2008년 3/4 분기 세계의 항공기 개발 동향

1. 민항기

미쓰비시(Mitsubishi) 중공업이 2008년 3월에 사업화를 결정한 일본 국산 최초의 소형 제트 여객기 ‘MRJ(Mitsubishi Regional Jet)’(70~90석)에 역풍이 불기 시작하였다. 연료비 상승에 이어 미국 금융 위기에 의한 경기 둔화로 현재 항공 회사가 신규 발주를 유보하는 자세를 강하게 나타내고 있기 때문이다. 연료비 상승으로 소형기 수요를 운항 효율이 높은 100석 이상 중형기로 변경하려는 견해도 부상하고 있어 MRJ는 갑자기 어려운 국면에 처해 있다. 연료비 상승은 MRJ 수주의 순풍이 된다고 미쓰비시 경영진은 강조하지만 MRJ 수주는 2008년 3월에 결정된 전 일본 공수(ANA)로부터의 25기 정도였다. 오히려 연료비 상승은 100~150석의 중형기에 대한 관심을 불러일으키고 있다. 캐나다 항공사인 본바르디아(Bombardier Limited)는 110~130석의 ‘C시리즈’의 개발을 2008년 7월에 결정하였고 이미 독일 항공 대기업 루프트한자(Lufthansa)로부터 60기의 수주를 획득하였다. ‘C시리즈’에는 MRJ와 같이 미국 플랫·앤드·휘트니(Pratt &Whitney, P＆W) 제품인 연비 성능이 뛰어난 엔진을 탑재, 승객 1인당의 연료비용을 줄여 운항 효율이 높은 점이 특징이다.

우리나라에 등록된 민간항공기가 2008년 9월 16일을 기준으로 435대에 이르는 것으로 나타났다. 최초 등록이 이루어진 1951년 1대를 시작으로 20년 전인 1988년에는 136대, 10년 전인 1998년에는 255대였으며, 1988년부터 1998년까지는 연평균 6.5%, 1998년부터 현재까지는 연평균 5.5%의 높은 증가율을 보였다. 전체 등록된 435대 중에서 정기 운송용 항공기는 203대인데, 기령이 평균 8.3년으로서 북미 및 유럽 항공사들의 기령보다 낮은 편이며, 보유 항공기도 대부분 대형으로서 400석 정도의 B747계열 57대를 포함하여 미국 보잉사 제작 항공기가 140대, 300석 정도의 A330계열 27대를 포함하여 유럽 에어버스사 제작 항공기가 58대, 캐나다 봄바르디아의 Q400이 5대에 이른다. 또한, 부정기 운송용으로는 자가용 항공기의 수가 2001년도의 46대에 비해 280%나 급증하였는데, 이는 그 동안 등록이 면제되던 수색구조·소방 및 산불 진화 등 공공용으로 사용되던 일부 국가기관 소유 항공기 75대를 2008년부터 민간항공기로 등록하여 체계화된 안전관리를 받게 한 것이 큰 요인이다.

2. 회전익기

전통적으로 회전익기의 설계 시에는 호버링 성능과 전진비행 속도간의 적절한 설계 타협점을 찾게 되는데 좋은 호버링 성능, 저속 제어성능, 공중정지 체공 등의 특성이 좋으면 고속 성능은 줄어들게 된다. 시콜스키사는 고속 성능을 증가하면서 바람직한 호버링 및 저속 성능을 유지하기 위한 헬리콥터 기술실증(X2 프로그램)을 진행하고 있다. X2 프로그램은 헬리콥터의 호버링 및 저속 핸들링 특성을 높이면서 고속 성능도 함께 높여주는 기술을 실현하는 것이다. 시콜스키사는 2008년 5월 X2 헬리콥터의 지상시험을 성공적으로 수행하였으며 X2 기술 시연기의 첫 번째 비행을 2008년 8월에 성공적으로 완료하였다. X2 시연기에는 XH-59A Advancing Blade Concept 을 적용하여 80년대에 240 노트의 순항속도를 낸 XH-59A 헬리콥터, 플라이바이와이어 기술을 적용한 SHADOW S-76 헬리콥터, 복합재와 첨단 트랜스미션이 설계되었던 RAH-66 코만치 헬기, 전 기체 복합재 헬리콥터 프로그램, 동축 로터를 가진 Cypher 무인 시스템 등 다양한 프로그램을 통해 얻어진 기술들이 바탕을 이룬다. 러시아 카모프(Kamov)사의 헬기처럼 X2 기는 동축반전 형태이며 뛰어난 저속 핸들링과 효율적인 공중정지비행, 고속진입의 우수성 등 필수적인 헬리콥터 특성을 보유하면서 250 노트 (460km/h)의 순항속도를 낼 수 있는 혁신적인 헬리콥터 기술을 실증하기 위해 설계되었다.

