극초음속 비행기를 만들다 중단한 미국

극초음속 비행기를 만들다 중단한 미국

 

1960년대 이후로, 미국은 상식적인 속도를 넘어 날 수 있는 빠른 항공기를 만들기 위해 노력해왔다.1986년에는 당시 대통령이었던 로널드 레이건조차 군용과 여객용 항공기를 음속의 25배 속도로 날릴 수 있도록 개발 중이라고 말했다. 당시 낙관적이었던 미국인들은 기적을 기대했지만, 결국 그런 일은 일어나지 않았다: 초음속 항공기는 한 번도 모습을 드러내지 않았다.

 

 

1. 날개 아래 있는 '비행기'

North American X-15

 

그때쯤이면, 미국 엔지니어들은 수십 년 동안 음속보다 훨씬 빠른 속도로 날 수 있는 항공기를 개발하기 위해 일하고 있었다. 이런 프로젝트에 비하면, 현대의 초음속 전투기는 그냥 장난감처럼 보였다. 예를 들어, 1959년에 노스아메리칸의 엔지니어들은 실험용 로켓 비행기 X-15를 만들었는데, 이 비행기는 마하 6.72(시속 7,274km)를 기록하며 세계 기록을 세웠다. 조종사들은 이를 타고 100km가 넘는 고도까지 비행하며 사실상 우주의 경계를 넘어서는 경험을 했고, 그래서 우주인이라는 칭호를 얻었다. 모두들 완전히 갖춰진 극초음속 항공기가 곧 나올 거라고 생각했지만, 그건 완전히 착각이었다.

A North American X-15 in flight

 

실험용 X-15가 무엇이든 간에, 전통적인 의미의 비행기는 아니었다. 혼자서는 이륙할 수 없었다; 대신 B-52가 대신 이륙시켜 줬다. 무거운 전략 폭격기가 X-15를 Literal하게 운반해야 했는데, 땅에서 자체 이륙할 수 없었기 때문이다. 폭격기는 미리 정해진 고도로 상승한 다음 X-15를 떨어뜨리고, X-15는 몇 분 안에 연료를 소모한 뒤 엔진을 끄고 활강해서 착륙했다. 이 비행 실험실은 단 하나의 목적을 위해 설계되었다: 바로 미래 연구를 위한 과학 데이터를 수집하는 것. 혼자서는 날 수 없었고, 어떤 물건을 운송하기에도 적합하지 않았다.

Boeing X-20

 

하지만 그렇다고 해서 미국 군대가 더 실용적이고 유용한 무언가를 만들려고 하지 않았던 것은 아니다. 동시에, 보잉 X-20 다이나소어(Dyna-Soar) 

우주선 개발도 진행 중이었는데, 제작자들에 따르면 이 우주선은 발사체로 이륙한 후 정찰이나 폭격 임무를 수행하고, 다시 비행기처럼 공항에 착륙할 예정이었다. 흥미로운 점은, 이 프로젝트가 충분히 실현 가능하다는 것이 입증되어 엔지니어들이 첫 번째 프로토타입까지 만들기 시작했지만, 예상치

못하게 취소됐다는 거다. 프로젝트 비용이 엄청나게 비쌌던 반면, 새로 개발된 정찰 위성들은 훨씬 저렴했기 때문이다.

 

2. 지난 세기의 문제들

Straight-jet engine

 

하지만 문제는 자금이 아니라 기본적인 물리학에 관한 것이었고, 개발자들은 아무리 원해도 이를 무시할 수 없었다. 법칙을 우회할 수도 없었다. 

예를 들어, 가장 큰 문제 중 하나는 엔진이었는데, 특히 과열이 문제였다. 일반 터보제트 엔진은 마하 3까지는 정상적으로 작동할 수 있지만, 그 이후에는 흡입구의 공기가 너무 뜨거워져서 터빈 임펠러가 녹기 시작했다. 그래서 극초음속 속도에서는 램제트 엔진이 필수적이었지만, 낮은 속도나 이륙 시에는 물리적으로 작동할 수 없었다. 당시 엔지니어들은 어떤 하이브리드 대안도 개발하지 못했다.

Specific aerodynamics

 

두 번째로 아무도 해결할 수 없었던 큰 문제는 온도 장벽이었어. 비행기가 마하 5를 넘으면, 그 앞의 공기가 거의 단단한 벽처럼 변한다. 

비행기가 이 벽을 통과할 때,고온 플라즈마가 생기고,비행기 몸체는 섭씨1,500도까지 뜨거워질 수 있어서,강철과 알루미늄은 플라스틱처럼 변해버린다. 그 당시에는 첨단 합금이나 복합 재료가 없었고, 효과적인 냉각 시스템도 발명되지 않았었다.

Launch from an airplane

 

마지막이자 가장 큰 걸림돌은 조종이었다. 시속 6천 킬로미터가 넘는 속도에서는 조종면의 조금이라도 흔들림이나 정확하지 못한 조작이 글라이더를 

파괴할 수 있었다. 그래서 비행을 제어할 수 있을 만큼 강력한 컴퓨터 시스템과 정밀하게 설계된 공기역학이 필요했다. 이런 것들은 훨씬 나중에야 등장했다.

 

3. Technical overkill

Rockwell X-30

 

미국 정부와 엔지니어들이 이런 프로젝트를 완수할 수 없다는 사실을 마침내 인정한 건 1993년에야 일이었다. X-30 극초음속 항공기 프로그램은 

너무 복잡해서 당시 전문가들에게는 이를 완성할 지식이나 기술이 부족했다. 군에서는 성공적인 결과를 보장할 수 없다면 극초음속 항공기 개발에 더 

투자할 필요가 없다고 판단했다. 결국 이 프로그램은 중단되었고, 자금 지원도 끊겼으며, 대신 극초음속 발사체 대신 대륙간 탄도미사일과 순항미사일을 사용하기로 결정했다.

The project proved too complex

 

하지만 이 과정에서 이루어진 발전들은 매우 유익했다. 예를 들어, 연구를 통해 내열 소재가 만들어졌고, 이 소재는 나중에 로켓과 재사용 가능한 셔틀을 보호하기 위해 항공우주 산업에서 사용됐다. 정밀 금속공학과 공기역학도 크게 발전했고, 새로운 제트 엔진도 개발됐다.

US hypersonic technology still lags behind

 

미국은 현재 극초음속 기술에 훨씬 더 많은 관심을 쏟고 있다. 하지만 지금까지 미국 엔지니어들은 극초음속 임계 속도를 넘어서는 데에만 성공했을 뿐, 초고속 항공기의 잠재력이 본격적으로 발휘되기 시작한 속도에는 아직 도달하지 못했다.