[밀리터리 인사이드] ‘스텔스 기술’ 어디까지 왔나

북한이 신경질적 반응 보이는 스텔스기
F-22·F-35, 레이더엔 ‘골프공’ 크기
둥근 동체에 꼬리 날개 눕혀 탐지 회피
공기흡입구에도 ‘S자 곡선’ 설계 적용
모의 공중전에선 1대도 격추되지 않아은폐를 뜻하는 ‘스텔스 기술’은 현대 항공기 개발 과정에서 빼놓을 수 없는, 가장 주목받는 분야 중 하나입니다. 우리 공군도 지난해까지 록히드마틴의 F-35A 10여기를 인수했고 내년까지 모두 40기를 도입할 계획입니다. 국민들도 첫 스텔스기 도입에 열광적인 반응을 보였습니다. 도대체 어떤 기술이길래 이렇게 관심이 집중될까요.

9일 청주대·고려대 연구팀이 한국군사과학기술학회에 제출한 ‘스텔스 항공기 기술과 미래 항공전장’ 보고서에 따르면 스텔스 기술의 핵심은 ‘레이더 노출 면적’(RCS)과 관련이 있습니다. 레이더에서 방출하는 전자기장은 물체를 만나 반사되거나 표면을 따라 흐르기도 하는데, 이런 정보로 RCS를 산출하고 항공기의 유형을 결정하게 됩니다.

가장 큰 덩치를 자랑하는 전략폭격기 B-52는 길이만 48.0m, 폭은 56.4m에 이릅니다. 대륙간 고공비행이 가능해 이른바 ‘가성비’(가격 대비 성능)가 매우 좋은 편이지만, RCS는 100㎡로 은밀한 침투는 불가능합니다.

반면 ‘죽음의 백조’로 불리는 스텔스 폭격기 B-1B는 길이 44m, 폭 41m로 적지 않은 크기이지만 RCS가 10㎡에 불과합니다. 길이 20.9m, 폭 52.1m인 스텔스 폭격기 B-2는 RCS가 0.75㎡로 ‘큰 새’ 정도로 보입니다.심지어 스텔스 전투기인 F-35A와 F-22는 RCS가 각각 0.001㎡, 0.0001㎡로 ‘골프공’처럼 보인다고 합니다. 북한의 주력기인 미그-21과 미그-29의 RCS가 각각 4.0㎡, 3.0㎡라고 하니 차이가 얼마나 큰 지 실감할 수 있습니다.

●‘조종실 창문’도 스텔스 기술 적용

여러분도 잘 아시다시피 RCS를 줄이는 가장 기본적인 방법은 항공기의 ‘레이더파 반사면적’을 줄이는 것입니다. 특히 평평한 동체 옆면과 높은 수직꼬리날개는 RCS를 크게 높입니다. 따라서 가급적 동체에 굴곡을 주고 수직꼬리날개는 살짝 눕히는 방식으로 변화시킵니다.

날개 두께를 최대한 얇게 만들고, 레이더파가 날개 뒤로 흘러 퍼지는 면적을 줄이기 위해 후퇴각을 크게 하는 것도 필수입니다. 이런 형태는 공기역학적인 측면에서도 도움이 됩니다. ‘한국형 차세대 전투기’(KF-X)에도 적용된 기술입니다.

전투기의 ‘공기흡입구’도 의외로 RCS를 크게 높이는 기능을 합니다. 레이더파는 공기흡입구 안으로 침투한 뒤 내부의 회전날개에 반응합니다. 그래서 F-117과 B-2는 공기흡입구를 기체 위쪽에 만들었는데, 비행성능이 떨어지는 문제가 생겼습니다.

F-22는 문제를 해결하기 위해 공기흡입 통로를 곡선화한 ‘S자 공기흡입구’를 적용했습니다. F-35에도 적용된 스텔스 설계의 가장 핵심적인 부분입니다.

여러분이 잘 모르는 또 다른 의외의 공간은 ‘조종실 창문’입니다. 레이더파 에너지는 조종실 창문을 통해 실내로 들어와 내부 장치들에 반사돼 다시 대기중으로 확산될 수 있습니다. 이를 차단하기 위해 ‘전도성 금속체’를 조종실 창문에 얇게 바르는 방식이 도입됐습니다.다른 핵심 기술은 ‘레이더파 흡수재료’입니다. F-22와 F35는 특수 도료와 흑연이 가미된 외장 복합 소재로 레이더파를 흡수하는 기능을 갖췄습니다. 뿐만 아니라 스텔스 표면을 여러겹으로 설계해 일부 표면이 파손돼도 스텔스 기능이 유지되도록 하는 기능이 있습니다. 최근에 개발된 ‘섬유강화 고분자 복합재료’는 전자파 흡수뿐만 아니라 하중을 지지 기능도 있어 장점이 많다고 합니다.

