극초음속(Hypersonic speed)은 음속보다 5배 이상 빠른 속도로 ‘마하 5’ 이상의 속도를 뜻한다. 통상 마하 5를 약간만 벗어나도 극초음속이라고 부른다. 이유인 즉, 공기와의 마찰, 이온, 초고온 등으로 정확한 마하 5라는 속도를 측정하기 어렵기 때문이다.
1990년대부터 이 기술이 사용되면서 전투기와 미사일에 적용되기 시작했다. 이후 항공기에도 채택되면서 사용 용도가 넓어지는 중이다. 현재 세계에서 극초음속 미사일을 보유하는 국가는 미국와 러시아, 중국, 북한 4개국 뿐이다.
극초음속 군용 항공기를 보유한 국가도 많지 않다. 미국과 러시아 등 손에 꼽을 정도다. 세계 최초로 운용된 군용 항공기는 정찰기다. 록히드 마틴이 개발한 ‘SR-71 블랙버드’(Lockheed SR-71 Blackbird)는 록히드 마틴의 스컹크 웍스에서 개발한 전략정찰기다. 기체의 빛깔이 검은 데서 비롯해 블랙버드(검은새)라는 별칭으로 불린다.
SR-71, 마하 3.3 속도·6만7천km 운항
세계에서 가장 빠른 유인 항공기로 마하 3급 초고속기다. 보통의 소총탄이 마하2(시속 2,448km) 정도의 속도로 총알과 레이스를 할 경우 총알보다 훨씬 빨라 추월이 가능할 정도다. 고도 2만4000 미터의 성층권(약 7만8740 피트·24km) 상공에서 마하 3.3(4039km)에서 최대 6만7344km까지 운항이 가능하다. 시간당 26만 ㎢의 지역을 사진으로 촬영할 수 있다.
원형인 A-11은 1959년부터 개발에 착수해 첩보기 ‘U-2’기가 1960년 5월 1일 소련의 미사일에 의해 격추되면서 개발에 속도를 냈다. 1964년 7월에 SR-71의 일부가 발표된 후 1965년부터 U-2기의 후계기로서 전략공군에 실용배치됐다. 항속시간은 1.5시간이며 조종사 1명과 정찰요원 1명이 탑승한다.
초고속 운항에 의한 마찰열로 기체 외부의 온도가 수 300~500도까지 올라간다. 삼겹살을 올려 놓는다면 단 몇 초 안에 익는 수준이다. 이에 기체가 고온에 견딜 수 있게 대부분 타이타늄합금으로 제작됐다. 32대가 생산됐지만 1999년 10월 10일 마지막 비행을 끝으로 현재는 모두 퇴역했다.
퇴역한 초음속 정찰기 SR-71의 공식적인 후속기는 ‘SR-72‘ 기종이다. 록히드 마틴의 스컹크 웍스가 2013년 11월 1일 개발 계획을 공개해 2024년 시험 비행을 거쳐 2030년 실전 배치를 목표로 하고 있다.
중국의 대 위성 요격 체계에 대항해 효과적인 정찰 자산을 다시 확보할 목적으로 개발 중이다. 기체는 SR-71의 크기를 거의 유지하면서 최대 속도는 마하 6으로 SR-71의 두 배를 끌어올릴 예정이다. SR-71의 컨셉을 계승한다는 의미로 71의 바로 뒤 숫자인 72가 붙었다.
속도 개량을 위해 2가지 방식의 엔진을 상하로 겹치게 했다. 한 개의 공기흡입구와 분사 노즐을 공유해 하나로 결합시킨 구조다. 평상시는 기존 재래식 제트 엔진을 이용해 마하 3까지 속도를 내지만, 이후 램제트 모드 또는 스크램제트 모드로 작동할 수 있는 듀얼 모드 램제트 엔진을 이용해 최대 마하 6 이상까지 속도를 끌어올릴 수 있다. SR-72는 이러한 구조의 엔진을 쌍발로 장착해 엄밀히 따지자면 4발의 엔진을 싣고 있는 셈이다.
