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극초음속 비행

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목차

1. 개요

극초음속 비행은 음속의 5배 이상(마하 5 이상)의 속도로 비행하는 기술을 의미한다. 1949년 최초의 극초음속 비행 성공 이후, 소련의 유리 가가린이 유인 궤도 비행에서, 미국의 앨런 셰퍼드가 탄도 비행 후 대기권 재진입 과정에서 극초음속 비행을 처음으로 경험했다. 이후 X-15 연구 항공기를 통해 극초음속 비행 연구가 활발히 진행되었고, 21세기에 들어 미국, 러시아, 중국 등을 중심으로 극초음속 무기 개발 경쟁이 심화되었다. 극초음속 비행은 물체의 공기 저항, 고온 현상, 저밀도 흐름, 충격파, 점성 상호작용, 엔트로피 층 등의 물리학적 특징을 보이며, 제어 폭발, 회전 폭발 등의 추진 시스템이 연구되고 있다. 극초음속 비행은 운송, 무기 분야에 적용되며, 극초음속 무기는 극초음속 순항 미사일과 극초음속 활공체로 구분된다. 각국은 극초음속 무기 개발과 함께, 이에 대한 방어 체계 구축에도 힘쓰고 있으며, 다양한 극초음속 항공기 개발이 제안되었으나 취소된 사례도 존재한다.

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극초음속 비행
극초음속 비행
정의극초음속은 마하 5 (5배 빠른 속도) 이상의 속도를 의미하며, 일반적으로 고도 90 km (56 마일) 이하에서 발생하는 비행을 지칭함.
속도마하 5 이상
고도90 km (56 마일) 이하
특징고속 이동
높은 열 발생
복잡한 공기역학적 현상
극초음속 항공기
정의극초음속으로 비행할 수 있도록 설계된 항공기
종류극초음속 순항 미사일
극초음속 활공체
극초음속 여객기 (개발 중)
기술적 과제고온 환경에서의 재료 개발
극초음속 엔진 개발
복잡한 공기역학적 제어
극초음속 무기
정의극초음속 비행 기술을 활용한 무기 체계
종류극초음속 미사일
극초음속 활공체
특징빠른 속도로 인해 탐지 및 방어 어려움
전략적 자산 타격 능력
관련 정보
참고 자료극초음속 항공기 관련 자료
관련 용어초음속
공기역학
램제트 엔진
스크램제트 엔진

2. 역사

최초로 극초음속 비행에 성공한 인공 물체는 2단식 범퍼 로켓이었다. 이 로켓은 V-2 로켓을 1단으로, 그 위에 WAC 코퍼럴을 2단으로 장착한 형태였다. 1949년 2월, 화이트샌즈에서 이 로켓은 8290km/h, 즉 약 마하 6.7의 속도에 도달했다.[1] 그러나 이 로켓은 대기권 재진입 과정에서 불타 버렸고, 탄흔만 남은 파편만 발견되었다. 1961년 4월, 소련의 유리 가가린(Yuri Gagarin) 소령은 세계 최초의 유인 궤도 비행 중 극초음속으로 비행한 최초의 인간이 되었다. 그 직후인 1961년 5월, 앨런 셰퍼드는 대서양 상공의 탄도 비행 후 캡슐이 마하 5 이상의 속도로 대기권에 재진입하면서 미국인 최초이자 두 번째로 극초음속 비행을 한 인물이 되었다.[2]

1961년 11월, 미 공군의 로버트 화이트(Robert Michael White) 소령은 X-15 연구 항공기를 이용해 마하 6 이상의 속도로 비행했다.[3][4] 1967년 10월 3일, 캘리포니아에서 X-15는 마하 6.7에 도달했다.[5]

NASA X-43A는 2004년 마지막 비행에서 10초 동안 스크램제트로 비행한 후 10분 동안 활강했다. 보잉 X-51 웨이브라이더는 2013년 네 번째 비행 시험에서 210초 동안 스크램제트로 비행하여 마침내 마하 5.1에 도달했다. 21세기에 들어 극초음속 영역은 더욱 연구 대상이 되었고, 미국, 인도, 러시아, 중국 간의 전략적 경쟁으로 이어졌다.[7]

