역사상 가장 빠른...괴물 고공정찰기 'SR-71 블랙버드'(하) [밀리터리 동서남북]

[파이낸셜뉴스]

SR-71 '블랙버드'는 마하 3의 속도에서 공기 흐름으로 인한 마찰로 인해 기체의 일부 부속들은 화씨 1000도(섭씨 540도)까지 급격히 상승한다. 블랙버드의 경우 86도가 최적의 상태로 검은색 페인트는 열을 잘 분산시켜 60파운드 이상 분량의 페인트가 사용되어 온도로 인해 치명적인 결함이 일어나지 않도록 했다. 블랙버드 퇴역 이후 미국은 SR-71의 개발 노하우와 구체적인 제작과 관련한 자료가 타국으로 유출되는 걸 막기 위해서 이 기체의 관련자료를 모두 파기했고 전용으로 만들어진 공구도 전부 폐기처분 했다.

현재 결국 스컹크 웍스에 남은 건 노하우와 일반적인 기술자료뿐 이라고 알려졌다. 사진=미 공군(US Air Force)

SR-71 '블랙버드'의 빠른 속도는 흔히 소총탄과 비교한다. 소총탄도 총기의 종류에 따라 다르며 탄약의 종류마다 다르다.

5.56×45mm 나토(NATO) 표준탄을 사용해 탄자(총알)가 총구에서 나오는 순간 최고 속도를 기준으로 우리 국군이 사용하는 K1A 소총은 초당 820m이며 K2 소총은 초당 920m, 가장 빠른 총구 속도를 보이는 M16 소총의 경우는 초속 1000m로 마하(음속=시속 1224km)로 환산하면 2.94(시속 3600km)이다.

또 소총탄은 450~500m 정도의 유효사거리와 최대사거리 3600m 내외 거리를 이동하면서 공기 저항과 지구 중력 등으로 인해 당연히 거리에 비례해 속도는 저하된다.

그러나 SR-71 '블랙버드'가 더욱 놀라운 것은 이 같은 소총 탄속을 상회하는 마하 3.3(시속 4039km)의 속도로 비행하는 내내 지속적인 항속 유지가 가능하다는 것이다.

그것도 로켓엔진이 아닌 제트엔진 장착으로 필요한 공기가 희박한 지상 24~27km의 성층권 고도에서의 기록이다. 1950년대 중후반~ 1960년대 초반에 이 경이로운 SR-71 '블랙버드'를 개발한 美 록히드 社의 '스컹크 웍스’ 연구원들의 영혼을 갈아 넣은 듯한 기술력이 경이롭다.

성층권은 지표에서 약 10~15km 이상의 고도이며 최대 약 45~50km까지 확장된다. 공기밀도는 지구 표면보다 10% 낮으며, 낮은 층 온도는 약 평균 영하 56도로 알려졌다, 게다가 기류는 ​​시속 200km에 이른다. 하지만 이 고도 범위를 순항하는 SR-71 '블랙버드'는 마찰열로 인해 기체 외부 표면의 온도가 300~500도까지 올라가 여기에 삼겹살을 올려놓는다면 단 몇 초 안에 익어버릴 정도다. 이때 일부 부속들은 화씨 1000도(섭씨 540도)에 이른다.

조종석 쪽은 대략 화씨 600도(섭씨 315도)까지 올라가 일반 유리는 아예 구겨져 조종사의 시야를 왜곡한다. 때문에 조종석 창은 2인치 두께의 석영으로 마찰열이 조종석에 영향이 가지 않도록 특수 설계됐다.

공학자들은 SR-71 조종복을 기본적으로 오늘날 우주 비행에 적합하도록 설계 제작된 것을 적용했다. 질식을 막기 위해 자체적인 거의 100%에 가까운 산소 가압이 있고, 기내의 냉방은 냉동 상태로 유지해 승무원이 2000mph(3218km/h)로 탈출해야 하는 경우 화씨 450도(섭씨 232도)의 급격한 기온 변화 발생에 대비했다.