초기 개발 비용은 대당 10억 달러(한화 1조 3020억 원)로 진행된다. 동체는 탄소와 금속을 이용한 복합소재로 제작된다. SR-71이 초음속에서 공기와의 마찰열로 열팽창을 상쇄시키기 위해 금속판 사이의 여유를 둔 디자인도 채택했다.
고출력 레이저 등 광속 무기 탑재 가능
예상되는 무장은 정찰기라는 타이틀 탓에 별다른 무장은 장착하지 않는 설계로 추정된다. 그러나 지구 전역이 대상이라며 그에 따른 무장해야 한다. 다만 속도를 높이기 위해 초음속 폭격기처럼 내부에 폭탄을 격납하고 폭탄투하창을 열어 폭격을 하는 구조로 설계될 것으로 추정된다.
다만 분명한 것은 극초음속 또는 초고고도의 환경에서 가장 적합한 고출력 레이저와 같은 고에너지 광속 무기가 탑재될 가능성이 높다. 예컨대 우주에 근접한 상공에서 극초음속으로 초계하면서 적국의 탄도탄을 상승 단계에서부터 포착 및 추적해 레이저로 파괴하는 궁극의 BMD 플랫폼으로서 활약할 가능성이 높다.
또 다른 무장으로는 탄도 미사일이 있다. 1단 로켓을 생략한 탄도 미사일을 탑재해 높은 고도에서 빠른 속도로 발사해 적기를 타격함으로써 방공망 사각지대 등 예상치 못한 곳에서 탄도탄 공격을 감행할 수 있도록 제작한 것이다.
물론 고체 로켓이나 램제트와 같은 극초음속 돌입 전에 필요한 불편스러운 가속 추진 체계 따위 없이 스크램 제트만으로 추진해 발사되는 극초음속 순항 미사일 등도 고려해 볼 수 있다.
유인기가 아닌 고고도 무인정찰기 글로벌호크도 극초음속 비행기로 개발되고 있다. 이미 미국은 노스다코타주 그랜드 포크스 공군 기지에서 퇴역한 글로벌호크를 개조해 극초음속 신기술 시험 플랫폼으로 활용할 계획 중이다.
방산 기업 노스롭그루먼에 따르면 미 정부는 퇴역한 4대의 글로벌호크(블록 20)기체 개조를 요청했다. 노스롭그루먼은 이 기체를 그루먼 그랜드 스카이 시설로 옮겨 개조한 후에 태평양 상공에서 진행될 극초음속 신기술 시험에 투입할 예정인 것으로 알려졌다.
이를 통해 글로벌호크는 통합공중통신체계(BACN)를 탑재해 공중의 기지국 역할을 수행하게 된다. 미 공군 319정찰비행단은 글로벌호크(블록 20)을 2011년 4대 도입해 매년 1만여 시간을 비행해 왔다. 현재는 글로벌호크 블록 30과 블록 40 기종를 8~9대를 운용 중이다.
무인정찰기 글로벌호크도 극초음속 비행
미 공군의 글로벌호크는 지난해 북한의 열병식 준비 정황이 포착하기 위해 한반도 상공을 비행했다. 군사분계선(MDL)에 인접한 경기·강원도 상공을 동서 방향으로 날며 이동식발사대(TEL)에 탑재된 탄도미사일 발사나 핵 관련 동향 등의 징후를 감시한 것이다.
한편 우리 군도 지난해 글로벌호크 4대를 도입해 영상판독처리체계(TCPED)까지 구축해 최전방 무인기로 적극 활용 할 방침이다. 공군은 이미 충북 충주에서 글로벌호크와 함께 전술정찰기 RF-16, 금강정찰기는 물론 국산 기술로 개발 중인 중고도 무인정찰기(MUAV) 등 5개 기종의 항공 감시정찰 전력을 함께 운용할 제39정찰비행단 창설식도 가진 바 있다.
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