극초음속 여객기가 등장하면 기존여객기는 돛단배가 될것이다. 현재 미국과 일본의 매스컴을 떠들썩하게 만드는 HST의 기술적문제, 취항가능성 등을 살펴본다.
1971년, 많은 미국인들은 항공기술의 상징이었던 초음속 수송기(SST)가 의회에 의해 치명적인 타격을 받자 안도의 한숨을 쉬었다. 경쟁국의 하나였던 소련에서 투폴레프 TU-144기가 몇년후에 발표되었지만 결국에는 비참한 말로를 맞았다. 성능이 좋지않았던 관계로 좌초되었기 때문이다. 반면 영국 프랑스 합작의 콩코드는 가장 유복한 제트기로 남아있어 이는 상업적 성공이라기 보다 외경스러운 성공이라고 일컬어진다.
마하 5∼8의 속도
그러나 초음속 수송기에 관한 이러한 희비의 기록에도 불구하고 고속비행의 꿈은 오늘도 여전히 사람들의 마음속에 존재하고 있다. 항공산업계에서는 신기술에 고무되어서 초고속 항공기에 관한 생각들을 진척시켜왔다. 이 초고속 항공기는 음속의 두배 가까이로 날 예정이었던 SST의 계획을 낡은 것으로 여길 수 있을 만한 속도로 비행하게 된다. 즉 이 항공기는 극초음속 수송기(HST)라는 것으로 마하5에서 마하8의 속도 즉 음속의 5배나 8배의 속도로 하늘을 포효하며 비행하게 된다. 게다가 HST의 옹호자들에 따르면 상업적인 이윤을 남기는 비행을 하게될 수도 있다는 것이다.
이 비행기로는 태평양 횡단의 비행시간(로스앤젤레스에서 도쿄까지) 10시간을 적어도 두시간으로 단축시킬수 있다. 그러나 이런 속도가 현기증이 날 만큼 아찔하게 생각될지라도 이것은 미 항공 우주국과 미공군 그리고 영국 항공산업이 연구하고 있는 미래의 항공기 속도에 비한다면 겨우 굼벵이 속도에 지나지 않음을 알 수 있다. 이 미래의 항공기는 대기초월수송기로 활주로에서 이륙하여 대기 중에서도 근궤도 속도(마하25 즉 시속 1만7천마일)로 가속된다.
현재 수준높은 기술자들이 심각하게 논의하고 있는 초고속비행에 대한 구상들은 1941년에 영국기술자 '프랭크 휘틀'이 제트엔진을 발명한 이후로 우리 인간들이 얼마나 멀리 그리고 얼마나 빨리 비행할 수 있는가 하는 점들을 보여주고 있다. 음속 장벽을 깰 가능성을 보여준 제트 엔진의 발명으로 비행사들은 곧 초고속 비행이라는 목표에 주력하게 되었다.
1947년 10월 14일 공군시험비행사 '첵크 이거'는 마침내 로케트로 추진되는 X-1기로 마하 1.07의 속도를 얻을 수 있었다. X-1 초음속 비행으로부터 '충격파'를 알게 되었고 이것이 비행기가 지나간 뒤에 수마일 퍼져나가 창문을 흔들어대고 목재건물에 진동을 일으키는 원인이 되었다.
제트엔진 시대로 접어듬에 따라 2백인승 707기, DC-8기등이 대양을 정기적으로 날게 되었고 비행기 제작자들은 더많은 사람을 수송하고 더빠른 속력을 내어 많은 이익을 볼 수 있는 항공기 제작에 관심을 집중하였다. 그러나 747점보 제트여객기의 발전과 더불어 또다른 실제적인 문제에 부딪힌바 그것은 크기의 문제였다. 즉 한번에 5백명 이상을 수용할 수 있는 항로는 그리 많지 않았으므로 크기에 관한한 더 큰 모델을 시도하지는 않았다.
초음속에서는 넓게 퍼져있는 초음속충격파를 대기중으로 추진시킬 힘이 필요하게되어 연료가 많이 필요하다. 더우기 마하3이상의 속도에서는 중요한 장애로 열문제에 부딪힌다. 즉 비행기가 공기와 부딪히면서 전면의 공기가 압축되어 온도가 상승하여 비행기 표면 온도를 급속히 높여 알루미늄 표면을 약화시킨다. 이러한 문제점들로 초기의 상업성 초음속 제트기의 속도가 제약받았던 것이다. 소련의 TU-144기는 마하2.3에 도달, 콩코드를 앞질렀고 만일 보잉사가 제안했던 2707 SST가 만들어졌다면 마하2.7로 비행했을 것이다.