SR-71의 감시정찰 능력을 엿볼수 있는 장착한 특수카메라의 성능은 24km 상공에서 골프공을 구별할 정도의 고성능으로 북한 전체의 사진을 7분 만에 다 찍어낼 수 있다고 알려져 있다.

J58(Pratt & Whitney JT11D) 엔진. 위 사진은 J58의 터보 컴프레서부터 터보제트 연소실까지만을 전시한 것이다. 쇼크 콘 인테이크 등 J58의 특징적인 부분은 모두 제거돼 있다. J58은 터보램제트 엔진으로 불리는데, '터보제트와 램제트 두 가지 모드를 전환하며 운용할 수 있는 엔진'이기 때문이다. 박스 안 사진은 연소실험 장면. 사진=미 공군(US Air Force)·내셔널 인터레스트(national interest)

SR-71 '블랙버드'에 장착된 2대의 프랫&휘트니 J58 엔진은 미국 해군의 요청으로 만들어져 1958년 개발된 후 제식명 'J58'을 받았다. 이후 F-106의 개량형에 장착될 예정이었으나 취소되었고, 1965년에 SR-71에 채용됐다.

블랙버드의 엔진은 매시간마다 4만4000파운드의 연료를 연소시켜 90분마다 연료를 보급받아야 했다. 램제트 효과(초음속으로 압축되는 공기와 연료)로 인해 블랙버드는 마하 2.0 이상의 속도에서 연료 효율이 높아졌으며 일반적으로 90분 동안 약 2500마일을 날았다.

미 공군은 SR-71을 지원하기 위해 전용 공중급유기 특별 버전인 KC-135Q 56대를 제작해 32대의 블랙버드를 지원했으며, 급유기 3대가 SR-71 2대를 담당했다.

록히드에서 조직된 기술자들로 구성된 비밀부서 ‘스컹크 웍스’ 연구원 가운데 벤 리치는 회고록에서 J58 엔진을 개발한 프랫&휘트니의 기술자들도 우수하고 엔진도 좋았지만, 마하 3으로 비행하는데 필요한 추력의 대부분은 록히드의 공학자들이 설계한 에어 인테이크 및 구조에 의한 것이라며 '쇼크 콘 인테이크' 등은 J58의 특징이 아닌 J58을 탑재한 SR-71의 특징'이라고 기록했다.

당초 에어 인테이크 역시 원래는 공기흐름 상태에 따라 압력에 의해 조절되는 형태로 설계했다가 응답속도가 충분치 않아 원래 하청과의 계약을 해지하고 다른 업체와 계약해서 전자식으로 완성하는 등 아래 설명될 SR-71 특유의 속도에 따른 변경 원리는 J58 자체와는 별 관련이 없다고도 했다.

J58 엔진의 특징은 엔진에 흡입된 공기가 9단의 압축기를 거쳐 연소실로 공급되며, 이때 압축기는 터보제트 방식으로 동작한다.

고속 비행시 추가 밸브를 통해 4단계 압축기에서 일부 공기가 유입되며, 바이패스 덕트를 통과해 애프터 버너 연소용으로 쓰인다. 왜 추가 밸브를 두는가 하면, 최고속도 비행 시 압축기 후방이 진공 상태가 되어 공기 흐름이 제한되고, 압축기 전방은 그에 따라 공기를 많이 빨아들이지 못하여 비행기가 실속으로 추락할 수 있는, 유량 실속 현상 때문이라고 한다.

마하 2.5 이상의 극초음속에 이르면 쇼크 콘 인테이크가 후퇴하면서 터보 컴프레서를 우회해서 애프터버너로 직접 공기를 보내는데, 이 때는 애프터버너가 램제트 연소실 역할을 한다. 마하 3.2에 도달하면 쇼크 콘 인테이크가 최대로 후퇴해 터보 컴프레서를 완전히 닫고 램제트 엔진으로 전환된다.

