세대 별 항공기

 

#밀리터리

 

한국이 4.5세대 전투기를 준비하는 현재, 미/소/중/일/EU는 모두 세칭 6세대 전투기 개발에 한창이다. 한국은 6세대 전투기에 대한 공군의 소요 제기가 없으며, 실제로 연구를 시작할 여력도 없는 상황이다. 하이엔드급 전투기를 한국이 개발하는 것이 의미가 있는지에 대해서 여전히 많은 군 관계자들은 확신하지 못하고 있다. 그러나, F-22, F-35의 사례에서 보았듯이, 우리가 돈을 충분히 주더라도 강대국들이 6세대 전투기를 이른 시기에 판매할 것 같지는 않다. 오늘자 기사에서는 F-35 전투기 20대를 추가구매하는 F-X 사업을 진행중이라고 한다. 

 

2011년 미국과 한국 사이에 큰 해프닝이 발생한다. 우리가 돈을 주고 산 F-15K 전투기에 장착된 타겟팅 포드인 "타이거 아이" 를 우리가 분해한 것에 대해서 미국, 록히드 마틴에서 강력히 항의하여 큰 외교분쟁이 발생한다. 타겟팅 포드란 지상 목표물을 식별/추적/유도하는 핵심 장비 중 하나이다.

 

우리가 돈을 주고 산, 우리 재산인데도 불구하고 미국 무기는 미국의 허락 없이 분해하는 것이 절대 허용되지 않는다. 사소한 고장이라도 발생하면, 미국 본토의 기술진이 오거나 혹은 미국을 건너가서 수리 후 다시 한국으로 가져오는 복잡하고 긴 절차를 거쳐야 한다. 한국이 비밀리에 조심조심 분해했음에도 불구하고, 내부 밀고자에 의해서 미국에 그 사실이 알려진다. 실제로 타이거아이는 우리나라에만 판매된 후 바로 생산 중단되어 부품 가격이 바로 6배 수직 상승했는데 외국산 무기를 구매한 대가로 우리나라는 아무런 항의도 하지 못하는 굴욕을 겪는다. 

 

비슷한 전례가 있었다. 2000년 한국에서 아주 미량의 우라늄을 레이저를 이용하여 농축한 실험(0.2g 농축, 농축도 최대 77%)을 비밀리에 진행한다. 이 역시 내부 밀고자에 의해서 IAEA에 알려지고 2004년 조사단이 파견되어, 자칫하면 유엔 안보리에 회부되었을 위기에 처한다. 미국의 정보력은 알다시피, 우리나라 통화 전체를 스캐닝 가능할 만큼 대단하다. 

 

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보통 전투기를 1~6세대로 분류한다. 1세대는 1940~50년대의 초기 제트 전투기를 지칭한다 (Me 262, F-86, Mig-15) 등이 이에 해당한다. 오래된 전쟁 영화에서는 보는 기총 소사를 하면서 상대방 전투기를 눈으로 확인하면서 전투를 하던 시기이다.

 

2세대 전투기는 터보제트 엔진을 장착하여 초음속 비행이 가능해진다. MIg-21/29, F-8/104, Mirage-3등이 2세대에 속한다. 이 때부터 기총 사격 대신 적외선 유도 미사일이 등장한다.

 

3세대 전투기는 1960~70초에 등장하기 시작하여 이때부터 레이더 유도 미사일을 통한 시계외 전투(BVR, beyond visual range) 가 가능해진다. 우리나라에서 최근부터 퇴역되기 시작한 F-4를 위시, Mig-23/25, Su15/21, F111, Mirage F1등이 이에 속한다. 

 

1970년초~1990년대 까지는 완전한 BVR 기능을 갖추고, 공대공과 공대지를 겸비하는 다목적 전투/전폭기로서 제작된다. 이때부터 항공 전자 장비의 성능이 비약적으로 개선되어, AESA(active electronically scanned array, 능동 전자주사식 위상 배열) 레이더, IRST(infrared search and track, 적외선 감시 및 추적 장치) 가 도입되고, WVR(within visual range) 공격을 향상하기 위해 가볍고 튼튼한 항공 소재를 채택한다. F-14/15/16, Mig-29, Su-27, Mirage2000 등이 이에 속한다. 본격적인 스텔스 기능은 없지만  RCS를 줄여서 저피탐 기능을 갖추면 4.5세대 전투기로 분류된다. 현재 한국에서 개발중인 KFX-21이 이에 해당한다. 

 

5세대 전투기의 특징은 추력편향기술, 복합재료 동체, 초음속 순항, 스텔스 기술을 갖춘다는 것이다.  먼저, 이전의 비행체들이 단순히 날개를 이용하여 공기의 흐름을 제어하여 비행 방향을 조절하는데 비해 로켓 방향 전환에 사용되던 추력 편향 기술 (thrust vector control, TVC)로 엔진 분사 방향을 이용하여 빠르게 전투기의 방향 전환을 가능하게 한다. 또한, 탄소/에폭시 기반의 복합소재를 발전시켜 탄소섬유기반의 복합소재(CFRP,  carbon fiber reinforced plastic)를 활용한다. 여기에 RCS(radar cross section)을 최소화하는 기술이 적용된다. 예를 들면 4세대 전투기의 조향성을 높이는 전방 보조 날개인 커나드를 없애고, 무장창의 매립을 통해서 외부 돌출물들을 최소화, 스텔스 도료 도포로 전파를 흡수하는 것이다. F-22, F-35, Su-57, J-20 등이 이에 속한다. 

