비행갑판
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1. 개요
비행갑판은 군함의 포갑판 위에 건설된 경사진 나무 경사로에서 시작하여, 항공기의 이착륙을 위한 갑판으로 발전했다. 최초의 이함과 착륙 시도가 있었고, 이후 항공모함의 전형적인 배열이 등장했다. 제1차 세계 대전 이후 항공모함으로 개조된 순양전함들은 대공포를 장착하고, 비행갑판에 장갑을 추가하는 등 발전을 거듭했다. 초기에는 여러 개의 비행 갑판을 쌓는 다단식 형태도 시도되었으나, 현재는 일자 갑판이 일반적이다. 착륙을 위해 어레스팅 케이블과 테일훅이 사용되며, 이륙을 위해서는 스키 점프대나 캐터펄트가 사용된다. 또한, 비행갑판의 임무 수행을 위해 다양한 색상의 작업복이 사용된다.
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| 비행갑판 | |
|---|---|
| 개요 | |
 | |
| 유형 | 항공모함의 갑판 |
| 기능 | 항공기 이착륙 |
| 역사 및 설계 | |
| 최초 설계 | HMS 퓨리어스 |
| 특징 | 항공기 운용을 위한 평평하고 넓은 표면 |
| 초기 설계 문제점 | 구조적 강도 부족 항공기 이착륙의 안전 문제 |
| 현대 항공모함 | |
| 주요 구성 요소 | 발함 장치 (캐터펄트) 착함 장치 (어레스팅 와이어) 항공기 이동 및 보관 공간 |
| 갑판 면적 최적화 | 항공기 운용 효율성 극대화 |
| 안전 장비 | 소화 장비 비상 착륙 장치 |
| 운용 | |
| 운용 절차 | 이함: 캐터펄트를 이용, 짧은 거리에서 항공기를 가속시켜 이륙 착함: 어레스팅 와이어를 이용, 항공기를 급정지시켜 착륙 |
| 위험 요소 | 갑작스러운 기상 변화 장비 결함 인적 오류 |
| 안전 수칙 | 철저한 훈련과 안전 점검 |
| 관련 용어 | |
| 갑판 요원 | 항공기 이착륙을 지원하는 전문 인력 |
| 관제탑 | 항공기 운항을 통제하는 시설 |
| 램프 | 갑판에서 항공기를 이동시키는 장치 |
2. 역사
(내용 없음)
2. 1. 초기 발전
초창기 비행갑판은 군함의 포갑판 위에 설치된 경사진 나무 경사로였다. 미국 해군의 유진 엘리는 1910년 11월 14일, 경순양함 USS 버밍햄 함수에 임시로 설치된 25×7미터 크기의 플랫폼에서 커티스 모델 D 비행기로 이륙하여, 세계 최초로 함선에서의 고정익 항공기 이함에 성공했다.
두 달 뒤인 1911년 1월 18일, 엘리는 샌프란시스코 만에 정박 중이던 장갑순양함 USS 펜실베이니아 후갑판 위의 36×10미터 플랫폼에 착함하여 세계 최초의 함선 착함 기록을 세웠다. 이때 착함을 위해 비행사이자 서커스 공연자였던 휴 로빈슨이 설계하고 제작한 초기 형태의 테일후크 시스템이 사용되었다.[2] 엘리는 착륙 후 "아주 쉬웠다. 열 번 중 아홉 번은 성공할 수 있을 것 같다"고 소감을 밝혔다.
영국 해군에서는 1912년 5월 9일, 찰스 럼니 샘슨 사령관이 10.5kn 속도로 항해 중이던 전함 HMS 히베르니아에서 쇼트 S.27 비행기로 이륙하여, 항해 중인 함선에서 이륙한 최초의 인물이 되었다. 초기 항공기는 이륙 속도가 낮았기 때문에, 함선이 바람을 맞으며 항해할 경우 비교적 짧은 거리에서도 이륙이 가능했다. 이후 HMS 리펄스를 시작으로 전함과 순양전함의 주포 포탑 위에 탈착 가능한 이륙 플랫폼이 설치되어 정찰기를 운용하기도 했으나, 이 방식으로는 항공기를 회수할 수 없었다.
본격적인 함상 착함 기술 개발은 영국 해군의 HMS 퓨리어스에서 이루어졌다. 1917년 8월 2일, 에드윈 해리스 더닝 중대장은 소프위드 펍 전투기를 조종하여 항해 중이던 퓨리어스의 함수 비행갑판에 착륙하는 데 성공하며, 움직이는 함선에 착륙한 최초의 조종사가 되었다. 그러나 8월 7일, 세 번째 착륙 시도 중 타이어 파열로 기체가 균형을 잃고 바다로 추락하면서 더닝은 사망했다. 이는 항공모함 착함 중 발생한 최초의 인명 사고였다.
