'F-15K'에 해당되는 글 4건

  1. 2009.04.14 고성능 전투기 F-15, ‘출생과정’을 밝히다


무엇을 고르느냐, 그것이 문제로다.

 우리공군이 생긴 이래로, 새로운 전투기로 무엇을 살까 고심해 결정한 적은 많았지만, 이것은 어디까지나 군에서 고민할 문제였을 뿐, 민간인들은 여기에 대해 관심이 없었다. 90년대 말의 KF-16 도입 사업 당시에도 몇 가지 사안 때문에 군이나 이 사업과 직접적으로 관련 있는 사람들 이외의 사람들이 서로의 의견을 주고받았으나 이것은 어디까지나 여기에 대해 큰 관심이 있는 일부의 이야기였다.

 

 공군 주력 F-15의 탄생과정, 사진으로 알아보기

 한국형 ‘차기 공대공 미사일’ 프로젝트 알아보기

 공군 차기 공대지미사일 후보 ‘타우러스’ 자세히보기

 차세대 F-35의 신기술 ‘EOTS’ 사진으로 알아보기

 ‘막강 화력 자랑’ 에어파워데이 행사, 자세히보기

 첨단기술로 150km 밖 적기격추, ‘덕티드 로켓체계’

 ‘한국형 전투기’ KFX 사업, 진행해도 괜찮을까?

 

 그런데 1990년대 말부터는 달랐다. 급속도로 발전한 인터넷 환경 덕에 사람들은 조금만 관심이 있다면 군사와 관련된 정보를 손쉽게 얻을 수 있었고, 이 시기에 벌어진 공군의 차세대 전투기 선정 사업에 관한 정보도 예외는 아니었다. 심지어 원래는 관심이 없던 사람들조차 주변 사람들의 이야기를 듣고 관심을 가지는 경우도 생겨났다. 인터넷의 군사 관련 게시판에서는 어느 전투기를 선정하는 것이 더 우리에게 이득이 될지를 놓고 자신의 주장을 설파하는 글이 넘쳐났으며, 군사관련 잡지 이외의 신문과 방송에서도 차세대 전투기 사업에 대한 내용들을 비교적 중점적으로 다뤘다.

 

 이렇게 여론의 관심이 집중되자 차세대 전투기 생산업체의 자리를 노리던 각 외국 항공사들은 우리나라의 군사, 항공 관련 잡지는 물론 일반 신문에도 자신들의 전투기를 홍보하는 광고를 내보낼 정도였다. 군은 4개의 후보 전투기를 놓고 고민하다가 1차 심사에서 2개로 압축했고, 다시 고민 끝에 결국 차세대 전투기를 선정했다. 이 전투기가 바로 F-15K 슬램 이글(Slam Eagle)이다.

 

베트남전의 교훈, 그리고 미그25의 출현

 베트남전을 겪으면서 미 공군은 미사일과 레이더는 만능이 아니며, 그렇기 때문에 전투기는 근접 격투전에 대비해야 한다는 점을 깨달았다. 그래서 미 공군은 F-4 팬텀을 이을 차세대 전투기는 더 기동성이 높고, 적기를 눈으로도 잘 볼 수 있도록 조종석의 시야가 좋으며, 지상공격보다는 공중전 임무에 더 중점을 둔 전투기가 되어야 한다고 생각했다. 그렇지만 전투기의 크기가 문제였다.

 

 미 공군으로선 차세대 전투기가 대형 전투기가 되어야 할지, 소형 전투기가 되어야 할지가 고민이었다. 이는 각각의 장단점이 있기 때문이었다. 이 때문에 미 공군은 대형 전투기는 ‘파랑새’, 소형 전투기는 ‘빨강새’라는 별명을 붙여서 각각에 대해 연구를 진행했다.

 

 그 와중에 소련의 신형 전투기, MIG-25가 세상에 알려졌다. 소련이 자세한 정보는 공개하지 않은 탓에 정확한 성능은 알 수 없었지만, 미 공군이 불확실하나마 입수한 여러 자료를 종합해 보면 이 전투기는 ‘빨강새’로는 도저히 이길 수 없는 고성능 전투기인 듯 했다. 그 결과 MIG-25에 대응하기 위해 미 공군은 ‘빨강새’는 제쳐두고 ‘파랑새’를 개발하기 시작했다(F-16 편에서 다뤘듯, ‘빨강새 개념’ 즉 소형 전투기 개념은 나중에 F-16이 된다. 또한 MIG-25는 미 공군의 예상과 달리 폭격기를 잡는 임무에는 적합하지만 전투기와 상대하기엔 역부족인 요격기였다.)

