스텔스 전투기 F-35…15년 고난의 개발사

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지난 8월 2일 미 공군이 차세대 스텔스 전투기인 F-35A가 초기 운용 능력 IOC(initial operational capability)를 획득, 실전 투입이 가능하다고 발표했다. F-35는 지난 2001년 시스템 개발 실증 단계에 들어가면서 본격적인 개발이 진행됐다. 이 과정에서 버그 투성이 시스템으로 문제가 되기도 했지만 이제 실용화 단계에 들어가게 된 것이다. F-35A는 우리나라도 차세대 기종으로 도입할 예정인 전투기지만 개발 과정은 과거 유례가 없을 만큼 어려운 길이었다고 할 수 있다.

F-35 라이트닝Ⅱ(F-35 LightningⅡ)는 미국 군수 업체인 록히드마틴이 중심이 되어 개발해온 전투기다. 이 기종에는 다양한 특징이 있지만 가장 눈길을 끄는 건 기체 하나로 34가지 파생형 모델이 만들어진다는 것이다.

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이번에 IOC를 획득한 F-35A는 F-35 시리즈 중 기본형이다. 정상적으로 활주로로 이착륙하는 유형인 CTOL(conventional take-off and landing)인 것. 이 기체는 미 공군이 운용할 예정이다. 파생 기종 중 기체 중량은 가장 가볍지만 무장이나 연료를 가득 채우면 무게는 35톤에 이른다. 제트엔진 1개만으로 비행 가능한 단발기로는 상당한 무게다.

기본형인 F-35A를 기반으로 엔진 추력을 더하고 조준 장치를 더한 단거리 이륙 수직 이착륙기 STOVL(short take off and vertical landing) 모델이 F-35B다. 이 모델은 미국 해병대가 사용한다. 짧은 활주로만 있으면 이착륙이 가능하지만 복잡한 노즐기구, 기체 정면에 추가한 이착륙용 리프트팬, 이를 구동하는 샤프트 등으로 중량이 늘어나 운동 성능이나 항속거리 심지어 무장 탑재량도 20% 가량 줄어든다. F-35B는 지난해 7월 IOC를 획득한 바 있다.

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마지막 유형은 미 해군 운용을 위해 개발 중인 F-35C다. 항공모함에서 이착륙하는 함재기에 요구되는 성능을 위해 주 날개와 수직 꼬리 날개, 수평 꼬리 날개를 대형화하고 양력장치를 강화하는 한편 기체 구조와 착륙 장치, 착함용 와이어 스팅후크, 날개 접는 기구 등을 추가해 F-35B와 비슷한 무게를 지녔다. 날개를 대형화하고 장비를 단순화해 연료 용량을 늘렸기 때문에 표준형인 F-35A보다 항속거리가 길다는 것도 특징 가운데 하나다.

F-35 시리즈는 이렇게 기체 하나를 바탕으로 전투기와 전투 공격기, 대지 공격기 3종을 실현하는 통합 타격 전투기 계획 JSF(Joint Strike Fighter)에 따라 개발을 진행해왔다.

F-35 시리즈는 지금까지 나온 군용기보다 폭넓은 임무를 수행할 수 있도록 개발을 해왔다. 또 지상과 해상 부대와 연계해 작전을 수행하는 고급 전자전 능력을 실현하기 위해 복잡한 시스템을 탑재했다. 물론 이런 점이 개발에 큰 영향을 주게 됐다.

또 앞서 언급했듯 무거운 기체도 F-35 시리즈에서 지적되는 문제 중 하나다. 무거운 기체 탓에 기동력이 낮다는 것. F-35는 엔진이 1개인 단발기지만 중량은 35톤에 달한다. 같은 단발기인 F-16이 20톤이라는 점을 감안하면 상당한 무게다. 물론 무게가 40톤에 달하는 F-15도 있지만 F-15는 엔진 2기를 탑재한 쌍발기다. 단발기인 F-35가 이와 같은 속도나 운동 성능을 실현하려면 탑재한 F-135 엔진에도 자연히 높은 추력 성능이 요구된다.

하지만 이렇게 엔진 하나로 높은 추력을 실현하면 엔진 부품에 높은 부하가 걸릴 수 있다. 실제로 F-35는 개발 단계에서 엔진 관련 문제가 발생한 바 있다. 2014년 6월에는 이륙을 준비하던 F-35A가 활주로에서 엔진에 불이 나는 사고를 일으킨 바 있다. 조사 결과 엔진 내부 부품에 결함이 있는 것으로 판명됐다. 이에 따라 4개월에 걸쳐 비행이 금지되기도 했다. 지금까지 F-35 시리즈는 적어도 13회 가량 임시 비행 중단 조치를 받은 바 있다.

이 때 F-35A에 탑재한 엔진은 프랫앤휘트니(Pratt & Whitney)가 만든 것이다. 당시 조사에선 엔진 내부에 있는 엔진 블레이드라는 부품에 부하가 걸려 작은 균열이 발생, 파손된 부품이 엔진 연료 계통을 파괴해 불이 난 것으로 판명됐다. 화재 직후 활주로에는 엔진 내부 부품이 떨어져 있었던 것도 확인됐다.

또 늘어난 무게도 전투기 운동 성능에 상당한 악영향을 주고 있다. F-16을 대상으로 한 가상 모의 전투에서 F-35가 기본 설계 30년 이상 지난 F-16의 추적을 뿌리칠 수 없다는 흥미로운 결과가 밝혀지기도 했다.

