 종족을 유지해 가는 데 있어서 전혀 부적합한 형질을 가진다는 것은 있을 수 없으나, 보통 적응이라고 할 경우에는 개개의 형질에 대해 그것이 생존 또는 번식하는 데 있어 유용한 것을 말한다. 식물의 꽃잎이 3개냐 5개냐 하는 것은 반드시 적응에 관계되는 형질은 아니지만, 꿀샘의 존재는 곤충을 유인하는 데 도움이 되는 적응형질이며, 꽃잎에 곤충이 앉았을 때 화분이 곤충의 몸에 잘 묻도록 되어 있는 꿀풀과(科)나 난초꽃의 구조에서는 적응이 한층 두드러진다.
그러나 어떤 형질이 적응된 것인지 아닌지, 또 적응 정도가 어느 정도인지의 판정은 쉬운 문제가 아니다. 집단유전학에서는 어떤 유전자형과 그에 대립하는 유전자형이 다음 대에 남기는 번식가능한 자식의 수의 상대값을 기준으로 하여 적응값의 개념을 세우고, 이것을 적응현상의 수량적 표현으로 삼고 있다. 즉, 몇 개의 대립하는 유전자형이 있을 때, 다음 대에 남기는 번식가능한 자식의 수가 최대인 것의 적응값을 1로 하고, 다른 것은 이것과의 상대값으로 나타낸다.
그리고 한 개체가 성장하는 동안에 환경의 영향을 받아 그 환경에 적합한 형질을 나타낼 때, 그것을 적응이라고 부르기도 한다. 일광의 조사를 많이 받는 생활을 계속하여 피부에 색소가 증대되어 몸을 방호(防護)하는 것은 그 하나의 예이다. 급히 달릴 때 숨이 가빠지거나 또는 밝은 곳이나 어두운 곳에서 눈동자의 크기가 조절되는 것 등의 일시적 변화는 순응(順應)이라 하여 적응과는 구별된다. 또한, 한 개체만의 변화도 조절 또는 순응에 포함시킬 수가 있다. 진화에서 생활조건이 현저하게 변화하여 어떤 형질이 부적합한 채로 잔존되거나, 발달하거나 하면 그 생물은 멸망에 가까워진다.
열역학적 정의.
주변 환경의 기울기를 활용하여 자신의 불완전한 사본을 만드는 열린 계를 의미한다. 다시 말해 외부의 에너지와 상호작용을 하는 개체로 정의한다. 외부의 에너지를 뺏어와 계의 전체적인 열적 평형을 이루는, 그리고 취득한 에너지는 활동, 배설, 죽음 등의 형태로 다시 자연계로 배출시키는 거시적인 열역학법칙의 관점에서 보면 생명체는 단순히 에너지의 입출입 시스템이다.
용불용설.
이와 같은 현상이 새로운 종(種)의 진화 원인이라고 그는 생각하였다. 즉, 많은 동물에서 볼 수 있는 특수한 형태나 작용을 갖는 기관은 이렇게 하여 생긴 것이며, 또한 퇴화기관으로 알려져 있는 많은 흔적기관(痕跡器官)도 이렇게 하여 생긴 것이라고 그는 설명하였다.
라마르크(Jean-Baptiste Lamarck)는 1809년에 출간한 《동물 철학 (Philosophie Zoologique)》에서 생물종이 점진적으로 변화하는 기본 원리를 처음으로 제시하였다. 《동물 철학》에는 진화가 일어나는 기본 법칙이 두 가지로 설명되어 있다.
첫 번째 법칙은 종 내에서 특정 형질의 변화가 일어나게 되는 기작에 대한 설명이며, 두 번째 법칙은 그러한 변화가 번식 과정에서 다음 세대에게 전해짐으로써 종의 점진적인 변화를 이끌어낸다는 것이다. 용불용설은 한 개체에서 형질의 변화가 일어나는 원인을 설명하는 이론으로 첫 번째 법칙에 해당된다. 이와 같은 맥락에서 그의 이론을 형질전환 이론(theory of transformation)이라고 칭하기도 한다.
이용과 불용(Use and Disuse).
용불용설의 개념을 설명하는 전통적인 예로 기린의 목이 늘어나는 과정을 들 수 있다. 기린은 일생 동안 높은 가지에 있는 잎을 먹기 위해서 목을 늘이는 것을 되풀이 하였다. 이러한 과정을 오랜 기간 지속한 결과 기린의 목은 점점 늘어나게 되었다. 라마르크는 기린이 목을 늘이는 현상이 일어나는 원인을 "완벽함을 향한 자연적인 경향성 (natural tendency toward perfection)"으로 설명하려 하였다.
라마르크가 이용한 또 다른 예는 물새의 발가락이다. 물새는 물을 가로지르며 수영하는 행동에서 발가락을 늘이는 노력을 들이게 되었고, 그 결과 수영하기에 더 적합한 길고 물갈퀴가 달린 발가락을 가지게 되었다. 이러한 두 가지 예는 어떤 기관을 사용함에 따라 그 형질이 변화하고 발달해 나가는 과정을 설명해준다.
같은 맥락으로, 라마르크는 어떤 기관을 사용하지 않으면 형질이 약화되어 축소될 것이라고 믿었다. 예로 들어, 펭귄의 날개는 날기 위한 용도로 사용되지 않게 되어 점차 퇴화되어 작아졌을 것이다. 용불용설은 많은 동물에서 볼 수 있는 특수한 형태나 작용을 갖는 기관은 이렇게 하여 생긴 것이며, 또한 퇴화기관으로 알려져 있는 많은 흔적기관(痕跡器官)도 이렇게 하여 생긴 것이라고 설명하고 있다.
획득 형질의 유전(Lamarckian Inheritance).
개체 수준의 변화는 번식을 통해 다음 세대로 전해져야 유지될 수가 있다. 이를 설명하기 위해 라마르크는 획득 형질이 유전되는 기작을 다음과 같이 설명하였다.
그는 한 개체가 일생 동안 획득한 형질을 자손에게 물려줄 수 있다고 믿었다. 기린의 경우, 목을 많이 사용함으로써 긴 목을 얻은 개체의 자손은 부모의 형질을 물려받아 긴 목을 가질 것이라고 생각하였다. 환경의 변화가 생물체의 행동을 변화시키고, 행동의 변화는 특정 기관의 발달이나 퇴화를 유도한다. 이는 자손에게 전해져서 시간이 흐름에 따라 뚜렷한 형태의 변화가 나타나게 되고, 그 결과 종의 점진적인 변이가 일어나게 된다는 것이다.
라마르크의 첫 번째 법칙은 종의 다양성이 생기는 기작을 설명하기에 적절했지만, 두 번째 법칙은 경험적으로 설명되지 못했기 때문에 당시에는 논쟁의 대상이 되었다. 이후 멘델(Gregor Mendel)이 유전의 분자적인 특성을 밝힘으로써 획득된 형질은 유전되지 않음이 증명되었다. 그럼에도 불구하고, 라마르크의 이론의 의의는 종의 다양성이 생겨나는 기본 원리를 처음으로 제시하였다는 데에 있다. 이로부터, 진화적인 변화는 점진적으로, 끊임없이 일어난다는 현대 진화이론이 발전하였다. 그는 고대의 바다 조개를 연구하면서 오래된 것일수록 생김새가 단순하다는 것을 발견하였으며, 이를 통해 종은 단순한 것에서 출발하여 끊임없이 복잡한 것을 지향한다고 결론지었다.
적자생존.
