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원자력 잠수함

동력으로 원자로를 사용하는 잠수함 위키백과, 무료 백과사전

원자력 잠수함
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원자력 잠수함(原子力潛水艦, 영어: nuclear submarine) 또는 핵추진 잠수함(核推進潛水艦, 영어: nuclear-powered submarine), 핵잠수함은 동력으로 원자로를 사용하는 잠수함이다. 다만 반드시 핵무장이 되어 있는 것은 아니다.

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최초의 원자력 잠수함 USS 노틸러스 (SSN-571)

개요

원자력 잠수함은 '재래식'(일반적으로 디젤-전기식) 잠수함에 비해 상당한 성능 우위를 가진다. 원자력 추진은 공기로부터 완전히 독립적이므로, 재래식 잠수함에 필요한 빈번한 수상 부상 필요성에서 잠수함을 해방시킨다. 원자로에서 생성되는 대량의 동력은 원자력 잠수함이 장기간 고속으로 운항할 수 있도록 하며, 연료 재장전 및 정비 사이의 긴 간격은 사실상 무제한의 항속거리를 제공하여, 항해 시간의 유일한 제약은 식량이나 기타 소모품 재보급의 필요성과 같은 요인들로 달라진다.[1] 따라서 원자력 추진은 모든 전기(전지 또는 연료전지 구동) 잠수함이 직면하는 제한된 임무 지속 시간 문제를 해결한다.

핵기술의 높은 비용 때문에 전 세계 군사 강국 중 상대적으로 소수만이 핵잠수함을 운용하고 있다. 소련 잠수함 내부에서는 심각한 핵 및 방사능 사고를 포함한 방사능 사고가 발생했지만, 1954년 USS 노틸러스 (SSN-571) 진수 이후 S1W 및 후속 설계를 시작으로 한 미국 해군 원자로는 사고 없이 운용되어 왔다.[2][3]

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명칭

미국 선체 분류 기호에서는 원자력 잠수함을 SSxN으로 지정하는데, 여기서 SS는 잠수함을 나타내고, x=G는 잠수함이 유도 미사일(보통 순항 미사일)을 장착했음을 의미하며, x=B는 잠수함이 탄도 미사일(보통 대륙간 탄도 미사일)을 장착했음을 의미하고, N은 잠수함이 원자력 추진임을 의미한다. SSN은 미사일을 운반하지 않는 핵추진 공격 잠수함을 가리킨다.[4]

역사

요약
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최초의 핵추진 잠수함, USS 노틸러스.
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가장 작은 핵추진 잠수함, 미국 해군의 NR-1.

핵추진 잠수함에 대한 아이디어는 1939년 미국 해군의 해군 연구소 소속 물리학자 로스 건에 의해 처음 제안되었다.[5] 영국 왕립 해군은 1946년에 원자력 추진 플랜트 설계를 연구하기 시작했다.[6]

세계 최초의 핵추진 잠수함 건조는 미국 해군 원자로국과 미국 원자력위원회의 과학자 및 엔지니어 그룹이 원자력 추진 플랜트 개발에 성공하면서 가능해졌다. 1951년 7월, 미국 의회는 하이먼 리코버 대위의 지휘 아래 최초의 핵추진 잠수함인 노틸러스의 건조를 승인했다. (이 잠수함의 이름은 쥘 베른의 1870년 소설 해저 2만리에 나오는 네모 선장의 가상 잠수함 노틸러스, 최초로 실용적임을 입증한 잠수함인 노틸러스, 그리고 제2차 세계 대전에서 뛰어난 활약을 펼친 또 다른 USS 노틸러스 (SS-168)와 이름이 같다.)

