역사상 가장 빠른..괴물 고공정찰기 'SR-71 블랙버드'

블랙버드는 1974년 9월 1일 뉴욕에서 런던까지 마하 2.68(약 3500km/h)로 날아

1시간 54분 56초의 기록을 세웠다.

같은 항로를 날아가는 데 콩코드가 약 3시간 20분,

B-747이 약 6시간 걸리는 것을 보면 SR-71이 얼마나 빠른지 알 수 있다.

1974년 9월 13일에는 런던에서 로스앤젤레스까지

마하 3의 평균속력(약 3672km/h)으로 나는 기록을 세웠다.

사진=미 공군(US Air Force)

 

SR-71 '블랙버드'는 미국이 동유럽 공산권과 긴장이 심하던 1950년대에 구상됐다.

미국의 군 지휘자들은 구소련이 전 세계로 군사력을 펼쳐나가자

구소련의 상황을 정확히 알기 위해 고심했다.

 

미국은 이미 1950년대 후반 비밀리에 아직 정찰 위성이나 무인항공기(드론)가 없던 시절,

적지에 침입해도 격추되지도 발견조차 되지 않기 위한 개념으로

SR-71 블랙버드 개발에 착수했다.

그 당시 록히드 항공사가 만든 U-2 정찰기가 있었지만 이 항공기는

음속보다 조금 느렸기 때문에 구소련의 요격미사일에 공격당하기 쉽다는 문제가 있었다.

때문에 높은 고도에서 엄청나게 빨리 나는 비행기가 필요했던 것이다.

이런 이유로 SR-71이 탄생하게 됐다.

 

 

더구나 1960년 5월, 소련 영공에서 항공 사진을 촬영하던

미국의 정찰기 U-2가 격추되는 사건이 발생했다.

이 사건은 즉시 미소 냉전의 외교상 파장을 일으켰고,

미국은 다시 한번 더 빠르고 더 높게 비행할 수 있어

대공 사격을 받지 않는 신형 정찰기를 개발할 필요성에 직면했다.

 

이에 따라 냉전 시대, CIA(미국 중앙정보국)는 고도 27㎞ 이상의 고고도에서

고속 비행이 가능하며 레이더에 포착되기 어려운 정찰기를 더욱 시급히 원하게 된다.

SR-71 ‘블랙버드’는 세계에서 가장 빠른 유인 항공기로,

1976년 비행 고도 8만5069피트(약 2만6000m)의 성층권 상공에서,

최고시속 2509.7마일(약 4039km=마하 3.3) 속도로

항속으로 지속적으로 비행하는 기록을 세웠다.

1950년대 후반 설계된 이 항공기는 첫 비행한지 50여년이 지난 현재도

수평 비행에서의 최고 비행 고도와 로켓을 동력으로 하지 않는

비행기의 최고 비행 속도 기록을 보유하고 있다.

열을 분산하기 위해 기체를 검게 도장하면서 ‘블랙버드’라는 애칭이 붙은 이 비행기는

유선형의 날렵한 외형 덕분에 기존 비행기와 전혀 다르게 보인다.

 

블랙버드 계열의 첫 번째 모델 1인승 A-12.

블랙버드 계열의 첫 비행기는 ‘A-12’로 명명돼 1962년 4월 30일 첫 비행을 했다.

총 13대의 A-12가 만들어졌고 이들 비행기는 CIA가 운용하는

극비의 특별 프로그램에 따라 운용됐다.

사진=USAF/DVIC·퍼블릭 도메인

 

이 야심찬 정찰기의 설계를 맡은 이들은 세계 최고의 항공기 설계자 중 한 명인

켈리 존슨과 그가 이끄는 록히드에서 조직된 기술자들로 구성된 비밀부서

‘스컹크웍스’ 연구원들이었다.

존슨은 1990년 블랙버드가 처음 퇴역했을 때

“모든 것을 발명할 필요가 있었다”고 개발 당시 상황을 회상했다.

같은해 그는 사망했다.

블랙버드의 탄생과 퇴역을 함께 한 것이다.

 

SR-71은 시속 3200㎞ 이상으로 비행하기 위해 설계돼 있어

주위의 외기와의 마찰에서 기체의 표면 온도가 상승해

기존의 기체는 고온에서 녹아버린다.

따라서 기체의 소재로 철보다 가볍고 고온을 견딜 수 있는 티타늄 합금이 채택됐다.