 

▲ 먹잇감을 노리는 파랑새의 눈빛(사진속의 전투기가 MIG-25다)

 

▲ 미 공군과 함께 나사(NASA)에서 연구하던 다양한 전투기 형상. LFAX-4는 가변날개다. LFAX-8은 꼬리날개가 엔진보다 훨씬 뒤에 달린 형상으로 후에 F-15의 원형이 된다. LFAX-9은 엔진이 날개 아래에 달린 형상이며, LFAX-10은 좀 더 평범한 형상으로 MIG-25와 유사하다.
   
 특히 1967년에 소련의 미그25가 공개된 이후 미 공군은 이 전투기의 성능(물론 미 공군이 잘못 예측한)보다 더 뛰어난 전투기를 필요로 했고, 그 결과 1968년에 차세대 전투기의 개발 방향도 완전히 다시 잡기로 결정했다. 미 공군이 생각한 차세대 전투기는 대형 레이더(특히 낮게 날아오다 기습적으로 솟구쳐 오르려고 하는 적기를 사전에 탐지할 수 있는 펄스 도플러 레이더)를 탑재하여 먼 거리에서부터 적기를 찾아내서 미사일을 날릴 수 있어야 했다.

 

 그러면서도 큰 날개와 강력한 엔진을 이용해 뛰어난 기동성을 발휘, 근접 격투전에서도 적 전투기를 압도할 수 있어야 했다. 더불어 근접 격투전에서는 레이더보다 조종사의 눈이 적기를 찾는데 더 유용하므로, 차세대 전투기의 조종석은 시야가 좋아야 했다. 또 차세대 전투기는 소련이 유럽으로 침공하는 경우 중간에 급유를 받지 않아도 미국 본토에서 유럽까지 스스로 날아가서 배치될 수 있어야 했으므로, 장거리 비행을 위해 많은 연료를 탑재할 수 있어야 했다.

 

 그리고 차세대 전투기는 평상시에 마하 0.9 정도로 순항비행할 수 있도록, 이 구간에서 비행시 진동이나 기타 이상현상이 발생해서도 안됐다(마하 0.9로 비행하는 항공기 주변에는 마하 1을 넘는 초음속 흐름과 마하 1 미만의 아음속 흐름이 동시에 나타나는데, 이 영향으로 인해 버핏(Buffet)이라는 진동이 발생할 수 있다). 하지만 이 전투기는 필요한 경우에는 마하 2.5로 가속, 적의 폭격기를 향해 가능한 빨리 날아가서 요격할 수 있어야 했다. 더불어 팬텀을 대체할 전투기는 발전된 시스템의 도움으로 별도의 레이더, 항법, 무장 제어를 위한 승무원 없이도 조종사 혼자서 모든 임무를 수행할 수 있는 1인승 전투기여야 했다.

 

 1968년부터 이 차세대 전투기를 어느 항공사가 개발할지를 놓고 페어차일드-리퍼블릭, 맥도널 더글라스, 노스 아메리카-록웰이 경쟁을 벌였다. 그리고 1969년, 맥도널 더글라스가 이 경쟁에서 승리했다. 이제 맥도널 더글라스는 한창 진행중인 베트남전에서 활약할 F-4 팬텀의 개량형을 개발하는 동시에, 미 공군을 위한 전혀 새로운 차세대 전투기를 개발하게 되었다.

 

▲ 노스아메리카-록웰이 개발한 전투기의 실물 크기의 모형. 맥도널 더글라스가 제안한 전투기 형상에 밀려 패배했다. 소련의 SU-27 전투기 개발자들은 이 전투기가 맥도널 더글라스의 전투기에 밀려서 패배한 것을 보고 매우 놀랐다고 한다. 왜냐하면 당시 SU-27를 개발하던 수호이에서는 오히려 이 노스아메리카-록웰가 개발한 전투기의 형상과 유사한 것을 선택하고, F-15와 유사한 형상을 버렸기 때문이다(물론 수호이가 이들 미국의 전투기를 참고해서 개발하던 것은 아니고 여러 방안을 찾다 보니 비슷한 형상이 나왔었다고 한다.).
   
파랑새에서 독수리로

 맥도널 더글라스가 개발한 새로운 전투기의 이름은 F-15 이글(Eagle : 독수리)로 결정되었다. F-15는 1972년에 첫 시험 비행을 시작, 그 후로 각종 테스트를 거친 뒤 대량생산하기 시작했다. 그리고 1977년부터 본격적으로 F-4E 팬텀을 대체하면서 미 공군의 주력전투기 자리를 차지해나갔다. 
  

