F-35A는 분명 뛰어난 전투기이며 대한민국이 이런 5세대 스텔스 전투기를 보유하게 됨으로써 선택할 수 있는 전략과 전술 옵션의 폭이 크게 확대되었다는 점에는 이론의 여지가 없습니다.
다만, F-35A가 지니고 있는 여러 문제점들 예를 들면 천조국 미국마저도 손사래를 치게 만드는 천문학적인 유지관리비와 4.5세대 전투기들에 비해 현저하게 떨어지는 가동률 그리고 스텔스를 위한 내부무장창 설계로부터 오는 빈약한 무장 탑재력 등을 보완해 줄 수 있는 존재가 바로 4.5++ 전투기 KF-21임에도 불구하고 일부 군사 전문가들과 기자들 그리고 상당수의 밀리터리 매니아들은 이에 대한 별다른 언급이 없이 KF-21 무용론과 F-35A의 추가 도입만을 주장해 왔습니다.
미국과 중국, 유럽 그리고 일본이 6세대 전투기를 개발한다고 북새통인 지금 이 시점에서 4.5세대 전투기 KF-21의 개발은 난센스일 뿐 아니라 18조에 달하는 KF-21 개발 및 양산비용이면 더 많은 F-35A를 도입할 수 있다는 것이 KF-21 무용론 측의 주장이었죠.
하지만 최근 들어 미 공군 내에서도 F-35 도입에 관한 미묘한 입장 변화가 감지되기 시작했습니다. 원래 1,763대의 F-35A를 사들이겠다고 약속했던 미 공군이었지만 천문학적인 금액의 유지관리비가 개선되지 않는다면 도입 대수를 줄일 수 밖에 없다고 공언한 것이죠. 이와 동시에 미 공군은 5세대- 혹은 4.5++급 전투기를 새로 도입하는 방안을 검토하고 있다고 발표했습니다. 이에 대해 좀 더 상세한 내용을 알고 싶으신 분들은 KKMD 243화 『KF-21은 옳았다. F-16을 대체할 4.5세대 전투기를 찾고 있는 미(美)공군 관련 해외기사에 등장한 KF-21!』편을 참고하시면 되겠습니다.
그런데요. 미 공군이 F-35 도입 수를 줄이고 KF-21과 동일한 4.5++급의 전투기를 도입하겠다고 선언하자 일부 시청자들은 의문을 표시했습니다. F-16의 최신버전인 F-16V를 선택하지 않고 왜 새로운 전투기를 만들려고 할까? 라는 의문이었죠. 아마 오늘 영상을 통해 그 의문의 상당 부분이 해소되지 않을까 생각하는데요.
2021년 2월 18일에 게재된 Popular Mechanics.com 기사에서는 그 이유를 이렇게 설명했습니다.
미 공군은 F-16에게 여러 가지 부족함을 느끼고 있는데 그 중 하나가 바로 F-16의 좁은 작전 반경이다. 미국의 정책 입안자들에게 있어 세계적 군사 강국으로 떠오르고 있는 중국 인민군과 다시 예전의 힘을 회복하고 있는 러시아는 잠재적 위협 요소로 이들과의 갈등 상황이 멀리 떨어져 있는 아시아 태평양 지역이나 유럽 지역에서도 얼마든지 발생할 수 있다는 가능성을 고려해야 한다는 현실을 상기시켜 주고 있다. (중략) 이 4.5세대 전투기는 더 큰 내부 연료 탱크를 수용할 수 있도록 F-16보다 크기가 더 커질 것이다. (중략) 확실하지는 않지만 신형 4.5세대 전투기는 F-16과 마찬가지로 단발 엔진 기체로 개발될 가능성도 있다.
최근 미국이 개발하고 있는 5세대 마이너스급 전투기로 F-36 킹스네이크(King snake)가 유튜브 등에서 자주 언급되고 있습니다. F-36 킹스네이크의 외형을 보면 마치 목을 활짝 펼친 코브라처럼 보이는데요. 굉장히 독특한 형태를 취하고 있습니다. F-36 킹스네이크와 모양도 거의 비슷하고 Popular Mechanics.com이 설명하고 있는 컨셉에 딱 들어맞는 잊혀진 개발기체가 하나가 있습니다. 그것이 바로 제너럴 다이나믹스가 만든 F-16XL입니다.