웨스팅하우스 코퍼레이션은 원자로 건설을 맡았다. 제너럴 다이내믹스 일렉트릭 보트에서 잠수함이 완성된 후, 매미 아이젠하워 영부인은 노틸러스함 뱃머리에 전통적인 샴페인 병을 깨뜨렸고, 잠수함은 1954년 9월 30일에 USS 노틸러스 (SSN-571)로 취역되었다.[7] 1955년 1월 17일, 노틸러스함은 코네티컷주 그로턴을 출발하여 해상 시험을 시작했다. 이 잠수함은 길이가 320 피트 (98 m)이고 비용은 약 5,500만 달러였다. 이러한 함정의 유용성을 인정한 영국 영국 해군본부는 핵추진 잠수함 건조 계획을 수립했다.[8]

소련은 1950년대에 미국에 이어 핵추진 잠수함 개발을 곧 시작했다. 미국의 노틸러스 개발에 자극받아, 소련은 1950년대 초 오브닌스크의 물리 및 전력 공학 연구소에서 아나톨리 P. 알렉산드로프 (이후 쿠르차토프 연구소 소장이 됨)의 지휘 아래 핵추진 원자로 연구를 시작했다. 1956년에 그의 팀이 설계한 최초의 소련 추진 원자로가 운용 시험을 시작했다. 한편, 블라디미르 N. 페레구도프의 설계팀은 원자로를 수용할 선박 작업을 진행했다. 증기 발생 문제, 방사선 누출, 기타 어려움 등 많은 장애물을 극복한 후, 이러한 공동 노력에 기반한 최초의 핵잠수함인 프로젝트 627 키트급의 K-3 레닌스키 콤소몰 (NATO에서는 노벰버급 잠수함로 불림)이 1958년 소련 해군에 취역했다.[9]

영국의 첫 핵추진 잠수함인 HMS 드레드노트는 1958년 미-영 상호방위협정에 따라 영국에 제공된 미국 S5W 원자로를 장착했다. 드레드노트의 선체와 전투 시스템은 영국 설계 및 건조였지만, 선체 형태와 건조 관행은 미국 설계에 접근함으로써 영향을 받았다.[6] 드레드노트의 건조 중에 롤스-로이스 마린 파워 오퍼레이션즈는 영국 원자력청의 애드미럴티 연구소인 불칸 해군 원자로 시험 시설에서 두리와 협력하여 완전히 새로운 영국 핵추진 시스템을 개발했다. 1960년, 영국의 두 번째 핵추진 잠수함이 비커스 암스트롱에 발주되었고, 롤스-로이스 PWR 핵 추진 플랜트를 장착한 HMS 발리언트가 최초의 완전 영국산 핵잠수함이었다.[10] 미국으로부터의 추가적인 기술 이전은 롤스-로이스가 원자로 설계에서 완전히 자급자족할 수 있도록 만들었으며, 그 대가로 잠수함 설계 및 정숙화 기술에 관한 "상당량"의 정보가 영국에서 미국으로 이전되었다.[11][12] 발리언트급의 래프팅 시스템은 미국 해군이 훨씬 나중에 도입할 때까지 영국 왕립 해군에 잠수함 정숙화에서 이점을 제공했다.[13]

핵추진은 전략 탄도미사일 잠수함(SSBN)의 추진에 이상적임을 입증하여 수중에서 탐지되지 않은 채로 머무르는 능력을 크게 향상시켰다. 세계 최초의 운용 가능한 핵추진 탄도미사일 잠수함(SSBN)은 16개의 폴라리스 A-1 미사일을 탑재한 USS 조지 워싱턴으로, 1960년 11월부터 1961년 1월까지 첫 SSBN 억지 순찰을 수행했다. 소련은 이미 프로젝트 629 (골프급)의 여러 SSBN을 보유하고 있었고, 최초의 SSBN인 운명의 K-19 (프로젝트 658 (호텔급))는 1960년 11월에 취역하여 미국보다 불과 1년 뒤처졌다. 그러나 이 함급은 골프급과 동일한 3발 미사일 무장을 운반했다. 16발 미사일을 탑재한 최초의 소련 SSBN은 프로젝트 667A (양키급)이었고, 그중 첫 번째 함정은 1967년에 취역했는데, 그 무렵 미국은 "자유를 위한 41척"이라는 별명을 가진 41척의 SSBN을 취역했다.[14][15]

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핵추진 VMF 타이푼급 잠수함은 세계에서 가장 큰 배수량의 잠수함이었다.[16]

