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어린이과학동아’ 친구들 안녕? 난 전투기 액션 영화 ‘리턴 투 베이스’에서 멋진 전투기 조종사 역할을 맡은 비, 정지훈이야.
안녕하세요? 저는 비행기 정비사 역할을 맡은 신세경이에요~.
세경아, ‘어린이과학동아’ 친구들이 곧 우리나라 하늘을 지킬 최첨단 전투기를 선발한다는 소식을 아직 모른다며? 럴수 럴수 이럴수가!
지훈 오빠, 그럼 우리가 어떤 전투기들이 후보로 경쟁하고 있는지 소개해 줄까요?
좋~지! 나는 사실 세 전투기 중에서 찜 해 놓은 게 있는데 말이야….
오빠! 우리가 좋아하는 전투기가 중요한 게 아니잖아요~. ‘어린이과학동아’ 친구들은 어떤 전투기를 선택하는지 지켜보기로 해요.

 

한국 전투기의 역사

좋~아! 그럼 내가 지금까지 우리나라 하늘을 지켜온 선배 전투기들을 먼저 소개하지. 각 전투기가 어떤 활약을 했는지 알면, 차세대 전투기를 선택하는 데 도움이 될 거야.




 

잠깐!  전투기 이름에 붙은 알파벳과 번호의 의미는?

지금까지 우리나라에서 사용한 전투기는 모두 미국에서 개발한 전투기예요. F-4, F-5, F-16, F-15라는 이름이 붙어 있답니다. ‘F’라는 알파벳은 ‘전투기(Fighter)’의 약자로, 적군 전투기와 싸우는 역할을 맡은 비행기를 가리켜요. 땅 위에 있는 군대를 공격하는 역할을 하는 비행기는 ‘공격기(Attacker)’라고 부르고, 초창기 전투기는 적을 정찰하고 추적하는 역할을 주로 했기 때문에 ‘추적기(Pursuiter)’라고 불렀지요. 하지만 지금은 전투, 공격을 모두 하기 때문에 ‘전투공격기’라는 의미로 FA라는 단어를 쓰기도 하고, 줄여서 F로만 표시하기도 해요. 뒤에 붙은 알파벳과 번호는 개발한 순서를 뜻해요.



전투기, 왜 바꿔야 하지?

우리나라 하늘을 지켜 온 선배 전투기들 모습이 정말 늠름하죠? 이 중에 F-15K는 지훈 오빠가 영화에서 타고 나오는 전투기예요. 자, 이번엔 전투기 정비 전문가인 제가 왜 전투기를 새로 바꾸는지 알려 줄게요.


전투기도 늙으면 골병든다

전투기의 수명은 보통 30년이에요. 하지만 우리나라 공군에서 쓰고 있는 F-4, 5 전투기 중에는 30년을 훌쩍 넘어 40년 가까이 비행하고 있는 것도 있어요. 전투기 부품들은 하늘에서 중력의 9배까지 되는 힘을 받기 때문에 사용하면 할수록 약해져요. 그러다 보니 사람처럼 나이가 들면서 고장이 많이 난답니다. 하지만 워낙 만든 지 오래 된 전투기라서 일부 부품은 생산이 중단되었어요. 결국 다른 전투기 부품을 빼서 써야 할 수밖에 없지요. 1990년 이후 지금까지 F-4와 F-5 전투기 16대가 추락해서 조종사 16명이 목숨을 잃었는데, 낡은 전투기가 일으킨 고장도 전투기 사고의 중요한 원인 중 하나예요.



우리나라 하늘 지킬 차세대 전투기 후보는?

으~. 정말 끔찍하군! 나라를 지켜야 하는 전투기가 낡아서 오히려 조종사의 목숨이 위 험하다니 말이야. 세경이 말로는 2019년까지 약 100대나 되는 늙은 F-4와 F-5 전투 기가 은퇴할 예정이라고 해. 그러면 북한군의 위협에 대항할 전투기가 360대 정도 밖에 남지 않는 건데…. 북한군은 전투기만 800대가 넘는다며? 좋아. 그럼 이제 본격적으로 우리 하 늘을 지킬 전투기 후보를 소개하도록 하지.


차세대 전투기의 조건1쏜살같이 날아라!

세 전투기 모두 멋지죠? 하지만 전투기는 외모만 예쁘다고 좋은 게 아니에요. 어떤 전투기가 우리나라 하늘을 지키는 데 가장 알맞을지 꼼꼼히 따져 봐야 해요! 그럼 이제부터 세 전투기의 능력을 비교해 볼까요? 먼저 자유자재로 하늘을 나는 비행 성능을 비교해 볼게요.



전투기의 생명은 엔진!

엔진이 하나인 F-35

F-35 라이트닝Ⅱ는 터보팬 엔진 하나를 사용하기 때문에 다른 전투기보다 속도가 조금 느리고, 엔진이 고장 났을 때는 추락할 수밖에 없다. 하지만 엔진이 하나이기 때문에 전투기 무게를 가볍게 해 주는 장점이 있다.