이제 조금 흥미가 생기시나요? 그럼 먼저 F-16XL에 관해 해외 항공전문지Avgeekery.com이 게재했던 기사를 살펴보도록 하겠습니다. 이 기사를 번역해 본 뒤 F-16XL이 기반이 된 F-36 킹스네이크와 KF-21이 어떻게 비교될 수 있을지를 살펴보도록 하겠습니다.
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트윈 터보팬 장거리 공격기 F-111을 대체하기 위해 시작된 『향상된 전술 폭격기 ETF(Enhanced Tactical Fighter)』 사업에 제너럴 다이나믹스(General Dynamics)는 그들이 만든 디자인들 중 하나를 가지고 참여했지만 결국 맥도넬 더글러스(McDonnell Douglas)가 제안한 F-15E Strike Eagle에 패하고 말았다. 물론 미 공군은 오늘날에도 여전히 수백 대의 F-15E와 제너럴 다이나믹스의 F-16 Fighting Falcon 또는 Viper를 운용하고 있다.
제너럴 다이나믹스(GD)가 『향상된 전술 폭격기 ETF(Enhanced Tactical Fighter)』사업에 출품한 디자인은 지금까지 제작된 프로토타입 항공기들 중 가장 손쉽게 알아볼 수 있을 정도로 독특한 형태를 지니고 있다. F-16의 초기 모델인 F-16A를 활용하여 2대의 시제기만이 제작되었고 이 기체들이 이후 세계에서 단 두 대 밖에 없는 F-16XL로 다시 변형되었다.
(EFT 사업은 공대공, 공대지 전투능력 양쪽 모두에서 뛰어난 성능을 발휘할 수 있는 기체를 선정하는 것이 목적이었기 때문에 이중목적전투기(Dual Role Fighter)사업이라고도 불리고 있습니다. 따라서 원래 『향상된 전술 전투기(Enhanced Tactical Fighter)』라고 이해되어야 할 EFT이지만 전술 폭격기로 번역했습니다. 역주)
Cranking the Arrow: F-16XL, 초음속순항 및 기동 프로토타입(SCAM)이 되다
그러나 사실상 F-16XL은 F-16의 초음속 순항 및 기동 프로토타입(Supersonic Cruise and Maneuver Prototype: SCAMP)로 시작되었다. 원래 콩코드 같은 상업용 초음속 여객기(SST)에 적용된 항공역학이 군용 항공기에도 역시 적용될 수 있다는 것을 보여주기 위한 목적으로 시작된 이 연구는 2년이라는 시간에 걸쳐 진행되었지만 주로 이론적 연구에 불과했고 모형에 기반한 실험이 대부분이었다.
그러나 F-16A 동체에 Cranked-Arrow 형태의 델타익(삼각형 날개)를 결합시켰을 때 일반적인 델타익 전투기에서 나타나는 결함 없이 양력을 엄청나게 상승시킬 수 있다는 사실이 밝혀졌다. 제너럴 다이나믹스(GD)는 NASA 랭글리(Langley)의 풍동 터널에서 NASA와 협력하여 150개 이상의 다양한 설계구성을 3,600시간 동안 테스트하며 이 부분 연구 개발에 엄청난 투자를 했다.
(Cranked-Arrow형 날개란 삼각형으로 생긴 델타익의 문제점으로 지적되는 아음속에서의 좋지 못한 비행성능과 조종성, 기동성능을 향상시키기 위해 동체와 맞닿은 주익 시작부분의 각도를 밋밋하게 하고 주익 끝부분이 극단적으로 꺾어진 더블 델타익을 뜻합니다. 역주)
F-16XL이 가진 마법의 날개
F-16XL의 가장 독특한 특징은 Cranked-Arrow 형태로 된 삼각날개, 델타익이었다. 이 삼각날개는 초음속으로 빠르게 비행할 때에 비행성능을 높이기 위해 동체와 가까운 부분에서는 50도 정도의 완만한 각도로 시작하지만 날개 끝 쪽으로 갈수록 아음속에서 비행 안정성과 조종성을 높이기 위해 보다 높은 각도인 70도 정도로 꺾어진 후퇴각으로 구성되어 있다. 때문에 F-16XL 주익의 면적은 58.8제곱 미터로 표준적인 F-16A 날개 면적의 두 배가 넘었지만 오히려 항력은 줄어들었고 그 결과 표준 F-16A의 후방에 장착되어 있던 벤트럴 핀이 F-16XL에서는 제거되었다.
