보잉 X-51
1. 개요
보잉 X-51은 미국 공군 연구소(AFRL)의 스크램제트 엔진 데몬스트레이터 프로그램으로 개발된 극초음속 실험기이다. B-52 폭격기에서 발사되어 고체 로켓 부스터로 가속된 후, 스크램제트 엔진을 통해 마하 5 이상의 속도를 낼 수 있도록 설계되었다. JP-7 연료와 압축 리프트 설계를 사용하며, 총 4번의 시험 비행이 이루어졌다. 2010년 첫 번째 시험 비행에서 스크램제트 엔진으로 140초 동안 비행하는 기록을 세웠으며, 2013년 네 번째 시험 비행에서 완전한 성공을 거두었다. X-51 기술은 고속타격무기(HSSW) 개발에 활용될 예정이며, 극초음속 기술 발전에 기여할 것으로 평가받고 있다.
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| 유형 | 로봇 기술 데몬스트레이터, 극초음속 시험 항공기 |
|---|---|
| 제작 국가 | 미국 |
| 제작사 | 보잉 |
| 최초 비행 | 2010년 5월 26일 |
| 퇴역 | 2013년 |
| 상태 | 퇴역 |
| 주요 운용국 | 미국 공군 |
| 생산 대수 | 4대 |
| 속도 | 마하 5 |
|---|---|
| 고도 | 70,000 피트 (21,336 m) |
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극초음속 항공기 -
브라모스-2
스크램제트 엔진을 사용하여 마하 7의 속도로 450km를 비행하는 것을 목표로 개발 중인 브라모스-2는 극초음속 순항 미사일이며, 2011년 설계가 완료되었지만 시험 발사 및 탑재 플랫폼에 대한 공식 발표는 없었다. -
극초음속 항공기 -
웨이브라이더
웨이브라이더는 항공기에서 발생하는 충격파를 이용하여 흐름을 제어하는 설계 개념으로, 양력 증가와 열 부하 감소를 특징으로 하며, 다양한 형태로 발전해 왔고, 특정 마하 수에서만 작동하는 설계 문제를 해결하기 위한 연구가 진행 중이다. -
2010년 첫 비행한 항공기 -
보잉 747-8
보잉 747-8은 보잉 747 시리즈의 최신 모델로 동체 연장, 주익 설계 변경, 최신 기술 적용을 통해 성능을 향상시킨 항공기이며, 보잉 787 드림라이너의 기술을 적용하여 연료 효율성을 높이고 소음을 줄였으나, 여객형 모델은 시장 변화로 어려움을 겪었고 화물기 모델은 초대형 화물기 시장에서 독점적인 위치를 차지하며 보잉의 중요한 수익원 역할을 했지만 2023년 1월 마지막 747-8F가 인도되면서 50년 이상 지속된 747의 생산이 종료되었다. -
2010년 첫 비행한 항공기 -
KUH-1 수리온
KUH-1 수리온은 대한민국 육군의 노후 헬기 대체 목적으로 개발되어 육군, 해병대 등에서 수송, 의료, 해상 작전 등 다양한 용도로 사용되는 중형 다목적 헬리콥터이다. -
순항 미사일 -
ASMP
ASMP는 프랑스의 핵 억지력을 위한 공대지 핵미사일로 1986년 실전 배치되었으며, 미라주 2000N, 라팔 등의 항공기에 탑재되고 사거리 연장형인 ASMP-A를 개량한 ASN4G 개발이 진행 중이다. -
순항 미사일 -
잠수함 발사 순항 미사일
잠수함 발사 순항 미사일(SLCM)은 잠수함에서 발사되어 자율 비행하는 순항 미사일로, 높은 은밀성과 정밀 타격 능력으로 전략적 가치를 지니지만 핵무기 탑재 가능성과 개발 제약에 대한 논란도 있다.