B-52(항공기)의 날개 아래에 장착된 X-51(항공기)


대기권 재돌입 시 Falcon HTV2의 개념도

3. 물리학적 특징

극초음속 유동은 높은 에너지 유동으로,[11] 기체의 운동 에너지와 내부 에너지의 비는 마하 수의 제곱에 비례하여 증가한다. 이러한 유동이 경계층에 진입하면 공기와 고속 물체 사이의 마찰로 인해 높은 점성 효과가 발생하고, 높은 운동 에너지의 일부가 내부 에너지로 변환되면서 극초음속 경계층은 고온 영역이 된다.

정체점은 물체 주위를 흐르는 공기의 국소 속도가 0이 되는 지점으로, 이 지점에서 공기는 충격파를 형성하여 정체점에서 벗어나게 하고 비행체를 대기로부터 절연시킨다.[6] 정체점 압력과 온도는 매우 높아진다.

표준 해수면 조건에서 공기 분자의 평균 자유 행로는 약 λ|λ영어 = 68 nm이다. 고도 104km에서는 공기가 희박하여 평균 자유 행로가 λ|λ영어 = 약 0.30m로 길어져, 연속체 가정이 붕괴되고 기체 운동론 관점에서 공기역학을 고려해야 하는 저밀도 흐름 영역이 된다.

마하수가 증가하면 충격파 각도가 감소하여 충격파가 물체 표면에 더 가까워지고, 얇은 충격층이 형성된다.[17] 낮은 레이놀즈 수에서는 경계층이 두꺼워져 충격파와 합쳐져 점성적인 충격층을 이룬다.

극초음속에서는 경계층이 매우 커져 주변 흐름과 점성 상호 작용이 강해진다. 이는 표면 마찰과 열 흐름을 증가시키고, 표면 압력 급증으로 공기역학적 항력 계수를 높인다.[11]

엔트로피 층은 충격파의 강한 곡률로 인한 큰 속도 기울기 영역으로, 항공기 기수에서 시작하여 기체 표면 근처까지 뻗어 나가며, 경계층과 상호 작용하여 공력 가열을 증가시킨다.[11]

3. 1. 정체점

정체점은 물체 주위를 흐르는 공기의 국소 속도가 0이 되는 지점이다.[6] 이 지점에서 공기는 이 위치를 중심으로 흐르고, 충격파가 형성되어 공기를 정체점에서 벗어나게 하고 비행체를 대기로부터 절연시킨다.[6] 이는 비행 표면의 양력 능력에 영향을 미쳐 항력을 상쇄하고 이후 자유낙하를 초래할 수 있다.[8] 정체점 압력은 고고도의 대기압과 매우 큰 운동 에너지가 합쳐져 매우 높아지며, 정체점 온도 또한 매우 높아진다.

3. 2. 고온 효과

극초음속 유동은 높은 에너지 유동이다.[11] 기체의 운동 에너지와 내부 에너지의 비는 마하 수의 제곱에 비례하여 증가한다. 이러한 유동이 경계층에 진입하면 공기와 고속 물체 사이의 마찰로 인해 높은 점성 효과가 발생한다. 이 경우, 높은 운동 에너지의 일부가 내부 에너지로 변환되고 기체 에너지는 내부 에너지에 비례한다. 따라서 극초음속 경계층은 유동의 운동 에너지의 점성 소산으로 인해 고온 영역이다. 또 다른 고온 유동 영역은 강한 활꼴 충격파 뒤의 충격파층이다. 충격파층의 경우, 유동의 속도는 충격파를 통과하면서 불연속적으로 감소한다. 이는 충격파 뒤에서 운동 에너지의 손실과 내부 에너지의 증가를 초래한다.[12][13][14]