그런데 당시 세계 최대 티타늄 공급국가는 소련으로

미국은 블랙버드의 주요 소재인 티타늄 자체를 조달하기도 어려운 상황으로 밝혀졌다.

당시 미국 정부는 소련으로부터 티타늄을 대량으로 구매할 필요로 인해

가상의 회사를 통해 구매한 것으로 알려졌다.

 

 

그러나 티타늄 합금을 사용하면서 다른 문제가 생겼다.

우선 티타늄 소재의 이 항공기 제작 위해 도구 세트 자체를 새롭게 만들 필요가 있었다.

일반적으로 철로 만든 항공기 제작 장비와 도구를 사용하면 (티타늄을 다루면)

깨지거나 부서지기 때문이었다.

 

개발과정에서 SR-71의 1호기는 완전히 도장하지 않고

기체의 은색 티타늄 합금을 드러낸 상태에서 비행을 시도했다.

SR-71이 처음으로 검은색으로 도장된 시기는 1964년의 일이다.

검은색 도료는 효율적으로 열을 흡수하고 방출해 기체 전체의 온도를 낮추는 것으로 나타났다.

이렇게 해서 ‘블랙버드’가 탄생했다.

 

관련 전문가들은 SR-71의 기체에는 티타늄 소재뿐 아니라

세계 최초로 비행기에 사용된 복합 소재의 일부가 포함돼 있었다.

이 소재 덕분에 이 비행기는 적의 레이더에 발견되기 어려웠다.

'당시에는 아직 스텔스라는 말이 사용되지 않았지만,

이 비행기는 본질적으로 스텔스기'라고 말한다.

 

대공 사격이 도달하지 않는 고도로 미사일보다 고속으로 비행이 가능한 데다

레이더로도 거의 발견되지 않기 때문에 SR-71은 모두 쉽게

적의 영공에 침입할 수 있었다.

 

 

SR-71은 적이 발견하고 미사일을 발사할 무렵에는

이미 적의 영공을 뒤로 하고 있었다.

당시에는 아직 실시간으로 데이터를 링크할 수 없어

SR-71은 상공에서 필름 사진을 촬영하고,

이 비행기가 기지로 가져간 필름을 처리해 연구하는 방식으로 정보를 수집했다.

 

결과적으로 블랙버드가 적에게 격추된 사례는 단 한 번도 없었다.

SR-71은 4000번이 넘는 격추시도에도 실제로 단 한 번도 격추당한 일이 없었으며

비행할 때마다 상대편 국가들은 종종 UFO나 레이다 오류로 생각되었다고 한다.

 

그러나 이 비행기의 신뢰성에 문제가 있어, 총 32대 중 12대가 사고로 소실됐다.

또한 운용이나 조종이 어려운 비행기이기도 했다.

“이 비행기는 준비에 상당한 인력이 필요했다.

블랙버드가 출동할 때는 우주왕복선을 발사할 때와 마찬가지로

기본적으로 카운트다운(초읽기)이 이뤄졌다.

승무원과 비행기 모두에 상당한 준비가 필요했기 때문”이라면서

“상상을 초월할 만큼 많은 노력과 인력이 필요했다”고 관련전문가들은 증언했다.

 

최초의 Blackbird는 A-12로 지정돼 1962년 4월 30일에 첫 비행을 했다.

단일 좌석 A-12는 곧 더 큰 SR-71로 진화해 정찰 시스템 장교를 위한

두 번째 좌석을 추가하고 더 많은 연료를 실었다.

이런 과정을 거쳐 SR-71의 첫 비행은 1964년 12월 22일이었다.

SR-71 블랙버드가 1960년대에서 1990년대까지 활발한 경력을 쌓는 동안

기체의 불량률을 포함해 달성한 방대한 성과에 대해

정확한 수치를 정량화하는 것은 불가능하다.

스파이 비행기로서 일화와 역사의 대부분이 보안이라는 장막 뒤에 남아있기 때문이다.

 

 

공기흡입방식 유인항공기인 SR-71 블랙버드는 높은 고도에서 빠른 속력으로

적진의 상공을 날 수 있도록 설계된 초음속 정찰기다.

1964년 크리스마스 3일 전에 최초의 시험 비행에서 물리적 안전 속도,

극비 임무 및 공개된 록스타의 지위, 심지어 지구와 우주 사이의 경계를 넘었다.

 

일반적인 로켓 엔진은 연료와 산소를 섞어 추진력을 내므로

로켓 엔진을 사용하는 비행기는 두 가지 모두를 기체에 실어야 한다.