2. 개발 배경
1990년대에 공군 연구소(AFRL)는 극초음속 추진을 위한 HyTECH 프로그램을 시작했다. 프랫 & 휘트니는 AFRL로부터 탄화수소 연료 스크램제트 엔진을 개발하는 계약을 체결했으며, 이는 SJX61 엔진 개발로 이어졌다. SJX61 엔진은 원래 NASA X-43C에 사용될 예정이었으나, 결국 취소되었다. 이 엔진은 2003년 말 AFRL의 스크램제트 엔진 데몬스트레이터 프로그램에 적용되었다. 스크램제트 비행 시험 차량은 2005년 9월 27일에 X-51로 지정되었다.
2003년에 연구를 시작하여, 2005년에 X-51로 명명되었다. 2006년에는 NASA의 랭글리 연구소에서 엔진의 지상 연소 시험을 실시했다. 순서상으로는 X-43의 다음이지만, X-43과의 차이점으로는 스크램제트의 연료 (액체 수소 → 제트 연료), 로켓 부스터부의 유용처 (페가수스 로켓 → MGM-140 ATACMS) 등이 다르다. 기체는 NB-52H에 의해 약 10668.00m 고도까지 운반되어 거기에서 투하된다. 투하 직후에는 ATACMS에서 유용한 로켓 부스터로 마하 4.5까지 가속하고, 그 후 스크램제트 엔진으로 마하 6에서 7이 된다. 이 엔진의 연료는 탄화수소계 제트 연료이지만, 인화점이 높아지도록 합성된 JP-7이다.
스크램제트는 Conventional Strike Missile 구상의 배경 기술 중 하나로도 생각되고 있다.
3. 설계 및 개발
X-51은 비행 시연에서 B-52에 의해 약 약 15240.00m 고도로 운반된 후 태평양 상공에서 방출된다. MGM-140 ATACMS 고체 로켓 부스터로 약 4.5Mach까지 가속된 후 부스터가 분리되면, 프랫 & 휘트니 로켓다인 SJY61 스크램제트 엔진이 점화되어 최대 6Mach 근처까지 가속한다. X-51은 SJY61 스크램제트를 위해 JP-7 연료 약 122.47kg을 사용한다.
2003년부터 연구가 시작되어 2005년 X-51로 명명되었다. 2006년 미국 항공 우주국 랭글리 연구소에서 엔진 지상 연소 시험을 실시했다. 순서상으로는 X-43의 다음이지만, 스크램제트 연료(액체 수소 → 제트 연료), 로켓 부스터 (페가수스 로켓 → MGM-140 ATACMS) 등에서 차이가 있다. X-51은 NB-52H에 의해 고도 35,000피트(10,700미터)까지 운반되어 투하된다. 투하 직후 ATACMS 로켓 부스터로 마하 4.5까지 가속하고, 이후 스크램제트 엔진으로 마하 6~7까지 가속한다. 엔진 연료는 탄화수소계 제트 연료이지만, 인화점을 높이기 위해 합성된 JP-7을 사용한다. X-51은 무인기이며, 동체 후부가 부스터이다. 기체 중앙부(본체 후부)에 4장, 꼬리 부분(부스터부 단)에 6장의 소형 날개가 있으며, 인테이크는 기체 하부에 있다. 기체 설계에는 XB-70에서 사용된 압축 리프트 개념이 도입되었다.
4. 기술적 특징
X-51은 1990년대에 공군 연구소(AFRL)가 시작한 HyTECH 프로그램을 기반으로 개발되었다. 프랫 & 휘트니는 AFRL로부터 탄화수소 연료 스크램제트 엔진 개발 계약을 체결하여 SJX61 엔진을 개발했다. 이 엔진은 AFRL의 스크램제트 엔진 데몬스트레이터 프로그램에 적용되었고, 2005년 9월 27일에 X-51로 명명되었다.
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X-51은 B-52에 의해 약 약 15240.00m 고도까지 운반된 후 태평양 상공에서 방출된다. MGM-140 ATACMS 고체 로켓 부스터로 약 까지 추진된 후, 부스터가 분리되고 프랫 & 휘트니 로켓다인 SJY61 스크램제트 엔진이 최대 비행 속도를 근처까지 가속한다. X-51은 SJY61 스크램제트를 위해 JP-7 연료를 사용하며, 을 탑재한다.
