NASA, 초음속 여객기 만든다...언제 탈 수 있나?

지난 2003년 10월 24일 유럽에서 만들어진 초음속 여객기 콩코드가 마지막 비행을 했다. 이와 함께 초음속 여행이 항공산업을 바꿀 것이라는 희망도 함께 사라졌다. 하지만 새 초음속 여객기를 타 볼 수 있는 가능성이 나타나고 있다.

미항공우주국(NASA·나사)은 3일(현지시간) 230만달러(25억6천만원)를 들여 퇴역한 콩코드를 잇는 초음속여객기 프로젝트를 시작한다고 발표했다.

나사에 따르면 이 자금은 주로 초음속여객기의 소음과 배기가스가 성층권,오존층에 미치는 영향을 파악하고 이를 최소화시키는 연구에 투입된다. 관련연구는 환경 관련 8개 기술에 걸쳐 이뤄진다.

내용을 보면 여객기가 초음속을 돌파할 때 시 발생하는 폭음, 즉 소닉붐(Sonic Boom)을 줄이는 연구가 가장 중요하다. GE가 향후 2년간 59만9천달러를 들여 초음속 여객기의 저소음 및 추진력기술을 통합하는 기술 연구에 들어간다.

매사추세츠공대(MIT)는 향후 4년간 120만달러를 들여 초음속 여객기가 비행시 성층권에 미치는 영향에 대해 조사하게 된다.

고고도에 배출될 배기가스 문제, 연료 효율성, 운항시 공항주변에 발생할 소음 등 초음속여객기 도입을 가로막는 장애물에 대한 연구도 이뤄진다.

연구원들은 초음속여객기에서 나오는 배출 가스를 줄일 첨단 엔진디자인에 대한 연구도 하게 된다. 이들은 여전히 초음속 여객기 배출가스가 오존층에 피해를 입힐 수 있는 가능성이 크다고 말하고 있다. 연구팀은 나사의 N+2세대의 초음속여객기들이 운항하게 될 때 오존층과 기후에 미칠 영향도 수치로 계산해 낼 계획이다.

■나사, 소닉붐 줄이는 다양한 연구

나사는 소닉붐을 줄이는 다양한 방법을 연구해 왔다. 여기에는 디자인컨셉트의 변화에서 시작해 풍동테스트에서 비행테스트에 이르는 다양한 실험이 포함돼 있다.

나사는 이와 별개로 이른바 하이브리드날개 몸체(hybrid wing body)를 가진 비행기를 통해 음속보다 빨리 나는 여객기에 대한 연구를 해 왔다.

나사의 디자인 아카이브를 보면 향후 10년 이내에 얼마나 다른 비행기가 등장할지를 알 수 있다. 여기에는 바늘처럼 뾰족한 디자인, 날렵한 동체, 삼각형날개를 가진 비행기 디자인 등이 포함돼 있다.

가장 인기있는 미래형 초음속비행기 디자인은 이른 바 하이브리드윙바디(hybrid wing body) 디자인이다. 이 비행기는 날개와 몸체의 연결부가 드러나지 않을 정도로 매끈하다. 이 디자인은 엄청나게 뛰어난 항공역학적 디자인을 통해 연료소비,소음,배출가스를 모두 크게 줄여 준다.

나사는 지난 2012년에 내부 탑승 및 화물 적재 면적을 크게 늘린 X-48C라는 하이브리드윙바디 비행기 테스트도 성공리에 마쳤다.

첩보용 비행기를 연상시키는 삼각형날개 디자인은 공기속을 보다 효율적으로 돌파할 수 있게 해 준다.

나사는 콩코드 퇴역으로 단종된 초음속여객기를 다시 만들려 하고 있다. 나사는 230만달러의 자금을 확보해 이를 실현시키려 하고 있다고 발표했다. 사진은 나사엔지니어들의 초음속여객기 컨셉트. 사진=나사

■초음속비행기로 여행하는 시대 열릴까?

마하2.5, 즉 음속의 2.5배 속도가 가스터빈엔진 비행기의 한계로 알려져 있다.

비행기의 터보엔진 안으로 들어가는 공기의 온도와 압력도 엄청나게 높아진다. 마하 5이상의 초음속으로 날기 위해서는 다른 형태의 엔진을 필요로 한다.

공기는 제트엔진의 로테이션 컴프레서와 터빈 대신 비행기 앞쪽 아랫부분,공기흡입구 내부,기체뒷면 아래에 있는 복잡한 충격파 시스템에 의해 압축되고 확산된다.