단순히 더 큰 날개 그 이상의 능력
제너럴 다이나믹스(GD)와 미 공군(USAF)은 F-16A의 제3차 실용개발(Full-scale development: FSD)의 결과물인 A-3 (시리얼 넘버 75-0747)과 제5차 실용개발(FSD)의 결과물인 A-5 (시리얼 넘버 75-0749)를 F-16XL 전환개발에 활용하기로 합의했다.
세부적인 개조 내용에는 주익을 cranked-arrow 형태의 델타익으로 바꾸고 동체를 앞 뒤로 총 1.42미터 연장하는 방안이 포함되었다. 거대하게 바뀐 삼각 날개는 탄소섬유구조 덕분에 오히려 예전보다 272kg 정도 가벼워졌지만, F-16XL의 전체 무게는 표준형 F-16A보다 거의 1.3톤 이상 무거워졌다. 커진 날개 덕분에 내부연료용량을 82퍼센트까지 증가시킬 수 있었을 뿐만 아니라 무장을 장착할 수 있는 하드 포인트도 무려 27개로 늘어났다.
F-16XL 0747형이 2인승인 이유
최초로 비행에 성공한 F-16XL은 75-0749형이었다. Pratt & Whitney F100-PW-200 터보팬을 장착한 이 기체는 1982년 7월 3일 첫 비행에 성공했다. 훨씬 더 강력한 출력을 내는 General Electric F110-GE-100 터보팬 엔진을 장착한 75-0747형은 개조 직전에 발생한 경미한 사고로 전방동체에 심각한 손상을 입었다. 제너럴 다이나믹스는 Fort Worth에 있는 공장에서 다른 F-16A 기체를 0747형으로 개조하는 대신 손상된 전방동체를 2인승 기체인 F-16B의 전방동체로 교체했고 0747은 1982년 10월 29일 처녀 비행에 성공했다.
F-15 Strike Eagle과의 치열한 경쟁
F-16XL은 표준형 F-16보다 두 배나 많은 무장을 탑재하고서도 40% 이상 더 멀리 날아갈 수 있었고 표준형 F-16이 이륙과 착륙할 때 필요한 거리의 3분의 2로도 충분히 이착륙이 가능할 정도로 뛰어난 능력을 갖추고 있었기 때문에 제너럴 다이나믹스(GD)는 F-16XL로 미 공군(USAF)의 『향상된 전술 폭격기 ETF(Enhanced Tactical Fighter)』 사업에 참가했던 것이다.
EFT 사업의 결과를 간단하게 요약해 보자면, F-16XL이 사업 기간 동안 무려 798번의 시험 비행을 거쳤음에도 불구하고 오늘날 우리가 미 공군에서 찾아볼 수 있는 EFT 임무수행 기체는 F-16XL이 아닌 바로 F-15 Strike Eagle이라는 사실이다. 공군 수뇌부는 F-15D를 F-15E로 개조하는 과정보다 F-16을 F-16XL으로 개조하는 과정을 훨씬 더 급진적인 것으로 여기며 불안하게 생각했는데다가 결정적으로 F-15는 이미 생산이 되고 있는 상태였다.
당시 초음속 순항에 실패했던 F-16XL
비록 F-16XL이 ETF에 보다 더 적합한 선택이 될 것이라고 믿었던 사람들이 많았고 지금도 여전히 그렇게 믿고 있는 사람들이 있지만 세상 돌아가는 일은 아무도 알 수 없는 법이다. F-16XL은 결정적으로 ETF에서 F-15E와 경합하던 도중 초음속 순항(supersonic cruise)에 실패하고 말았다.
미 항공우주국(NASA)에 의해 부활한 F-16XL
1985년 ETF 사업이 보잉의 F-15E의 승리로 끝난 이후, 제너럴 다이나믹스(GD)는 F-16XL을 텍사스 포트워스에 있는 공장에서 보관했고 이 유래 없이 독특한 전투기는 미 항공우주국(NASA)가 자신들의 실험기 넘버 848, 849로 받아들이기 전까지 공장에 처박혀 사람들의 기억 속에서 점점 잊혀지고 있던 중이었다.