냉전이 한창일 때, 소련의 네 개 잠수함 조선소 (세베로드빈스크의 세브마쉬, 상트페테르부르크의 아드미랄테이스키예 베르피, 니즈니노브고로드의 크라스노예 소르모보, 콤소몰스크나아무레의 아무르스키 자보드)에서 매년 약 5~10척의 핵잠수함이 취역하고 있었다. 1950년대 후반부터 1997년 말까지 소련과 그 후의 러시아는 총 245척의 핵잠수함을 건조했는데, 이는 다른 모든 국가를 합친 것보다 많은 수치이다.[17]

오늘날, 6개국이 핵추진 전략 잠수함을 운용하고 있다: 미국, 러시아, 영국, 프랑스, 중국, 그리고 인도이다.[18] 브라질과 오스트레일리아[19][20]를 포함한 몇몇 다른 국가들도 핵추진 잠수함을 건조하기 위한 다양한 단계의 프로젝트를 진행 중이다.

영국에서는 영국 왕립 해군의 모든 이전 및 현재 핵잠수함(3척의 HMS 컨커러, HMS 리나운, HMS 리벤지 제외)이 배로인퍼니스 (BAE 시스템즈 잠수함 솔루션 또는 그 전신인 VSEL)에서 건조되었으며, 핵잠수함 건조는 계속되고 있다. 컨커러는 2011년 현재 포클랜드 전쟁 중인 1982년에 마크 8 어뢰 2발로 순양함 ARA 제네랄 벨그라노를 침몰시켜 적함을 어뢰로 공격한 세계 유일의 핵추진 잠수함이다.

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기술

재래식 잠수함과 핵잠수함의 주요 차이점은 발전 시스템이다. 핵잠수함은 이 작업을 위해 원자로를 사용한다. 이들은 프로펠러 구동축에 연결된 전동기에 동력을 공급하는 전기를 생성하거나, 원자로의 열을 이용하여 증기 터빈을 구동하는 증기를 생산한다. (참조: 원자력 추진). 잠수함에 사용되는 원자로는 일반적으로 고농축 우라늄 연료(종종 20% 이상)를 사용하여 더 작은 원자로에서 많은 양의 전력을 공급하고 재급유 간격을 더 길게 유지한다. 재급유는 원자로가 잠수함의 내압선체 안에 위치하기 때문에 어렵다. 또한, 현재까지 잠수함에 사용된 거의 모든 원자로는 가압수형 원자로 유형이다.[21]

원자로는 또한 공기 질 유지, 바닷물의 담수화(증류를 통해), 온도 조절 등 잠수함의 다른 하위 시스템에도 전력을 공급한다. 현재 사용 중인 모든 해군 핵 원자로는 디젤 발전기를 백업 전력 시스템으로 사용하여 작동한다. 이 엔진들은 원자로 붕괴열 제거를 위한 비상 전력은 물론, 비상 추진 장치에 전력을 공급하기에 충분한 전력을 제공할 수 있다. 잠수함은 최대 30년 동안 운용할 수 있는 핵연료를 탑재할 수 있다. 수중 체류 시간을 제한하는 유일한 자원은 승무원의 식량 공급과 함정 유지 보수이다.

핵잠수함의 스텔스 기술적 약점은 잠수함이 움직이지 않을 때에도 원자로를 냉각해야 한다는 점이다. 원자로 출력열의 약 70%가 해수로 방출된다. 이로 인해 "열 흔적", 즉 밀도가 낮은 따뜻한 물 기둥이 해수면으로 상승하여 열화상 시스템으로 관측 가능한 "열 자국"을 생성한다.[22] 또 다른 문제는 원자로가 항상 가동되어 증기 소음을 발생시켜 소나로 감지될 수 있다는 점이다. 또한 원자로 펌프(원자로 냉각수를 순환시키는 데 사용)도 소음을 발생시킨다. 이는 거의 소리 없는 전동기로 움직일 수 있는 재래식 잠수함과는 대조적이다.