충격파 뒤의 고온으로 인해 공기 중 분자의 해리(분리)가 열적으로 활성화된다. 예를 들어, 온도가 2,000,000 이상인 공기의 경우, 이원자 산소의 산소 라디칼로의 해리가 활성화된다: O2 → 2O[12][13][14] 온도가 4,000,000 이상인 경우, 이원자 질소의 질소 라디칼로의 해리가 활성화된다: N2 → 2N[5] 결과적으로, 이 온도 범위에서 플라즈마가 형성된다.[15] 산소와 질소 라디칼의 재결합에 따른 분자 해리는 일산화 질소를 생성한다: N2 + O2 → 2NO. 그런 다음 이것은 해리되어 재결합하여 이온을 형성한다: N + O → NO+ + e−[5] [16]

3. 3. 저밀도 흐름

표준 해수면 조건에서 공기 분자의 평균 자유 행로는 약 λ|λ영어 = 68 nm이다. 고도 104km에서는 공기가 희박하여 평균 자유 행로는 λ|λ영어 = 약 0.30m이다. 이처럼 평균 자유 행로가 길어짐에 따라 연속체 가정에 기반한 공기역학적 개념, 방정식 및 결과가 붕괴되기 시작하므로, 공기역학은 기체 운동론의 관점에서 고려되어야 한다. 이러한 공기역학 영역을 저밀도 흐름(low-density flow)이라고 한다.

주어진 공기역학적 조건에서 저밀도 효과는 크누센 수(Knudsen number) Kn|Kn영어라 불리는 무차원 매개변수의 값에 따라 달라진다. 크누센 수는 ${\displaystyle \mathrm {Kn} ={\frac {\lambda }{l}}}$로 정의되며, 여기서 $l$은 고려 대상 물체의 특징적인 길이 스케일이다. 코 끝 반지름을 기준으로 한 크누센 수, ${\displaystyle \mathrm {Kn} ={\frac {\lambda }{R}}}$는 1에 가까울 수 있다.

극초음속 비행체는 매우 고도에서 비행하는 경우가 많아 저밀도 조건을 만나게 된다. 따라서 극초음속 비행체의 설계 및 분석에는 저밀도 흐름을 고려해야 하는 경우가 있다. 차세대 극초음속 비행기는 임무의 상당 부분을 고고도에서 보낼 수 있으며, 이러한 비행체의 경우 저밀도 효과가 더욱 중요해질 것이다.[11]

3. 4. 얇은 충격층

마하수가 증가함에 따라 생성되는 충격파의 각도는 감소한다. 이 마하각은 \mu = \sin^{-1} (a/v) 식으로 나타낼 수 있는데, 여기서 a는 음속, v는 유동 속도이다. M=v/a이므로, 식은 \mu = \sin^{-1} (1/M)이 된다. 마하수가 높을수록 충격파는 물체 표면에 더 가까이 위치하게 되어, 초음속 속도에서는 충격파가 물체 표면에 매우 가깝게 위치하여 얇은 충격층을 형성한다. 낮은 레이놀즈 수에서는 경계층이 상당히 두꺼워지고 충격파와 합쳐져 완전히 점성적인 충격층을 형성한다.[17]

마하 5.0 이상으로 비행하는 항공기가 대상이 된다. 스페이스셔틀의 재돌입 시 등도 넓은 의미로는 초음속에 포함되지만, 매우 특수한 현상이 발생하기 때문에, 다루는 이론도 달라진다. 정압인 고고도의 대기압과 (고마하수가 보여주듯이) 매우 큰 운동에너지를 합치면, 정체점 압력은 매우 높아진다. 같은 이유로 정체점 온도도 매우 높아진다. 더욱 특기할 만한 특징으로는

  • 충격파가 물체 표면에 가까워짐으로써 '''충격파층'''이 발생하는 것
  • 물체 표면 부근의 흐름에 관하여, 물체 선단부에서의 단열 압축 및 물체 표면에서의 점성에 의한 감속에 의해 극히 고온이 되어, 그 조성이 변화하는 것
  • 흐름에 평행한 박판이라도 강한 충격파가 발생하는 것


등이 있다.[294]