스크램제트엔진은 수십년 동안 개발돼 왔다 하지만 결정적인 개발 성과는 지난 2013년 5월에 나왔다.

스크램제트엔진을 단 미공군연구소의 보잉X-51A 웨이브 라이더가 태평양을 240초 만에 날았다. 연료가 바닥났을 때까지 비행 속도는 마하 5.1이었다. 다음 단계는 수시간이 아닌 몇분 내에 멀리 떨어져 있는 목표물을 타격할 수 있는 고속 순항 미사일을 만드는 것이다.

마하 3.5인 전설적인 SR-71 블랙버드 첩보기를 만들었던 록히드마틴 비밀연구소는 후속 SR-72 개발계획을 내놓고 있다.

이에 따르면 정찰 및 미사일 타격용으로 설계된 SR-72는 터보제트엔진과 램제트/스크램제트엔진을 결합한 비행기로서 활주로를 이륙한 후 마하6까지 비행할 수 있다. 이후 기존 제트엔진방식으로 활주로에 착륙하게 된다.

록히드마틴은 미국방부의 예산을 확보하게 되면 시험비행기를 2023년까지 띄울 수 있으며 정식 비행은 2030년에 이뤄질 것으로 예상하고 있다. 이는 여객기에 스크램제트엔진 기술을 적용할 수 있는 길을 열어줄 것으로 보인다.

초음속여객기가 지상 위에서 비행할 수 있는 능력은 음속을 돌파할 때 나는 폭음, 즉 소닉붐 수준을 얼마나 낮추느냐에 달려있다. 이 가까운 미래에 선보일 만한 초음속 여객기의 렌더링은 소닉 충격파를 줄이도록 설계돼 있다. 사진=나사

사진은 결코 만들어진 적이 없는 초음속 폭격기의 시제품인 노스아메리칸 XB-70 발키리(Valkyrie)다. 나사는 최근 일련의 자금을 확보해 초음속기술을 되살리려고 하고 있다. 사진=나사

보잉사가 나사의 도움을 받아 연료절감형으로 설계한 미래형 비행기 아이콘2(Icon-II)디자인 컨셉트. 이런 형태의 비행기는 소닉붐 노이즈 레벨을 일반비행을 할 수 있는 수준에 맞출 수 있게 해 준다. 사진=나사

이 비행기는 이른바 '하이브리드윙바디(hybrid wing body)', 또는 '블렌디드윙바디(blended wing body)다. 이 디자인은 뛰어난 항공역학을 만들어내면서 엄청난 연료절감은 물론 소음 및 배출가스 저감효과를 가져다 준다. 사진=나사

지난 2003년 10월 24일 유럽에서 만들어진 초음속 여객기 콩코드가 마지막 비행을 했다. 이와 함께 초음속 여행이 항공산업을 바꿀 것이라는 희망도 함께 사라졌다. 하지만 이제 미항공우주국(NASA·나사)이 230만달러(25억6천만원)를 확보해 퇴역한 콩코드를 잇는 초음속여객기 프로젝트를 시작하려 하고 있다. 사진=위키피디아

■나사의 초음속 여객기 위한 8개 프로젝트는?

나사는 지금까지 초음속여객기 개발을 위한 8개 연구 프로젝트에 모두 230만달러의 자금을 확보해 놓고 있다. 연구기간, 비용, 연구주체는 다음과 같다.

▲초음속여객기가 전세계 성층권 환경에 미치는 영향 조사.(4년,120만달러, MIT)

▲소닉붐(음속돌파시 폭음)형성시 난기류 영향 조사(3년,120만달러,와일연구소)

▲소닉붐 디스플레이(69만8천달러,로크웰콜린스)

▲소닉붐을 줄이는 파일럿인터페이스(2년,68만6천달러,하니웰)

▲저소음 비행기에 사용될 조용한 노즐컨셉트(2년,57만5천달러,캘리포니아어바인대)

▲미래형 초음속 대중교통용비행기용 저소음 통합컨셉트 및 추진기술 평가(2년,59만9천달러,GE글로벌리서치)

▲소닉붐파형 인식 및 응답 리스크 저감(1년, 33만7천달러,어플라이드피지컬사이언스)

▲낮은 소닉붐 시연용 비행기를 통한 미래 대중교통 테스트용 위험 저감 연구(1년,39만3천달러, 피델어소시에이츠)

전자신문인터넷 이재구국제과학전문기자 jklee@etnews.com