국토해양부 항공안전본부는 우리나라 민간 항공기용으로는 최초로 러시아제 『KA-32』기종의 헬기 조종훈련용 시뮬레이터를 ‘04년부터 ’08년 8월까지 64억원(정부출연금: 50억원, 민간투자 14억원)의 예산을 들여 자체 개발에 성공하였다. 러시아제 『KA-32』헬기는 우리나라 산림청, 해양경찰 및 지방자치단체 등에서 총 50여대가 산불진화, 항공방제, 인명구조 등으로 활용되고 있고, 전 세계적으로도 러시아, 스페인, 포르투갈 등에서 총 200여대가 운영되고 있음에도 조종훈련용 시뮬레이터가 없어 이를 개발대상 기종으로 선정하였으며, 이 사업에는 한국항공우주연구원을 비롯하여 썬에어로시스(주), 유니텍(주), 한국소프트스페이스(주) 등 관련 업체가 참여하였다. 이 시뮬레이터는 실제 헬기의 조종석과 동일한 내부장치를 갖추고 있으며, 컴퓨터로 제어되는 6개의 축(다리)을 통해 이착륙 및 순항 비행할 때와 동일하게 기체가 움직일 수 있다. 기체 소음과 이착륙하는 공항 모습 등을 입체음향과 영상으로 제공할 수 있어 조종사가 실제 헬기와 거의 동일한 환경에서 훈련을 할 수 있다.

이번에 개발된 시제품은 향후 3년간 산림청 조종사의 조종훈련과 다른 유사 연구사업에 활용될 예정이다. 동일 기종의 헬기를 운영 중인 우리나라의 각 기관은 물론, 외국에서도 구매할 것으로 예상되어 관련 산업 발전에도 기여할 것으로 판단된다.

지식경제부는 헬기산업을 신경제 성장동력으로 추진하는 방안을 모색한다. 한국형헬기개발사업(KHP-Korean Helicopter Program,이하 KHP사업) 성과를 활용하기 위해 지식경제부와 방위사업청이 주관하고, 한국항공우주연구원(이하 항우연)이 주최하는 『헬기산업 성장동력화 방안 토론회』가 7월9일(수) 항우연(대전)에서 개최되었다. 삼성테크윈은 KHP사업을 통하여 최초로 확보되는 엔진 및 보조동력장치(이하 APU)의 설계 및 시험평가 기술을 활용하여 APU 독자제품군개발, 중대형 엔진의 국제공동개발 파트너 참여를 위하여 국책과제 중장기 계획 수립, 대규모 투자 자금 지원 등이 필요하다는 의견을 개진했다. 또한 한화는 향후 대형여객기나 소형제트기 부품 공급업체로 발전하기위해 국제공동개발 사업의 활성화 및 마케팅 망 구축 등이 필요하다고 발표했다. 특히 항우연은 물량확보ㆍ기업역량 강화→기업주도 신제품개발→국제경쟁력확보ㆍ세계시장 진출』의 선순환 구조를 달성하기위해 향후 민수헬기의 개발을 통한 제품군 다양화 및 안정적 매출구조 달성, 고신뢰성 주기어박스 개발 외 12개 핵심부품 추가개발과 능동적 진동저감 기술 외 11개 원천기술 선행개발, 회전익기 비행시험장 보완 등 시험평가 인프라 보완, 현재 기술표준품 수준의 상호 감항성 인증 인정 협정을 체계수준으로 제고하는 인증체계 구축, 현재 45개 수준인 헬기장 확충 등 헬기 운용 활성화 정책 등의 방안이 강구되어야 한다는 의견을 제시했다. 지식경제부와 방위사업청은 이번에 제기된 건의사항 및 토론회 결과를 향후 정책수립 및 기술개발지원 기획 등에 적극 반영할 예정이다.