''퓨리어스''의 초기 착륙 방식은 함교 등 상부 구조물을 피해 측면으로 접근해야 하는 매우 위험한 방식이었다. 이 때문에 ''퓨리어스''는 함미에 착륙 전용 갑판(약 91.44m)을 추가하는 개조를 받았다. 하지만 중앙에 위치한 상부 구조물은 그대로 남아 난기류를 발생시켜 착륙 환경을 불안정하게 만들었다. 이러한 ''퓨리어스'' 등의 운용 경험을 바탕으로, 1918년에 준공된 HMS 아거스는 함선 전후를 관통하는 형태의 비행갑판을 채택했다. 이는 이후 건조되는 항공모함의 표준적인 형태로 자리 잡았다.
초기 항공모함 중에는 ''아거스''처럼 함교 구조물 없이 승강식 소형 지휘소만 갖추고, 연돌(굴뚝)도 함미 배기 방식으로 처리한 평갑판형 디자인도 시도되었다. 그러나 이는 함선 조함이나 비행갑판 통제에 불리하다는 단점이 지적되었다. 이에 따라 대형 항공모함에서는 연돌과 함교를 하나로 묶어 한쪽 현측(주로 우현)으로 치우치게 배치하는 아일랜드형 디자인이 일반화되었고, 소형 항공모함에서도 작은 함교 구조물을 비행갑판 측면에 설치하는 방식이 보편화되었다.
2. 2. 전장 비행갑판
영국 해군의 HMS 퓨리어스는 초기에 함체 전방에 발함 갑판, 후방에 착함 갑판을 분리하여 설치했으나, 중앙 상부 구조물로 인한 난기류 때문에 착함이 매우 위험했다. 에드윈 해리스 더닝(Edwin Harris Dunning) 소령은 1917년 8월 2일, 움직이는 퓨리어스 함상에 소프위드 펍 전투기를 착륙시켜 최초의 함상 착륙 기록을 세웠으나, 세 번째 시도에서 사고로 순직하며 최초의 항공모함 착륙 사고 사망자가 되었다. 퓨리어스의 착륙 설비는 불만족스러워, 이후 착륙을 위한 약 91.44m 길이의 갑판을 추가했지만, 여전히 중앙 구조물 문제로 난기류가 심했다.
이러한 문제점을 해결하며 현대적인 항공모함의 모습을 갖추기 시작한 최초의 함선은 개조된 여객선 HMS 아거스였다. 1918년 취역한 아거스는 함선 전체 길이에 걸쳐 평평하고 넓은 나무 갑판을 설치하여, 상부 구조물로 인한 난기류 없이 항공기가 이착륙할 수 있는 전장(全長) 비행갑판을 갖추었다. 아거스는 장애물이 없는 비행갑판을 위해 고정된 함교와 굴뚝이 없는 평갑판 형태를 채택했다. 배기가스는 함미 아래로 배출되었으나, 이 방식은 착륙 직전의 항공기에 예상치 못한 양력을 발생시키는 문제가 있었다.
함교와 굴뚝이 없는 평갑판 구조는 조함이나 비행갑판 통제에 불리하다는 단점이 지적되었다. 아거스에서는 이 문제를 해결하기 위해 다양한 실험이 이루어졌는데, 1917년 사진에는 우현에 캔버스로 만든 함교(아일랜드)와 굴뚝 모형이 설치된 모습이 남아있다. 아일랜드를 우현에 배치한 이유는 당시 사용되던 일부 항공기의 로터리 엔진이 발생시키는 토크로 인해 기수가 왼쪽으로 쏠리는 경향이 있었기 때문이다. 즉, 이륙 시 항공기가 자연스럽게 좌측으로 요잉하므로, 고정된 상부 구조물을 우현에 두어 충돌 위험을 줄이는 것이 유리했다. 이러한 우현 아일랜드 구조는 이후 항공모함의 전형적인 형태로 자리 잡았으며, 영국의 다음 항공모함인 HMS 허미즈와 HMS 이글에 적용되었다.
제1차 세계 대전 이후, 워싱턴 해군 군축 조약에 따라 폐기될 예정이었던 순양전함들이 항공모함으로 개조되었다. 영국의 HMS 퓨리어스와 커레이저스급 항공모함, 미국의 USS 렉싱턴(CV-2)과 USS 새러토가(CV-3), 일본의 아카기와 가가 등이 대표적이다. 이 함선들은 크고 빨라 항공모함 역할에 적합했다. 반면, 전함에서 개조된 HMS 이글은 두꺼운 장갑과 느린 속도가 단점으로 작용하기도 했다.
초기 항공모함들은 아직 그 군사적 효용성이 완전히 입증되지 않았기 때문에, 적 함선의 기습에 대비하여 순양함 구경의 함포를 탑재하는 경우가 많았다. 그러나 제2차 세계 대전을 거치면서 항공모함의 역할이 명확해지자 이러한 함포들은 제거되고 대공포로 대체되었다. 항공모함 운용 교리도 발전하여, 호위함들과 자체 탑재 항공기들로 구성된 기동 부대(Task Force, 이후 전투단(Battle Group)으로 발전)를 중심으로 작전하는 방식이 정립되었다.