적자생존은 생존경쟁의 원리에 대한 개념을 간단히 함축한 말이다. 이 말은 다윈(C. Darwin)의 진화론에 대한 원리로 잘 알려져 있지만, 다윈이 처음 사용한 말이 아니며 영국의 철학자이자 경제학자인 스펜서(H. Spencer)가 1864년 "생물학의 원리(Principles of Biology)"라는 저서에서 처음 사용했다.
용어의 역사.
1851년에 자유시장경제에 대해 서술한 "사회 역학(Social Statics)"이나 1862년의 "철학의 새로운 시스템을 위한 첫 번째 원리(First Principles of a New system of Philosophy)"까지도 스펜서는 적자생존이라는 말을 쓰지 않았고, 이 때는 다윈의 저서 "종의 기원(Origin of Species)"을 보지 않았던 것으로 추측된다. 하지만 다음과 같은 구절을 통해 적자생존이라는 말을 사용하고 있다.
적자생존은 스펜서의 1884년 저서인 "개인 대 국가(The Man Versus The State)"에서 더욱 강하게 사용된다. 그는 여기서 더 좋은 물건과 서비스를 제공하는 회사는 살아남아 시장을 점령하고, 이러한 소비자의 경향에 잘 따라오지 못하는 회사는 경쟁에 의해 도태된다는 이론을 주장했다. "종의 기원" 4판까지 다윈은 자연선택이라는 단어를 주로 사용했다. 하지만 진화론에서 중요한 역할을 한 과학자인 월리스(A.R. Wallace)는 선택(selection)이라는 용어가 인위적인 느낌을 가진다고 생각했고, 다윈도 결국 거기에 동의한다. 그래서 스펜서의 "생물학의 원리"에서 경제학과 생물학을 동일선상에 놓고 적자생존이라는 용어를 쓴 것을 착안, 1869년에 나온 "종의 기원" 5판에서는 자연선택과 동일한 의미로 적자생존이라는 단어를 사용하기 시작한다. 다윈은 여기서 적자생존이라는 문구를 만든 공적을 모두 스펜서에게 돌리고 있으며 자연선택에서 인위적인 느낌을 제거했다는 면에서 이 문구를 높이 평가하고 있다. 그러나 시간이 지나면서 적자생존이라는 문구는 진화론의 모든 것을 설명해 줄 수 있는 문구처럼 일반인들에게 받아들여지기 시작했으며 이는 결국 사회적 다윈주의(social Darwinism)와 우생학(優生學: eugenics)까지 낳는 결과를 초래한다. 이러한 이유 때문에 오히려 진화생물학에서는 적자생존이라는 문구를 쓰지 않게 되었으며 현재 자연선택과는 다른 의미로 보고 있다.
용어의 의미.
적자생존은 본래 의 번역 용어이다. 때문에 이 문장을 그대로 번역하면 "가장 적합한 자의 생존"이 된다. 이 의미는 적자생존이라는 번역 문장이 되면서 "가장 강한 자의 생존"이라는 식으로 주로 생각되지만, 강하다 약하다 하는 것은 이 "적합"과 아무런 상관이 없다. 적합은 환경에 대한 적응도(fitness)를 이야기하는 것으로, 환경이 변화하는 것에 따라 이 적응도도 변화하기 때문에 이를 강함이나 약함으로 간주할 수 없는 것이다. 실제로 현대 생물학에서 적응도라는 개념을 사용할 때는 다음 세대로 가는 일종의 번식 성공률(reproductive success)으로 본다. 또한 적자생존은 순환적이라는 부분에서 자주 공격을 받아 왔는데 즉 "살아 남기 때문에 적합하고", "적합하니까 살아 남는다"는 식의 순환논리가 되고 만다는 것이다. 이러한 순환논리라는 약점 때문에 현대 진화생물학에서는 적자생존이라는 문구를 잘 사용하지 않는다.
생명의 기원.
자연발생설.
이 설에 의하면 생물은 어버이가 없이도 생길 수 있다. 자연발생에 관한 최초의 관념은 민달팽이 ·개구리 ·쥐 등이 돌연히 나타나는 것처럼 보이는 것에 근거하고 있다. 지금부터 2000년 전 아리스토텔레스도 무척추동물뿐만 아니라 고등척추동물도 자연발생한다고 주장하였다. 17세기에는 독에서 쥐의 새끼를 낳게 할 수 있다는 처방이 발표되었는가 하면, 한편으로는 프란체스코 레디(Francesco Redi)가 썩은 고기에서 구더기가 자연발생한다는 생각은 잘못이라는 것을 실험으로 제시하였다. 18세기 초 끓인 육즙 속에서 미생물이 발생한 것을 보고 적어도 미생물만은 자연발생된다는 니담(John T. Needham)에 대하여, 그것을 반대하는 주장을 스팔란차니(Lazzaro Spallanzani)가 실험으로 제시하였다.
18세기 중엽에는 자연발생에 대한 논쟁이 매우 활발하였다. 이 논쟁은 19세기 후반 프랑스의 미생물학자인 루이 파스퇴르(Louis Pasteur)의 실험에서 완전히 끝을 맺었다. 그는 끓인 고기즙에 공기는 통하면서 미생물이 들어가는 것을 막을 수 있는 S자형 플라스크를 만들어 두었더니 고기즙에 미생물이 번식하지 못한다는 결과를 관찰하였다, 이에 따라 세균의 자연발생이라는 것은 공기 속의 포자(胞子)가 침입하여 번식한 것에 지나지 않는다는 것을 실험으로 증명하여 자연발생설을 부정하였다. 파스퇴르는 이 실험으로 생물은 결코 자연발생하지 않는다는 생물속생설을 확립시켰다.
배종발달설.
19세기 초엽에 프랑스의 학자 몽리보는 생명의 씨앗을 지닌 천체 조각들이 지구에 도달함으로써 지구가 생명을 잉태하게 되었을 것이라고 생각하였다. 이러한 개념은 19세기 중엽에 리히터에 의해서 더 발전되었다. 그는 천체가 빠른 속도로 운동할 때 작은 조각들이 떨어져 나왔을 것이라는 가정에 근거를 두고 그의 학설을 전개하였다. 그는 생명력을 가진 미생물의 포자들이 이러한 천체 조각들에 묻게 되었고, 이 조각들이 별들 사이의 우주 공간을 떠돌아다니다가 우연히 지구나 다른 행성에 내려앉게 되었다고 생각하였다. 만일 행성의 습도와 온도가 적합하면 포자들은 그 곳에서 성장하여 지금 그 행성에서 살고 있는 모든 생물들의 조상이 되었을 것이라고 설명하였다.
스웨덴의 유명한 물리화학자 아레니우스는 1906년에 리히터의 학설과 비슷한 배종발달설이라는 학설을 제창하였다. 그는 생명의 씨앗이 빛 또는 우주선의 복사압력에 의해서 다른 행성에서 지구까지 밀려 왔다고 하였다. 아레니우스는 직경이 약 0.2µm 되는 세균의 포자가 태양계로부터 제일 가까운 곳에 있는 별에서 지구까지 오는 데 약 9,000년이 걸릴 것이라는 계산을 하였다.
규소(硅素) 또는 실리콘(←)은 화학 원소로 기호는 Si(←), 원자 번호는 14이다. 4가 준금속으로 탄소보다는 반응성이 떨어지고 저마늄보다는 반응성이 크다.
지구의 지각에서 산소 다음으로 많은 원소로 전체 질량의 27.7%를 차지하며, 우주에서는 질량 기준으로 8번째로 많이 존재하는 원소이다. 지구에서는 점토나 모래, 석영, 장석, 화강암 등의 형태로 산출되며, 주로 이산화규소나 규산염 상태를 하고 있다. 대부분 반도체의 주성분이며, 이산화규소나 규산염의 형태로 유리, 세라믹, 시멘트 등의 주성분을 이루고 있다. 실리콘 수지의 주성분이기도 하다. 현대에 와서는 반도체 제조에 핵심적으로 쓰이나, 대부분은 철 제련, 알루미늄 주조, 실리카겔 제조 등에 사용된다.