3. 5. 점성 상호작용

극초음속 유동은 고에너지 유동이다.[11] 기체의 운동 에너지와 내부 에너지의 비는 마하 수의 제곱에 비례하여 증가한다. 이러한 유동이 경계층에 진입하면 공기와 고속 물체 사이의 마찰로 인해 높은 점성 효과가 발생한다. 이때 높은 운동 에너지의 일부가 내부 에너지로 변환되며, 기체 에너지는 내부 에너지에 비례한다. 따라서 극초음속 경계층은 유동의 운동 에너지의 점성 소산으로 인해 고온 영역이 된다. 압축성 흐름 경계층은 마하수의 제곱에 비례하고 레이놀즈 수의 제곱근에 반비례하여 증가한다.

극초음속에서는 마하수에 대한 지수 함수적 의존성 때문에 이 효과가 훨씬 두드러진다. 경계층이 매우 커지므로 주변 흐름과 점성 상호 작용이 더욱 강해진다. 이러한 상호 작용은 정상적인 경우보다 훨씬 더 높은 표면 마찰을 발생시켜 표면 열 흐름을 증가시킨다. 또한, 표면 압력이 급증하여 공기역학적 항력 계수가 훨씬 커진다. 이 효과는 전단부에서 가장 크고 표면을 따라 길이에 따라 감소한다.[11]

3. 6. 엔트로피 층

엔트로피 층은 충격파의 강한 곡률에 의해 발생하는 큰 속도 기울기 영역이다.[11] 엔트로피 층은 항공기의 기수에서 시작하여 기체 표면 근처까지 하류로 뻗어 나간다. 기수 하류에서 엔트로피 층은 경계층과 상호 작용하여 기체 표면에서 공력 가열을 증가시킨다. 초음속 속도에서 기수의 충격파도 곡률을 가지지만, 엔트로피 층은 초음속 속도에서만 관찰되는데, 이는 곡률의 크기가 훨씬 크기 때문이다.[11]

4. 추진 시스템

극초음속 비행을 위한 추진 시스템으로는 공기흡입식 시스템을 사용할 수 있지만, 램제트는 공기 흐름을 아음속으로 감속시키기 때문에 마하 5 이상의 속도에는 충분하지 않다.[147]

웨이브라이더는 1단 로켓을 사용하여 초음속 영역으로 비행체를 가속시키고, 부스트 글라이드 비행체는 초기 추력 후 스크램제트를 사용하며, 탄약은 초기 추력에 대포를 사용한다.[10] 스크램제트를 통과하는 공기의 속도는 초음속으로 유지된다.

기초 연구 단계에서 사용되는 엔진으로는 스크램제트, 공기액화 사이클 엔진, 가변 사이클 엔진 등이 있다. 연료는 수소와 같이 화염 전파 속도가 빠른 연료를 사용해야 하지만,[299][300] 수소는 액체 연료로 운반하기 위해 고비용의 냉각 시스템이 필요하므로, 다른 연료를 사용하기 위한 연구가 활발히 진행되고 있다.

4. 1. 제어 폭발

중국 연구진은 폭발 실험실에서 충격파를 이용하여 초속 14마하(Mach 14)로 이동하는 이온화된 아르곤 플라스마파를 압축하는 데 성공했다. 이 파동은 자기유체역학(MHD) 발전기에 유도되어 전류 펄스를 생성하는데, MHD 발전기에 충분한 아르곤 가스를 공급한다면 기가와트 규모로 확장될 수 있다.[18]

4. 2. 회전 폭발

회전폭발엔진(RDE)은 극초음속 비행에서 항공기의 추진력을 제공할 수 있다. 2023년 12월 14일, GE 항공우주(GE Aerospace)의 엔지니어들은 RDE와 램제트/스크램제트를 결합한 시험 설비를 시연하여 회전폭발 연소의 작동 영역을 평가했다.[20][21][22] 이들의 목표는 마하 1에서 마하 5 사이의 속도에서 지속 가능한 터보 기반 복합 사이클(TBCC) 추진 시스템을 달성하는 것이다.[20][21][22]