그러나 SST비행에는 또다른 장애들도 많아 이륙이나 음속으로 가속될때 터보제트엔진의 비효율성,연소기의 극도의 소음 등을 들 수 있다. 이 때문에 콩코드에 대해 뉴욕에서는 얼마동안 공항을 폐쇄하기도 하였고 연방항공국에서는 미국의 어떤 지역에서도 초음속으로 비행하는 것을 금지시켰다. 그렇지만 콩코드에 의한 충격파는 문자그대로 골칫거리로 남아있었다.
초음속 여객기에 대한 수요늘어
초음속수송기가 주요한 환경문제를 야기시킬지도 모른다는 두려움에도 불구하고 미국의 SST계획이 폐기되었거나 콩코드가 상업적으로 손해를 본것은 아니었다. 오히려 73년 오일 쇼크이후 연료 가격의 10배인상과 미국 전역에 걸친 초음속 비행의 제한, 그리고 60년대 기술로서는 역부족이었던 항로와 승객 유료하중의 제한등이 콩코드의 상업적 생존을 저해하였다.
이렇게 보잘것 없는 성능을 지닌 초음속 수송기에 관하여 전망들을 밝게 보고 있는 까닭은 무엇때문인가? 첫째는 콩코드 제작이후 놀라운 발전을 이룩한 항공기술 때문이며 둘째는 장거리 여행자와 뉴욕과 도쿄, 런던과 시드니등의 항공 화물항로의 중대성이 점차 증가되고 있기 때문이다. 이렇게 확대돼가고 있는 시장 덕분에 10년전에는 생각하기 어려웠던 초고속 항공기 연구에 대한 막대한 자본투자가 가능해졌다.
발전해가는 태평양 횡단 교통로를 개척하기 위한 분명한 시도는 콩코드와 2707 SST 구상의 내용을 질적으로 높이는 것이다. 미항공우주국이 71년이후 조용히 진행시켜왔던 초음속 기술 계획 덕분으로 이미 기술적인 기초는 마련되어있다. 우주국의 과학자와 기술자들은 엔진부의 수를 반으로 줄이는등 전체 엔진 효율을 높이고 수퍼플라스틱 '샌드위치'를 비행기 내구재료로 사용, 비행기 무게의 30% 감소를 꾀하고 있다.
최근의 보고에서 NASA의 '랭글리' 연구소장 '리차드 피터슨'은 "예비 도안연구가 두개의 엔진이 달린 2백50인승 초음속 여객기의 가능성을 제시하고 있다"고 말했다.
이것은 마하2.7의 속도로 재급유없이 6천3백마일을 비행하여 로스앤젤레스에서 도쿄까지 3시간 못미쳐 여행할 수 있다는 사실을 의미한다. 더우기 이 여객기는 유일한 기술로 비행로를 9천3백마일(뉴욕에서 도쿄까지 논스톱으로 4시간안에 주행)까지 연장할 수 있다고 한다.
상층대기권에서 비행
또한 미항공우주국에서는 환경보호주의자들의 SST에 대한 원칙적인 반감들을 해소하기 위해서 새로운 소음 진압기술을 개발, 콩코드에 비해서 20db 아래로 엔진 소음을 낮추었다. 이것은 미 공항에서 늘상있는 배경 소음에 비해 겨우 10db을 상회하는 것이다 .그러나 초음속의 충격파는 제거되지 않는다. 이것을 줄이는 가장 효과적인 방법은 공기의 밀도가 적어 충격파가 지상에 닿기 전에 멀리 퍼져 나갈 수 있는 곳에서 비행을 하는 것이다. 이를 위해 고도의 추진력을 얻어야 하는 데 오리엔트 특급─태평양 항로를 운항할 극초음속 고도수송기에 대해 산업체에서 사용하는 별명─은 터보램제트엔진을 사용한다. 터보제트와 램제트엔진의 특성을 동시에 지닌 이 변형제트엔진은 마하5나 6에서도 훌륭한 비행을 수행케 해준다. 그러나 이것 역시 마하 5.6이상에서는 온도의 벽에 부딪히게 되는데 이것을 보완할 엔진이 초음속 연소램제트 즉 스크램제트엔진이다. 스크램로케트라고도 불리우는 이 엔진으로 항공기는 지구궤도속도 마하25까지 가속될 수 있다. 단 이 경우 기체표면을 손상시키는 대기역학적 가열을 피하기 위해 공기가 희박한 상층대기권에서 비행하여야한다.