X-43과의 차이점으로는 스크램제트 연료 (액체 수소 → 제트 연료), 로켓 부스터 (페가수스 로켓 → MGM-140 ATACMS) 등이 있다. 기체는 XB-70에서 사용된 압축 리프트라는 설계 사상을 도입하고 있다.
스크램제트는 Conventional Strike Missile 구상의 배경 기술 중 하나로도 고려되고 있다.
5. 시험 비행
X-51A 시험기는 총 4대가 제작되어 비행 시험이 진행되었다.
| 순서 | 날짜 | 내용 | 결과 |
|---|---|---|---|
| 1차 | 2010년 5월 26일 | 에드워즈 공군 기지를 이륙한 NB-52H에서 고도 약 15,000미터에서 분리, 로켓 부스터로 상승 가속 후 스크램제트 엔진 140초 연소, 마하 4.88까지 가속, 고도 약 21,000미터 도달 | 부분적 성공 |
| 2차 | 2011년 6월 13일 | 부스터 가속 종료 후 스크램제트 정상 작동 실패 | 실패 |
| 3차 | 2012년 8월 14일 | 캘리포니아주 미 해군 포인트 마구 사격장 훈련 해역 상공에서 B-52에서 분리, 로켓 부스터 점화 후 분리 과정에서 제어 날개 문제 발생, 기체 제어 불능, 스크램제트 엔진 점화 실패, 태평양 추락 | 실패 |
| 4차 | 2013년 5월 1일 | B-52H에서 분리, 부스터 로켓으로 마하 4.8까지 가속, 부스터 분리 후 자체 엔진 점화, 마하 5.1까지 가속, 210초 비행 후 연료 소진, 마구 곶 앞바다 태평양 추락, 총 비행 시간 6분 이상 | 완전 성공 |
미국 공군 연구소는 이 시험 성공이 미사일, 정찰, 수송, 우주 시스템의 공기 흡입 엔진 첫 단계와 같은 극초음속 비행 실용화 연구에 도움이 될 것이라고 기대한다.
6. 파생형
미국 공군은 X-51 기술을 적용한 고속타격무기(High Speed Strike Weapon, HSSW)를 개발할 계획이었다. HSSW는 X-51과 비슷한 크기로, F-35, B-2의 내부무장창에서 발사되어 마하 5-6의 속도로 500nmi에서 600nmi (926-1,111 km)를 비행하며, 2020년 초도비행, 2020년대 중반에 실전배치될 예정이었다.
7. 제원
| 일반 특성 | |
|---|---|
| 길이 | 7.62m |
| 공허 중량 | 1814kg |
| 성능 | |
| 최대 속도 | 마하 5.1 (6200kmh) |
| 항속 거리 | 740km |
| 상승 한도 | 21300m |
| 엔진 | |
| 엔진 | 프랫 & 휘트니 로켓다인 SJY61 스크램제트 |
| 로켓 부스터 | MGM-140 ATACMS 1기 |
8. 평가 및 전망
X-51은 기존 순항미사일보다 빠르고 항공모함보다 저렴한 전략 무기로, 미 국방부 고등연구계획국(DARPA)은 블랙스위프트의 디딤돌로 여겼다. 블랙스위프트는 2008년 10월에 취소된 극초음속 시험기였다.
X-51의 최대 속력은 마하 5.1로, 기존 순항미사일의 느린 속도로 인한 즉각 대응 문제와 항공모함 전단의 높은 비용 및 느린 이동 속도 문제를 해결할 수 있다. B-52에서 발사하면 음속의 몇 배로 날아가 단시간에 목표 타격이 가능하여, 항공모함 없이도 저렴하게 지구 전역을 타격할 수 있을 것으로 보인다.
2013년 5월, 미 공군은 X-51 기술을 X-51과 크기가 비슷한 미사일인 고속 타격 무기(HSSW)에 적용할 계획을 세웠다. HSSW는 500nmi에서 600nmi의 사거리를 갖고, 마하 5~6의 속도로 비행하며, F-35 또는 B-2 폭격기의 내부 격납고에 장착될 예정이었다.