3. 비행선

최근의 고유가 파동으로 인해 전세계적으로 비행선 개발에 대한 관심이 새롭게 일어나고 있다. 비행선은 20세기 초반에 많은 관심이 집중된 항공운송 수단이었으나, 1937년 독일의 ‘힌덴부르크호’의 공중 폭발 참사 이후 대중의 관심으로부터 사라져버렸다. 하지만 최근 고유가 상황과 이산화탄소 배출량 규제의 공론화로 인해 비행선의 관심이 다시금 살아나고 있다. 20세기초보다 신소재의 개발과 추진기관 성능이 대폭 향상된 점도 비행선의 재부상을 돕고 있다. 비운의 힌덴부르크호 운영회사의 후신인 독일의 ‘제펠린 리데라이’는 비행선을 이용한 관광과 학술탐사지원 분야에서 자리를 굳히고 있다. ‘제펠린 4호’ 모델까지 나왔으며, 작년 독일 남부 지방에서 비행선을 이용한 관광객 수는 1만2천명에 달하고 올해 가을에는 미국 캘리포니아에도 비행선 관광상품이 판매될 계획이다. 프랑스 또한 비행선 개발에 관심을 보이고 있다. 프랑스 우정국은 장거리 소포 배달에 비행선을 활용할 계획이며, 우선적으로 프랑스 본토와 지중해 코르시카섬 노선에 시범 투입한 뒤 활용 영역을 넓힐 것으로 알려졌다. 프랑스의 재생에너지 기업은 비행선을 이용한 대성양 횡단 시험비행을 계획 중이다. 미국은 군사용 비행선 개발에 적극적이며, 2005년부터 국방고등연구계획부(DARPA)는 장거리 화물 수송에 비행선 사용을 검토하기 시작해 현재 통신용 비행선 개발도 진행 중이다. 하지만 비행선은 여러 가지 풀어야할 문제점을 가지고 있는 것도 사실이다. 비행속도는 시속 161㎞를 못 넘고, 기상 상태에 영향을 많이 받는다. 승객 정원도 60~80명에 불과하다. 따라서 전문가들은 비행선이 항공기를 대체하기보다는 관광, 광고, 학술연구 지원 등과 같은 틈새 분야에서 널리 활용될 수 있다고 보고 있다.

4. 기타

버진 그룹의 창업자이자 모험가인 리차드 브랜슨 경과 민간우주선 스페이스쉽1의 설계자인 버트 루턴은 새로운 화이트나이트2(WK2)를 2008년 7월 28일 캘리포니아 모하비에서 공개하였다. 세계 최초의 민간 우주여객선의 모선으로, 리차드 경의 모친 세례명인 ‘이브’로 명명되었고, 버진 갤러틱의 첫 단계인 저궤도 이하의 우주 체험을 위해 현재 제작 중인 스페이스쉽2와 이에 탑승할 수천명의 민간 우주인들과 과학수하물들을 수송할 예정이다. ‘이브’는 세계에서 가장 큰 탄소복합재 항공기로서, 140피트(42.7미터)의 주익 스파는 지금까지 복합재로 제작된 항공부품 중 가장 긴 부품이라고 버진 갤러틱은 주장한다. ‘이브’는 고양력, 고고도 비행능력을 지녔으며, 수하물의 중량과 부피에 있어 최대한의 융통성을 발휘할 수 있도록 개방형 아키텍쳐 형태로 설계되었다. 또한 우주비행의 경험을 미리 경험하게 할 수 있는 추진력, 강성, 기동성을 지녀서, 전원이 탑승한 스페이스쉽2를 30% 초과한 하중도 견딜 수 있는 양력뿐만 아니라 양의 중력과 무중력 상태에서의 우주인 훈련도 가능하다. 이 모선은 최대고도 50,000피트(15,240미터)로 미국 동서부 해안 거리만큼 스페이스쉽을 장거리 수송할 수 있다. 추진기관은 P&W의 PW308A 엔진을 4기 장착하고 있다. 두 개의 동체와 가운데 수하물 영역을 가진 형상은 모선과 스페이스쉽에 승객과 승무원들의 용이한 접근성을 제공한다. ‘이브’는 하루에 4차례 우주 비행 지원이 가능하며, 최신 항전장비로 주야간 운용이 가능하다.