NASA는 1989년 3월 실험기 넘버 849(F-16XL 0749)를 에드워즈 공군기지에 있는 에임스 드라이든(Ames-Dryden) 비행 연구 시설로 비행시켰다. 넘버 849는 층류익(laminar-flow wing)연구를 위해 개조되었을 뿐 아니라 소닉 붐(sonic boom) 연구에도 활용되었다.
(여기서 ‘층류익’이란 공기와의 마찰 저항을 줄이기 위하여 만든 날개의 형태로써 매끄러운 표면과 두께가 얇은 유선형이라는 특징이 있으며, 날개 앞 가장자리가 날카로워 날개표면의 기류가 흩어지지 않아 주로 고속비행을 하는 항공기들에 사용되고 있습니다. 역주)
비대칭 날개(Asymmetrical wing)실험과 초음속 순항의 성공
NASA와 제너럴 다이나믹스는 넘버 848의 엔진을 교체하기 위해 힘을 합쳤다. 제너럴 일렉트릭(GE)이 생산한 F110-129 엔진을 장착한 후, 실험기 넘버 848은 결국 초음속 순항, 슈퍼 크루징을 달성했다.
848은 양쪽 날개에 리서치 글로브(Research glove)를 장착하도록 개조되었으며 왼쪽 날개에 달린 리서치 글로브는 상당히 덩치가 컸다. 미 항공우주국(NASA)의 랭글리 연구센터(Langley Research Center)와 앤 드라이든 연구센터(Dryden Research Center), 록웰 인터내셔널(Rockwell International), 보잉(Boeing) 그리고 맥도넬 더글러스(McDonnell Douglas)에서 모인 연구팀이 이 윙 리서치 글러브를 설계하고 제작했다.
넘버 848은 주로 초음속 층류(supersonic laminar-flow) 연구에 사용되었다. 1999년 마침내 NASA의 실험 프로그램이 종료되고 난 이후, 이 독특한 두 항공기는 에드워즈 공군기지(Edwards AFB)에 보관되었으며 오늘날에도 그곳에 남아 있다.
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지금까지 해외 항공전문지 Avgeekery.com이 게재한 F-16XL에 관한 기사를 번역해 보았습니다.
미 공군의 차세대 4.5++급 전투기가 될 가능성이 높은 F-36 King snake는 기본적으로 F-16XL에 기반한 기체라고 보시면 될 것 같습니다. 항속거리와 무장 탑재량을 늘리기 위해 F-16보다는 덩치가 훨씬 커졌고 덕분에 미디엄급 전투기인 KF-21보다도 약간 더 큰 전투기가 되었죠.
F-36 King snake는 F-22에 사용되는 프랫 & 휘트니 F119-PW-100 터보팬 엔진을 장착할 것으로 보인다고 미국의 군사 전문지 Popular Mechanics가 전하고 있는데요. 강력한 엔진과 독특한 cranked-arrow 형태의 델타익 덕분에 싱글(단발)엔진 전투기임에도 불구하고 마하 2에 가까운 속도로 비행할 수 있으며 초음속 순항(슈퍼 크루징)까지 가능한 것으로 알려져 있습니다. KF-21의 경우에는 트윈(쌍발)엔진이며 최고속도는 마하 1.8, 슈퍼 크루징은 현재 어렵지만 탑재 예정인 F-414 GE 400K 엔진에 업그레이드가 진행된다면 충분히 가능성이 있는 것으로 알려져 있습니다.
무장 탑재능력으로 볼 때 F-16XL을 기반으로 한 F-36 King snake는 총 27개의 하드 포인트가 있으며 6.8톤 정도의 무장을 장착할 수 있습니다. KF-21은 총 12개의 하드 포인트가 있으며 7.7톤 무게의 무장을 장착할 수 있도록 설계되어 있습니다. F-16XL의 하드 포인트가 KF-21의 두 배를 넘을 수 있는 이유는 독특하게 설계된 삼각형 날개 덕택에 날개 면적이 KF-21보다 15제곱 미터 이상 넓기 때문입니다.
