'AHW'에 해당되는 글 1건

  1. 2011.11.29 미리보는 미래무기 - 극초음속 비행체

미국 DARPA의 극초음속 프로젝트 HTV-2 개념도.                                                            출처:DARPA



인간이 소리의 속도(음속)보다 빠른 속도로 하늘을 날 수 있었던 것은 1947년 미국 전투비행사 출신인 찰스 예거가 벨(Bell) X-1호기를 타고 인류 최초로 음속(상온에서 초속 340m, 시속 1220km) 비행에 성공하면서부터다. 기존 프로펠러 형태의 엔진에서 새로운 개념의 제트 엔진이 개발되면서부터 인간은 초음속의 영역으로 진입하게 된 것이다.

 일반적으로 소리의 속도를 나타내는 단위인 마하(Mach)를 사용해서 비행체의 속도를 표현하는데, 음속을 기준으로 배수가 될 때 마다 마하의 정도를 증가시키는 방식이다. 예를 들면 음속의 3배가 마하 3으로 표현되며 초음속의 영역 중에서도 음속의 6배 속도인 마하 6 이상부터 ‘극초음속’의 영역에 해당한다. 참고로 현재 널리 운용되고 있는 전투기 기종인 보잉사(社)의 F-15의 속도가 마하 2.7, 최신 전투 기종인 F-22 랩터가 무장을 모두 해제했을 때 최고 속도 마하 1.8을 내는 것으로 알려져 있다.  

 최근 인류는 마하 6 이상의 극초음속 영역으로 진입하기 위한 다양한 실험과 연구들을 진행하고 있다. 미국을 중심으로 활발히 진행하고 있는 극초음속 비행체에 대한 연구는 원래 미국 국방부 주도로 세계 어느 곳에 있는 목표물도 1시간 이내에 타격할 수 있는 무기 시스템 개발(Prompt Global Strike)이라는 개념으로 시작했다.

 최근 연구 동향을 살펴보면 비단 사람이 탈 수 없는 폭탄 유형만이 아닌 향후 사람이 탈 수 있는 비행체(Vehicle)의 형태로도 실험을 진행 중임을 알 수 있다. 웨이브 라이더(Wave rider)라고 불리는 보잉 X-51의 경우 2010년 5월 1호기가 마하 5의 속도로 약 200초간 비행하는 데 성공해 가능성을 보였다. 하지만 마하 4.5~6.6을 목표로 올해 6월에 실시된 2차 테스트에서는 발사 후 순항 모드로 돌입하는 데 실패해 기술적인 보완의 필요성이 대두됐다.

 미국의 방위고등연구계획국(DARPA)에 의해 운영되는 프로젝트인 HTV(Hypersonic Test Vehicle)-2는 현재까지 총 2번의 발사 실험을 거쳤으며 마하 20을 목표로 야심차게 발사됐지만 두 차례에 걸친 테스트 모두 순항모드에 돌입하기 직전 항공역학, 비행체 제어 실험을 채 시작해 보기도 전에 통신이 두절돼 바다에 추락하는 아픔을 겪었다. 개발비용 미화 3500만 달러(약 4000억 원)가 공중에서 날아가 버린 실험이었지만 DARPA는 2차 비행 테스트를 통해 수집한 9분간의 비행 기록들이 문제점들을 밝혀주는 중요한 단서가 될 것이라는 희망을 버리지 않고 있으며 향후에도 이 프로젝트는 중지되지 않고 성공적인 비행을 위해 지속될 것임을 밝혔다.

 인류의 극초음속 비행체 시도들 중에서는 실패한 실험들만 있었던 것은 아니다. 지난 17일에는 미국 국방부 주도의 AHW(Advanced Hypersonic Weapon : 고등 극초음속 무기) 프로젝트가 성공적인 실험을 마쳤다. 17일 오전 하와이의 카우이섬 미사일기지에서 발사된 극초음속 비행폭탄은 마셜군도의 콰잘렌 환초에 있는 표적에 성공적으로 명중해 극초음속 영역으로의 진입을 꿈꾸는 인류에게 한가닥 희망을 안겼다.

 정확한 실험속도는 공개되지 않았지만 전문가들은 마하 6 이상의 속도로 테스트를 했을 것으로 추정하고 있으며, 육군 우주-미사일 방어 사령부와 육군전략사령부가 개발한 이 폭탄은 태평양 상공의 초고층 대기권을 거쳐 정확히 목표물을 타격하는 데 성공했다. 참고로 목표지점 마셜군도는 하와이에서 남서쪽으로 4000km 정도 떨어져 있다. 미 국방부는 이번 실험에 6900만 달러의 예산을 사용했으며 올해에만 이 프로젝트에 2억4000여 만 달러를 투입한 것으로 알려졌다.

 그렇다면 인간이 극초음 속도로 비행하는 데 가장 걸림돌이 되는 난관은 뭐가 있을까?

 기술적으로는 공기 역학·항법·유도·방열·제어분야의 기술 장벽들을 꼽을 수 있다. 기체의 흐름이 기체속을 진행하는 음파속도의 수 배 이상일 때 이와 같은 흐름 속에 있는 물체의 앞끝에서는 물체를 덮는 모양의 원뿔형의 매우 강한 충격파가 생겨난다. 일반적으로 이 충격파와의 마찰에 의해 발생하는 높은 열로부터 기체를 보호하기 위한 방열장치가 필요하며, 공기 역학적으로 안정적으로 기체를 제어 할 수 있는 구조설계 또한 난도가 매우 높은 분야다. 비록 현재는 항공 역학적(aerodynamics)으로 난도가 매우 높고 많은 리스크가 존재하는 것이 사실이나 인류의 기술은 점진적으로 발전해 나가 언젠가는 기술의 장벽을 극복하는 날이 올 것이다.


<김현진 국방기술품질원 연구원>







여기↓ 아래 손가락 모양(view on)을 꾸~욱 눌러주세요:-D

저작자 표시 비영리 변경 금지
신고
Posted by 마니아군
이전버튼 1 이전버튼

티스토리 툴바