5. 응용 분야

극초음속 비행 기술은 운송과 군사 분야에서 활발하게 연구되고 있으며, 다양한 분야에 응용될 수 있다.
운송 분야에서는 극초음속 비행을 통해 이동 시간을 획기적으로 단축할 수 있다. 극초음속 운송은 기존 운송 수단보다 에너지 효율이 높으면서도 훨씬 빠른 속도로 이동할 수 있다고 주장하는 사람들도 있다.[179] 예를 들어, 스트라토론치 로크는 극초음속 항공기를 발사하는 데 사용될 수 있다.[23] 허미우스는 2022년 11월 터보제트 엔진에서 램제트 엔진으로 전환하는 기술을 시연하여,[24] 로켓이나 스크램제트 없이도 극초음속 비행이 가능함을 보여주었다.[25]
무기 분야에서 극초음속 무기는 극초음속 순항 미사일과 극초음속 활공체 두 가지 형태로 개발되고 있다.[31] 이들은 모두 음속의 5배 이상 속도로 비행하며, 스크램제트 엔진으로 추진되는 극초음속 순항 미사일은 30km 미만 고도에서, 극초음속 활공체는 더 높은 고도에서 비행한다.[32] 극초음속 비행체는 탄도 미사일보다 느리지만, 대기를 이용해 기동하여 탄도 궤적에서 벗어날 수 있어[147] 기존 미사일 방어 시스템을 회피하는 데 유리하다.[34]

2019년과 2022년 보고서에 따르면, 러시아와 중국이 극초음속 무기 개발을 주도하고 있으며, 미국이 그 뒤를 따르고 있다.[35][36][37][7][38] 미국은 육군, 해군, 공군이 공동으로 극초음속 활공체 개발 프로그램을 진행 중이다.[40][41][42][43][84][44][45] 인도,[46] 프랑스, 오스트레일리아, 일본도 개발에 참여하고 있다.[147][47]

프랑스,[117] 오스트레일리아,[117] 인도,[137] 독일,[117] 일본,[117] 대한민국,[138] 조선민주주의인민공화국,[139] 이란[140] 등도 극초음속 무기 연구 개발을 진행하고 있다.[117]

5. 1. 운송

운송에는 중력 극복, 공기/물 마찰 극복, 종단 속도 달성이라는 세 가지 목적으로 에너지가 소모된다. 여정 시간 단축과 고고도 비행으로 처음 두 가지 요소는 줄어드는 반면, 세 번째 요소는 증가한다. 옹호자들은 극초음속 운송의 순 에너지 비용이 기존 운송보다 낮으면서 여정 시간을 대폭 단축할 수 있다고 주장한다.[179]

스트라토론치 로크는 극초음속 항공기를 발사하는 데 사용될 수 있다.[23]

허미우스는 2022년 11월 17일에 터보제트 항공기 엔진 작동에서 램제트 작동으로의 전환을 시연하여,[24] 로켓이나 스크램제트로 항공기 속도를 높일 필요가 없음을 보여주었다.[25]

5. 2. 무기 (극초음속 무기)

극초음속 무기는 극초음속 순항 미사일과 극초음속 활공체 두 가지 유형으로 나뉜다.[31] 두 유형 모두 음속의 5배 이상 속도로 이동하며, 스크램제트 엔진으로 추진되는 극초음속 순항 미사일은 30km 미만 고도에서, 극초음속 활공체는 더 높은 고도에서 비행한다.[32]

극초음속 비행체는 대기 중에서 비행하므로 탄도 미사일보다 느리지만, 대기를 이용해 기동하여 탄도 궤적에서 벗어날 수 있다.[147] 극초음속 활공체는 탄도 미사일처럼 발사된 후 날개를 펼쳐 대기권에 재진입, 극초음속 비행으로 전환하여 기존 미사일 방어 시스템을 회피한다.[34]