초기 항공모함 및 제2차 세계 대전 시기까지 건조된 다수의 함선들, 예를 들어 미국 해군의 에식스급 항공모함이나 타이콘데로가급 항공모함 등은 격납고 갑판이 선체 구조의 일부인 강도 갑판(strength deck) 역할을 하고, 그 위에 가벼운 비행갑판을 올리는 구조였다. 그러나 1936년 건조를 시작한 영국 해군의 일러스트리어스급 항공모함은 비행갑판 자체를 강도 갑판으로 설계하고 장갑을 강화하여 방어력을 높였다. 이처럼 비행갑판을 강도 갑판으로 삼는 설계는 이후 건조되는 항공모함들에 영향을 주었다. 항공모함의 크기는 최초의 USS 랭글리(CV-1)의 13,000 톤에서 현대의 니미츠급 항공모함 및 제럴드 R. 포드급 항공모함의 100,000 톤 이상으로 점차 대형화되면서, 비행갑판을 포함한 선체 구조의 강화가 필수적으로 요구되었다.
2. 3. 다단식 비행갑판 (일본어 문서)
1920년대 영국 해군과 일본 제국 해군에서는 여러 개의 비행갑판을 상하로 쌓는 다단식 비행갑판 구조를 시도했다. 영국의 퓨리어스와 글로리어스급, 일본의 아카기와 가가가 대표적인 예이다.그러나 이러한 다단식 구조는 여러 문제점을 안고 있었다. 하부 비행갑판에서는 실제로 항공기를 운용하기 어려웠고, 상부 비행갑판은 길이가 짧아져 항공모함의 전반적인 성능이 소형 항공모함 수준으로 떨어지는 등 실용성이 낮았다.
반면, 미국과 프랑스는 초기부터 함선 전체 길이에 걸친 넓은 일자형 비행갑판을 채택했다. 결국 항공기가 점차 대형화되면서, 다단식 갑판을 시도했던 영국과 일본 역시 운용의 한계와 성능 저하 문제로 인해 일자형 비행갑판으로 설계를 통일하게 되었다.
2. 4. 경사 비행갑판 (일본어 문서)
경사 비행갑판(앵글드 데크)은 항공모함의 비행갑판 중심선에 대해 일정한 각도를 주어 설치된 갑판이다. 이 설계는 항공기의 이륙 경로와 착륙 경로를 분리시키는 핵심적인 역할을 한다. 착륙하는 항공기는 경사진 착륙 구역으로 진입하며, 만약 착륙에 실패하더라도(볼터) 기수를 올려 다시 이륙할 때 갑판 전방에서 이륙 준비 중이거나 주기된 다른 항공기와 충돌할 위험 없이 안전하게 복행(Go-around)할 수 있다.
이처럼 이륙 구역과 착륙 구역을 분리함으로써, 이륙 작업과 착륙 작업을 동시에 또는 거의 동시에 진행할 수 있게 되어 항공기 운용 효율성을 크게 향상시켰다. 이는 현대 항공모함 운용의 기본적인 개념이 되었다.
2. 5. 장갑 비행갑판
항공모함이 함대의 주력함으로 전함을 대체하게 되면서, 비행갑판에 장갑 방어를 적용할지에 대해 두 가지 다른 견해가 등장했다. 미국 해군(USN)은 초기에 비장갑 비행갑판을 선호했다. 이는 항공모함의 격납고와 비행갑판 크기를 최대한 확보하여 항공기 탑재량을 늘리기 위한 선택이었다. 여기에는 운용하는 항공기 중 상당수를 비행갑판 위에 영구적으로 주기하는 "데크 파크"(deck park) 방식의 활용이 포함되었다.[3][4]반면, 1936년 영국 해군은 일러스트리어스급 항공모함을 건조하며 장갑 비행갑판을 도입했다. 이 설계는 비행갑판뿐만 아니라 격납고의 측면과 끝부분까지 장갑으로 보호하는 방식이었다. 비행갑판 장갑은 공중 폭탄으로부터 아래 격납고의 항공기를 보호하는 역할을 했고, 격납고 주변 장갑은 내부 또는 외부의 폭발이나 화재로 인한 피해와 사상자를 줄이는 데 도움이 되었다.[5] 하지만 비행갑판과 격납고에 장갑을 추가하면서 무게 중심이 높아지는 것을 막기 위해 격납고 높이를 줄여야 했고, 이는 탑재 가능한 항공기의 종류에 제약을 주었다. 다만, 영국 해군의 장갑 항공모함은 격납고 천장에 예비 항공기를 보관하기도 했다.[6]
또한, 장갑으로 인해 비행갑판의 실제 사용 가능한 길이가 줄어들어, 장갑 비행갑판 항공모함의 최대 항공기 탑재량이 감소하는 경향이 있었다. 영국 해군 항공모함은 1943년경까지 영구적인 데크 파크를 적극적으로 활용하지 않았기 때문에, 그 이전까지 항공기 탑재량은 주로 격납고 용량에 의해 제한되었다.