 

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현재 거의 모든 강대국들이 6세대 전투기 개발을 진행 중이다. 6세대의 키워드는 인공지능, 유무인 복합 운영(무인자동조종시스템, MUM-T, manned unmanned team),  극초음속 엔진 채택(마하 3->마하5), 다기능 복합 레이다로 조기경보기 역할 수행, 레이저무기 장착등이다.

 

스텔스 기능의 극대화를 위하여 후미익(꼬리날개)을 없앤 V자 가오리 형체, 터보팬엔진의 바이패스비를 가변할 수 있는 가변사이클 세라믹섬유 복합소재(CMC, Ceramic matrix composites)  엔진, 공대공 미사일 방어를 위한 100 kW 급 레이저/고출력 마이크로웨이브 (HPM) 펄스빔 발사기와 이를 위한 1MW 급 발전기, AR/VR 기술의 HMD (helmet mounted display)와 wearable computing, 초고성능 GPU 기반의 AI 신호처리 및 자율 주행 등, 공상 과학 영화에서나 볼 법한 최첨단 현대 기술들의 집합체가 될 예정이다. 

 

이러한 기능들 모두가 전력을 하마처럼 소모하기에, 유럽(영국,스웨덴,이탈리아)은 2025년부터 개발 시작할 BAE tempest 프로젝트에서 레이저 무기 가동을 위한 전투기 엔진 탑재형 E2SG(embedded electrical starter generator)라는 발전기 개발을 완료하였다. 유럽은 4세대 타이푼 전투기 이후 5세대 전투기를 건너뛰어 바로 6세대 전투기 개발을 진행 중인데, 영국주도의 BAE 템피스트와 프랑스/독일 연합 주도의 FCAS(future combat air system)로 나눠져서 개발 중이다. FCAS는 2025~2035년까지 개발하여 2035~2040년 실전배치를 목표로 하고 진행 중이다. 

 

일본은 5세대 전투기 F-3 를 2024 프로토타입, 2030년 실전배치를 목표로 개발 진행 중이며 이를 개량하여 6세대 전투기로 업글 예정이다. 중국은 기 개발 완료한 J-20과 이의 보급형인 J-31 개발 완료를 토대로 6세대 핵심 기술들을 개발 중인데, 엔진 성능이 발목을 잡고 있다. 러시아는 Mig-41로 불리는 PAK-DP 전투기 개발 프로그램을 수행 중이다.  

 

미국은 NGAD(next generation air dominance)로 공군 주도의 PCA(penetrateing counter air)와 해군 주도의 F/A-XX로 병행 진행 중이다. 2030년 실전배치를 목표로 현재 시제기를 개발 완료하여 비밀리에 시험비행을 진행 중이며 이를 위한 엔진(GE의 XA100)도 개발 완료했다.

 

 

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이스라엘은 최근 100 kW급 레이저 무기 개발을 완료하고 내년부터 아이언빔 (Iron beam) 을 실전 배치할 계획이다. 수백달러짜리 박격포 미사일 요격에 5만불 가격의 요격 미사일은 비효율적이다. 그에 반해 아이언 빔은 1발당 전기료 1~3$이소비되며, 전원만 공급되면 무한 발사가 가능하다. 요격거리 2km에 분당 10발의 발사를 목표로 한다. 아이언돔의 40km 요격거리에 비하면 짧지만 광속/진진 요격이므로 탄도 궤도 계산 및 추적이 간단하다. 

 

미 해군은 2014년 USS 폰스함에 출력 33kW, 유효 사거리 1.6km의 AN/SEQ-3 레이저 무기 시스템을 시험 장착하였고 2019년 알레이 버크급 이지스함 듀이함에 레이저 광학 무기 "오딘"을 실전 배치 하였으며 150 kW급의  헬리오스 레이저 무기 시스템을 조만간 실전 배치할 예정이다. 오딘은 저출력 레이저로 드론이나 무인기의 직접 요격이 아니라 여러 센서들의 동작을 방해하는 무기이며, 헬리오스(HELIOS)는 고출력 레이저로 동체의 직접 타격을 목표로 한다. 미 육군은 단거리방공(SHORAD)을 위하여 300kW급 레이저 무기 체계를 개발 중이다. 150kW급이면 무인기나 순항 미사일 요격이 가능하며, 300kW급이면 대형 순항/초음속 미사일이나 헬기를 원거리 격추할 수 있으며, MW 급이면 탄도 미사일 요격이 가능하다.

 

한국도 레이저 무기 개발을 오래전 부터 시작하였으나, 2022년에야 3kW급 단일 모드 레이저 광원 개발을 완료하였고 이를 10kW급으로 높일 계획을 가지고 있다. 또한, 10 kW 상용레이저를 2개 묶거나, 단일 모드 레이저 광원에 빔결합기술(CBC, coherent beam combining)을 적용하여 20kW 급 레이저무기를 2023년 개발완료(블록 1)할 예정이다. 

 

또한 2030년까지 이를 개량하여 함정/차량에 장착 가능한 기동형 30 kW급 블록2 레이저 무기 개발을 완료하고 30년 이후에는 함정/항공기 탑재형 100kW급 블록 3 개발을 목표로 하고 있다. 실제로 2020년에 1km 전방의 정지 표적물을 20kW 레이저로 관통하는 시연을 보였고 3kW급 레이저로 지뢰/불발탄 제거 시범을 보이기도 하였다.