2019년 CNBC와 2022년 CNN 보고서에 따르면, 러시아와 중국이 극초음속 무기 개발을 주도하고 있으며, 미국이 그 뒤를 따르고 있다.[35][36][37][7][38] 미국은 육군, 해군, 공군이 공동으로 극초음속 활공체 개발 프로그램을 진행 중이다.[40][41][42][43][84][44][45] 인도,[46] 프랑스, 오스트레일리아, 일본도 개발에 참여하고 있다.[147][47]

프랑스,[117] 오스트레일리아,[117] 인도,[137] 독일,[117] 일본,[117] 대한민국,[138] 조선민주주의인민공화국,[139] 이란[140] 등도 극초음속 무기 연구 개발을 진행하고 있다.[117]

5. 2. 1. 중국

중국은 극초음속 활공체(웨이브라이더)인 싱콩-2(星空二号, Starry-sky-2)를 개발하여 2018년 8월 3일 첫 비행을 했다.[48][49][50][51] 2021년 8월에는 저궤도에 부스터-글라이드 비행체를 발사하여 지구를 공전한 후 목표 위치를 향해 기동했지만, 목표에서 약 38.62km 정도 벗어났다.[52][53] 그러나 중국은 이 비행체가 미사일이 아니라 우주선이라고 반박했다. 중국 외교부 대변인 자오리젠(趙立堅)에 따르면 2021년 7월에는 우주왕복선 시험 발사가 있었다.[5][55][56]

미국 국방부(펜타곤)는 2021년 10월 이러한 초음속 발사가 두 차례 있었다고 보고했다. 한 발사는 정밀 무기에 필요한 정확도를 보여주지 못했고,[5] 두 번째 발사는 2021년 무기 능력 경쟁에 대한 펜타곤 보고서에 따르면 중국의 궤적 변경 능력을 보여주었다.[58]

2023년 2월, DF-27은 유출된 비밀 문서에 따르면 12분 만에 1900km를 비행했다.[62] 이 능력은 괌과 미 해군 항공모함을 직접 위협한다.[62]

5. 2. 2. 러시아

2016년 러시아는 극초음속 활공체인 아방가르드의 시험 발사를 두 차례 성공했으나, 2017년 세 번째 시험 발사는 실패했다.[63] 2018년 돔바로프스키 미사일 기지에서 발사된 아방가르드는 쿠라 사격장에 명중했다.[64] 아방가르드는 최대 2000°C의 온도를 견딜 수 있는 새로운 복합 소재를 사용하는데, 이는 극초음속 비행 환경에서 발생하는 온도이다.[65] 러시아는 탄소 섬유 솔루션이 신뢰할 수 없다고 판단하여 새로운 복합 소재로 교체했다.[149][65] 2019년 12월 27일, SS-19 ICBM에 장착될 예정이었던 두 개의 아방가르드 극초음속 활공체(HGV)[5]는 야스넨스키 미사일 사단(오렌부르크주 소속 부대)에 처음으로 배치되었다.[66] 이전 보고서에서 프란츠-슈테판 가디는 이 부대를 제13연대/돔바로프스키 사단(전략 미사일군)으로 명명했다.[67]

2021년 러시아는 흰 바다 상공에서 3M22 지르콘 대함 미사일 발사 시험을 진행했다.[68] 킨잘과 지르콘(Tsirkon)은 원거리 타격 무기이다.[69] 2022년 2월에는 극초음속 미사일을 포함한 일련의 미사일 훈련이 2월 18일에 진행되었는데, 이는 세력 투사를 과시하기 위한 것으로 보인다. 발사 플랫폼은 북극 바렌츠 해의 잠수함과 러시아 남부 흑해의 함선 등 다양했다. 이 훈련에는 RS-24 야르스 ICBM도 포함되었는데, 이 미사일은 플레세츠크 우주 기지(러시아 북부)에서 발사되어 캄차카 반도(러시아 극동)의 목표물에 도달했다.[70] 우크라이나는 3M22 지르콘이 공격에 사용되었다고 추정했지만, 2024년 2월 7일 키이우에서 격추되었으며, 명백히 마하 3을 넘지 못했다.[71]

5. 2. 3. 미국

미국은 러시아와 중국에 이어 극초음속 무기 개발을 주도하고 있으며, 국방부 전체의 공동 프로그램으로 개발이 진행되고 있다.[35][36][37][7][38]