SR-72 정찰기는 지상배치 대륙간탄도미사일(ICBM), 핵 추진 전략잠수함(SSBN) 등 전략목표에 대한 정보·감시·정찰(ISR) 능력 외에도 위력적인 정밀타격이 가능한 최첨단 무기 운영 센서 등 체계 개발에도 주력하고 있다고 미언론은 전했다. 일각에서는 SR-72의 대당 가격이 10억달러(1조1천230억원) 선에서 결정된 것으로 알려졌다. 사진=내셔널 인터레스트(national interest)

SR-71 '블랙버드'는 1999년 10월 10일 마지막 비행을 끝으로 역사에서 사라졌다. 냉전이 끝나고 미국이 국방비를 감축하면서 시간당 2만5000달러에 달하는 운영유지비와 고성능 정찰위성의 발달 등으로 비행횟수를 제한하다 결국 퇴역시킨 것이다.

그러나 지난 2013년 11월 4일 록히드마틴의 '스컹크 웍스'의 최고 책임자인 롭 와이스 부사장은 미 공군 및 국방부 산하 방위고등연구계획국(DARPA)과 함께 2000년대 초부터 SR-72 공동개발을 해왔다고 밝혔다.

록히드 마틴은 중국 등에서 등장하고 있는 대위성 요격체에 대항, 지속적인 정찰 자산을 확보하고자 하는 목적으로 'Son Of Blackbird (블랙버드의 아들)'라고 불리는 SR-72 항공기 개발 작업을 공개한 것이다. 이 선택형 유인 항공기는 최근 마하 6(7400km/h) 4500mph를 기록했다고 전해졌다.

와이스 부사장은 특히 SR-72가 탑재하는 스크램제트 엔진 부문에서 큰 기술적 진전을 이뤄 2년 뒤쯤이면 본격적인 개발작업이 시작될 수 있을 것으로 내다봤다. 록히드마틴은 에어로제트 로켓다인 등 관련 업체들과 제휴해 3단계 하이브리드 엔진 개발에 주력해온 것으로 알려졌다.

'결합순환추진체계'(Combined Cycle Propulsion System)로 불리는 이 체계는 제트엔진과 스크램 엔진을 결합한 것으로, 터보제트 엔진을 통해 마하 3에 이르면 램제트 엔진이 마하 5까지 가속하고 다시 스크램제트 엔진이 가동하는 구조다.

스크램제트 엔진은 극초음속으로 움직이는 가운데 대기 중의 산소를 산화제로 이용하기에 별도 산화제를 탑재할 필요가 없어 엔진 무게와 부피를 대폭 줄일 수 있는 장점을 가졌다. 또 극초음속 상태에서는 동체 표면 온도가 2000도까지 오르는 점을 고려해 탄소, 세라믹, 금속 등을 혼합한 고강도 내화성 복합소재로 동체를 제작할 것으로 알려졌다.

이렇듯 록히드 마틴의 스컹크 웍스(Skunk Works)는 음속의 6배(SR-71 블랙버드 정찰기의 2배 속도)로 비행하도록 설계된 SR-72라는 무인 극초음속(선택적 유인기) 타격기를 개발하고 있다고 발표했지만 일부 전문가들은 2022년 현재 실전에 투입되었을 가능성도 전혀 배제할 수는 없다는 의견도 나오고 있다.

포퓰러 미캐닉스, 에비에이션 위크 등 미언론은 최근 미 최대 방산업체인 록히드마틴이 오는 2030년까지 실전 배치를 목표로 20년 가까이 추진해온 마하 6의 차세대 극초음속 전략정찰기 'SR-72' 개발작업이 순조롭게 진행 중이라고 보도했다.

록히드 마틴 측도 SR-72는 2030년까지 운용될 수 있다고 밝혔다. 극초음속 프로그램 매니저인 브래드 릴랜드(Brad Leland)는 “극초음속 미사일과 결합한 극초음속 항공기는 거부된 영공을 관통해 대륙의 거의 모든 위치를 1시간 이내에 공격할 수 있다”면서 "새로운 위협에 대응하기 위한 차세대 항공 전력으로 스텔스가 오늘날 전장을 변화시키는 것과 유사하게 이 기술은 전장의 판도를 바꿀 것"이라고 말했다.

SR-71 '블랙버드'의 아들, 'Son Of Blackbird' SR-72의 성공적인 등장을 기대해 본다.

[e-mail] 이종윤 기자