▲ 비행중인 YF-15A. 이는 F-15의 시제기로, 나중에 양산되는 F-15A와 주날개 및 꼬리날개 모양이 약간 다르다.
 

▲ 기체를 기울인채로 AIM-7 스패로우 미사일을 발사중인 F-15. AIM-7 스패로우는 1990년대 말, AIM-120 암람 미사일이 본격적으로 보급되기 전까지 F-15의 주력 무장이었다. AIM-7은 베트남전때 미 공군의 속을 썩였던 미사일이지만, 이후 계속 성능을 개량한 덕에 90년대초 이라크전 때는 훨씬 좋은 결과를 냈다.
  

▲ 시범비행중인 F-15B. F-15A와 거의 같지만 조종석이 2개인 2인승이다. 주로 조종사의 훈련용으로 쓰기 때문에 초창기에는 TF-15A라고 부르기도 했다. T는 훈련기(Trainer)라는 의미다. F-15B는 F-15A와 동일한 전투 관련 장비들을 탑재하고 있기 때문에 필요하다면 실제 전투에 참가할 수도 있다.
 
 1974년, 미 공군은 F-15A중 한 대를 뽑아서 상승률(얼마나 빠르게 일정 고도 까지 올라가는가) 기록 수립을 위해 특별히 개조했다. 이 F-15를 스트릭 이글(Streak Ealge : 질주하는 독수리)라고 불렀다. 개조라고 해서 특별한 장치를 추가한 것은 아니었으며, 오히려 필요 없는 장비는 최대한 빼는 개조였다. 그래야 기체의 무게를 줄여서 더 빨리 고도를 높일 수 있었기 때문이다. 전투에 필요 없는 레이더나 무장 및 무장제어시스템은 물론, 이착륙시 펼치는 플랩이나 공중에서 속도를 줄이기 위해 쓰는 스피드브레이크까지도 없애버렸다.

 

 심지어 기체의 무게를 조금이나마 줄여보려고 페인트도 전부 벗겨냈다(항공기의 페인트는 매우 두꺼운 밑칠을 한 다음 다시 그 위에 페인트를 칠하기 때문에 제법 무게가 나간다). 이런 개조를 통해 스트릭 이글은 원래의 F-15A보다 800kg 정도 무게를 줄일 수 있었다. 스트릭 이글은 1975년에 기록비행을 시작, 이전까지 수립된 8가지의 상승률 기록을 갈아치웠다(이 기록들은 F-4B 팬텀과 MIG-25가 세워놓은 것들이었다). 
 

▲ 비행중인 스트릭 이글. 이 기체는 페인트도 벗겨내고, 상승률 기록수립에 필요 없는 장비도 최대한 없애서 기체 무게를 최대한 줄였다.   
 
 한편 F-15A 및 이것의 2인승 버전인 F-15B가 배치된 지 얼마 되지도 않았을 때, 맥도널 더글라스는 이미 이것들의 개량형을 구상하고 있었다. 이것이 1979년부터 비행시험을 시작한 F-15C(1인승)와 F-15D(2인승)이다. F-15A와 F-15C(혹은 F-15B와 F-15D)는 외견상 구분이 어렵지만 내부적으론 많은 부분이 바뀌었다. 
 

▲ 2006 림팩 훈련에 참가한 미 공군의 F-15C. 여러대가 편대를 일렬로 늘어서서 AIM-7 중거리 공대공 미사일을 차례대로 발사중이다. 현재 F-15C의 주력 무장은 AIM-120 중거리 공대공 미사일이지만, 훈련을 위해서 AIM-7을 쓰기도 한다.
 
 먼저 F-15C는 F-15A에 비해 엔진이 더 강력한 모델로 바뀌었으며 내부 연료탱크도 더 커져서 더 많은 연료를 탑재할 수 있게 되었다. 또한 F-15C는 레이더, 사출좌석, 비행제어 소프트웨어 등이 업그레이드되었고, 이런저런 장비가 바뀌면서 늘어난 무게에 맞춰 착륙장치(랜딩기어)도 더 튼튼한 것으로 교체되었다.
 

▲ 전형적인 F-15C의 무장형태. 날개에는 총 4발의 AIM-9 단거리 공대공 미사일을 탑재하고, 동체 아래에는 총 4발의 AIM-7 혹은 AIM-120 중거리 공대공 미사일을 탑재한다(사진속의 미사일은 AIM-120).
 