규소는 실온에서 고체 상태로 존재하며, 녹는점은 1414°C, 끓는점은 3265°C로 비교적 높은 편이다. 고체 상태일 때보다 액체 상태일 때 밀도가 더 높으며, 물처럼 응고하면 부피가 더 커지는 성질이 있다. 열전도율은 149W·m−1·K−1로 비교적 높은 편이므로 단열 목적으로는 사용하지 않는다.
순수한 규소는 금강석과 같은 등축정계 구조로 이때 회색의 금속성 광택을 띤다. 상당히 단단하지만 부서지기 쉬운데, 이는 저마늄과 비슷하다. 다른 14족 원소들처럼 원자가전자가 4개이며, 3p 오비탈에 6개의 전자 중 2개를 채우고 있다.
또한, 규소는 반도체의 성질을 나타내는데 전기 저항과 온도가 반비례하는 성질을 보인다. 이는 저항에 비례하여 자유 전자들이 더 많이 생겨나기 때문이다. 압전 효과로 인해 규소 단결정에 압력을 가하면 그 저항 값이 크게 달라지기도 한다.
규소는 다른 원자와 공유할 수 있는 원자가전자가 4개인 준금속 원소로, 다양한 화학 결합을 할 수 있다. 탄소와 비슷하게 주로 4개의 결합을 가지므로 적절한 조건 하에서 다양한 화합물을 만들 수 있다. 그러나 탄소와 달리 전자를 추가로 더 공유하여 5개나 6개의 결합을 이루기도 한다. 4가 규소 화합물은 비교적 반응성이 낮아 질산과 불산을 제외한 대부분의 산과 반응하지 않으나, 묽은 염기나 할로젠 원소에는 반응한다.
규소 화합물의 미세한 분말은 폐에 축적되어 진폐증을 유발할 수 있으며, 눈, 피부, 호흡기 등에 자극을 줄 수 있다. 또, 규소 화합물의 일종인 실레인(SiH4)은 전신에 치명적인 독성을 나타낼 수도 있다.
규소는 자연에 3가지의 안정한 동위 원소(28Si, 29Si, 30Si)가 존재한다. 이들 중 28Si이 92%로 가장 많이 존재하는 동위 원소이며, 고순도의 28Si는 킬로그램의 정의를 새로 정의하는 데 사용한다. 29Si는 주로 핵자기 공명 분광 분석기나 전자 스핀 공명 장치 등에 사용한다. 이들 외에 원자량 22에서 44 사이에 20가지의 방사성 동위 원소가 발견되었으며, 이들 중 가장 안정한 것은 32Si와 31Si로 반감기가 각각 170년과 157.3분이다. 나머지 방사성 동위 원소들은 모두 반감기가 7초 미만이다. 핵 이성질체는 아직까지 발견된 바 없다.
규소는 질량 기준으로 지각의 27.7%를 차지하며, 산소 다음으로 많이 존재하는 원소이다. 주로 규산염 광물이나 이산화 규소 형태로 존재하며, 순수한 형태로 발견되는 일은 극히 드물다. 이들 중 규소, 산소 및 다양한 금속 원소들의 화합물로 이루어진 규산염 광물은 지각 전체 질량의 90% 가량을 차지한다. 이는 초신성 폭발로 인해 생성되는 원소들 중 규소는 가장 흔한 고체 원소이며 산소는 가장 흔한 비금속 원소이기 때문이다. 이후 태양계에서 원시 행성들이 생성되고 진화할 때 높은 온도로 인해 두 원소가 잘 결합하여 규산염 광물이 다량 형성되었고, 이들이 나중에 지구를 포함하여 내행성이 되는 행성들의 대부분을 이루게 된 것으로 추정된다. 또, 원시 지구에서 철, 니켈 등 다른 금속 원소들은 규산염보다 밀도가 크기 때문에 지구의 핵으로 가라앉아 현재의 지구와 같은 모습이 되었다고 추정된다.
1787년 프랑스의 과학자 앙투안 라부아지에가 처음으로 규소에 대한 연구를 시작하였다. 그는 더 이상 분해할 수 없는 물질을 ‘원소’로 정의하고 당시 기술로는 분해가 되지 않던 규소 산화물인 실리카를 원소로 보았다. 1808년에는 험프리 데이비가 순수한 규소를 얻으려는 시도를 하고 ‘실리시움(silicium)’이라는 이름을 붙였다. 1823년에는 베르셀리우스가 플루오린, 칼륨, 규소의 화합물에서 순수한 형태의 규소를 얻어냈고, 최초로 이 원소를 발견한 공로를 차지했다.
실용적인 용도로 사용되는 규소의 대부분은 순수한 형태로 정제하는 과정을 거치지 않고 자연에서 발견되는 화합물을 약간 처리하여 사용한다. 지각의 90%는 주로 규소와 산소의 화합물로 이루어진 규산염으로 되어 있다. 이들은 종종 금속 이온들을 포함하고 있는데, 실용적인 목적으로 사용할 때는 이들을 거의 그대로 사용하여 건축 자재, 도자기, 세라믹, 유리 등의 제조에 사용된다.
또, 결합하고 있는 원자가 산소가 아닌 수소나 탄소 등으로 대체되는 경우가 있는데 이들은 다른 규소 원자들과 결합을 형성하고 중합체를 이루어 다양한 종류의 실리콘(silicon)이나 유리, 유기 화합물 등을 만드는데 사용된다. 이들은 방수성, 탄력성, 화학 반응에 대한 저항성 등을 가지고 있는 경우가 많으므로 대개 방수 처리, 조형물 제조, 윤활유, 광택제 등에 사용되며, 최근에는 가슴 성형의 보형물, 콘택트 렌즈, 폭발물 등에도 사용되는 경우가 있다.
전자 제재.
자연에서는 규소가 순수한 형태로 발견되는 일이 드물기 때문에 전체 규소 생산량의 약 15% 정도만이 순수한 형태로 분리되어 반도체 등 각종 전자제품의 부품으로 이용되며, 규소 단결정으로 성장시켜 정밀한 회로에 이용하는 것은 5% 가량이다. 그러나 이들이 경제에서 차지하는 비중은 그 생산량에 비해 매우 크다.
순수한 규소 단결정은 반도체 산업에 주로 사용되는 규소 웨이퍼를 생산하는데 이용되며, 이들은 정밀한 전자 제품의 회로에 사용한다. 그러나 순수한 규소는 전기 전도도가 낮고 저항이 매우 큰 반도체이기 때문에 바로 사용하지 않고 붕소나 인 같은 다른 원소들을 소량 첨가한다. 이들은 양공을 추가하거나 남는 전자를 만들어 세기를 제어할 수 있기 때문에 규소 반도체의 전기 전도도를 높여주는 역할을 한다. 따라서 이들은 트랜지스터, 태양 전지, 각종 반도체 제품 등에 중요하게 사용한다.
생물학적 역할.
규산염 광물이 지구상에 매우 풍부한 만큼 규소도 매우 흔한 원소지만 규소를 사용하는 생명체의 수는 적다. 일부 해양 생물은 규소의 유기 화합물을 이용해 골격을 구성하며, 벼와 같은 식물은 규소가 있어야 성장할 수 있다.
실리콘(silicone)은 규소와 산소의 결합(...-Si-O-Si-O-...)을 주축으로 하는 중합체를 의미한다.
