미래전투항공체계 '6세대 전투기' (상) [밀리터리 동서남북]

[파이낸셜뉴스]

미국 록히드 마틴의 6세대 전투기 상상도. 군사강국들은 2030년 전후를 개발 목표로 6세대 전투기 개발에 돌입했다. 미국은 5세대인 F-22와 F-35에 이어 6세대 F/A-XX를 해군용은 2028년까지 공군용은 2032년에 개발을 완료해 F-22와 해군의 F/A-18E/F 수퍼호넷까지 교체할 예정이다. 러시아는 시험비행 중인 5세대 전투기 PAK FA(T-50)의 후속 모델을, 중국도 젠-20(J-20)에 이어 6세대 전투기 J-28 개발을 추진 중이다. 일본과 영국, 프랑스는 5세대 전투기를 거치지 않고 곧바로 6세대 전투기의 개념연구·개발 계획을 수립했다. 각국의 6세대 전투기는 2030~2050년대 운용될 계획이며 지구 공간에서 우주 가까이 접근하는 수준까지 개념설계와 개발 경쟁이 치열하다. 6세대 이후 7세대 전투기는 우주를 마음대로 오가는 우주 전투기가 될 전망이다. 한편, 중국은 미국이 장기적으로 화성에 핵장착 탄도미사일을 설치, 중국이 타격을 받을 것을 우려 해 6세대 전투기로 요격한다는 대응 개념 구상을 할 정도다. 이미지 자료=록히드 마틴 스컹크웍스 공개 일러스트

■ 전투기의 개념, 제공권 장악... 전쟁의 승패를 좌우
전투기는 공중 우세를 장악하기 위한 1차 수단이다. 적어도 제2차 세계대전 때부터 공중 우세는 특히 정규군 간 재래전 같은 현대전에서 승리의 필수 요건이다.

전통적으로 전투기(fighter aircraft)는 적 항공기와의 공중전, 적 폭격기의 요격을 목적으로, 또는 가벼운 폭탄을 탑재한다.

초기의 전투기들은 대부분 경기관총을 장착한 복엽기였다. 공중전이 점점 중요해지면서 제공권 장악 또한 중요해졌다.

제2차 세계대전에 이르러 전투기는 날개에 기관포를 장착한 금속제 단엽기가 주류를 이루게 되었다. 그러나 복엽기의 흔적이 아직 남은 호커 허리케인 같은 전투기도 사용됐다. 무장은 기관포를 날개 하단에 설치하는 유형, 기수에 설치하는 유형과 P-47처럼 다수의 기관총을 장착하기도 했다. 제2차 세계대전 후반기에는 로켓탄을 무장으로 장착하기 시작했다.

전투기들은 여타 군용기에 비교해 상대적으로 작고, 빠르며, 기동력이 좋다. 전투기는 제1차 세계대전 때부터 정찰 및 지상 공격 임무에 쓰이기 시작했다. 전투기는 어느 대공무기나 대공전차에 비해 대공 방어와 공격에 최적화 되어있어서 모든 나라가 개발에 집중하고 대량 생산한다. 전투기의 대부분의 무장은 대공용 기관포 및 기관총, 미사일 또는 공대공미사일, 로켓 등 장착이 기본적이다.

편대 비행 중인 F-4, P-47 선더볼트, F-16, P-51 머스탱. 2006년 5월 13일 루이지애나주 박스데일 공군 기지에서 열린 리버티 에어쇼 중의 한 장면. 사진=내셔널 인터레스트(national interest)

제2차 세계대전 후에는 터보제트 엔진이 피스톤 엔진의 프로펠러 기를 대체하기 시작했고, 미사일이 장비되거나 기관포로 대체됐다. 본격적인 제트전투기 시대는 6·25 한국전쟁에서 구소련의 Mig-15와 미국의 F-86 세이버 간에 공중전으로 시작됐으며, 몇년 후인 1950년대 후반엔 당시 자유중국(중화민국)과 중공(중화인민공화국) 간에 금문도를 둘러싼 금문도 분쟁에서 최초로 공대공 미사일을 장착한 제트전투기 공중전이 벌어졌다.