엔진이 두 개인 F-15SE와 유로파이터 타이푼

엔진이 두 개면 엔진 한 쪽이 고장 나도 나머지 한 쪽으로 비행할 수 있기 때문에 안전성이 크다. F-15SE는 터보팬 엔진 두 개를 사용해서 마하 2.5의 속도로 하늘을 비행할 수 있다. 유로파이터 타이푼은 두 개의 터보팬 엔진을 사용할 뿐 아니라, 초음속으로 오랜 시간 비행할 수 있는 ‘슈퍼크루즈’ 능력을 가지고 있다.

잠깐! 프로펠러에서 터보팬까지, 전투기 엔진의 변화

1900년대 초반에 사용하던 프로펠러 전투기와 첨단 초음속 전투기는 모양도, 성능도 크게 다르지만 하늘을 나는 원리는 같아요. 바로 엔진에서 얻은 추진력으로 전진하고, ‘양력’으로 날개를 밀어 올리는 거예요. 프로펠러 엔진은 프로펠러를 돌릴 때 앞보다 뒤쪽 공기의 압력이 커져요. 이 때 뒤에서 앞으로 생긴 압력이 비행기를 앞으로 추진시키지요. 그런 뒤 앞으로 달리는 비행기에는 다시 날개 위아래에 압력 차이가 생겨요. 비행기는 이 압력 차이로 생긴 양력에 의해 하늘로 날아오르게 되죠. 반면 초음속 전투기는 프로펠러가 아닌 팬을 이용해 끌어들인 공기를 압축하고, 연료를 넣은 뒤 폭발시켜서 생기는 힘이 공기를 밀어낼 때 생기는 반작용으로 전투기를 추진해요.



자유로운 비행 능력!

F-15SE 

날개가 전투기 몸통인 동체의 가장 위쪽에 연결돼 있고, 뒤로 젖혀진 모양이다. 날개가 동체 위에 있으면 날개뿐 아니라 전투기 동체도 양력을 받을 수 있어서 같은 무게를 띄울 때도 힘이 덜 필요하다. 또 날개를 뒤로 꺾으면 날면서 생기는 저항인 ‘항력’이 줄어서 초음속에 빨리 다다를 수 있다.



F-35 라이트닝Ⅱ
F-35 라이트닝Ⅱ는 날개가 동체 중간에 연결돼 있고, 사다리꼴이다. 동체 중간에 달린 날개는 동체 위, 아래에 달린 날개의 장점이 적절히 섞인 날개다. 또 사다리꼴 날개는 비행기가 날아가면서 생기는 저항을 줄여 주는 특징이 있다.


유로파이터 타이푼
날개가 동체 가장 밑에 있고, 삼각형이다. 날개가 동체 아랫부분에 연결돼 있으면 마치 물 위에 떠 있는 것처럼 움직임이 자유로워 장점이 된다. 또 날개가 삼각형이면 날개가 동체와 연결된 면적이 넓어서 튼튼하다. 오랫동안 초음속 비행을 하기에 적합하고, 연료도 많이 실을 수 있다. 게다가 유로파이터 타이푼은 좌우, 위아래로 움직이는 ‘추력편향’ 엔진이 설치돼 있어 움직이기가 매우 자유롭다.



차세대 전투기의 조건2 누가 가장 똑똑한가!

와우! 모든 전투기가 저마다 모양이 다른 데는 다 이유가 있었구나! 음~. 친구들이 결정 하기 쉽지 않겠는걸? 좋아. 그럼 난 조종사 입장에서 조종과 임무를 수행하기에 어떤 전투기가 편리한지 첨단 항공전자장비를 살펴 보겠어.



조종실은 미래 기술 축소판!

차세대 전투기 조종실은 최첨단 기술을 펼치는 전쟁터라고 할 수 있다. 조종실은 ‘콕핏’이라고 부르기도 하는데, 콕핏의 첨단 장비는 세 전투기 모두 막상막하!



편리한 조종 방식

과거 전투기는 사람이 조종간을 움직이면 연결된 기계들이 순서대로 작동해서 날개의 방향을 바꿔 움직이는 방식이었다. 따라서 전투기가 받는 저항이 조종사가 조종하는 데 큰 영향을 미쳤다. 하지만 첨단 전투기들은 조종간을 움직이면 전기 신호가 날개를 움직이고, 조종사가 실수해도 컴퓨터 프로그램이 자동으로 움직임을 조절해 주는  기술(Fly By Wire)로 움직이기 때문에 조종이 편리하다.


 

사방을 동시에 감시하는 매의 눈

전투기 조종사가 눈으로 볼 수 있는 거리와 방향은 한정돼 있다. 하지만 세 전투기에는 모든 방향에서 먼 거리에 있는 적을 동시에 감시할 수 있는 레이더가 장치돼 있다. 또 물체에서 나오는 열을 감지하는 적외선 센서로 밤에도 주변을 살필 수 있다.