결정 형태의 실리콘에 염화 메틸(CH3Cl)을 반응시켜 다이메틸다이클로로실레인(dichlorodimethylsilane)을 합성한 후 가수분해시키면 실록세인 결합(...-Si-O-Si-O-...)이 형성된다. 중합 방법에 따라 여러 종류의 중합체가 가능하다. 대표적으로 선형의 폴리다이메틸실록세인(polydimethylsiloxane)과 올리고실록세인(oligosiloxane) 분자들로 이루어진 실리콘 수지가 있다.
실리콘은 무색 무취이며 산화가 느리고 고온에서도 안정적인 절연체이다. 윤활제, 접착제, 가스켓, 유방삽입물, 가짜 흉근 등에 쓰인다.
미사일(, ) 또는 유도탄(誘導彈)은 로켓이나 제트 엔진으로 구동되며 유도 장치에 의해 목표물에 이르러 폭발하는 무기로 목표물로 유도 가능한 공격 무기라고 정의할 수 있다. 라틴어 'Mittere(무언가를 보내다, 움직임)'에서 유래한 미사일이라는 단어는 이후 투창이나 화살처럼 적을 향해 쏘아 날리는 무기를 지칭하게 되었다.
로켓과 미사일의 개념.
흔히 로켓과 미사일을 혼용해 사용하는 경향이 있다. 두 개념을 정확히 구분하자면, '로켓'은 가장 광범위한 개념으로 전체 집합으로 정의하며 유도탄이라고도 말하는 '미사일'은 로켓의 부분집합 개념으로 볼 수 있다. 즉, 많은 로켓 중에서 군사용 탑재물을 장착하고 목표물로 유도되는 로켓을 미사일이라고 분류할 수 있다. 로켓에는 상업용 탑재물을 장착하고 유도되는 유도로켓도 있고, 발사 후 유도되지 않는 무유도로켓도 있는데, 따라서 이들을 미사일이라고 부르지는 않는다. 기본적으로 로켓과 미사일을 이렇게 구분하지만, 하나의 로켓에서도 1단 추진구간에서는 유도되지 않다가 2단 추진구간부터 유도되는 경우가 있는 등 무유도로켓이 거의 사라진 현대에는 유도의 여부로 로켓과 미사일을 구분하는 것은 무의미하다. 대부분 군사적으로 활용되는지의 여부에 따라 로켓과 미사일을 구분한다고 할 수 있다.
한편 로켓이라는 말을 매우 광범위하게 사용하고 있어 혼란을 더 일으키기도 한다. 로켓 형상에서 가장 큰 부분이 추진기관인데, 많은 경우 이 추진기관만 따로 떼어 로켓 또는 로켓엔진이라고 칭하는 경우도 있다. 그러면서 사용 추진제의 종류에 따라 액체추진로켓, 고체추진로켓으로 구분해 부르기도 한다. 그리고 추진기관을 엔진이라 부르기도 하는데, 액체추진로켓의 경우 전문가들은 연소실(combustion chamber)과 노즐 결합체(nozzle assembly)만을 엔진이라고 한다.
그리고 위의 집합개념으로 설명한 그림에 포함되지 않은 중요한 미사일로 순항미사일이 있다. 순항미사일은 항공기의 것과 유사한 제트엔진으로 추진하며 산화제를 싣지 않고 연료만 채워 공기 중의 산소를 사용하기 때문에 로켓엔진과 구분된다. 고체추진로켓에서는 추진제, 노즐 등이 모두 한 몸체로 되어 있어 보통 엔진이라는 말을 쓰지 않고 추진기관이라는 용어를 사용한다.
한편 탑재물로 인공위성을 발사하는 경우에는 로켓의 전체 크기를 봤을 때 맨 위에 위치한 인공위성을 제외한 대부분이 추진기관이다. 이 추진기관은 크기가 수 십 미터에 달해 특별히 발사체(Launch Vehicle) 또는 우주발사체(Space Launch Vehicle)라고 부른다. 많은 경우 대륙간 탄도미사일(ICBM)의 추진기관도 발사체로 활용한다.
미사일의 기본 구성.
위 문단에서 언급한 바와 같이 미사일은 주로 군사용 탑재물을 싣고 있다. 군사용 탑재물의 대표적인 것이 폭발물이므로 미사일의 탑재물 부위를 탄두라고 부른다. 오른쪽의 그림은 대공미사일의 한 예로, 앞에서부터 탐색기, 유도]]/조종장치, 탄두/신관, 추진기관, 구동장치, 그리고 조종날개가 있고, 측면에는 고정날개가 있다. 탐색기는 사람의 눈과 귀에 해당하는 것으로, 보통 맨 앞에 배치한다. 그 뒤에 있는 유도조종장치는 두뇌에 해당한다고 할 수 있다. 여기에는 센서와 컴퓨터, 배터리 등이 들어간다. 다음 탄두/신관에는 최종적으로 목표를 달성할 폭발물과 미사일-표적 간의 근접거리를 판단하는 장치가 있다. 그 뒷부분은 추진기관과 조종날개의 구동장치 그리고 미사일의 구성품 모두를 엮어주는 기체로 구성되어 있다. 항공기와 동일하게 비행안정성을 유지하는 주날개로 고정날개가 있고, 비행방향을 조종하기 위한 조종날개는 조종의 효율성을 위해 맨 끝에 배치한다. 조종날개를 움직여줄 구동장치는 바로 옆에 있어야 하기 때문에 그림과 같은 자리에 있다. 그림에서 생략된 세세한 구성품에는 배선장치, 전기장치, 유공압장치 등 중요한 기관들이 많다. 기본적인 구성은 그림과 같지만, 구성품의 순서는 필요에 따라 다르게 설계할 수 있다.
20세기 이전의 미사일.
14세기에 개발된 초기의 로켓은 화약 또는 그와 유사한 연료를 태움으로써 가속을 얻는 형태의 단순한 형태였고, 적 진영/장비/함선에 불을 지르는 용도로 많이 사용되었다. 그러나 총포류의 발달로 사정거리와 화력 모두가 모자라고 취급하기 어려운 로켓은 16세기 중반부터 제1차 세계 대전까지 전장에서 완전히 사라지게 되었다.
1909년 영국에서 제작된 &lt;비행선 파괴기(The Airship Destroyer)&gt;라는 영화는 상영 시간이 7분도 되지 않는 무성 영화이다. 이 영화에는 무인 비행체가 등장해 비행선을 파괴하는 장면이 등장하는데, 이것이 영상매체 속에서 등장한 최초의 미사일이다. 영화에 등장한 이 원격 비행체는 고무 동력기를 크게 늘려놓은 것 같은 생김새였으며, 제트엔진도 로켓도 아닌 프로펠러로 날아가는 물건이었다. 이름도 미사일이 아닌 공중어뢰였지만, 스스로 날아가 적을 쫓아간다는 점에서 현대 미사일의 정의에 꼭 들어맞는 물건이었다.
영화가 아닌 현실에서 가장 먼저 미사일을 개발한 것은 미국이었다. 미국의 미사일은 공중의 적이 아닌 지상의 적을 겨냥하기 위해 개발한 무기였다. 앞서 언급한 영화보다 이른 1890년대부터 세계 각국의 발명가들은 자동으로 비행하거나, 비행하다가 무선 원격조종으로 표적을 향해 날아가는 비행체를 연구하고 있었다. 특히 미 해군은 이 아이디어를 발전시켜 1910년부터 사람이 타던 비행정에 자동조종장치를 탑재하는 실험을 계속하였다. 미 해군은 이 계획에 '비행폭탄'이라는 정식 명칭을 붙였다. 1917년 미국은 독일에 선전포고를 하고 제1차 세계대전에 뛰어든 상태였기 때문에, 비행폭탄은 엄청난 무기가 될 수 있었다. 그러나 비행폭탄의 실제 실험 결과는 실망스러웠고, 결국 미 해군은 1922년에 비행폭탄 계획을 모두 취소하게 되었다. 비슷한 시기 미 육군도 '기계벌레'라고 불렸던 비행폭탄과 유사한 무기를 개발하였으나, 비행폭탄과 같은 운명을 맞아 미 육군도 해당 사업을 완전히 취소하였다.