역사적 관점에선 제트전투기는 세대별로 구분한다. 세대 용어는 러시아식 군사 용어로 F-35 라이트닝을 "5세대"로 언급한 것에서 유래했다. 연도 가이드라인은 있지만, 확실하지 않다.

현대 제트전투기들은 1개 또는 2개의 터보팬 엔진을 주로 사용하며, 무장은 단거리 및 가시거리 외 전투(BVR, Beyond Visual Range)용으로 중장거리 미사일을 장비한다. 주간 경량 전투기는 2~8발, F/A-18E/F 슈퍼 호넷이나 F-15 이글 같은 제공권 전용 전투기는 10발을 장착한다.

과거의 주무장이었던 기관포도 주무장의 지위는 미사일에 내주었지만 여전히 근접격투전 등을 고려한 백업 무장으로 기본으로 장비하며(항공기용 기관포는 보통 20~30mm 구경), 다양한 유도 폭탄 및 유도 능력이 없는 더미 폭탄을 지상 공격임무에 사용한다. 또 목표 추적 수단으로 추적 및 탐색 레이더를 장비하며, 일부 국가는 전투기의 항공 작전 지원을 위해 공중급유기와 공중조기경보통제기(AWACS), 지상 레이더와 인공위성망을 연계해 운용한다.

현대에서 현대적 전투기의 획득과 세력 유지를 위한 비용은 국방 예산에서 많은 비중을 차지하고 있다.

전투기는 목적에 따라 전투폭격기, 다목적 전투기, 제공 전투기(공중우세 전투기)로 분류된다. 제공 전투기는 가시거리 밖 전투에 중점을 두고 설계되었고, 다목적 전투기는 공중전과 지상공격, 요격기로도 사용된다. 제공 전투기나 전폭기에 비해 항속거리는 떨어지는 편이다. 전폭기는 주로 지상공격에 중점을 두고 있다.

템페스트 전투기 이미지. 영국의 BAE 시스템즈가 영국 국방부와 차세대 전투기 템페스트를 개발하기 위한 설계 계약을 맺었다. 2021년 8월 4일 업계에 따르면 이번 계약은 템페스트 프로그램의 공식적인 시작을 의미한다. 총사업비는 2억5000만파운드(4000억여원)다. BAE 시스템즈는 레오나르도 영국 법인, 롤스로이스 등 파트너들과 함께 템페스트를 구체화하는 설계에 들어갈 예정이다. 템페스트는 강력한 네트워크, 적의 통신을 막는 고출력 마이크로파(High Power Microwave), 극초음속 미사일, 최첨단 레이저 등을 갖출 전망이다. BAE 시스템즈 측은 "파트너들과 힘을 합쳐 템페스트에 들어갈 최신 기술, 기능 등을 정리할 것"이라며 "영국 방위산업 역사상 가장 중요한 프로젝트가 될 템페스트의 성공에 기여하겠다"고 밝혔다. 이미지 자료 =영국 BAE 시스템즈

■5세대 전투기의 등장과 6세대 전투기의 개발
아직 5세대 전투기 간에 공중전 기록은 없다. 5세대 전투기(fifth-generation jet fighter)는 추력 편향 노즐, 복합재료 동체, 초음속 순항(supercruise), 스텔스 기술과 같은 새로운 기술을 적용해 개발되었다.

첫번째 5세대 전투기인 F-22는 현재 진행 중인 다른 국가들이 장기간 개발 중인 중국의 청두 J-20이나 인도의 고등중형전투기(Advanced Medium Combat Aircraft, AMCA), 러시아의 PAK FA 등 5세대 전투기 개발에 영향을 주고 있다.

4세대 전투기에 RCS 저감기술을 적용하고, 5세대 전투기 수준으로 전자 장비를 업그레이드 한 4.5세대 전투기도 있으나 4.5세대 전투기들은 5세대 전투기보다 성능이 미치지 못하는 스텔스 능력과 초음속 순항 능력 등으로 인해 5세대 전투기와의 차이점은 확연하다.