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퇴역

핵잠수함의 유효 수명은 약 25~30년으로 추정되며, 이 기간이 지나면 잠수함은 부품의 피로 및 부식, 노후화, 운영 비용 증가에 직면하게 된다.[23][24] 이 잠수함들의 퇴역은 긴 과정이며, 일부는 한동안 예비로 보관되거나 보존되었다가 결국 폐기되고, 다른 일부는 즉시 폐기된다.[25][24] 핵잠수함을 운용하는 국가들은 핵잠수함 퇴역 방식에 대해 다른 전략을 가지고 있다.[26] 그럼에도 불구하고 핵잠수함의 효율적인 폐기는 비용이 많이 들며, 2004년에는 약 40억 달러가 소요될 것으로 추정되었다.[27][28]

방법

일반적으로 핵잠수함 퇴역에는 두 가지 옵션이 있다. 첫 번째 옵션은 핵연료를 제거하고 방사능을 포함하는 물질과 부품을 제거한 다음, 핵 원자로가 포함된 선체 부분을 잠수함에서 잘라내어 저준위 방사성 폐기물 처리장으로 운반하여 폐기물 절차에 따라 매립하는 것이다.[24] 두 번째 옵션은 핵연료를 제거하고 잠수함 추진 시스템을 해체하며, 비원자로 격실에 환기구를 설치하고 원자로 격실을 채우는 것이다.[23][24] 잠수함을 밀봉한 후 지정된 심해 폐기장으로 견인하여 침수시킨 다음 해저에 온전히 가라앉게 할 수 있다.[24] 이 마지막 옵션은 과거에 일부 해군과 국가에서 고려되었다.[29] 그러나 해상 폐기가 육상 폐기보다 저렴하지만, 폐기물 및 기타 물질의 투기로 인한 해양 오염 방지에 관한 런던 협약 및 해양법에 관한 유엔 협약과 같은 규제 및 국제법에 대한 불확실성으로 인해 이 옵션을 진행하지 못하게 되었다.[29]

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계보

요약
관점

운용 중

중국 중국

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094형 잠수함.
 중국 인민해방군 해군 문서를 참고하십시오.

프랑스 프랑스

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트리옹팡급 잠수함.
 프랑스 해군 문서를 참고하십시오.

인도

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인도 해군의 자체 핵잠수함 INS 아리한트.
 인도 해군, 인도 해군 함정 목록 및 인도 해군의 미래 문서를 참고하십시오.

러시아 러시아

Thumb
아쿨라급 잠수함.
 소련 해군 및 러시아 해군 문서를 참고하십시오.

영국 영국

Thumb
트라팔가급 잠수함.
 영국 왕립 해군 문서를 참고하십시오.

미국 미국

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버지니아급 잠수함.
 미국 해군 문서를 참고하십시오.

출처:[33]

미래 잠수함 함급 / 운용국

오스트레일리아 오스트레일리아

 오스트레일리아 왕립 해군 문서를 참고하십시오.
  • 개발 중:
    • SSN-AUKUS 공격 잠수함[34]

브라질 브라질

 브라질 해군 문서를 참고하십시오.
  • 히아추엘로급 잠수함 최초의 6,000톤급 공격 잠수함, 건조 중이다.[35][36]

중국 중국

프랑스 프랑스

인도 인도

러시아 러시아

튀르키예 해군

 튀르키예 해군 문서를 참고하십시오.
  • NUKDEN의 일부로 핵공격 잠수함을 건조할 계획.[43]

영국 영국

미국 미국

  • 컬럼비아급 잠수함은 2031년부터 오하이오급을 대체할 것으로 예상된다.

조선민주주의인민공화국 북한

  • 북한 신형 원자력 잠수함 (주장, 건조중)

대한민국 대한민국

  • KSS-III Batch-III (4척 이상 건조 예정)

퇴역함

프랑스

인도

러시아 / 소련

영국

미국

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사고

요약
관점
 침몰한 핵잠수함 목록 문서를 참고하십시오.