독일의 V시리즈.
실전에 투입될 정도의 성능을 갖춘 미사일은 제2차 세계대전 중 나치 독일이 최초로 개발하였다. 바로 V1 비행폭탄과 V2 탄도미사일이다. V1과 V2는 1930년대부터 연구가 진행되었으나, 독일이 전쟁에서 열세에 접어들던 1943년경 개발이 가속화되었다. 독일은 1940년부터 꾸준히 영국에 폭탄을 투하했지만 영국 전투기들에 공격당해 피해가 점점 커졌고, 당시 히틀러는 영국군 폭격기를 효과적으로 요격하는 것보다 영국에 더 큰 피해를 입혀 폭격할 의지를 꺾어야 한다고 주장했다. 그 결과, V시리즈라는 무기가 탄생하였다. 이 V시리즈 중에서 초대형 장거리 대포인 V3는 계획으로만 머물렀고, V1과 V2는 실제로 등장해 미사일 역사에 큰 족적을 남겼다. 이 미사일은 히틀러의 재촉에 의해 1943년과 1944년에 실전에 투입되었다.
V1은 과거 미국이 개발했던 비행폭탄과 흡사한 개념이었다. 지상에 깔린 레일형 발사장치로 이륙했으며 자이로스코프를 이용해 고도와 방향을 유지해 계속 날아갔다. 미사일 앞에 달린 프로펠러가 맞바람에 의해 정해진 횟수만큼 회전하는 것으로 비행거리를 계산하여 표적 머리 위로 떨어지는 것도 유사했다. 그러나 V1은 이전의 비행폭탄과는 달리 펄스제트엔진이라는 일종의 간이형 제트엔진을 달아 640km/h의 속도를 낼 수 있었다. V1은 덩치도 상당히 컸기 때문에 연료를 많이 실을 수 있어 최대 250km 정도를 날아갈 수 있었다.
V2는 V1보다도 혁신적이었으며, 세계 최초의 탄도미사일이라 부를 요소를 갖추고 있었다. 액체로켓을 이용해 수직으로 상승했으며 상승 중에 꼬리날개에 붙은 방향타와 로켓 분사구 뒤에 있는 작은 조종날개로 방향을 조종했다. 로켓 연료가 다 타면 미사일의 방향타는 중립에 고정되고, 미사일은 여태까지 얻은 속도를 이용해 관성에 의해 계속 솟구친 다음 포탄처럼 포물선 궤적을 그리며 하강해 목표 지점을 강타했다. V2의 비행 중 최대속도는 5,700km/h, 땅에 충돌하기 직전의 속도는 2,800km/h에 달했으며, V2가 최대 206km를 날아갈 때 기록하는 최고고도는 성층권을 넘어서는 지상 88km에 달했다.
그러나 V시리즈 무기들은 실전에 투입되긴 했어도 손익을 따졌을 때 비효율적인 무기였다. V1에 의한 사상자는 22,000여 명, V2에 의한 사상자는 7,000여 명을 기록하긴 했으나, 발사된 미사일의 수와 함께 산술적 계산을 통해 봤을 때 V1은 1발당 2명 정도의 사상자를 내는 수준이었다. V2가 엄청나게 비싼 것도 문제가 되었다. 나치 독일은 V2 미사일 프로젝트에만 30억 달러를 지출했는데, 이는 미국이 핵폭탄 개발 계획에 지출했던 19억 달러보다도 많은 금액이었다. 그렇게 많은 금액을 지출했음에도 V2는 미국의 핵폭탄만큼의 영향력을 가지지 못하였다.
현대의 미사일.
제2차 세계 대전 이후, 장거리의 적을 공격할 수 있는 병기로써의 유도탄이 속속 등장했다. 항공전에서 적의 꼬리를 잡지 않고도 공격 가능한 공대공유도탄, 적 함의 사정거리 밖에서 함정을 공격할 수 있는 함대함유도탄, 포병보다 장거리에서 적 진영을 타격 가능한 지대지유도탄, 그리고 대양을 사이에 두고서도 폭격이 가능한 대륙간탄도유도탄 등 많은 형태의 유도탄이 출현하게 된다.
현대의 전쟁에서 미사일은 육해공 어디에서도 쓰이지 않는 곳이 없다. 용도도 다양해져, 미사일로 상대를 공격하는 한편 적이 쏘아 보낸 탄도미사일을 지대공미사일로 요격하는 시대가 됐다. 미사일이 모든 무기를 대신할 수는 없지만, 미사일 없이 군대를 구성한다는 것은 상상도 할 수 없는 일이 된 것이다.
추진방식.
액체연료 로켓.
액체연로 로켓은 액체 수소를 연료로 하고, 액체 산소를 산화제로 사용한다. 이는 출력이 크다는 장점이 있지만 액체 산소는 -183 °C, 액체 수소는 -253 °C 이상이 되면 기화하기 때문에 로켓에 연료를 넣어둔 채 보관할 수 없어 발사 직전에 주입해야 한다. 즉 연료를 주입하고 곧바로 발사해야 한다는 것이다. 이는 군용 미사일로서는 매우 불편한 방식이라고 볼 수 있다. 이러한 불편을 극복하고자 상온에서 보관할 수 있는 몇 가지 연료를 개발했다. 히드라진(N₂H₄)과 그 유기화합물인 비대칭 디메틸히드라진[(CH₃)₂-N-NH₂] 등이 그것이다. 산화제로는 질산(HNO₃) 혹은 그것에 사산화이질소(N₂O₄)를 가해서 만든 적연질산이 널리 사용된다. 히드라진계 연료는 독성이 강하다. 독가스를 다루는 듯한 방호복을 입고 작업을 해야한다. 질산은 무색투명하지만, 사산화이질소는 황색의 액체다. 사산화이질소는 21°C를 초과하면 이산화질소로 변화하고 적갈색의 증기를 발생시키기 때문에 적연질산으로 불린다. 적연질산은 강한 부식성이 있기 때문에 로켓의 연료탱크나 연료저장탱크는 스테인리스강을 사용해야 한다. 저장성을 개선하기 위해 0.6% 정도의 불화수소를 첨가한 것을 억제 적연질산이라고 한다. 이들 연료와 산화제의 조합은 연소실로 보내면 특별히 점화하지 않아도 연소한다. 이러한 연료를 자발착화성 추진제라고 한다.
고체연료 로켓.