23,000톤급 영국 일러스트리어스급 항공모함은 약 139.60m x 약 18.90m x 약 4.88m 크기의 단일 격납고를 갖추고 페어리 소드피시 크기 항공기 36대를 수용할 수 있었으나, 데크 파크를 활용하면 최대 57대까지 탑재할 수 있었다.[7] 23,400톤급 임플래커블급 항공모함은 약 139.60m x 약 18.90m x 약 4.27m 크기의 상부 격납고와 후방 엘리베이터 앞에 위치한 약 63.40m x 약 18.90m x 약 4.27m 크기의 하부 격납고를 추가하여 격납고 용량을 늘렸다. 이를 통해 소드피시 크기 항공기 52대 또는 후기형 항공기 48대를 격납고에 탑재할 수 있었고,[8] 데크 파크를 포함하면 최대 81대까지 운용 가능했다.[9]
이에 비해 27,500톤급 미국 에식스급 항공모함은 약 199.34m x 약 21.34m x 약 5.33m 크기의 격납고를 갖추고 전쟁 이전 기준의 미 해군 항공기 72대를 혼합하여 운용하도록 설계되었지만,[10] 격납고와 영구 데크 파크를 함께 사용하여 후기형 항공기를 최대 104대까지 탑재했다.[11][12]
제2차 세계 대전의 경험은 미 해군의 항공모함 설계 정책에 변화를 가져왔다. 미 해군은 제2차 세계 대전 당시 장갑 격납고 갑판만 갖춘 항공모함을 운용하며 얻은 값비싼 교훈을 바탕으로,[13] 이후 건조되는 대형 함선에는 장갑 비행갑판을 적용하는 정책으로 변경했다. 예를 들어, USS 엔터프라이즈(CVN-65)의 주요 방어 구조는 중장갑 비행갑판인데, 이는 1969년 엔터프라이즈호에서 발생한 파괴적인 화재 및 폭발 사고 당시 피해 확산에 영향을 미친 요인 중 하나로 분석되기도 한다.[13] 미드웨이급 항공모함 이후 건조된 모든 미 해군 공격 항공모함은 장갑 비행갑판을 갖추게 되었다.[13]
3. 착륙 장치
초기 비행갑판에서의 착륙은 매우 원시적인 방식으로 이루어졌다. 갑판 위 승무원들이 직접 달려나가 착륙하는 항공기의 특정 부분을 붙잡아 속도를 늦추는 방식이었다.[2] 이 위험한 방식은 무게가 가볍고 속도가 느린 초창기 항공기에서만 가능했다. 만약 착륙에 실패할 경우를 대비해 갑판에 그물을 설치하기도 했지만, 이는 항공기에 구조적인 손상을 입힐 가능성이 높았다. 또한, 함선이 파도에 흔들릴 때 젖은 갑판 위에서 항공기가 미끄러지는 것을 방지하기 위해 미끄럼 방지 표면 처리가 중요했다.
점차 항공기가 더 커지고 빨라지면서 새로운 착륙 방식이 필요해졌다. 이에 따라 비행갑판에 강철 케이블(어레스팅 와이어)을 설치하고, 항공기 동체 뒤쪽에 갈고리(테일훅)를 장착하여 케이블에 걸어 강제로 제동하는 어레스팅 기어 시스템이 도입되었다. 초기 항공모함에는 매우 많은 수의 어레스팅 케이블이 설치되었으나, 기술 발전에 따라 그 수가 줄어들었다. 현대 미국 해군 항공모함은 보통 약 6.10m 간격으로 설치된 3~4개의 강철 케이블을 사용하며, 이 케이블은 약 150mph로 접근하는 항공기를 약 약 97.54m 거리 내에서 완전히 정지시킨다.[2] 이 시스템은 항공기의 크기나 무게에 관계없이 각 항공기를 갑판 위의 거의 동일한 지점에 멈추도록 설계되었다.
제2차 세계 대전 중에는 갑판 앞쪽에 항공기를 주기시키고 뒤쪽에서 착륙 작전을 수행하기 위해 비행갑판 전체에 걸쳐 커다란 그물 형태의 바리케이드가 설치되기도 했다. 이는 더 많은 항공기를 함재할 수 있게 했지만, 이착륙을 위해 항공기를 이동시키는 과정 때문에 작전 주기가 길어지는 단점도 있었다. 현대 항공모함에서 바리케이드는 어레스팅 와이어를 이용한 정상적인 착륙이 불가능할 경우에 사용하는 비상 시스템으로 운용된다. 바리케이드는 착륙하는 항공기를 그물로 받아내는 방식으로 작동한다.