2019년 9월 23일, 러시아 세르게이 호흘로프 항공시스템연구소 소장은 6세대 전투기는 자동조종시스템이 장착되는 것이 5세대 전투기와 차이라며, 다른 모든 성능은 기존 전투기의 순항속도·기동능력·스텔스 기능 등을 향상하는 수준이 될 것이라고 소개했지만, 6세대 전투기 핵심기술은 인공지능·유무인 복합 운영·극초음속 엔진·360도 공격이 가능한 레이저 무기·저피탐(스텔스) 성능 향상·고용량 네트워크 기능·전자전기에 맞먹는 제밍 기능 등의 개념이 추가되고 있다.

미국과 유럽, 일본은 현재 6세대 전투기 개발을 이미 시작했다. 2020년 1월 16일, 영국 롤스로이스는 영국, 이탈리아, 일본 등이 개발 중인 6세대 전투기 BAE 템페스트 전투기의 엔진에 탑재될 E2SG(Embedded Electrical Starter Generator) 발전기가 성공적으로 개발됐다고 밝혔다.

2025년 시제기를 선보이게 되는 BAE 템페스트는 다기능 레이더가 전후좌우에 탑재되어 조기경보기의 역할도 할 수 있다. 기존의 전투기에 탑재된 단거리 전투용 기총 대신 레이저 무기가 탑재된다. 이로 인해 기존 전투기보다 많은 양의 전력이 필요하다.

이를 위해 롤스로이스는 전투기엔진 내 탑재된 발전기의 전력발생에 따른 열부하를 줄이면서 전력생산을 늘리는 E2SG(Embedded Electrical Starter Generator)를 2014년부터 개발해 왔다. 롤스로이스의 미래 프로그램 수석 엔지니어인 콘래드 뱅크스(Conrad Banks)는 “내장형 전기 시동 발전기는 미래의 전투기에 필요한 대규모의 전력을 제공하면서도 공간을 줄일 수 있다"고 말했다.

신형 발전기를 장착한 엔진은 2021년 중 첫선을 보이게 되는 것으로 알려져 있다.

F-22A 랩터(Lockheed Martin F-22A Raptor)는 록히드 마틴사와 보잉사가 제작한 미 공군의 5세대 고기동 스텔스 전투기다. 제공 우위(air superiority)에 초점을 두고 설계되었으나, 지상 공격과 전자전을 위한 장비도 탑재하고 있다. 현재 세계에서 수호이 Su-57, J-20, F-35를 포함한 5세대 전투기다. 스텔스, 속도, 민첩성, 정확성, 상황인식 그리고 공중전과 공대지 능력을 종합해서 평가할 때, 지구상 다른 현존 전투기들과 비교 대상이 되지 않는 최고의 전투기로 평가받고 있다. F-22 랩터의 레이더는 적기의 RWR(Radar Warning Receiver, 레이더 경보수신기)에 걸리지 않도록 전파방사 패턴을 바꾸기 때문에 적의 조종사는 자신의 전투기가 락온되었다는 것을 모른 채 격추 당한다. 현재까지 187대를 생산했다. 애프터버너를 켜면 1만8000kg STOL(단거리 이착륙)기능과 인공지능을 사용하는 익스퍼트시스템 등 최고 수준의 기술이 결집되어 있다. 초당 7억 회의 명령어 연산을 수행할 수 있고(700MIPS) 최대 2000MIPS까지 성능을 높일 수 있는 2대의 CIP(Common Integrated Processor)에는 작전에 관한 모든 데이터가 저장되어 있다. ⦁작전 반경 약 2100km ⦁최대 항속거리(외부 연료탱크 2개 장착 시) 2963km ⦁파워 추력 1만2000kg ⦁무장 2268kg(5000파운드) 폭탄 2발, M61A2 20mm 포 1문, AIM-120 미사일 4기, AIM-9 사이더와인더 미사일 4기 등 ⦁속도 애프터버너 없이 마하 1.5. 사진=내셔널 인터레스트(national interest)

[e-mail] 이종윤 기자