미항공우주국과 공군에서는 군사적 사용을 목적으로 새로운 고도의 성능을 지닌 대기초월수송기를 연구하고 있다. 이것은 주로 적의 위성을 파괴하거나 포획하고 별들의 전쟁에 대비한 탄도 미사일 방위계획에 필요한 우주전쟁기지를 궤도로 옮기는 역할을 하게 될 것이다. 다른 한편 미방위선진연구계획국과 공군에서는 스크램제트엔진을 동력으로 지구궤도까지 비행하는 대기권우주비행기에 한층관심을 쏟고있다. 이 수송기는 별들의 전쟁에 쓰이는 다양한 부품들을 우주로 이송할 임무를 띠게된다.
지상에서 궤도로 진입할 수 있는 극초음속 수송기를 제안한 사람들은 그러한 항공기가 10년이내에 개발될 수 있으리라 기대하고 있다. 최근의 고속비행에 관한 의회 청문회에서 대통령의 과학 고문 '조지커워드'는 "우리가 믿기로는 10을 초과하는 마하수를 얻기위해 최고도에서 스크램제트기술을 사용할 능력은 현재 기술적으로 가능하다. 내가 생각하기에 초음속수송기는 시대착오적이다. 우리는 단지 상업적인 성격을 띤 초음속여객기에 대해 간단히 짚고넘어갈 뿐이다"라고 말했다.
앞으로 극초음속 연구의 제일의 후원자는 분명히 군부일 것이다. 그러면 그들의 모든 활동이 민간항공에 줄 수 있는 가능한 잇점은 무엇이겠는가? 역사적으로 볼 때 최초의 미국 상업용 제트기인 707기가 B-47 B-52폭격기로부터 주요한 기술은 물려받아 이루어졌듯이 항공산업의 오늘날의 성공은 군사적인 연구개발에서 직접적으로 기인하고 있다. 극초음속 우주선 기술 역시 그와 유사하게 민간에게로 회귀하게 될 것이다. 비록 미국의 경쟁국들이 강철,전자,카메라,자동차 산업에 있어 미국의 우위를 침해하여 왔지만 항공우주분야는 여전히 밝은 전망을 주고 있다.
영국은 이미 그들이 2000년까지는 HOTOL(수평 이·착륙)이라 불리는 새로운 지상궤도비행기 구상을 갖고 상업적인 우주비행 시장의 많은 부분을 차지할 수 있으리라 예견하고 있다. 영국 항공우주국은 이 고속 비행기로 60명의 승객을 런던으로부터 시드니까지 단 67분만에 운송할 수 있다고 말한다.
영국의 이 쾌속기에 유사한 미 공군의 대기초월수송기는 스크램제트이지만 미방위 선진계획국이 누설하기를 원치않는자체추진 특징을 지니고 있다. 또다른 선택은 비록 정교하지는 않지만 훨씬 실용적일 수 있는 두단계 수송선이 될 것이다. 이것은 터보램제트로 추진되는 비행기가 스크램제트로 추진되는 위성을 마하 5.6까지 옮겨가 서는 비행기는 기지로 다시 되돌아 오고 위성은 스크램제트로 추진되어 궤도속도까지 가속되는 체계를 갖는다. 첫 단계의 민간여객기가 오리엔트특급이 될 것이다.
다국적 기업체에서 운영할듯
일단 비행단계에 도달하더라도 누가 그 공을 계속 운반해 갈 것인지는 분명치 않다. 공군이 군사적으로 대기초월 우주선을 계속 밀어낼 훌륭한 배트이지만 민간 수송 노력이 군부로부터 감소될 때 누가 그 역할을 대신할 것인가? 통상국의 '부루베이커'는 자본은 다국적 기업 그리고 공공투자에 의해 혹은 개인 투자로부터 생겨나리라고 생각하고 있다.
콩코드를 제작했던 영·불의 경험은 극초음속 제작자들에게 틀림없이 훌륭한 안내자 역할을 할것이다. 그들 국가간에는 사소한 언쟁이 끊이지 않아 동맹관계는 곤란을 자주 겪었고 엄청난 비용이 초과되었다. 콩코드는 최종 가격 정가가 30억달라를 초과하여 기술적 감각이나 고도 기술의 국제적 협력의 본보기라는 점에서 실로 웅장한 항공기임이 입증되었다.
비록 영국과 프랑스가 콩코드는 기본적으로나 상업적으로 승리하였노라고 확신하였지만 그들의 이러한 낙관론은 현재 인정 될 수 있다. 영국의 작가 '케미스 오웬'은 '콩코드'라는 82년판 그의 책에서 "사람들은 이제 콩코드가 제공하는 서비스와 시간 감축을 사고있다. 영·불 두항공회사는 그들의 콩코드로 이익을 보고있다"고 썼다.
결국 콩코드의 유산은 미래의 오리엔트 특급 제작자에게 상속될 것이다.
