大選이 다가오면서 政治 뉴스가 모든 이슈를 집어삼킨 가운데 國防과 防衛産業에서 대단히 重要한 뉴스가 있었다. 12月 3~4日 防衛事業廳이 主催한 ‘國防科學技術大祭典’에서 公開된 ‘韓國型 極超音速 武器’에 對한 消息이다. 國防科學硏究所(ADD)가 國內 有力 防衛産業體들과 함께 韓國型 極超音速 武器 開發을 위해 遂行한 첫 課題의 結果物이다. 國防科學技術大祭典에서 ‘하이코어(Hycore)’라는 名稱으로 公開된 國産 極超音速 發射體의 생김새는 一見 미사일 같다. 嚴密히 말하면 미사일에서 彈頭 等이 省略된 一種의 技術 實證龍 氣體다.

마하 5 以上 速度 長距離 打擊

ADD에 따르면 하이코어에는 國內 技術로 讀者 開發 中인 韓國型 듀얼모드 스크램제트(Dual-Mode Scramjet) 엔진을 비롯해 慣性航法裝置, 飛行制御시스템과 機動式 날개, 各種 飛行 데이터를 蒐集하는 複合 레이저 測定裝置(TDLAS), 流動 情報 測定裝置(FADS) 等이 適用됐다. 이러한 裝置가 適用된 하이코어의 目標는 하나. 마하(音速) 5 以上 速度로 長距離 飛行해 標的을 打擊할 수 있는 武器 開發 前 技術 檢證이다. 硏究陣은 2022年 하이코어 첫 實物 모델을 完成해 試驗發射에 나설 豫定이다. 이番 行事에서 模型 및 飛行 映像 CG(컴퓨터그래픽)를 公開했으나 嚴密히 말해 韓國型 極超音速 武器 開發은 이제 첫발을 뗀 것이나 다름없다. 當場 來年 첫 飛行에 成功하더라도 갈 길이 멀다.

韓國型 極超音速 武器의 核心은 스크램제트 엔진이다. 構造는 單純하지만 技術的 難度가 가장 높은 엔진 形態다. 現在까지 武器體系로 實用化에 成功한 나라는 러시아가 唯一할 程度다. 美國은 2010年 超音速 巡航미사일 X-51 웨이브라이더(Waverider)에 스크램제트 技術을 適用했지만 實用化 段階에 이르지 못했다. 스크램제트는 제트 엔진의 한 部類인 램제트(Ramjet) 엔진의 一種이다. 一般 제트 엔진 ‘터보팬’이나 터보제트 엔진은 엔진 內部 팬(fan)과 터빈(turbine)으로 空氣를 빨아들여 壓縮하고 뒤로 放出하는 方式으로 推進力을 얻는다. 反面 램제트 엔진에는 팬과 터빈이 없다. 램제트 엔진의 램(ram), 卽 衝角(衝角)은 氣體가 빠르게 앞으로 달려나가 空氣를 엔진 안으로 ‘들이박는다’는 뜻이다. 空氣를 高速으로 이동시킨다는 意味에서 RAM(Rapid Air Movement)이라는 略語를 使用하기도 하는데, 이런 엔진을 만들어낸 理由는 오로지 高速 性能을 위해서다.

一般 터보팬·터보제트 方式은 엔진 內部 팬 블레이드가 마하 2 以上 高速 區間에서 衝擊波를 만들어내기 때문에 空氣 壓縮 效率이 크게 減少한다. 燃費가 떨어질 뿐 아니라 加速度가 急減한다는 얘기다. 터보팬 方式을 使用하는 戰鬪機는 大部分 最大 速度가 마하 3을 넘지 못한다. 反面 램제트 엔진은 마하 2~5에 達하는 高速 飛行에 대단히 유리한 構造다. 엔진 內部에 팬·터빈 같은 構造物이 없어 高速의 空氣가 곧바로 빨려 들어와 內部 衝擊波만으로 空氣가 壓縮된다. 高速 飛行에서 ‘燃費’가 相當히 좋은 셈이다. 다만 팬과 터빈이 存在하지 않아 停止 및 低速 狀態에서는 엔진 驅動 自體가 不可能하다. 엔진 驅動 要求 速度를 充足하기 위해 別途의 로켓 부스터를 달아야 한다.