로켓은 흑색 화약을 사용하는 고체연료 로켓으로 시작되었다. 총포의 발사약이 무연화약 니트로셀룰로스계 고체연료로 크게 발전하고, 유도장치를 부착하면서 미사일 시대가 열리게 되었다. 니트로셀룰로스는 셀룰로스, 다시 말해 면과 같은 식물의 섬유를 질산으로 처리한 것이다. 현대의 총포탄에 사용하는 무연 화약의 주성분이 바로 니트로셀룰로스다. 그러나 무연 화약을 사용하는 고체연료 로켓으로는 대형 미사일을 만들 수 없었다. 연료의 시간당 발열량이 한정적이어서 무게 대비 추력 비율, 즉 비추력 제한적이기 때문이다. 따라서 초기의 탄도미사일은 액체연료를 사용하였다. 하지만 독성이 있고 인화성이 강하여 사고의 위험성이 크다는 불편한 점이 있었다. 그러나 합성 고무에 과염소산 암모늄이나 질산암모늄 등의 산화제를 이겨 넣고 이를 로켓의 동체 내부에 원하는 형상으로 성형 충전하여 비추력이 큰 추진체를 만들 수 있게 되면서 ICBM같은 대형 미사일에도 고체연료를 사용할 수 있게 되었다. 하지만 러시아는 같은 크기의 로켓인 경우, 액체연료의 출력이 더 좋기에 액체연료를 고집했다. 이에 러시아의 탄도미사일 고체연료화는 미국보다 늦었다. 현재는 러시아도 고체연료를 널리 사용한다. 액체연료는 밸브의 여닫이를 조절해서 연료의 유량을 조절할 수 있지만, 고체연료는 로켓의 동체 내부에 연료가 어떻게 충전되어 있는지에 따라 추진력이 결정된다는 특징이 있다.
터보팬 엔진.
미사일의 추진 방식으로서 흔히 로켓 추진 방식을 떠올리는데, 순항 미사일은 제트 엔진을 사용한다. 로켓 추진은 단시간에 큰 추력을 낼 수 있지만, 사실 낭비가 큰 방식이다. 여객기의 엔진을 앞에서 보면 커다란 팬(fan)이 돌고 있는데 이것이 터보팬 엔진이다. 제트 엔진 방식의 미사일이 이러한 터보팬 엔진을 사용한다. 따라서 제트 엔진 방식을 사용하는 대표적인 순항 미사일인 토마호크의 속도는 여객기와 비슷한 880km/h 정도이다. 날아가는 도중에 적에게 발각되면 전투기에 요격될 가능성도 있는 것이다. 그래서 제트 엔진 방식을 사용하는 미사일은 레이더에 발견되기 어렵도록 초저공비행을 한다. 그 때문에 표적을 향해 순항 비행을 하게 하려면 지형을 파악해 정확한 경로를 선택해서 안정적인 항로비행을 하기에 적합한 추진력이 필요하다. 터보팬 엔진의 중저고도 성능과 효율성은 이러한 조건을 만족시킨다.
터보제트 엔진.
터보제트는 제트 엔진의 초기 형식이다. 직경을 작게 만들 수 있고 구조를 단순하게 만들 수 있어서 신뢰성 있는 추진체로 인정받고 있다. 로켓보다는 연비가 훨씬 좋으므로 긴 사정거리를 필요로 하는 대함 미사일에 자주 사용한다. 터보제트 엔진은 공기 흡입구 바로 안쪽에 압축기가 있다. 여러 겹으로 배치된 압축기 깃이 회전해서 공기를 압축하여 연료실로 보낸다. 압축된 공기는 온도가 높아지는데, 여기에 연료를 불어넣으면 연소하고 생성되는 고압의 뜨거운 가스를 분사하여 추진한다. 그 가스의 일부로 터빈을 회전시켜서 압축기를 돌리고 흡입-연소-분사-흡입의 작동사이클이 지속된다.
램제트 엔진.
터보제트 엔진이나 터보팬 엔진은 공기를 흡입하기 위해 압축기를 돌린다. 따라서 원래대로라면 추진력에 사용되어야 할 연소 가스로 터빈을 돌려 회전력을 얻는 데 사용한다. 이는 구조를 복잡하게 할 뿐 아니라, 추진력보다 압축기를 돌리는 데 많은 에너지를 사용하게 되어 미사일의 추진체로서는 결코 좋은 효율의 엔진이라고 할 수 없다. 램제트 엔진은 공기 통로가 점점 좁아지는 구조를 가지고 있는데, 그것만으로도 공기는 압축된다. 압축기나 터빈이 필요없는 것이다. 구조가 간단하기 때문에 일회용 미사일 엔진으로 매우 효과적이다. 그러나 램제트 엔진은 정지 상태에서는 엔진을 시동할 수 없다는 한계가 있다. 보조장치로 가속하여 공기 흡입구에 공기가 흡입되면, 압축효과가 나타나 엔진이 작동한다. 그러므로 램제트 엔진 미사일은 2단식 로켓처럼 처음에는 부스터로 쏘아올려야 한다.
펄스제트 엔진.
최초의 순항 미사일인 V1은 펄스제트 엔진을 사용했다. 펄스제트 엔진의 공기 흡입부에는 여닫히는 밸브가 있다. 발사하면 공기가 흡입되고 그곳에 연료를 보내 점화하면 연소하여 압력이 발생한다. 그 압력으로 공기 흡입 밸브가 닫히고 연소 가스는 후방으로 분출된다. 그 순간, 연소실 내의 압력이 내려가고 흡입구의 압력이 상대적으로 높아지면 다시 흡입-연소-분사의 사이클이 지속되어 엔진은 작동을 계속한다. 펄스제트 엔진도 자력발진을 할 수 없어 부스터로 발사되어야 엔진이 작동한다.
덕티드 로켓 엔진.
덕티드 로켓 엔진은 로켓 내부의 연료를 외부공기를 빨아들임으로써 연소시켜 추진력을 얻는 방식이다. 덕티드 로켓의 고체연료에는 산화제가 조금밖에 함유되어 있지 않고 연료 성분이 많이 함유되어 있다. 그것에 공기를 공급해서 완전 연소시킨다. 그럼으로써 보통의 고체연료 로켓보다 많은 양의 연료를 가질 수 있어 사정거리를 늘릴 수 있다. 고체연료 로켓이기 때문에 액체연료를 사용하는 램제트에 비하면 구조가 간단하고 비용도 줄일 수 있다. 또한 단순한 고체연료로는 비행 중 연소 상태를 제어하기가 어렵지만, 덕티드 로켓은 흡입공기를 제어함으로써 연소반응을 조절할 수 있다.
유도방식.
유도란 미사일이 목표물에 명중하는 방법이다. 개발자들이 택하는 미사일의 유도 방식에는 여러 가지가 있는데 표적이 움직이는가, 움직이지 않는가, 미사일에 달린 센서의 종류는 무엇인가, 미사일의 사거리는 어떠한가, 심지어 사용할 수 있는 기술 수준이나 미사일의 가격 등 다양한 요인을 따져 유도 방식을 결정한다. 필요한 경우에는 한 가지 미사일에 두세 가지 유도 방식을 혼합하여 사용하기도 한다. 미사일의 다양한 유도 방식을 항법유도(Navigation Guidance), 지령유도(Command Guidance), 호밍유도(Homing Guidance), 이렇게 세 가지로 분류할 수 있다.
항법유도.
배나 비행기, 자동차가 정해진 목적지를 향해 항법을 이용해 정확히 찾아가듯, 미사일이 항법장치를 이용해 정확히 표적을 향해 날아가는 방식을 항법유도라 한다. 항법유도를 사용하는 미사일에는 일반적으로 표적의 좌표 정보가 입력된다. 그러면 미사일은 항법장치를 통해 자신의 위치를 파악하고, 유도장치는 자신의 위치 및 표적의 위치를 참고하여 일정한 비행경로에 따라 표적에 도달하도록 미사일을 조종한다. 미사일 종류에 따라 이러한 비행경로는 스스로 정하기도 하며 사람이 직접 특정한 패턴으로 날아가도록 경로점을 지정해주기도 한다. 항법유도 방식은 정해진 표적을 쫓아간다기보다는 지도상에 정해진 좌표를 향해 날아가는 것이므로 일반적으로 고정되어 있는 지상표적을 공격할 때 주로 쓰인다. 다만 지령유도와 조합하면 이동하는 표적을 공격하는 것도 가능하다. 항법의 핵심은 자신의 위치를 아는 것이다. 그렇기에 항법유도는 미사일이 자신의 위치를 정확히 찾기 위해 다양한 방법을 사용한다. 대표적으로 관성항법유도, 천문항법유도, 위성항법유도, 지형참조유도 등이 있다.