이렇게 넓은 F-16XL의 삼각 날개는 더 많은 연료를 내장하는 것을 가능하게 해 주어 보통 연료탱크를 포함하여 계산하는 항속거리도 KF-21의 2,900km보다 1,700km 정도 더 긴 4,590km에 달합니다. 미 공군이 F-16에 아쉬워했던 점이 짧은 작전반경이었다는 점을 생각해 본다면 F-36 King snake가 왜 F-16XL을 기반으로 했는지 금방 이해할 수 있습니다. 하지만 무장 탑재량이 6.8톤으로 KF-21의 7.7톤보다 떨어지고 이론상으로 13톤까지 장착할 수 있는 F-15EX에 비교할 수 있는 수준은 아닙니다. 그래서 F-15EX와 F-16XL을 4.5++세대 하이급과 로우급으로 평가할 수 있는 것이겠죠.
미 공군은 F-16XL에 기반한 F-36 King snake를 만드는데 있어 5세대 전투기가 지닌 스텔스 성능보다는 날아다니는 컴퓨터라고 불릴 정도로 뛰어난 센서융합 및 데이터 처리 그리고 전자전 능력에 중심을 둘 예정입니다. F-35의 악명 높은 유지관리비의 대부분이 스텔스 성능 유지에서 비롯되고 있기 때문입니다. 따라서 F-36 King snake의 항전 장치와 전자전 능력은 KF-21보다 적어도 한 단계 이상 높은 수준으로 만들어질 것이라고 예상하는 것이 합리적일 것입니다.
이렇게 같은 4.5++ 혹은 5세대 마이너스급으로 평가 받는 KF-21과 F-16XL에 기반을 둔 F-36 King snake를 비교해 보니 벌써부터 걱정이 앞서는 시청자 여러분들이 계실 것 같습니다. 미국이 F-36 King snake를 본격적으로 출시하면 KF-21과 시장이 겹칠 것이 분명하기 때문이죠.
하지만 저는 조금 다른 시각을 가지고 있습니다. KF-21과 F-36 King snake의 시장이 겹칠 부분은 생각보다 그렇게 크지 않을 것이라 예상하고 있는데요. 제가 그렇게 생각하는 이유를 설명해 본다면 다음과 같습니다.
무엇보다도 미국이 현재 디지털 센추리(Digital Century)라고 불리는 방식으로 6세대 전투기를 개발하고 있다는 점입니다. 이는 하나의 차세대 전투기에 다양한 최신 기술을 모아서 장기간 개발하는 방식이 아니라 각각 독특한 특징을 지닌 여러 종류의 전투기를 5~6년 만에 개발하는 방식입니다. 즉, 어떤 6세대 전투기는 차세대 스텔스 기술을, 다른 6세대 전투기는 자체 방어용 초소형 미사일 시스템을, 또 다른 6세대 전투기는 레이저 무기 시스템을 장착하여 개발하는 방식입니다. 미국은 이렇게 여러 종류의 6세대 전투기를 동시에 개발하려 하고 있기 때문에 F-36 King snake 구매에 집중할 수 있는 여력이 그리 크지 않으며 그 결과 규모의 경제를 구축하기가 쉽지 않을 것으로 예측됩니다.
규모의 경제가 갖춰지지 않으면 생산가격은 물로 유지관리비도 올라가기 마련입니다. 현재 미 공군은 F-15EX도 대당 1,800억이라는 매우 비싼 가격으로 구매를 하고 있는데요. 이 역시도 규모의 경제와 관련이 있죠. 미 공군이 F-15EX를 이 정도 가격으로 구매해야 한다면 해외판매의 경우에는 도입비와 유지관리비가 이보다도 훨씬 높아질 것이라고 보는 것이 합리적입니다. 1,800억보다 비싸다면 어느 정도가 될지…… 저도 예상하기는 힘드네요.
외신들은 F-36 King snake의 도입 가격도 F-15EX와 그리 큰 차이가 나지 않을 것으로 예상하고 있습니다. 그럼에도 불구하고 미 공군이 F-36 King snake의 도입을 염두에 두고 있는 이유는 F-35A보다는 유지관리비가 저렴할 것이라는 점에 큰 기대를 하고 있기 때문입니다. 하지만 해외도입 국가의 입장에서 볼 때는 미국이 저렴하다는 유지관리비가 전혀 저렴하지 않게 느껴질 가능성도 배제할 수 없습니다.