하지만 단순히 이 결과로 F-35의 성능 자체가 낮다는 논리를 펴는 데에는무리가 있는 것도 사실이다. F-35는 5세대 전투기로 분류된다. 지상과 해상 후방 부대와 연계해 전략을 실행하는 데 염두를 두고 있다. 이런 전투 스타일은 더 빨리 보충하고 상대를 멀리서 격추하는 식이다.

따라서 실제 전투 현장에선 직접 대결이 이뤄지기 전에 상대방 전투기를 격추해버리기 때문에 비록 1:1 공중전 성능이 낮더라도 전체 성능은 높다는 견해가 있다. 실제로 미 공군 마크 월시 참모총장은 한 인터뷰에서 F-35의 전투 능력에 대해 F-35와 조우한 적기는 전투 중이라는 걸 알게 되는 순간 격추될 것이라고 말하기도 했다. 또 올해에는 F-15E를 상대로 한 모의 공중전에서 높은 성능을 발휘했다는 발표가 있기도 했다.

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F-35는 고급 제어 시스템과 후방 부대와의 연계 등을 위한 날아다니는 슈퍼컴퓨터라고 할 수 있다. 그만큼 높은 컴퓨터 제어 기술을 채택한 것. 따라서 기체를 제어하는 프로그램인 블록3i의 소스코드도 800만 줄에 달한다.

문제는 이에 기인한 문제도 많았다는 것. 개발 단계 당시 블록3i는 동작 안정성이 상당히 낮았다. 4시간에 한 번은 시스템을 재시작해야 할 정도였다고 한다. 만일 PC나 스마트폰이라면 그냥 재시작하면 그만이라고 생각할 수도 있다. 하지만 전투 현장에 배치된 F-35가 만일 적기와 전투 중에 기체에 멈춤 현상이 발생한다면 어떻게 될까.

F-35 개발에는 여러 국가에 걸친 수많은 기업이 참여했기 때문에 소프트웨어 개발에도 어려움이 있었다고 한다. 물론 이후 프로그램 안정성 문제는 해결됐다.

F-35에 쓰이는 헬멧은 눈앞에 있는 바이저 부분에 다양한 정보를 표시, 조종사 부담을 줄이는 걸 목표로 한다. 이 헬멧은 F-35 기체 6군데에 내장한 카메라가 촬영한 영상을 헬멧 내부에 투영하는 기능을 갖췄다. 파일럿이 시선을 아래쪽으로 향하면 기체 바로 아래 광경이 펼쳐진다. 하지만 실제로 이 헬멧 자체의 무게도 상당히 무거워 설계 재검토가 몇 차례 이뤄지기도 했다. 또 헬멧 개당 가격도 40만 달러에 달한다.

또 F-35는 개발 단계에서 중국 스파이가 기밀 정보를 입수했다는 보도가 나오기도 했다. NSA 직원이었던 에드워드 스노든이 공개한 NSA 자료를 통해 밝혀진 것이다. 중국이 최신예 스텔스 전투기인 F-35의 기밀 정보를 사이버 스파이를 통해 훔쳤다는 것이다. 이 정보를 바탕으로 설계한 것으로 알려진 게 젠 J-031이라는 중국 스텔스 전투기다. 이 기체는 엔진 2기를 탑재했다는 점은 다르지만 기체 모습은 F-35와 비슷하다.

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이 같은 문제가 계속 나온 F-35 개발에는 거액의 개발비가 들어갔다. 액수는 당초 예산 1,670억 달러를 초과하는 것으로 알려졌다. 하지만 미래 주력 전투기로 개발해온 F-35의 개발 중단은 있을 수 없는 게 현실이다. 만일 F-35 계획을 중단하더라도 새로운 계획을 수립, 다시 개발을 하려면 오랜 시간과 막대한 예산이 들어간다. 따라서 어떻게든 F-35를 완성해야 했던 것.

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이렇게 높은 개발비용 상승 등의 영향으로 F-35의 기체 가격도 덩달아 올라갔다. 개발비 상승을 그대로 반영한 가격을 받아들여야 하는 게 이상할 수도 있지만 이런 배경에는 미국의 군사 원조 프로그램인 FMS(Foreign Military Sales)가 자리잡고 있다. 이 규정에 따라 미군 측이 기재한 가격과 납기를 변경해도 도입국이 위반 여부를 따질 수는 없다.

이런 이유로 F-35의 기체 가격은 올라갔지만 운영에도 막대한 비용이 소요되는 것으로 알려졌다. 미 정부에는 F-35의 전체 운영 비용으로 1조 5,100억 달러에 달할 것이라고 추정하는 시각도 있다. 도입 후에도 오랫동안 막대한 예산 투입이 불가피할 수 있다는 것이다.

F-35B에 이어서 F-35A가 IOC를 획득했다는 건 F-35 개발에서 주목할 만한 큰 이정표가 됐다고 할 수 있다. 하지만 아직 해결되지 않은 문제도 남아 있는 것으로 알려져 있다. 제 성능을 충분히 발휘하려면 아직까지 시간이 필요할 수 있다는 것이다. 미군 관계자 중에선 F-35가 마지막 유인 전투기가 될 것이라고 전망하는 전문가도 있다. 앞으로는 무인기를 활용하는 방향으로 전환할 수 있다는 것이다. 이제까지 유례가 없는 난산을 거쳐 탄생하게 된 F-35가 앞으로 어떤 모습을 보일지 앞으로 실제 운용 실적에도 관심이 모아진다. 관련 내용은 이곳에서 확인할 수 있다.

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월간 아하PC, HowPC 잡지시대를 거쳐 지디넷, 전자신문인터넷, 컨슈머저널 이버즈 등 온라인 IT 매체에서 '기술시대'를 지켜봐 왔다. 여전히 활력 넘치게 변화하는 이 시장이 궁금하다.

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