▲ 중동지방의 F-15? 실은 가상적기 역할을 맡은 F-15다. 이런 가상적기 부대는 앞으로 ‘싸울게 될지도 모르는’ 적국의 전투기와 유사한 색으로 전투기들을 칠할 뿐만 아니라 여기에 타는 교관들도 가상적기를 맡은 F-15의 비행형태나 전술이 ‘싸울지도 모르는’ 적국의 전투기와 유사해지도록 훈련 받는다.
 
적진 깊숙이...

 미 공군의 F-111은 적의 레이더망을 피해 매우 낮은 고도로 고속으로 비행, 적진 깊숙이 침투하는 장거리 전폭기였다. 다만 F(Fighter : 전투기)라는 명칭과 달리 실제로는 공중전을 벌이기 위한 장비는 거의 없었으며 어디까지나 지상공격만을 맡는 항공기였으므로 실제로는 공격기에 가까웠고, 그래서 항상 아군 전투기의 엄호가 필요했다. 
 

▲ F-111 아드바크. 본래 미 공군과 해군이 같이 사용하는 전투기로 개발하려고 했지만, 막상 개발해 놓고 보니 미 해군의 항공모함에서 운용하기에는 너무 무거워져서 미 공군만 쓰게 되었다(미 해군은 이후 F-14 톰캣을 개발한다). 독특한 가변날개 덕에 비교적 짧은 활주로에서 이륙한 다음 고속/저공 비행으로 적진을 침투 할 수 있는 전폭기다(우리나라의 한 뉴스앵커가 F-111을 보고 下-川 전투기라고 잘못 읽어 뉴스보도를 전했다는 일화도 있다). 
  
 1980년대 후반, 이 F-111이 퇴역할 시기가 다가오자 미 공군은 새로운 전폭기가 필요해졌다. 이에 미 공군은 EFT(Enhanced Tactical Fighter : 발전형 전술 전투기)라는 사업명으로 새로운 전폭기 개발 사업을 시작했다. 이 EFT는 다른 전투기나 조기경보기의 도움 없이도 혼자서 적진 깊숙이 침투, 목표물을 타격할 수 있어야 했다. 하지만 완전히 새로운 전투기를 개발하는 것은 비용 부담이 크므로, 미 공군은 가급적 기존에 있던 전투기를 개량해서 새로운 전투기를 만들고자 했다.

 

 그 후보로 거론된 것이 F-15와 F-16, 그리고 유럽 국가들이 합작으로 만든 토네이도 전폭기였다. 하지만 토네이도 전폭기는 미 공군이 원하는 것만큼 멀리 날 수 없었고, 또 미국에서 자체적으로 생산하던 항공기가 아니다 보니 금세 고려대상에서 제외되었다. 1980년대 말, 이미 미 공군의 주력전투기였던 F-15와 F-16이 차세대 장거리 침투용 전폭기 자리를 놓고 격돌하게 된 것이다.

 

1. 알아도 그만, 몰라도 그만인 이야기= 아음속, 천음속, 초음속

 마하(Mach)는 19세기 오스트리아의 학자인 에른스트 마하(Ernst Mach : 본래 Mach는 마흐에 가까운 발음이 나지만, 현재 마하로 명칭이 굳어져버림에 따라 이 글에서는 마하로 통일한다)의 이름에서 따온 것이다.

▲ 오스트리아의 학자, 에른스트 마하

 

 그는 총알 등을 통해 소리의 속도 보다 빠른 속도로 날아가는 물체 주변에 어떤 현상이 일어나는지를 면밀히 관찰 했었다. 그래서 소리의 속도에 비해 얼마나 빠른가를 나타내는 단위로 마하를 쓰게 된 것이다. 마하 1은 소리의 속도와 같은 속도라는 의미다. 즉 마하 2라면 소리의 속도의 2배, 마하 0.5라면 소리의 속도의 절반인 속도다. 굳이 공기흐름, 혹은 항공기의 속도를 마하라는 단위로 나타내는 것은, 이 마하 1을 전후로 공기의 흐름 (혹은 항공기의 비행특성)이 크게 변하기 때문이다.

 

▲ 에른스트 마하가 찍은 총알 주변의 공기흐름. 초음속으로 날아가는 총알 앞쪽에 경사진 굵은 실선이 바로 충격파가 생긴 부분이다. 충격파는 초음속 공기 흐름에서 나타나는 대표적인 현상으로, 이 부분은 공기밀도가 급격히 변하기 때문에 빛이 굴절되어서 사진으로도 확인 할 수 있다.
   
