일본산업뉴스요약

Next Tech 2030
초음속기 소리를 ‘노크소리’ 정도로
JAXA, 기수와 저부 모양을 개량

우주항공연구개발기구(JAXA)가 우주사업과는 별개로 여객기 개발을 추진하고 있다. 목표는 도시지역 상공을 날아도 문제가 없는 저소음 초음속기다. 초음속기는 미국을 중심으로 개발 기운이 높아지고 있다. 2030년대에 일본의 기체가 아시아의 하늘을 비행할지도 모른다.

스피커로 둘러싸인 작은 방에, 작은 북이 멀리서 한 번 울린 듯한 소리가 들렸다. 초음속기가 만들어내는 굉음 ‘소닉붐(충격파)’을 유사 체험할 수 있는 JAXA의 장치 ‘소닉붐 시뮬레이터’다.

역사에 이름을 남긴 초음속 여객기 ‘콩코드’의 소닉붐을 시뮬레이터로 들었더니 바로 근처에서 벼락이 떨어지는 듯한 소리가 2번 울렸다. JAXA의 기술을 사용하면 이 굉음을 대폭으로 억제할 수 있다고 한다.

-- 한정된 항로 --
영국과 프랑스가 공동 개발한 마하2의 콩코드가 1976년에 취항하면서 항공기는 초음속시대를 열었다고 생각했다. 그러나 2003년에 콩코드가 퇴역한 후에 새로운 기종의 속도는 마하0.8 정도로 음속을 밑돌았다.

JAXA 항공기술부문 항공시스템연구유닛의 책임자 마키노(牧野) 씨는 “초음속 비행을 원한다면 비행은 가능하다”라고 말한다. 음속의 장벽을 초월하는 초음속 비행을 주저하는 이유는 소음문제 때문이다. 콩코드는 소닉붐 때문에 많은 어려움을 겪었다. 비행 중에 지상에서 폭발음이 울려 육지 상공의 초음속 비행이 금지되었다. 해상에서만 초음속 비행이 가능해지면서 항로가 한정되었다.

JAXA는 콩코드가 은퇴한 2003년에 우주개발사업단 등이 통합하여 발족하였다. JAXA의 전신 중에 하나가 항공기술연구소다. 일본의 항공기술을 재정립하고자 1955년에 당시의 총리부 안에 설치되었다. 일본은 60년대에 개발한 ‘YS-11’이후, 여객기 개발 경험이 거의 없다.

항공기술연구소 시대인 97년에 초음속 여객기 연구가 시작되었다. JAXA로 이행한 이래 우주사업이 최우선이 되면서 컴퓨터로 비행 시뮬레이션을 반복하여 충격파를 분산하거나 없애는 기체 모양을 탐색하였다.

하나의 결실을 얻은 것이 2015년의 실험이다. 엔진이 없는 길이 7.9미터의 모형 시험기를 후지중공업(현, SUBARU)과 만들어 스웨덴으로 가져갔다. 기구로 고도 30km까지 운반, 마하1.3을 넘는 속도로 낙하시켜 기체의 전방과 후방에서 지상에 전달되는 소닉붐을 줄이는 방법을 터득하였다.

기체의 맨 앞을 가늘게 하는 것은 물론, 약간 평평하고 불룩한 모양으로 만드는데 힌트가 있었다. 이는 기수의 충격파가 날개 충격파와 합류하는 것을 저지한다. 기체의 바닥에 울퉁불퉁하게 요철을 만들어 충격파를 제거하는 효과도 노렸다.

목표는 마하1.6으로 비행하는 50인승의 소형기다. 실험에서는 소닉붐을 콩코드의 4분의 1로 줄일 수 있다는 전망이 섰다. 계산상으로는 낙뢰와 같은 2번의 폭발음이 노크소리 정도로 조용해진다. 세계 최고 수준의 조용함이다.

2020년에 엔진이 달린 실험기 개발에 착수한다. 엔진에까지 도전하는 이유는 초음속기 개발을 둘러싼 사정이 변하고 있기 때문이다.

-- 신흥세력의 대두에 초조 --
2002년 설립된 미국 Aerion이 8~12인승을 25년에 취항한다는 구상을 발표. 14년에 설립된 Boom Technology가 45~55인승을 20년대 중반에 취항한다는 방침을 표명하였다. 미항공우주국(NASA)도 록히드마틴과 ‘조용한 초음속 실험기’를 21년까지 개발하는 계획을 공표하며, 민간기업이 단독으로 실용화하려는 움직임에 대한 위기감을 강화했다.

기체에 엔진이 달리면 공기의 흐름이 바뀌기 때문에 지금까지의 대책 기술을 어떻게 재검토하고 어떻게 조정할 것인가라는 난제가 기다리고 있다. 초음속 비행에 적합한 기체는 속도가 떨어지는 이착륙 시의 소음이 오히려 커지는 숙명을 안고 있다. 소음은 통상 항공기의 100배 이상이 된다는 지적도 있다.

국제민간항공기관은 소닉붐의 기준에 대한 논의를 시작하였다. 공항의 소음에서는 초음속기를 특별 취급하지 않는다. 모든 조건을 충족하는 복잡한 방정식을 풀기 위해서는 상상할 수 없을 정도의 계산과 실험이 필요하다.

JAXA는 25년을 목표로 무인비행 시험에 도전할 계획이다. 문부과학성의 로드맵에서는 30년대의 상업화를 목표하고 있다. 그 단계에서 일본기업 등에게 기술을 공여하여 양산한다는 구상이다.