이로 인해 공간도 많이 차지하고 무게도 많이 나가게 된다.

반면 제트 엔진을 사용하는 비행기는 공기를 흡입해 공기 중의 산소를 연소에 사용하므로

비행기의 크기와 무게를 상당히 줄일 수 있다.

 

일반적인 제트 엔진은 엔진 속의 수많은 압축날개를 돌려 공기를 압축한다.

반면 램제트 엔진은 비행기가 날아가는 속력에 의해 공기가 압축되므로

압축날개가 필요없어 구조가 간단해진다.

스크램제트 엔진은 엔진으로 들어오는 공기의 흐름이

초음속으로 유지되도록 하는 램제트 엔진이다.

스크램제트 엔진 기술은 아직 제한된 시험만 이루어지고 있는 미완성 기술 중의 하나다.

 

 

SR-71 '블랙버드'는 마하3 속도에서 공기 흐름으로 인한 마찰로 인해

기체의 일부 부속들은 화씨 1000도(섭씨 540도)까지 치솟았다.

블랙버드의 경우 86도가 최적의 상태로 검은 페인트는 열을 잘 분산시켜

60파운드이상 분량의 페인트가 사용되어 온도로 인해 치명적인 결함이 일어나지 않도록 했다.

블랙버드퇴역이후 미국은 SR-71의 개발 노하우와 구체적인 제작과 관련한 자료가

타국으로 유출 되는 걸 막기 위해서 이 기체의 관련자료를 모두 파기했고

전용으로 만들어진 공구도 전부 폐기처분 했다.

 

현재 결국 스컹크 웍스에 남은 건 SR-71 '블랙버드'의 빠른 속도는 흔히 소총탄과 비교한다.

소총탄의 경우도 총기의 종류에 따라 다르며 탄약의 종류마다 다르다.

5.56×45mm 나토(NATO) 표준탄을 사용해 탄자(총알)가 총구에서 나오는 순간

최고 속도을 기준으로 우리 국군이 사용하는 K1A는 초당 820m, K2는 초당 920m이며,

빠르기가 가장 돋보이는 M16은 초속 1000m로 마하(음속=1224km/초)로 환산하면

마하 2.94(시속 3600km)이다.

 

또 소총탄은 450~500m 정도의 유효사거리와 최대사거리 3600m 내외 거리를 이동하면서

공기 저항과 지구 중력 등으로 인해 당연히 거리에 비례해 속도는 저하된다.

그러나 SR-71 '블랙버드'가 더욱 놀라운 것은 이와 같은 소총 탄속을 상회하는

마하 3.3(4,039km)의 속도로 비행하는 내내 지속적인 항속 유지가 가능하다는 것이다.

그것도 로켓엔진이 아닌 제트엔진 장착으로 필요한 공기가 희박한

지상 24~27km의 성층권 상의 고도에서의 기록이다.

 

SR-71A Blackbird evening launch Okinawa late 80's (HD)

 

1950년대~ 1960년대 초반에 이 경이로운 SR-71 '블랙버드'를 개발한

美 록히드 사의 스컹크웍스’ 연구원들의 영혼을 갈아넣은 기술력이 경이롭다.

성층권은 지표에서 고도 약 10~15km이며 최대 약 45~50km까지 확장되며,

공기 밀도는 10% 낮으며 낮은 층의 온도는 약 평균 영하 50~60도 이하로 떨어진다고 알려졌다,

게다가 기류는 ​​시속 200km에 이른다.

 

하지만 이 고도 범위를 순항하는 SR-71 '블랙버드'는 마찰열로 인해

기체 외부의 온도가 300~500도까지 올라가 외부에 삼겹살을 올려 놓는다면

단 몇 초 안에 익어버릴 정도다.

일부 부속들은 화씨 1000도(섭씨 540도)까지 치솟는다.

 

 

조종석 쪽은 대략 화씨 600(섭씨 315도)도 정도까지 치솟기 때문에,

일반 유리는 아예 구겨져 조종사의 시야를 왜곡한다.

때문에 조종석 창은 2인치 두께의 석영으로 마찰열이

조종석에 영향이 가지 않도록 특수 설계됐다.

 

공학자들은 SR-71 조종복을 기본적으로 오늘날 우주 비행에 적합하도록

설계 제작된 것을 적용했다.