5. 항공기술

통상적으로 항공기가 정상적인 비행경로로부터 중대한 이탈을 하였는지에 대한 정보와 조언을 제공하고, 영공을 감시하거나 하늘에서 충돌이 일어나는 것을 방지할 목적으로 레이더(radar)가 사용되지만 레이더는 전자파로 인해 장애를 일으킬 수도 있고, 대기의 교란이 전자파의 송신에 영향을 끼치기도 한다. 더욱이 레이더 기지와 항공기 사이가 너무 먼 경우나, 항공기가 예상치 못한 악천후로 인해 길을 잃거나 어려운 상황에 처한 경우 레이더의 스캔 범위를 벗어나 비행할 수 있다. 그런데 뉴질랜드 매시대(Massey University)의 메카트로닉스학과 졸업생과 교원이었던 제임스 맥카디(James McCarthy)와 돈 샌드브룩(Don Sandbrook)이 이와 같이 레이더로 비행 경로 확보가 되지 않는 문제를 해결할 수 있는 새로운 추적 시스템인 스파이더트랙(Spidertrack)을 개발하여 주목을 받고 있다. 손바닥만한 크기를 가진 스파이더트랙은 위성위치확인시스템(GPS) 신호를 입수하여 항공기의 위치를 제공하고, 이를 이리듐 위성망(Iridium satellite network)으로 전송하여, 오스트레일리아와 뉴질랜드의 웰링톤(Wellington)으로 송신한다. 여기서부터 이 신호는 웹을 통해 운영기지로 전달되고, 항공기의 경로는 실시간으로 구글 어스(Google Earth) 지도 상에 표현된다. 스파이더트랙 유닛에 전력 공급이 이루어 지는 한 항공기의 위치 갱신은 수 분내에 표시된다. 스파이더트랙의 경우 외부 안테나를 사용할 필요없이 GPS 수신기와 위성 전송기를 하나의 유닛으로 집적했다는 점은 최초로 시도된 것으로 다른 위성 추적 시스템과는 근본적으로 다르다. 현재 스파이더트랙은 25개 이상의 국가에서 헬리콥터, 고정익, 지상 기반의 작전 등에서 사용되고 있다.

AFRL(US Air Force Research Lab)은 NASA의 Langley Research Centre에서 수행한 극초음속 풍동의 실험을 통해 2009년 9~10월에 수행예정인 탄화수소계열의 연료를 사용한 스크램제트엔진의 비행이라는 목적에 한걸음 더 다가갈 수 있었다고 밝혔다. 현재 계획되어 있는 네 번의 비행시험 중 첫 번째 비행시험은 능동 냉각장치를 사용하는 스크램제트 엔진이 장착된 미사일이나 비행체가 마하 6 이상의 속도로 비행이 가능한지에 대한 실현가능성의 실증을 목적으로 진행되고 있다. 2001년부터 시험을 진행하여온 X-51A(HySET 프로그램) 엔진 중 가장 최근에 개선된 버전의 Combined Cycle 스크램제트 엔진 타입인 Pratt & Whitney Rocketdyne SJX61-2에 대한 총 11번의 시험이 지난 9월 1일 완료되었다. 위 엔진의 특색 중 하나는 비행체의 엔진으로 사용될 JP-7 연료를 사용한 능동 폐회로 (Active Closed-Loop) 열교환기를 이용하여 엔진을 냉각한다는 것이다.