速度가 새로운 스텔스

스크램제트 엔진은 이러한 램제트 엔진의 派生型으로, 마하 5 以上 速度에서 效率을 極大化했다. 旣存 램제트 엔진은 吸入口로 들어오는 空氣 速度가 마하 1.2 以上이지만, 엔진 燃燒室 內部 衝擊波로 速度가 줄어든다. 實際 燃燒 段階에선 마하 1 以下 亞音速 狀態에 머문다. 이러한 메커니즘은 飛行體가 마하 5 以下 速度를 維持할 때는 問題가 없지만, 그 以上 速度에선 頉이 난다. 엔진 燃燒室 內部의 衝擊波가 너무 커져 內部 壓力과 溫度 上昇으로 엔진이 터질 危險性마저 있다. 스크램제트 엔진은 이 같은 問題를 解決하고자 考案됐다. 엔진 內部에서 超音速으로 흐르는 空氣에 燃料를 噴射해 燃燒 反應을 이끌어내는 것. 이 때문에 스크램제트, 卽 ‘超音速 燃燒 램제트(Supersonic Combustion Ramjet)’라는 이름이 붙었다.



스크램제트 構造는 대단히 單純하지만, 엔진 內部에서 超音速 燃燒를 維持하는 일은 決코 쉽지 않다. 或者는 스크램제트 엔진의 作動 메커니즘에 對해 “颱風이 極甚하게 몰아치는 狀況에서 성냥에 불을 붙이는 것만큼 어렵다”고 말하기도 한다. 스크램제트 技術을 미사일에 適用하는 것도 어렵다. 微細한 空氣 變化에도 燃燒가 不安定하게 일어날 수 있어 飛行體 方向·高度를 바꾸기 힘들다. 方向 轉換 中 流入되는 空氣에 작은 變化라도 생기면 엔진이 꺼지거나 아예 破壞될 수도 있다. 이처럼 開發이 어려우나 成功하면 그 可能性은 無窮無盡하다. 러시아는 世界 最初로 스크램제트 엔진을 適用한 極超音速 미사일 3M22 지르콘(Zircon)을 開發해 實戰 配置했다. 마하 9 速度로 飛行하면서 自由自在로 航路를 變更할 수 있다. 射距離는 1000㎞級이며, 現在 開發 中인 追加 개량형은 2000㎞에 達하는 것으로 알려졌다. 美國 最大 防産業體 록히드마틴度 ‘速度가 새로운 스텔스(Speed is the new stealth)’라는 標語를 내걸고 스크램제트 엔진 開發에 總力을 기울이고 있을 程度다.

2022年 첫 飛行을 앞둔 하이코어가 대단한 理由는 開發 速度 때문이다. 主要 先進國이 半世紀 넘게 매달린 技術 開發을 韓國 技術陣은 20年 만에 走破했다. 2000年 韓國航空宇宙硏究院 主導로 極超音速 空氣 吸入式 推進機關 硏究에 나선 以後 電力 疾走한 것이다. 그 짧은 期間 스크램제트 엔진 設計를 마치고 첫 實證 發射體 試驗發射를 앞두고 있다. 勿論 첫 發射가 單番에 成功할지는 壯談할 수 없다. 韓國 當局의 政策的 支援은 하이코語라는 結實을 거둔 것이 神奇할 만큼 貧弱하기 때문이다. 來年 하이코어 첫 發射를 앞두고 關聯 豫算과 人力을 擴充해야 한다는 목소리도 나온다.

高效率 極超音速 飛行을 可能케 하는 스크램제트 엔진은 邀擊이 不可能한 ‘無敵의 窓’의 土臺가 된다. 全 世界를 1日 生活圈으로 묶는 極超音速 旅客機에도 適用할 수 있어 民間 航空産業 分野에서도 ‘게임 체인저’다. 제트엔진 不毛地 韓國에서 誕生한 하이코어 프로젝트가 앞으로도 非常하기 위해선 政府와 防産業界의 積極的인 協力 및 支援이 必須다.

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