3. 1. 제동 장치 (일본어 문서)
갑판 위에 여러 개의 어레스팅 와이어를 설치하여, 착함하는 항공기의 어레스팅 후크가 이를 걸어 강력한 제동력을 발생시킨다. 제동 장치로는 유압 플런저 방식이 일반적이지만, 구형 항공모함에서는 스프링 방식을 사용한 예도 있었다. 미국 해군의 제럴드 R. 포드급에서는 물과 터빈을 이용한 신형 제동 장치(어드밴스드 어레스팅 기어)의 도입도 검토되고 있다.와이어는 일반적으로 착함 구역에 가로 방향으로 설치되지만, 초기 영국 해군 항공모함에서는 세로 방향으로 설치하기도 했다. 초기 항공모함에는 많은 수의 와이어가 설치되었으나, 앵글드 데크가 도입되면서 착함 복행(go-around)이 용이해져 와이어 수가 줄어들었다. 미국 해군의 경우, 최초의 앵글드 데크함인 포레스탈급은 초기에 6개의 와이어를 사용했으나 이후 4개로 줄였다. 이 4개의 와이어 중 가장 함선 앞쪽에 위치한 No.4 와이어는 사용 빈도가 낮아, 니미츠급의 로널드 레이건부터는 정비 부담을 줄이기 위해 3개만 운용하고 있다.
바리케이드(활주 제지 장치)는 어레스팅 와이어를 이용한 정상적인 제동에 실패하고 착함 복행도 어려운 비상 상황에 사용되는 장치이다. 바리케이드는 그물망 형태로 되어 착륙하는 항공기의 날개 등을 포함해 기체 전체를 받아내며, 이때 발생하는 운동 에너지는 제동 엔진으로 전달된다.
4. 이륙 장치
비행갑판에서 항공기를 이륙시키는 방식은 항공기 자체의 추력과 함선의 속력을 이용하는 기본적인 방법 외에, 이륙 성능을 향상시키기 위한 여러 보조 장치를 활용하는 방식으로 발전해왔다.
초기에는 항공모함이 아닌 일반 함선 갑판에 임시 구조물을 설치하여 항공기를 발함시키는 실험이 이루어졌다. 1910년 11월 14일, 미국 해군의 경순양함 버밍햄 함수에 설치된 플랫폼에서 유진 버턴 엘리가 조종하는 커티스 모델 D가 이륙하여 함선에서의 첫 항공기 발함 기록을 세웠다.
현대의 항공모함에서는 주로 다음과 같은 이륙 보조 장치를 사용한다.
- 스키 점프대: 비행갑판 끝부분을 위로 경사지게 만든 구조물로, 항공기가 자체 추력으로 활주하여 도약하듯이 이륙하는 것을 돕는다. 주로 VSTOL(수직/단거리 이착륙) 또는 STOBAR(단거리 이륙/강제 착륙) 방식 항공모함에서 찾아볼 수 있다.
- 캐터펄트: 강력한 힘으로 항공기를 짧은 거리에서 고속으로 가속시켜 강제로 이륙시키는 장치이다. CATOBAR(캐터펄트 이륙/강제 착륙) 방식 항공모함의 핵심 설비로, 무거운 항공기도 효과적으로 이륙시킬 수 있다.
각 이륙 방식의 자세한 원리, 종류, 장단점 등은 관련 하위 문서를 통해 더 자세히 알아볼 수 있다.
4. 1. 스키 점프대
영국 해군은 작은 인빈시블급 항공모함에서 VSTOL 항공기인 해리어가 이륙하는 것을 돕기 위해 스키 점프대(ski-jump ramp)를 개발했다. 스키 점프대는 비행갑판 끝부분에 설치된 위로 휘어진 경사로를 말하며, 항공기가 이륙할 때 전진하는 운동 에너지의 일부를 수직 상승 운동으로 전환시켜 준다. 이를 통해 항공기는 초기 상승 각도를 확보하며 날아오를 수 있고, 더 적은 양력으로도 이륙이 가능해진다. 이륙 직후 중력의 영향으로 상승 속도는 점차 줄어들지만, 항공기는 계속해서 가속하여 안정적인 비행 속도에 도달하게 된다.
이러한 방식은 평평한 갑판에서 이륙하는 것과 비교했을 때, 같은 최소 이륙 속도에서 더 무거운 중량으로 이륙할 수 있게 해준다. 다만, 캐터펄트를 이용한 이륙 방식보다는 최대 이륙 중량이 낮다는 한계가 있다.
스키 점프 이륙 방식은 평지 이륙 방식보다 안전성 측면에서도 유리하다. 예를 들어, 해리어가 미국의 강습상륙함(LHA)에서 평지 이륙할 경우 고도가 해수면 기준 약 약 18.29m에 불과하여 파도가 칠 때 위험할 수 있다. 하지만 스키 점프대를 이용하면 초기 고도를 약 45.72m에서 약 60.96m까지 확보할 수 있어 보다 안전한 이륙이 가능해진다.[47]
스키 점프대는 주로 STOVL(단거리 이륙/수직 착륙) 항공기나 STOBAR(단거리 이륙/강제 착륙) 방식 항공모함에서 사용된다.
- STOVL 방식: 호커 시들리 해리어와 같은 수직 이착륙기는 수직으로 이륙하는 것보다 짧은 거리를 활주하여 이륙(STO)하는 것이 연료 및 무장 탑재량 측면에서 유리하다. 스키 점프대는 이 단거리 이륙 거리를 더욱 줄여주거나, 같은 거리에서 더 많은 중량을 싣고 이륙할 수 있게 돕는다.