질식을 막기 위해 자체적인 거의 100%에 가까운 산소 가압이 있고,

기내의 냉방은 냉동 상태로 유지해 승무원이 2000mph(3218km/h)로 탈출해야하는 경우

화씨 450도(섭씨 232도)의 급격한 기온 변화 발생에 대비했다.

 

SR-71의 감시정찰 능력을 엿볼수 있는 장착한 특수카메라의 성능은

24km 상공에서 골프공을 구별할 정도의 고성능으로

북한 전체의 사진을 7분만에 다 찍어낼 수 있다고 알려져 있다.

 

J58 (Pratt & Whitney JT11D)엔진.

위 사진은 J58의 터보 컴프레서부터 터보제트 연소실까지만을 전시한 것이다.

쇼크 콘 인테이크 등 J58의 특징적인 부분은 모두 제거돼 있다.

J58은 터보램제트 엔진으로 불리는데, '터보제트와 램제트

두 가지 모드를 전환하며 운용할 수 있는 엔진'이기 때문이다.

박스 안 사진은 연소실험 장면.

사진=미 공군(US Air Force)·내셔널 인터레스트(national interest)

 

 

 

SR-71 '블랙버드'에 장착된 2대의 프랫&휘트니 J58 엔진은 1958년 개발됐다.

본래 미국 해군의 요청으로 만들어진 것이었고,

1958년 개발된 후 제식명 'J58'을 받았다.

제식화 이후 F-106의 개량형에 장착될 예정이었으나

취소된 이후 이후 1965년에는 SR-71에 채용됐다.

 

Blackbird SR 71 Nothing But Pratt Engine Sound

 

블랙버드의 엔진은 매 시간마다 4만4000파운드의 연료를 연소시켜

매 90분마다 연료를 보급받아야 했다.

램제트 효과(초음속으로 압축되는 공기와 연료)로 인해 블랙버드는

마하 2.0 이상의 속도에서 연료 효율이 높아졌으며 일반적으로

90분 동안 약 2500마일을 날았다.

 

미 공군은 SR-71을 지원하기 위해 전용 공중급유기 특별 버전인

KC-135Q 56대를 제작해 32대의 블랙버드를 지원했으며,

급유기 3대가 SR-71 2대를 담당했다.

 

록히드에서 조직된 기술자들로 구성된 비밀부서 ‘스컹크웍스’ 연구원 가운데

벤 리치는 회고록에서 J58 엔진을 개발한 프랫&휘트니의 기술자들도 우수하고

엔진도 좋았지만 마하 3으로 비행하는데 필요한 추력의 대부분은

록히드의 공학자들이 설계한 에어인테이크 및 구조에 의한 것이라며

'쇼크 콘 인테이크' 등은 J58의 특징이 아닌 J58을 탑재한 SR-71의 특징'이라고 기록했다.

 

애초 에어 인테이크 역시 원래는 공기흐름 상태에 따라

압력에 의해 조절되는 형태로 설계했다가 응답속도가 충분치 않아

원래 하청과의 계약을 해지하고 다른 업체와 계약해서 전자식으로 완성하는 등

아래 설명될 SR-71 특유의 속도에 따른 변경 원리는

J58 자체와는 별 관련이 없다고도 했다.

 

J58 엔진의 특징은 엔진에 흡입된 공기는 9단의 압축기를 거쳐 연소실로 공급되며,

이 때 압축기는 터보제트 방식으로 동작한다.

고속 비행시 추기 밸브를 통해 4단계 압축기에서 일부 공기가 유입되며,

바이패스 덕트를 통과해 애프터 버너 연소용으로 쓰인다.

왜 추가 밸브를 두는가 하면, 최고속도 비행 시 압축기 후방이 진공 상태가 되어

공기 흐름이 제한되고, 압축기 전방은 그에 따라 공기를 많이 빨아들이지 못하여

비행기가 실속으로 추락할 수 있는, 유량 실속 현상 때문이라고 한다.

 

마하 2.5 이상의 극초음속에 이르면 쇼크 콘 인테이크가 후퇴하면서

터보 컴프레서를 우회해서 애프터버너로 직접 공기를 보내는데,

이 때는 애프터버너가 램제트 연소실 역할을 한다.

마하 3.2에 도달하면 쇼크 콘 인테이크가 최대로 후퇴해

터보 컴프레서를 완전히 닫고 램제트 엔진으로 전환된다.