●‘적외선 감지 미사일’을 피하는 법

스텔스 기능은 단순히 레이더파 반사에만 국한되진 않습니다. 각종 공대공·지대공 미사일의 ‘적외선 감지장치‘는 엔진 배기가스와 장비의 열뿐만 아니라 초음속 비행시 동체에서 발생하는 열까지 잡아냅니다. 심지어 항공기 표면에서 반사되는 ‘태양열’도 감지할 정도로 정밀합니다.

F-22는 지상에서 배기가스 열을 감지하지 못하도록 동체 위쪽으로 가스를 배출합니다. 또 배기구 모양을 ‘사각형’으로 만들고 배기가스가 주변으로 빠르게 흩어지도록 해 더 빠르게 냉각하는 기술을 적용했습니다.

또 프랫&휘트니사의 ‘F-119-PW-100’ 엔진은 최대 마하2(시속 2448㎞) 이상의 강력한 추력을 갖고 있으면서도 연기를 거의 발생시키지 않는다고 합니다. 여기에 항공기 앞부분에 고속 운항으로 인한 마찰열을 감소시키는 설계도 했습니다.

스텔스기의 동체 위쪽을 평평하게 설계하는 것은 단순히 모양을 예쁘게 만들기 위한 것이 아닙니다. 항공기에서 빛이 반사되는 ‘섬광현상’을 최대한 줄이기 위한 목적입니다. 평평한 면은 빛이 반사되는 각도를 줄여 사람 눈으로 인식하기 어렵게 만듭니다.

빛이 반사되는 정도가 각기 다른 페이트를 적절히 분배해 칠하는 것도 중요합니다. 이밖에 전투기 레이더파도 적의 전자정찰에 노출되지 않도록 ‘저피탐 기능’을 적용합니다.

F-22는 2006년 미국 알래스카 일대에서 펼쳐진 ‘노던 엣지 훈련’ 모의공중전에서 ‘2대 241’이라는 놀라운 기록을 냈습니다. 당시 F-22와 F-15가 ‘블루팀’을 이루고 ‘레드팀’은 F-15, F-16, F/A-18에다 ‘E-3 조기경보기’까지 동원했습니다.

하지만 블루팀은 F-15만 2대만 격추됐고 레드팀은 241대가 격추된 것으로 나왔습니다. 레드팀 조종사들은 “기체가 눈 앞에 뻔히 보이는데 레이더에도 안 걸리고 표적 조준도 안 된다”며 스텔스 성능에 놀라움을 표시했다고 합니다.●“레이더에 안 뜨고 조준도 안 된다”

미 공군은 1991년 걸프전 당시 스텔스기 F-117A와 관련한 흥미로운 보고서를 냈습니다. 이라크 바그다드를 공습하려면 폭격임무를 받은 F-16 32대와 호위기인 F-15 16대, 적 방공망을 제압하기 위한 F-111 4대와 F-4G 8대, 공중급유기인 KC-135 15대 등 공군기 75대가 필요했습니다. 그런데 호위기가 필요없는 F-117A 8대를 동원했더니 지원기는 KC-10 공중급유기 2대만으로 충분했다고 합니다.

연구팀은 더 극적인 비교도 내놨습니다. 기존 폭격기로 공격하려면 방공망을 벗어나야 해 ‘타우러스’(TAURUS), ‘슬램이알’(SLM-ER), ‘재즘’(JASSM) 등의 장거리 공대지 미사일을 사용해야 합니다. 이런 미사일은 ‘공대지 유도폭탄’(GBU), ‘합동직격탄’(JDAM)과 비교하면 10~50배 가량 가격이 비쌉니다.

예를 들어 1000파운드급 슬램이알 4기를 장착하면 폭격기 2대와 호위기 4대에 무장비용만 400만 달러(한화 약 47억 2800만원)가 소요됩니다. 하지만 F-22나 F-35를 활용하면 같은 화력의 합동직격탄 4발만 사용하면 됩니다. 무장비용은 10만 달러(1억 1800만원)로 40분의1에 불과합니다.

이런 이유로 우리 공군의 F-35A 도입에 북한이 신경질적인 반응을 보였는지도 모릅니다. 우리도 KF-X를 발판으로 지속적인 기술 고도화를 통해 스텔스기 개발에 성공하길 기대합니다.

정현용 기자 junghy77@seoul.co.kr