- 예를 들어, 최대 이륙 중량 약 13154.17kg의 AV-8B 해리어가 35kn의 맞바람이 부는 상황에서 12도 경사의 스키 점프대를 갖춘 스페인 프린시페 데 아스투리아스함에서 이륙할 경우 약 121.92m의 활주 거리가 필요하지만, 평평한 갑판이라면 약 228.60m가 필요하다.[47]
- --
- 하지만 스키 점프 경사로가 설치된 부분에서는 헬리콥터가 이착륙할 수 없어 동시 이착륙 가능 대수가 줄어드는 단점이 있다. 이 때문에 헬리본 작전 능력을 중시하는 미국 해병대의 강습상륙함에서는 채택되지 않았다.
- STOBAR 방식: 일반적인 고정익 항공기(CTOL)를 스키 점프대를 이용해 이륙시키고, 착륙 시에는 어레스팅 기어로 항공기를 멈추게 하는 방식이다. 소련 해군이 정치적인 이유로 캐터펄트를 설치하지 못한 아드미랄 쿠즈네초프에서 처음 개발되었다.
2012년 러시아 해군의 Su-33이 ''아드미랄 쿠즈네초프'' 갑판의 스키 점프대에서 이륙하는 모습. - --
- 예를 들어, MiG-29가 스키 점프대에서 이륙하면 평지 이륙 시 필요한 140노트보다 약 50노트 낮은 속도로 이륙할 수 있다.[48]
- 그러나 CATOBAR(캐터펄트 이륙/강제 착륙) 방식보다 긴 활주 거리가 필요하여 항공기 운용 효율이 낮고, 최대 이륙 중량에도 제약이 따른다.[46]
STOVL 항공기와 스키 점프대를 사용하는 항공모함은 구조가 비교적 간단하여 캐터펄트와 어레스팅 기어가 없다. 현재 미국, 프랑스(CATOBAR 방식 사용)와 스키 점프대 및 어레스팅 기어를 함께 사용하는 러시아(STOBAR 방식 사용)를 제외한 대부분의 항공모함 운용 국가는 STOVL 항공기와 스키 점프대를 조합하여 사용한다.[47] 프랑스는 샤를 드골함에 미국에서 수입한 캐터펄트를 사용하고 있다.
대한민국 해군의 독도함은 향후 필요시 스키 점프대를 장착할 수 있도록 설계 단계에서부터 고려되었다.
4. 2. 캐터펄트 (일본어 문서)
항공모함이 실용화된 초기에는 함재기가 비교적 가벼웠기 때문에, 함재기 자체의 활주력과 모함이 바람을 향해 항진하며 얻는 합성 풍력만으로도 충분히 발함할 수 있었다.[45] 그러나 제2차 세계 대전 시기에 접어들면서 항공기의 중량이 점차 증가함에 따라, 발함을 보조할 수단이 필요하게 되었고, 이에 따라 캐터펄트가 사용되기 시작했다.캐터펄트는 1915년 미국 해군의 장갑순양함 노스캐롤라이나에 처음 탑재되어 수상기 발진에 사용된 것이 시초이다. 1920년대 중반부터는 항공모함에서도 캐터펄트 채용이 시도되었는데, 영국 해군의 아크 로열과 미국 해군의 레인저에 장비되면서 그 실용성이 입증되었다. 한편, 일본 제국 해군에서도 함재기 발함 촉진 장치로서 개발을 진행하여 대부분의 항공모함에 추후 장착할 공간을 마련해두었으나, 실제로 장비하지는 못했다.
초기의 캐터펄트는 주로 유압식이었으나, 출력 향상에 한계가 있어 점차 대형화되는 항공기에 대응하기 어려웠고, 강력한 출력을 내기 위해서는 구조가 매우 복잡하고 규모가 커지는 단점이 있었다. 이러한 문제를 해결하기 위해 영국은 증기식 캐터펄트를 개발하여 아크 로열에 장착했다. 이후 미국 해군도 영국의 기술을 제공받아 포레스탈급 항공모함부터 증기식 캐터펄트를 도입했으며, 기존에 운용하던 항공모함에도 순차적으로 교체 장착했다. 또한 함재기의 제트화가 진행되면서 제트 엔진의 강력한 배기 가스가 갑판에 미치는 영향을 무시할 수 없게 되자, 캐터펄트나 스키점프대 등의 발함 지점 바로 뒤에는 접이식 제트 블라스트 디플렉터가 설치되기 시작했다.
21세기에 들어서는 리니어 모터 기술을 이용한 전자기식 캐터펄트(EMALS)가 개발되어, 미국 해군의 제럴드 R. 포드급 항공모함부터 장비되었다. 전자기식 캐터펄트는 기존 증기식 캐터펄트와 동등한 출력을 내면서도, 발함하는 항공기의 특성에 맞춰 가속도를 정밀하게 조절할 수 있어 기체에 가해지는 부담을 줄일 수 있다. 또한, 시스템 자체의 소형화 및 경량화, 정비성 향상 등의 장점도 가지고 있다.