전방시현기와 헬멧장착시현기

전방시현기는 전투기의 속도, 비 행 상태, 적군 전투기의 상황 등을 종합해서 보여주는 장치로, 세 전투기에 모두 설치돼 있다. 이에 더해 세 전투기의 조종사 헬멧에는 조종사가 전방시현기를 보지 않고 다른 곳을 보아도 전투기와 주변 정보가 눈 앞에 펼쳐지는 시현기가 설치돼 있다. 헬멧장착시현기는 조종사가 바라보는 곳으로 레이더 센서를 배치해서 그 방향의 정보를 보여주고, 적 비행기를 보는 것만으로 총이나 미사일을 조준한다. 그리고 조종사의음성을 인식해서 작동하는 기능도 가지고 있다.



차세대 전투기의 조건3 누가 가장 안전한가!

정말 세 전투기 모두 성능이 막상막하군요! 그럼 저는 정비사니까 마지막으로 세 전투기가 얼마나 안전한지 생존 능력을 따져 보겠어요.

꼭꼭 숨어라, 머리카락 보인다!

차세대 전투기가 갖춰야 할 가장 중요한 능력 중 하나가 바로 적에게 들키지 않는 스텔스 기능이다. 전투기가 가까이 오면 그 모양과 소리 때문에 누구나 구별할 수 있지만, 전투에 대비하려면 멀리 있을 때부터 전투기가 오는지 알아야 한다. 이를 위해서 레이더로 전투기를 감시하는데, 스텔스 전투기는 레이더가 잘 구별하지 못 하도록 특별한 재료와 모양으로 만들었다. 덕분에 스텔스 전투기는 적에게 잘 발견되지 않고 적군을 감시하거나 공격할 수 있다.



 

레이더를 산란시키는 디자인!

레이더는 전파를 쏴서 물체에 부딪힌 뒤 되돌아 오는 신호를 분석해서 전투기와 자연 물체들을 구별한다. 그런데 평면은 거의 직각 방향의 전파만 되돌려 보내고 나머지는 다른 쪽으로 튕겨내기 때문에 스텔스 전투기는 되도록 납작하게 만든다. 또 무기를 넣는 부분은 레이더로 포착하기 쉽기 때문에 전파가 다른 방향으로 반사되도록 지그재그 모양으로 만든다. 세 전투기 중에서는 F-35 라이트닝Ⅱ가 처음부터 스텔스 기능을 하도록 디자인되었다.





레이더를 흡수하는 재료와 페인트!

레이더에 잡히지 않는 또 다른 방법은 전파를 흡수하는 재료나 특수 페인트를 칠하는 방법이다. F-15SE와 유로파이터 타이푼은 전파 흡수 재료와 특수 페인트를 칠하고, 무기들을 되도록 날개 안으로 집어 넣는 방법으로 스텔스 기능을 갖추었다. 하지만 F-35 라이트닝Ⅱ에 비하면 완전하지 않다.





2020년엔 국산 전투기로 하늘 지킨다!

‘어린이과학동아’ 친구들! 그 소식 들었나요? 우리나라도 전투기 조종사들이 훈련하는 ‘고등훈련기’ 를 만들었다고 해요. 어떤 비행기인지 한국항공우주산업 김태근 연구원의 이야기를 들어 볼까요?



안녕하세요? 우리나라가 만든 전투기가 있다고 해서 찾아왔어요. 어떤 비행기인가요? 설명해 주세요~!


FA-50을 말하는군요! FA-50은 본격적인 전투기는 아니지만, 전투 능력을 가진 경전투기예요. 2003년에초음속 돌파에 성공한 T-50 고등훈련기에 전투 장비를 더한 비행기랍니다. T-50 개발로 우리나라는 세계에서 12번째로 초음속 비행기를 제작한 국가가 되었어요.


와~. 우리나라도 전투기를 만들 수 있는 능력이 있군요?

그렇지는 않아요. FA-50은 F-15K를 비롯해 유로파이터, F-15SE, F-35 같은 전투기에 비하면 비행 능력, 무기 탑재 능력 등에서 많이 부족한 전투기예요. T-50 같은 훈련기는 95% 정도 우리나라 자체 기술로 만들 수 있지만, 더 성능이 좋은 전투기를 만들려면 아직 많은 기술 발전이 필요하답니다.

아 그렇군요…. 그럼 언제쯤 우리 손으로 만든 전투기를 볼 수 있을까요?'

'T-50과 FA-50을 만든 우리 한국항공우주산업은 2020년까지 우리 기술로 전투기를 만들 계획을 가지고 있어요. 계획대로 개발하면 2020년에는 외국에서 전투기를 사지 않고 우리가 만든 전투기로 하늘을 지키게 될 거예요. 과학자를 꿈꾸는 ‘어린이과학동아’ 친구들! 여러분이 커서 제 뒤를 이어 세계에서 으뜸 가는 전투기를 만들어 주세요!