원자로 사고

세계에서 가장 심각한 핵 및 방사능 사고 사망자 목록 중 일부는 핵잠수함 사고와 관련이 있다. 현재까지 이들 모두 구 소련 소속이었다.[2][3][45] 노심 손상 및 핵추진 잠수함으로부터의 방사능 누출을 초래한 원자로 사고는 다음과 같다.[2][46]

  • K-8, 1960년: 냉각재 상실사고 발생; 상당량의 방사능이 유출되었다.[47]
  • K-14, 1961년: 원자로 격실이 명시되지 않은 "원자로 보호 시스템 고장"으로 교체되었다.
  • K-19, 1961년: 냉각재 상실사고가 발생하여 8명이 사망하고 30명 이상이 방사선에 과다 노출되었다.[48] 잠수함에서 발생한 사건은 영화 K-19: 위도우메이커로 드라마화되었다.
  • K-11, 1965년: 원자로 용기 헤드를 들어 올리는 동안 재급유 중에 양쪽 원자로가 손상되었다. 원자로 격실은 1966년 노바야제믈랴 제도 동해안의 카라해에 폐기되었다.
  • K-27, 1968년: 액체 금속 (납-비스무트) 냉각 VT-1 원자로 중 하나에서 원자로 노심 손상을 겪어 9명이 사망하고 83명이 부상을 입었다. 1982년 카라해에 폐기되었다.[2]
  • K-140, 1968년: 조선소 작업 중 제어되지 않은 자동 출력 증가로 원자로가 손상되었다.[49]
  • K-429, 1970년: 함정 원자로의 통제 불능 시동으로 화재가 발생하고 방사능이 유출되었다.[49]
  • K-116, 1970년: 좌현 원자로에서 냉각재 상실사고가 발생하여 상당량의 방사능이 유출되었다.
  • K-64, 1972년: 첫 알파급 액체 금속 냉각 원자로가 고장 났다. 원자로 격실은 폐기되었다.
  • K-222, 1980년: 파파급 잠수함이 승무원들이 점심을 먹으러 나간 사이 조선소에서 정비 중 원자로 사고를 겪었다.[49]
  • K-123, 1982년: 알파급 잠수함 원자로 노심이 액체 금속 냉각수 누출로 손상되었다. 이 잠수함은 8년 동안 운용 중단되었다.[49][50]
  • K-431, 1985년: 재급유 중 원자로 사고로 10명이 사망하고 49명이 방사선 부상을 입었다.[3]
  • K-219, 1986년: 미사일 발사관에서 폭발과 화재가 발생하여 결국 원자로 사고로 이어졌다. 20세의 수병 세르게이 프레미닌은 기내 원자로를 확보하기 위해 목숨을 바쳤다. 잠수함은 3일 후 침몰했다.
  • K-192, 1989년 (K-131에서 재분류): 우현 원자로 루프의 파열로 인해 냉각재 상실사고가 발생했다.