초기 캐터펄트 운용 시에는 '브라이들 와이어(bridle wire)'라는 강철 케이블을 사용하여 캐터펄트의 셔틀과 항공기를 연결했다. 이 방식은 항공기 동체 하부 등에 설치된 고리에 와이어를 걸어 셔틀이 항공기를 끌어당겨 사출하는 방식이었다. 사출과 동시에 와이어는 항공기에서 분리되었는데, 초기에는 일회용이었으나 나중에는 회수하여 재사용하게 되었다. 이를 위해 캐터펄트 연장선상의 비행갑판 앞쪽 끝부분 아래에는 '혼(horn)'이라 불리는 뿔 모양의 구조물(브라이들 리트리버)이 설치되기도 했다. 그러나 이후 개발된 신세대 함재기들은 주 착륙 장치(main landing gear)에 캐터펄트 셔틀과 직접 연결할 수 있는 장치를 갖추게 되면서 브라이들 와이어가 더 이상 필요 없게 되었고, 이에 따라 브라이들 리트리버도 점차 철거되었다.
4. 3. 기타 장치 (일본어 문서)
제2차 세계 대전 이전의 항공모함에서는 함재기를 다른 함선으로 옮기거나 수상기를 인양하기 위해 고정식 크레인이 비행 갑판 가장자리에 탑재되었다. 전쟁 중부터는 스스로 움직이는 이동식 크레인이 사용되기 시작했으며, 이후에도 자력으로 움직일 수 없게 된 함재기 등을 제거하기 위해 이동식 크레인이 배치되었다.이동식 크레인 외에도 무장이나 연료 탱크와 같이 무겁고 부피가 큰 물자를 옮기기 위해 견인 자동차나 지게차 등 다양한 크기의 수송 차량이 사용된다.
미국 해군의 항공모함 비행 갑판에는 스프링클러 시스템이 설치되어 있다. 이는 핵전쟁 발생 시 방사성 낙진을 씻어내는 것이 주된 목적이지만, 화재 발생 시 소화 활동이나 평상시 갑판 청소에도 유용하게 사용된다. 화재 진압을 위한 소화전 역시 별도로 설치되어 있다.
5. 냉전 시대의 혁신 (영어 문서)
실제로 사용되지는 못했지만 시험 단계까지 갔던 아이디어로, 유연하거나 팽창식의 공기 쿠션 "고무 갑판"이 있었다. 초기 제트 시대에는 항공모함 탑재 항공기의 착륙 장치를 없애면 착륙 장치가 차지하는 공간에 추가 연료 탱크를 설치하여 비행 성능과 항속거리를 향상시킬 수 있을 것으로 여겨졌다. 이러한 배경에서 착륙 시 발생하는 에너지를 갑판 자체가 흡수하는 개념이 등장했다.[22]
제트 항공기가 도입되면서 프로펠러 손상 위험은 사라졌지만, 이륙을 위해서는 일종의 발사대가 필요했다.[23] 테스트 파일럿 에릭 "윙클" 브라운이 조종하는 드 해빌랜드 시 뱀파이어를 HMS 워리어에 설치된 유연한 갑판에 착륙시키는 시험이 이루어졌다.[24]
이 갑판은 압력을 가한 소방 호스 여러 겹으로 지지되는 고무 시트로 만들어졌다.[25] 슈퍼마린은 고무 갑판 착륙을 염두에 두고 타입 508 항공기를 설계했다. 유연 갑판 아이디어는 기술적으로는 가능했지만, 항공모함 탑재 항공기의 무게가 점점 늘어나고 일반적인 조종사가 이러한 방식으로 착륙할 수 있을지에 대한 의문이 제기되면서 결국 포기되었다. 타입 508은 이후 슈퍼마린 시미터라는 일반적인 항공모함 탑재 항공기로 개발되었다.
미 해군은 파이어스톤 타이어 앤 러버(Firestone Tire and Rubber Co.)가 제작한 지상 기지형 유연 갑판을 개조된 그루먼 F9F-7 쿠거 2대로 시험했다. 미국 조종사 3명이 판버러에서 진행된 영국의 유연 갑판 시험에 참여하기도 했다. 미 해군은 영국과 정보를 교환했음에도 불구하고 판버러 시험의 일부를 패턱센트 강에서 재현하여 23차례 착륙 시험을 진행했으나, 영국과 비슷한 이유로 1956년 3월 프로젝트를 중단했다.[26]
6. 대안 (영어 문서)
냉전 시대에는 기존의 비행갑판에 대한 여러 가지 독특한 대안들이 제안되었고, 일부는 실험 단계까지 이르렀다.
선박 탑재 컨테이너형 방공 시스템(SCADS)은 롤온/롤오프 선박(RO-RO)이나 컨테이너선을 항공기 운용이 가능하도록 개조하기 위한 모듈식 키트였다. 한 계획에 따르면, 컨테이너선을 비상 상황 발생 시 이틀 만에 수직이착륙기 항공모함으로 전환하고, 사용 후에는 신속하게 해체하여 보관할 수 있었다. 조립식 비행갑판과 스키 점프대를 활용하여 6대의 시 해리어와 2대의 헬리콥터를 운용할 수 있었으며, 운송 컨테이너는 항공기 격납고, 지원 시스템, 인력 숙소, 방어 시스템 및 미사일 탑재 공간으로 활용될 수 있었다.[27] SCADS 개념은 다양한 임무 역할에 맞춰 여러 변형이 고안되었으며, 예를 들어 헬리콥터 작전에 특화된 형태도 있었다.[28] 이는 사실상 제2차 세계 대전 시기 상선 항공모함의 현대적인 개념이라 할 수 있다.