 

SR-72 정찰기는 지상배치 대륙간탄도미사일(ICBM),

핵 추진 전략잠수함(SSBN) 등 전략목표에 대한 정보·감시·정찰(ISR) 능력 외에도

위력적인 정밀타격이 가능한 최첨단 무기 운영 센서 등

체계 개발에도 주력하고 있다고 미언론은 전했다.

일각에서는 SR-72의 대당 가격이 10억달러(1조1천230억원) 선에서 결정된 것으로 알려졌다.

사진=내셔널 인터레스트(national interest)

 

SR-71 '블랙버드'는 1999년 10월 10일 마지막 비행을 끝으로 역사에서 사라졌다.

냉전이 끝나고 미국이 국방비를 감축하면서 시간당 2만5000달러에 달하는 운영유지비와

고성능 정찰위성의 발달 등으로 비행횟수를 제한하다 결국 퇴역시킨 것이다.

 

그러나 지난 2013년 11월 4일 록히드마틴의 '스컹크 웍스'의 최고 책임자인 롭 와이스 부사장은

미 공군 및 국방부 산하 방위고등연구계획국(DARPA)과 함께 2000년대 초부터

SR-72 공동개발을 해왔다고 밝혔다.

록히드 마틴은 중국 등에서 등장하고 있는 대 위성 요격체에 대항,

지속적인 정찰 자산을 확보하고자 하는 목적으로 'Son Of Blackbird (블랙버드의 아들)'라고 불리는

SR-72 항공기 개발 작업을 공개한 것이다.

이 선택형 유인 항공기는 최근 마하 6(7400km/h) 4500mph를 기록했다고 전해졌다.

 

 

와이스 부사장은 특히 SR-72가 탑재하는 스크램제트 엔진 부문에서

큰 기술적 진전을 이뤄 2년 뒤쯤이면 본격적인 개발작업이 시작될 수 있을 것으로 내다봤다.

록히드마틴은 에어로제트 로켓다인 등 관련 업체들과 제휴해

3단계 하이브리드 엔진 개발에 주력해온 것으로 알려졌다.

 

'결합순환추진체계'(Combined Cycle Propulsion System)로 불리는 이 체계는

제트엔진과 스크램 엔진을 결합한 것으로, 터보제트 엔진을 통해 마하 3에 이르면

램제트 엔진이 마하 5까지 가속하고 다시 스크램제트 엔진이 가동하는 구조다.

 

스크램제트 엔진은 극초음속으로 움직이는 가운데 대기 중의 산소를 산화제로 이용하기에

별도 산화제를 탑재할 필요가 없어 엔진 무게와 부피를 대폭 줄일 수 있는 장점을 가졌다.

또 극초음속 상태에서는 동체 표면 온도가 2000도까지 오르는 점을 고려해

탄소, 세라믹, 금속 등을 혼합한 고강도 내화성 복합소재로 동체를 제작할 것으로 알려졌다.

 

이렇듯 록히드 마틴의 스컹크 웍스(Skunk Works)는

음속의 6배(SR-71 블랙버드 정찰기의 2배 속도)로 비행하도록 설계된

SR-72라는 무인 극초음속(선택적 유인기) 타격기를 개발하고 있다고 발표했지만

일부 전문가들은 2022년 현재 실전에 투입되었을 가능성도

전혀 배제할 수는 없다는 의견도 나오고 있다.

 

포퓰러 미캐닉스, 에비에이션 위크 등 미언론은 최근 미 최대 방산업체인 록히드마틴이

오는 2030년까지 실전 배치를 목표로 20년 가까이 추진해온

마하 6의 차세대 극초음속 전략정찰기 'SR-72' 개발작업이 순조롭게 진행 중이라고 보도했다.

록히드 마틴 측도 SR-72는 2030년까지 운용될 수 있다고 밝혔다.

 

극초음속 프로그램 매니저인 브래드 릴랜드(Brad Leland)는

“극초음속 미사일과 결합된 극초음속 항공기는 거부된 영공을 관통해

대륙의 거의 모든 위치를 1시간 이내에 공격할 수 있다”면서

"새로운 위협에 대응하기 위한 차세대 항공 전력으로 스텔스가

오늘날 전장을 변화시키는 것과 유사하게 이 기술은 전장의 판도를 바꿀 것"이라고 말했다.

 

SR-71 '블랙버드'의 아들, 'Son Of Blackbird' SR-72의 성공적인 등장을 기대해 본다.

 

ⓒ 파이낸셜뉴스, 무단 전재 및 재배포 금지