기타 주요 사고 및 침몰

  • USS 스레셔 (SSN-593), 1963년: 129명의 승무원과 조선소 직원을 태운 채 심해 잠수 시험 중 실종되었다. 이후 조사 결과 납땜된 파이프 조인트의 파손과 밸러스트 블로우 밸브의 얼음 형성으로 인해 부상이 불가능했던 것으로 결론났다. 이 사고는 미국 함대에 수많은 안전 변경을 촉발했다. 스레셔는 100명 이상의 승선 사망자를 초과한 두 척의 잠수함 중 첫 번째였으며, 2000년 쿠르스크함 침몰 사건의 118명 사망자가 뒤를 이었다.
  • K-3, 1967년: 소련의 첫 핵잠수함은 유압 시스템 관련 화재로 39명의 수병이 사망했다.
  • USS 스코피언 (SSN-589), 1968년: 침몰 시 내파로 인해 해상에서 실종되었다. 스코피언이 압괴 심도까지 내려간 원인은 알려지지 않았다.
  • USS 기타로 (SSN-665), 1969년: 부적절한 밸러스트 작업으로 조선소 부두에서 침몰했다. 잠수함은 결국 완성되어 취역했다.
  • K-8, 1970년: 화재 및 예인 사고로 잠수함이 침몰하고 탑승하고 있던 52명의 승무원 전원이 사망했다.
  • K-56, 1973년: 다른 소련 함정과의 충돌로 배터리 격실이 침수되고 염소 가스로 인해 많은 승무원이 사망했다.
  • K-429, 1983년: 부적절한 잠수 준비 및 조선소의 오류로 침수되어 해저에 가라앉았지만 나중에 인양되었다. 16명의 승무원이 사망했다.
  • K-278 콤소몰레츠, 1989년: 소련 잠수함이 화재로 바렌츠해에 침몰했다.
  • USS 배턴루지, 1992년: 킬딘섬에서 러시아 시에라급 잠수함과 충돌하여 심각한 손상으로 인해 퇴역 조치되었다.
  • K-141 쿠르스크, 2000년: 탑승하고 있던 118명의 승무원 전원과 함께 해상에서 실종되었다. 일반적으로 받아들여지는 이론은 전방 어뢰실에서 과산화 수소 누출이 어뢰 탄두의 폭발을 유발했고, 이어서 약 2분 후에 다른 여러 탄두의 폭발을 촉발했다는 것이다.
  • 에히메 마루호와 USS 그린빌, 2001년: 미국 잠수함이 일본 훈련선 밑으로 부상했다. 충돌 결과 선박이 침몰하여 9명의 일본 승무원, 학생 및 교사가 사망했다.[51]
  • K-159, 2003년: 폐기하기 위해 예인되던 중 바렌츠해에 침몰하여 9명의 승무원이 사망했다.
  • USS 샌프란시스코 (SSN-711), 2005년: 태평양의 해산과 충돌했다. 한 명의 승무원이 사망하고 23명이 부상을 입었다.
  • USS 마이애미 (SSN-755), 2012년: 조선소에서 방화범이 저지른 화재로 잠수함의 전방 격실이 파괴되어 약 7억 달러의 수리 비용이 드는 피해를 입었다. 처음에는 수리가 계획되었지만, 예산 삭감으로 인해 잠수함은 결국 폐기되었다.[52]
  • Thumb
    USS 스레셔
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    USS 스코피언
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    K-278 콤소몰레츠
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새로운 기술 개발

2027년 러시아 해군은 포세이돈이라는 핵추진 및 핵무장 무인 잠수정을 도입할 계획이라고 보도되었다.[53][54] 공개된 문헌에서 얻을 수 있는 제한적인 데이터에 따르면 이 잠수정은 작은 (대부분 농축 우라늄 연료로 추정되는) 원자로를 사용하며 최대 130 km/h의 고속으로 이동할 수 있다. 이 잠수정은 특별히 설계된 벨고로드급 잠수함에서 발사되어 제2격 무기로 대규모 해안 도시를 공격할 것으로 예상된다. (포세이돈의 초기 시험은 디젤-전기 잠수함인 사로프함으로 수행되었지만). 무인 잠수정을 탄도미사일 잠수함 대신 제2격 무기로 사용하는 주된 이점은 탄도미사일 잠수함 승무원의 인명 손실을 막는 것이다. 만약 제2격 핵 미사일이 탄도미사일 잠수함에서 직접 발사되면, 잠수함의 위치가 노출되어 다른 잠수함, 수상함 또는 육상에서 발사되는 순항 미사일 또는 탄도 미사일에 의한 제3격으로 빠르게 파괴될 수 있다. 무인 잠수정이 핵탄두를 운반할 때, 모선의 위치는 알려지지 않은 채로 남아있고, 함정은 제3격에서 살아남을 가능성이 높다. 2024년 현재 다른 어떤 나라도 유사한 무기를 개발하는 것으로 알려져 있지 않다.[55]

한편, 미국은 컬럼비아급 잠수함을 개발 중이다. 이 잠수함은 16개의 미사일 발사관을 가질 예정이며, 첫 순찰 임무는 2031년에 있을 것으로 예상된다. 약 42년의 수명을 가진 이 함급의 잠수함 12척이 취역할 예정이다.[56]

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같이 보기

내용주

각주

추가 문헌

외부 링크

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