영국 항공우주(British Aerospace)에서 개발한 스카이훅(Skyhook) 시스템은 크레인과 유사한 장비를 사용하여 해리어 점프 제트와 같은 수직 이착륙 항공기를 공중에서 붙잡아 회수하거나 발진시키는 방식이었다. 이 시스템은 프리깃과 같은 비교적 작은 함선에도 설치가 가능하여, 이론적으로는 거의 모든 영국 해군 함선에서 소수의 해리어를 운용할 수 있게 했다. 스카이훅은 항공기의 발진 및 회수뿐만 아니라 신속한 재무장 및 급유 작업도 지원하도록 설계되었다.[29][30] 1990년대까지 일본의 헬리콥터 구축함 함대에 스카이훅을 탑재하여 해리어를 운용하는 방안 등 해외 고객에게 판매가 시도되기도 했다.[31] 가장 야심 찬 제안 중 하나는 러시아의 타이푼급 잠수함과 같은 대형 잠수함에 스카이훅을 적용하여 잠수함 항공모함을 구현하는 것이었다.[32][33]
손더스-로 SR.A/1은 1940년대에 개발된 프로토타입 제트 추진(jet propulsion) 비행정 전투기로, 제트 전투기 운용에 있어 항공모함의 필요성을 없애고자 했다. 세계 최초의 제트 추진 수상기로 평가받는 SR.A/1[39]은 영국과 미국 관리들의 관심을 끌었으며, 관련 기술 데이터가 공유되기도 했다.[34] 그러나 점차 강력해지는 육상 기반 전투기에 비해 경쟁력이 떨어진다는 판단과 해결하기 어려운 엔진 문제로 인해 프로젝트는 결국 중단되었다. 1951년 6월, SR.A/1 프로토타입(TG263)은 마지막 비행을 마쳤다.[35][36]
1950년대 초, 손더스-로는 스키를 장착한 새로운 전투기 설계인 '프로젝트 P.121' 연구에 착수했다. 항공 전문지 ''플라이트(Flight)''는 이를 "손더스-로 하이드로스키"라고 칭했으며, 육상 기반 항공기에 버금가는 성능을 목표로 했다. 하이드로스키를 채택하고 SR.A/1의 비행정 선체 방식을 포기함으로써 동체 설계에 가해지는 공기역학적 제약을 줄일 수 있었다.[37][39] 하지만 이 제안은 공식적인 지원을 받지 못했고, 1955년 1월 29일 회사는 프로토타입 제작을 진행하지 않기로 결정했다.[38][39]
컨베어 F2Y 씨 다트는 바퀴 대신 스키를 장착한 초음속 수상 제트 전투기였다. 1940년대 후반 미국 해군은 초음속 항공기가 항공모함 착륙에 필요한 저속 비행 시 실속(stall)할 위험이 있어 기존 항공모함 운용이 어려울 것으로 우려했다. 씨 다트는 물 위에 착륙한 뒤 크레인을 이용해 함선으로 회수하는 방식을 고려했다. 해군은 또한 씨 다트를 잠수함 항공모함 개념과 결합하는 방안도 검토했다. 특수 제작된 압력 격납고에 최대 3대의 씨 다트를 탑재하고, 잠수함 함교탑 뒤쪽의 엘리베이터를 통해 해수면으로 올려 잔잔한 바다에서는 자체 이륙하거나 파도가 높은 경우 후방에서 사출 발진시키는 방식이었다.[40] 그러나 시험 비행 중 하이드로스키가 이착륙 시 격렬한 진동을 일으켰고, 구조적 결함으로 인한 치명적인 추락 사고까지 발생하면서 프로그램은 결국 취소되었다.
미국 해군은 1940년대 후반 잠수함 항공모함 개념에 상당한 관심을 보였다. 1946년 연구에서는 전략 핵 공격 임무를 위해 2대의 XA2J 슈퍼 새비지 폭격기 또는 4대의 F2H 밴시 전투기를 탑재할 수 있는 길이 약 182.88m에서 약 228.60m에 달하는 대형 잠수함을 구상했다. 또 다른 제안으로는 제2차 세계 대전 시기 잉여 함대 잠수함을 개조하여 더글러스 A-4 스카이호크 공격기의 수상기 모델을 탑재 및 발사하는 방안이 있었는데, 이 수상기 모델은 씨 다트와 유사하게 이륙을 위한 하이드로스키를 장착할 예정이었다.[41]
7. 임무 (영어 문서)
미 해군 항공모함 비행 갑판에서 임무는 다양한 저지 색상으로 표시된다.[42][43][44]
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