미국 육군은 해군, 공군과 함께 극초음속 활공체를 개발하는 공동 프로그램에 참여하고 있다.[40][41][42][43][84][44][45] 2018년에는 AGM-183[73]과 장거리 초음속 무기[5]가 개발 중이었으며,[74] 당시 12개가 넘는 미국의 초음속 프로젝트가 진행 중이었다.[74][76][77][78][79][80]

육군과 해군의 공통 초음속 활공체(C-HGB) 시제품은 2020년 3월 성공적인 시험을 거쳤다.[92][93] 2021년에는 텍사스에 초음속 비행체 시험용 풍동이 완공되었다.[94] 육군의 지상 발사 초음속 미사일은 사거리가 2300km에 달할 것으로 예상된다.[151] [95][96][97][98]

2020년, 국방부는 C-HGB를 시험했으나,[92][108] 2021년 10월 21일, 부스터 고장으로 시험이 완료되지 못했다.[118]

2021년 9월과 2022년 3월, 미국의 레이시온/노스롭 그루먼[5]과 록히드는 DARPA의 자금 지원을 받아 공중 발사 스크램제트 추진 극초음속 순항 미사일의 첫 성공적인 시험을 실시했다. 2022년 9월, 레이시온은 초음속 공격 순항 미사일(HACM)을 2027 회계연도까지 실전 배치하기로 선정되었다.[144][124]

2024년 3월, 스트래토런치 로크(Stratolaunch Roc)는 TA-1 비행체를 발사하여 마하 5에 가까운 속도를 기록했다.[125] 카스텔리온(Castelion)도 같은 해 3월 모하비 사막에서 저비용 초음속 플랫폼을 발사했다.[126]

2024년 6월 28일, 국방부는 미국 육군의 장거리 초음속 무기 완전 시험 발사체(AUR)와 미국 해군의 재래식 신속 타격의 종단간 시험이 성공했다고 발표했다. 미사일은 하와이 카우아이에 있는 태평양 미사일 시험장에서 발사되었다.[123]

5. 2. 4. 이란

2022년, 이란은 극초음속 미사일을 개발했다고 발표했다. 이란 혁명수비대 공군 사령관 아미르 알리 하지자데(Amir Ali Hajizadeh)는 "이 새로운 미사일은 모든 미사일 방어 시스템을 통과하고 공중 방어 체계에 대응하기 위해 제작되었으며, 미사일 세대의 큰 도약을 의미한다"라고 언급했다.[127] 이 미사일은 마하 13 이상의 속도를 가진 것으로 알려졌다.[128]

그러나 펜타곤 대변인 롭 로드윅(Rob Lodwick) 대령은 이란의 극초음속 미사일 개발 주장에 대해 의문을 제기했다.[129]

5. 2. 5. 기타 프로그램

프랑스,[117] 오스트레일리아,[117] 인도,[137] 독일,[117] 일본,[117] 대한민국,[138] 조선민주주의인민공화국,[139] 이란[140]은 초음속 무기 프로젝트 또는 연구 프로그램을 진행하고 있다.[117]

오스트레일리아와 미국은 2020년 11월 30일 펜타곤 성명에서 발표된 바와 같이 공동으로 공중 발사 초음속 미사일 개발을 시작했다. 이 개발은 양국이 15년 이상 협력해 온 5400만달러 규모의 초음속 국제 비행 연구 실험(HIFiRE)을 기반으로 한다.[141] 2022년 SCIFIRE로 명명된 이 초음속 미사일 개발에는 소규모 및 대규모 기업들이 기여할 것이다.[143][144]

6. 방어 체계

극초음속 무기는 극초음속 순항 미사일과 극초음속 활공체 두 가지 주요 유형으로 나뉜다. 극초음속 무기는 음속의 5배 이상으로 이동하며, 스크램제트로 추진되는 극초음속 순항 미사일은 30km 미만 고도로 제한되지만, 극초음속 활공체는 더 높이 비행할 수 있다.[31] 극초음속 활공체는 대기 중에서 비행하므로 탄도 미사일보다 느리지만, 대기를 이용하여 기동할 수 있어 탄도 궤적에서 벗어날 수 있다.[147]