지령유도.
지령유도는 미사일이 스스로 표적을 향해 어떻게 날아갈지 결정하지 못하고 오직 지령에 따라 움직이기만 하는 방식을 말한다. 이 방식을 사용하면 미사일 자체는 복잡한 컴퓨터도 필요 없고, 항법장치나 적을 찾기 위한 탐지장치도 필요 없으며 오직 외부에서 보내오는 지령을 받아들이는 안테나만 있으면 된다. 지령유도는 일회용인 미사일에 비싸고 복잡한 유도 관련 전자장치를 넣지 않아도 된다는 점에서 유용한 방식이다. 특히 과거에는 전자장치가 지금에 비해 덩치도 크고 무게도 많이 나가 미사일 내의 좁은 공간에 넣기 어려웠기 때문에 지령유도 방식이 더욱 각광을 받았다. 항법유도 방식은 표적이 고정된 경우에만 사용할 수 있는 데 비해, 지령유도 방식은 표적의 움직임에 맞춰 지령을 계속 바꿈으로써 미사일이 움직이는 표적에 명중하도록 할 수 있다. 다만 이 방식은 미사일이 표적에 명중하는 순간까지 계속 지령을 보내줘야만 제대로 된 명중률이 나온다는 단점이 있다. 그래서 미사일 사수가 제대로 확인할 수 없는 위치에 있는 표적은 지령유도 방식을 적용하기 어렵다. 1940~1950년대에 등장한 일부 미사일은 전투기 조종사나 통제요원이 작은 조이스틱으로 원격조작하기도 하였다. 그러나 이 방식은 사용자의 능력에 따라 명중률의 편차가 매우 크고, 아무리 숙련된 사용자라고 해도 빠른 속도의 미사일을 조작해 표적을 맞히는 것은 어려운 일이었다. 이처럼 수동 지령유도 방식은 사용하기가 어려워 현재에는 사용되지 않고 있다. 현재 사용되고 있는 지령유도 방식은 비시선 지령유도, 시선 지령유도, 빔라이딩 유도, 이렇게 세 가지로 분류된다.
호밍유도.
호밍(homing)은 본래 집을 찾아간다는 뜻을 가지고 있다. 호밍유도 방식 미사일은 탐색기라는, 사람의 눈과 귀에 해당하는 장치가 있어 미사일이 직접 표적을 찾아 날아갈 수 있다. 이 방식의 가장 큰 장점은 미사일이 표적에 가까이 다가갈수록 더 정확히 표적의 위치를 알 수 있다는 점이다. 호밍유도 방식은 탐색기의 형태에 따라 크게 수동·반능동·능동 방식으로 나뉜다.
이지스 시스템()은 록히드 마틴에서 개발한 현대 해전에서 대함 미사일 공격을 방어하기 위한 목표추적시스템 및 방공 미사일, 공격시스템과 이를 운용하는 통합 시스템, 전투체계이다. 엄밀하게 말하면 이지스는 3차원 고정밀 위상배열 레이다를 말한다. 유럽에서 개발된 유사한 구역방공 체계는 PAAMS가 있다. 한편 이지스함은 이지스 시스템을 탑재한 군함으로서 동시에 200개 이상의 목표를 자동 탐지·추적하고, 그 중 최대 24개의 목표를 동시에 공격할 수 있다. 대한민국에서는 2007년에 취역한 세종대왕함이 이지스 시스템을 갖추고 있다. 참고로, '이지스'란 명칭은 전쟁의 여신 미네르바가 갖고 있는 '마법의 방패'를 뜻한다.
이지스(Aegis)는 그리스 신화에서 군사를 담당하는 여신 아테나가 걸치고 다니는 제우스의 방패 이름이다. 이 이름을 빌린 미 해군의 함대방공시스템이 이지스 시스템이다. 이지스는 Advanced Electronic Guidance Information System (강화 전자 유도 정보 시스템) 또는 Airborne Early-warning Ground Integrated System (공중 조기경보 지상통합 시스템)의 약어라고도 한다.
현대 해전은 주로 대함 미사일에 의해 이루어진다고 볼 수 있다. 2차세계대전 이후 강력한 해군세력을 형성한 미국 - 북대서양조약기구(NATO)에 대항하여 구 소련은 대함 미사일을 대량 탑재한 해군 폭격기세력을 양성했다. 구 소련 해군 폭격기 세력은, 러시아에서 발진하여 북대서양을 향해 접근해오는 미국의 항공모함 전단에 대해 대량의 대함미사일을 발사함으로써 미 해군의 NATO 지원을 막는다는 기본 전략을 세웠고, 미국은 이에 대항하여 항공모함의 F-14D 톰캣 전투기로 대표되는 방공 전투기 세력과 이지스함을 내세우게 된다.
타이콘데로가.
최초 타이콘데로가 급(Ticonderoga Class, 미군은 흔히 줄여서 "타이코"(Tico)라고 부른다) 순양함에 탑재된 이지스 방공시스템은, 수직발사식 방공미사일과 위상배열 레이다 시스템의 조합으로 설명할 수 있다. 핵심은 위상배열 레이다이다. 이 시스템은 함대 주변의 비행물체들을 추적하며, 그중 함대에 위협적인 대상(즉 적이 발사한 대함미사일 및 접근해오는 적 항공기)을 따로 선택하여 레이다 조준을 할 수 있도록 해 준다. 동시에 수직발사 시스템이 방공미사일을 함대 상공으로 쏘아올리게 되고, 공격순위가 부여된 적을 향해 순차적으로 방공미사일이 유도되는 방식을 통해 함대방공을 이루어내게 된다.
즉, 조준시스템과 미사일을 별개로 운용함으로써, 많은 수의 적이 한꺼번에 공격해오는 경우에도 동시에 관제-요격을 할 수 있는 시스템이라 할 수 있다. 현재는 시스템의 개량을 통해, 함대 전체의 방공미사일을 함대방공의 핵이 되는 이지스함이 지휘/유도함으로써, 방공능력을 더욱 강화했다고 알려져 있다. - 러시아 해군은 이에 대응해, 방공미사일이 추격하기 어려운 초음속 대함미사일을 개발/실전배치하고 있다.
그러나, 초기형 타이콘데로가 급의 경우 발사기에 한 발씩 재장전하여 발사하는 시스템으로서 동시 다발로 공격해오는 대함 미사일 방어에 문제점을 드러냈고, 알레이버크 급 이지스 구축함에 이르서는 32Cell 내지 64Cell로 함미에 수직발사시스템을 설치하여 동시 대응 능력을 높였다. 한국 해군의 KD-2 및 KDX-3을 포함한 현대 이지스함들과 후기형 타이콘데로가 급 이지스함들은 모두 이 방식을 채택한 상태이다(초기형 타이콘데로가 급들은 카리브해에서 마약 단속 임무에 투입되었다고 한다).
어뢰(魚雷, )는 자체적으로 추진하는 폭발성 발사체 무기이자 함선 공격용 수뢰로, 수면 위 또는 수면 아래로 발사되어 물 속에서 자체 추진으로 표적을 향하며, 충돌할 때나 표적에 접근할 때 폭파되도록 설계된다. 본래 어형수뢰의 약자이며 현대식 어뢰는 1866년에 오스트리아 해군의 지오반니 루피스(Giovanni Luppis)와 영국의 엔지니어 로버트 화이트헤드(Robert Whitehead)가 발명했다.