국내에서 생산되는 KF-21은 상대적으로 미국보다 저렴한 인건비와 부품 국산화 비율 등의 요소에 의해 F-36 King snake보다 저렴한 생산비와 유지관리비를 책정할 여지가 크다고 판단됩니다. 공군 예산이 넉넉하지 못한 동남아, 남미 그리고 동유럽 및 아프리카 공군에게 5세대 항전장비와 전자전 세트가 장착된 F-36 King snake는 가격과 유지비 측면에서 그림의 떡이 될 가능성이 크다는 뜻이죠. 물론 어디까지나 순수한 제 개인적인 추론일 뿐이니 참고하시기 바랍니다.
KF-21이 등장하게 됨으로써 대한민국은 FA-50과 KF-21이라는 로우하이(Low-High) 믹스 전략구사가 가능한 전투기 라인을 보유하게 되었습니다. FA-50(혹은 T-50)이 판매된 나라들은 1차적으로 KF-21 구매 가능성이 높은 나라라고 볼 수 있습니다. 이미 형성된 물류보급 시스템을 활용할 수 있을 뿐 아니라 정비 및 관리가 일원화된다는 장점도 있기 때문이죠. FA-50을 통해 형성된 “신뢰”라는 어드밴티지는 덤이라고 볼 수 있습니다.
FA-50에 대해서 그 한계를 지적하시는 분들이 많습니다. 그런데 F-16도 개발 초기에는 F-15에 비교 당하며 미국 국내에서도 상당한 비난과 회의적인 시각에 시달렸다는 사실을 아시는 분들은 생각보다 많지 않은 듯 합니다. 그럼에도 미 공군은 로우하이(Low-High) 믹스 전략을 우직하게 밀어붙이면서 F-16을 지속적으로 개량해 나갔고 마침내 F-16은 세계적인 베스트 셀러 전투기로 우뚝 서게 되었죠. FA-50도 작은 고추가 맵다는 속담을 증명하기에 부족함이 없는 F-16의 유전자를 공유하고 있습니다. FA-50의 미래는 공군이 어떤 생각을 하고 있느냐에 달려 있겠죠.
F-36 King snake에 관한 자료를 살펴보다가 문득 이런 생각이 들었습니다. 인간의 상상력이 가지는 힘은 정말 대단하다는 사실말입니다. F-16이라는 틀을 이 정도까지 바꾸려면 상상력이 없으면 힘든 일이니까요. 사실 F-36 King snake 외에도 차세대 5세대 마이너스로 거론되고 있는 보잉의 F-32도 있는데요. 이 기체의 생김새도 꽤나 독특한 상상력으로 가득 차 있습니다. 그러니 얼핏 들었을 때 어림 반 푼어치도 없는 상상이라도 목에 핏대부터 세우지 말고 들어주는 자세도 필요하지 않을까요?
FA-50에 대해서도 작고 가볍지만 훈련기라는 특성상 골격이 매우 튼튼하고 이착륙에 필요한 활주 거리가 짧으며 뛰어난 비행특성을 가지고 있다는 점에 착안해서 경항모에서 운용할 수 있는 함재기로 재설계하는 것이 어떨까? 라는 흥미로운 상상력을 발휘하는 분도 계셨습니다. 물론 이는 개조수준이 아닌 재설계라는 만만치 않은 작업이 되겠지만 꽤 흥미로운 상상이라는 생각이 들었습니다. 사실 미 공군이 F-36 King snake를 논의하기 전에 미국의 밀리터리 매니아들이 먼저 F-16XL을 부활시켜야 한다고 주장하고 있더라고요.
해외 기사 원문 링크
https://www.avgeekery.com/f-16xl-advanced-f-16-variant-lost-f-15e-strike-eagle-better/
The F-16XL: This Advanced F-16 Variant Lost Out To The F-15E Strike Eagle, But Was It Better?
The Bigger, Better F-16 That Was Improved But Not Approved
avgeekery.com
이 포스팅을 유튜브 영상으로 보고 싶다면 https://youtu.be/c9YBo2KAQAs