러시아와 중국이 극초음속 무기 개발을 주도하고 있으며, 미국이 그 뒤를 잇고 있다.[35][36][37][7][38] 인도도 개발 중이며,[46] 프랑스, 오스트레일리아도 이 기술을 추구할 가능성이 있다.[147] 일본은 스크램제트(극초음속 순항 미사일)와 부스트 글라이드 무기(초고속 활공 발사체)를 모두 확보하고 있다.[47] 2023년 5월, 우크라이나는 패트리어트로 킨잘을 격추했다.[145]

; 랜드 연구소 2017년 평가

랜드 연구소는 2017년 극초음속 미사일 확산을 막기 위한 시간이 10년 미만이라고 추산했다.[146] 대탄도탄 미사일 대응책으로 탄도탄 미사일 방어 시스템이 개발된 것처럼, 극초음속 시스템 대응책이 필요하지만 2019년 기준으로 아직 개발되지 않았다.[147][148][149][150]

미국은 2020회계연도에 극초음속 방어에 1억 5,740만 달러,[151] 2021회계연도에 2억 700만 달러를 배정했다.[152][153][1] 2019년 미국과 러시아의 중거리 핵전력(INF) 조약 탈퇴는 2021회계연도 이후 극초음속 무기 개발을 촉진할 것으로 예상된다.[154][155][156] 2021년까지 미사일 방어 기구는 활공 단계 극초음속 무기 대응책에 자금을 지원하고 있었다.[157][158][159] CSIS는 극초음속 무기보다 극초음속 방어가 미국의 우선순위여야 한다고 평가한다.[162]

6. 1. NDSA / PWSA



NDSA의 위성은 지구 궤도를 도는 군집으로 배치될 예정이며, 위성 군집의 시야를 나타내는 파란색 원뿔로 표시된 것처럼 지구를 끊임없이 관측한다. 위성들은 상호 통신하여 적의 극초음속 비행체에 대항하는 방어 시스템을 지원하고, 이에 대한 킬 체인을 구축한다.

7. 제안된 극초음속기

비행체국가최고 속도 (km/h)최고 속도 (마하)비고
X-15미국72746.71967년 10월 3일 188번째 비행 시험
X-43미국121449.682004년 11월 16일 3번째 비행 시험
X-51미국54005.12013년 5월 1일 4번째 비행 실험
HYFLEX일본--1996년 2월 12일 발사, 우주개발사업단
RLV-TD인도--2016년 5월 23일 발사, 인도우주연구기구
XS-1미국--미국방위고등연구계획국 개발, 재사용 가능 1단 부스터
MD-22중국--개발 중


8. 비행 기록


  • X-15 - 1967년 10월 3일 188번째 비행 시험에서 7274km/h(마하 6.7)의 최고 속도를 기록했다.
  • X-43 - 2004년 11월 16일 3번째 비행 시험에서 12144km/h(마하 9.68)의 최고 속도를 기록했다.
  • X-51 - 2013년 5월 1일 4번째 비행 실험에서 5400km/h(마하 5.1)의 최고 속도를 기록했다.
  • HYFLEX - 1996년 2월 12일 발사된 일본 우주개발사업단의 극초음속 비행 실험기
  • RLV-TD - 2016년 5월 23일 발사된 인도우주연구기구의 극초음속 비행 실험기
  • XS-1 - 미국의 미국방위고등연구계획국이 개발 중인 재사용 가능한 1단 부스터
  • MD-22 - 중국이 개발 중인 극초음속 비행 실험기

넓은 의미로는 우주 로켓과 탄도 미사일도 대기권을 비행하는 동안에는 초음속기라고 할 수 있다. 스페이스셔틀은 X-43에 기록이 갱신될 때까지 세계에서 가장 빠른 항공기로 기네스북에 등재되어 있었다.

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