 마하 1 보다 빠른 속도를 초음속(Supersonic)이라고 부른다. 말 그대로 음속을 넘어섰다는 말이다. 반대로 마하 1보다 느린 속도는 아음속(Subsonic)이라고 부른다. 다만 일반적으로 아음속은 마하 0에서 마하 0.8 사이의 구간만을 말하며, 초음속은 마하 1.2 이상의 속도를 의미한다. 그리고 마하 0.8에서 1.2 사이의 영역을 천음속(Transonic)이라고 부른다. 천음속이란 음속으로 변하는(Trans) 구간이란 뜻이다.

 

 항공기의 형상은 복잡하게 생겼기 때문에, 마하 0.8로 비행해도 그 주변에는 실제로 어떤 부분의 속도는 마하 0.6일 수도 있고 또 어던 부분은 마하 1.2를 넘어가는 초음속 흐름이 생겨나기도 한다. 반대로 마하 1.1로 비행하는 항공기 주변의 어떤 부분은 마하 0.8도 안되는 아음속 흐름이 생겨나기도 한다. 즉 천음속에서는 아음속 공기 흐름과 초음속 공기 흐름이 뒤섞여서 나타나고, 이 때문에 이 구간을 비행하는 항공기는 잘못하면 원하지 않는 진동이나 소음, 갑작스런 비행특성의 변화 등이 생긴다. 게다가 이 구간은 모형을 통한 실험이나 컴퓨터를 통한 계산으로도 실제 항공기 주변의 공기 흐름이 어떤지 정확히 예측하기가 어렵다.

 

 하지만 현대의 제트항공기는 (민간 여객기이건 제트 전투기건) 대부분 이 천음속 영역에서 비행한다. 초음속으로 비행하려면 천음속으로 비행할 때와는 비교도 안되게 큰 엔진 힘이 필요하므로, 그 만큼 연료소모가 크기 때문이다(보통 초음속 비행을 위해서는 애프터버너라는 장치를 사용하는데, 엔진 힘이 2배 정도 강력해지지만 연료소모량은 5배 이상 증가한다). 그러나 항공기는 가능한 빨리 날아야 하므로, 결국 이 천음속 영역에서 주로 비행하는 것이다.

 

▲ 우리가 타는 대부분의 제트 여객기들은, 덩치가 커서 느릴 것 같지만 사실은 꽤 빨라서 마하 0.8 근처의 천음속으로 순항한다. 특히 대형 항공기일수록 더 빠른 경우가 많다. 실제로 보잉747이 처음 등장했을 때는 그 당시 여객기 중에서도 제일 빠른 편에 속했다(그래서 보잉사는 보잉747에 사람들이 붙인 덤보(디즈니 만화에 나오는 아기코끼리 이름)라는 별명이 둔하고 느려보여서 싫어했다는 이야기가 있다).
 
 다만 일부 특수한 항공기는 초음속에서도 비교적 많은 연료를 소모하지 않으면서 장시간 비행할 수 있다. 이러한 능력을 초음속 순항, 혹은 수퍼 크루징(Super Cruising)이라고 부른다. 대표적인 수퍼 크루징 항공기로 마하 3.3으로 비행하던 SR-71, 마하 2의 속도로 순항할 수 있던 콩코드 여객기, 그리고 마하 1.5 이상의 속도로 순항할 수 있는 F-22 랩터 전투기 등이 있다.
 

▲ SR-71 블랙버드 정찰기. 마하 3.3으로 비행 할 수 있었는데, 이는 사람이 탄 항공기 중 제일 빠른 속도다(물론 X-15 같은 실험목적으로 개발한 항공기는 더 빠르게 비행할 수 있었지만). 이 정찰기의 엔진은 독특해서 초음속에서 애프터버너를 사용해도 일종의 램제트 엔진(초음속에서 효율적인 제트엔진의 일종)처럼 작동해서 장시간 초음속 비행이 가능했다.
 

▲ F-22 랩터. 미 공군의 차세대 전투기로 마하 1.5 이상의 속도로 초음속 순항이 가능한 것으로 알려져 있다. 엔진 자체의 힘이 워낙 강력하고, 초음속에서의 공기 저항을 가급적 줄인 기체형상 덕에 애프터버너 없이도 초음속 비행이 가능하다.

 

 공군 주력 F-15의 탄생과정, 사진으로 알아보기

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기사제공= 주간 공군웹진 공감 / 필자 이승진

Posted by e밀리터리안

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