화포가 출현한 이후, 군함은 대구경의 화포를 탑재함과 동시에 두꺼운 장갑을 두르기 시작했다. 이를 격파하기 위해서는 대구경 함포가 필요하므로 군함은 더욱 커질 수 밖에 없었으나, 소형함에게도 대형함을 격파할 수 있는 무장이 출현하게 된다.
어뢰의 시초라 할 수 있는 역사는 좀 더 오랜 역사로 거슬러 올라가야 한다. 처음에는 기뢰가 주로 이용되었는데 어뢰의 조상쯤 되는 무기를 제임스 1세의 지시에 콜네리우스 드레벨(Cornelius Drebbel,1572~1633)이 개발했으며 1626년 라로셸 공성전에 사용되어 폭발하는데 성공했다.
1800년대에 풀톤은 프랑스에서 어뢰가 떠있다가 적함에 장착되어 공격하는 방식을 구상하게 되었다.1805년 풀톤은 화약 82kg을 탑재한 어형수뢰를 공개했지만 영국 해군은 해군력이 약한 국가가 해군력 강한 국가에 대한 큰 전쟁 억지력을 발휘할 수 있다는 이유로 구매를 거부하는 등 경계심을 나타냈다. 특히 1812년 전쟁에서 영국 해군 전함 HMS Ramillies가 뉴욕 항구에서 격침되기도 했으며 뉴욕 항구를 보호하는데 성공했다.
이런 형식의 어뢰는 흔히 기뢰라고도 불렸으며 나중에 현대 어뢰와 현대 기뢰 둘의 조상이 되었다.기뢰는 항구 봉쇄 또는 몰래 잠입하여 적 군함에 부착-폭파하는 형태로 오랜기간 사용되어 왔다. 남북 전쟁에서도 많이 사용되었다. 하지만 이 장치는 굉장히 원시적이였고 중간에 폭발하는 사고도 있었다. 그래서 전기 뇌관도 등장하게 되었으며 1862년 미국 해군의 카이로(Cairo)가 이 전기 뇌관 어뢰에 접촉해 침몰하기도 했다. 스파링 어뢰도 존재했었는데 주로 남부에 의해 사용되었다.폭발 장치 30 피트 (9.1 미터) 길이 후 폭발물을 공격 용기의 활에서 앞으로 수중에 돌출해 스파의 끝 부분에 장착했다.
현대식 어뢰는 앞에서도 서술했듯이 1866년 로버트 화이트헤드에 의해 개발되었으며 이 기뢰에 추진 시스템을 부착하여 직접 맞추거나 수중에서 폭파시킬때의 충격을 이용하여 함정을 파괴하는 무기가 바로 어뢰이다.그의 이름을 딴 "화이트헤드 어뢰"가 개발되었다.오스트리아 해군 장교 G 루피스와 개발했으며 1866년 12월 21일,오스트리아 제국 해군 위원회에 의해 배치되게 된다. 특히 아드리아해로 영역을 넓히고 있던 오스트리아 해군입장에선 주변국과의 해군 격차를 매꿀 수 있다고 판단했다.
어뢰는 그 특성상 함포보다 대량의 폭약을 장비할 수 있고, 적절한 공격방식을 선택하면 단 1발로도 적의 대형 전함을 격파할 수 있는 무기였으므로 소형함, 특히 구축함과 경순양함의 주요 무장으로 선택되었다. 또한 수중에서도 쉽게 발사할 수 있었으므로, 잠수함의 기본 무장으로 선택된다.
이런 현대식 어뢰는 많은 분쟁에서 사용되어왔으며 러시아-튀르크 전쟁 (1877년)기간중 1878년,러시아군 어뢰정에 의해 격침된 터키의 증기선이 역사상 최초로 어뢰에 격침당한 군함으로 기록을 남기게 된다.1891년 칠레 내전 기간 동안 칠레군 호위함이 보트에서 발사한 어뢰에 의해 침몰되기도 한다. 청나라의 이홍장은 이 소식들을 듣고 감명을 받아 1876년, 톈진에서 전기추진식 어뢰를 개발할 수 있는 능력을 확보한다.
러일전쟁에서 러시아 제국과 일본 제국이 양측에 거의 300여 발의 어뢰를 발사했으며 두척의 장갑 순양함과 한척의 구축함이 침몰되는 결과를 낳게 된다.1905년 5월 27일,일본 제국 해군 제독 도고 헤이하치로는 러시아 제국 해군 기함에게 자함의 12인치 함포를 발사해 손상을 입힌뒤 일본군 어뢰정이 접근해 17발의 어뢰가 발사되었으며 결국 그 기함은 900명의 승조원과 함께 바다에 가라앉게 된다.
1차대전 이후 대함거포시대의 해전은, 주력 전함이 서로 견제하는 가운데 구축함과 경순양함이 어뢰로 타격전을 벌이는 형태가 되리라고 예상하고 있었으며 따라서 1차대전 이후 군비경쟁에 돌입한 각국은 우수한 전함과 함께 우수한 어뢰를 개발하는 데 상당한 노력을 기울였다.이탈리아 제국 해군의 어뢰정들이 오스트리아-헝가리 제국해군의 전함을 격침시키는데도 성공했다. 그러나 항공기/항공모함의 출현으로 이러한 형태의 해전은 이루어지지 않았다.항공기가 어뢰를 직접 투하해 적 군함을 공격하는 본격적인 뇌격기도 등장하게 되었으며 독일 해군의 유보트급 잠수함들은 무제한 잠수함전을 펼쳐서 3척의 장갑순양함을 침몰시키기 시작해 수백여척의 영국 상선들을 격침시켜 해상봉쇄를 시도했으며 미국 상선들도 침몰시켰고 이는 미국의 1차대전 개입으로 결과가 나타나게 된다.2차대전 시 어뢰는 본격적으로 항공기에서 투하되어 적 함을 공격하는 형태와 잠수함에서 발사되어 적 함을 공격하는 형태로 사용되게 된다. 양대 세계대전 동안 독일군은 유보트를 1,158척을 건조하여, 연합군의 군함 ·상선 5,150척(총톤수 2157만 726t)을 격침시켰다.1차대전처럼 여전히 군함간의 어뢰발사를 동반한 교전도 종종 이루어지게 되었으며 특히 전쟁 초기인 1942년 8월,영국 해군 순양함이 이탈리아 해군 어뢰정의 기습에 침몰당했다.미국 해군 구축함들은 일본 군함들을 상대로 어뢰를 발사했으며 일본 해군 역시 구축함들이 어뢰들을 탑재한채로 수송함을 호위하거나 적함정과 교전하는 '수뢰전대'교리를 사용했다.1944년 사마르 해전에서 미국 해군 구축함 존스턴호가 일본 해군 중순양함 구마노에 어뢰를 명중시켜 함수부분을 완전히 침몰시키게 했다.1945년 5월,영국 해군 구축함이 발사한 어뢰에 의해 일본은 중순양함 하구로가 격침당하는 굴욕을 당하게 된다. 또한 종전 직전 일본 순양함 두 척은 각각 미국과 영국 잠수함의 공격을 받아 침몰하게 된다.당대 세계 최대의 항공모함이였던 시나노역시 미국 잠수함의 어뢰공격으로 격침되기도 했다.일본 제국은 2차대전 말기 최후의 발악으로 가미카제 병기중 하나인 가이텐어뢰를 사용하기도 했으며 말그대로 사람이 직접 조종해 적함을 공격하는 비인간적인 자폭 병기이다.