JAXA는 그것이 완성된다면 ‘아시아 방문이 당일치기 권역’이 될 것으로 보고 있다. 싱가포르에서 오후 1시반에 열리는 3시간짜리 회의에 도쿄에서 참가하는 경우, 오전 8시에 탑승하면 오전 11시반에 도작한다. 회의를 마치고 오후 6시반에 돌아오는 비행기를 타면 오후 10시에 일본에 도착한다. 일반 여객기의 경우는 편도에 약 7시간이 걸리므로 귀국은 다음날에나 가능하다.

문부과학성은 7월에 초음속 여객기 계획을 의제로 전문가 모임을 개최하였다. JAXA는 미국의 Boom Technology와 Aerion에 대해 “소닉붐을 줄인 기체가 아니라 방향성이 다르다”라며 소음억제 면에서의 우위성을 호소했다. 아시아는 육지, 그것도 인구가 밀집되어 있는 도시지역 상공을 많이 비행하는 만큼 소닉붐의 억제는 실용화의 절대적인 조건이 된다.

인류의 역사는 이동범위를 넓히는 역사이기도 하다. 항공기는 속도만을 경쟁하는 시기는 끝났다. 초음속기의 본격적인 이륙에 대비한 준비기간에 접어들었다. 앞으로 10년의 연구개발이 초음속 이동시대의 막을 열 것이다.

육지 상공에서 초음속 비행
아시아지역 대부분 당일치기 가능
JAXA 항공시스템연구유닛 책임자 마키노 요시카즈(牧野好和) 씨

음속(마하1)의 2배 속도로 비행하는 초음속 여객기 ‘콩코드’가 퇴역한 지 올해로 15년. 그 이후에 초음속으로 비행하는 여객기는 전혀 등장하지 않았지만 하늘의 이동혁명에 대한 기대로 인해 실용화 기운이 조금씩 높아져 왔다. 일본에서 초음속 비행을 연구 개발하는 JAXA의 항공기술부문 항공시스템연구유닛 책임자 마키노 씨에게 현재 상황에 대해 물었다.

Q: 여객기가 초음속으로 비행하는 것은 그렇게 어렵습니까?
“초음속으로 비행하는 것 자체는 어렵지 않다. 기체의 저항을 줄이는 연구가 발전하면서 복합재료를 응용하여 기체의 경량화도 실현하였다. 엔진의 성능도 좋아졌다. 연비도 개선이 가능하다’

“(속도 면에서는) 얼마든지 비행할 수 있다. 그러나 ‘소음이 없다면’이라는 조건이 붙는다. 지금의 기술로는 초음속 비행시에 지상에서 울리는 소닉붐이나 이착륙시의 소음이 문제가 된다. 소닉붐이 있으면 육지 상공을 초음속으로 비행할 수 없기 때문에 항로가 한정되어 버린다. 속도를 줄여서 비행한다고 해도 연비가 나빠진다”

Q: 소닉붐을 억제하는 기술의 연구개발에서 일본은 세계의 최전선에 있습니다.
“(콩코드 크기라면) 소닉붐을 절반으로 줄이는 것이 목표다. 일본이 목표하는 초음속 여객기는 50인승에 비행 속도는 마하1.6이다. (소형 여객기라면) 낙뢰 소리가 도어노크 소리나 밖에서 자동차 도어를 닫는 소리 정도로 조용해진다”

“2015년에 모형비행기로 실험하였다. 이르면 2년 후에 (엔진을 장착한) 실증기 개발에 착수한다. 25년에는 무인으로 비행하는 실증시험을 하고 싶다. (기술개발에 성공한다면) 25년 이후에 기업이 개발 경쟁에 참여할 것으로 기대하고 있다”

“지금의 여객기는 마하0.8이다. 목표인 마하1.6으로 비행하면 아시아 출장이 당일치기 권역이 된다. 항공 시장을 크게 바꾸는 ‘게임체인저’가 될 수 있다”

Q: 해외에서도 개발 계획이 추진되고 있습니다.
“상세한 동향을 파악하고 있지 않지만 미국의 2개 기업이 주목을 받고 있다. 하나는 Aerion이다. 10명 정도가 탈 수 있는 비즈니스 제트의 실현을 목표하고 있다. 25년에 판매할 수 있을 것으로 보고 있다. 다른 하나는 Boom Technology다. 콩코드의 후계기 ‘포스트 콩코드’로 인정을 받고 있는 것 같다. 계획에 따르면 50인승에 마하2.2로 비행하는 소형 여객기다”

“보잉이나 에어버스가 초음속 여객기를 개발한다는 말은 듣지 못했다. 신흥기업의 움직임을 주시하고 있을 것이다. 신흥기업이 초음속 여객기 부문에서 참여하더라도 시장을 뺏길 것이라고는 생각하지 않을 것이다”

“소음문제 때문에 육지 상공의 초음속 비행은 금지되어 있다. (소닉붐 대책이 진척되지 못한다면) 이 두 기업 모두 초음속 비행은 해상으로 한정될 것이다”

“초음속으로 비행할 수 있는지 여부는 소음문제가 관건이다. 국제민간항공기관은 초음속 비행에 따르는 소닉붐의 기준을 얼마로 정할 것인가 등의 논의를 시작하였다. 이착륙시의 소음도 검토할 문제다”

 -- 끝 --