핵추진 항공기

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1. 개요
2. 역사
3. 기술적 문제 및 과제
4. 일본의 사례
5. 평가
참조

1. 개요

핵추진 항공기는 핵반응로의 열에너지를 이용하여 추진력을 얻는 항공기를 의미하며, 미국과 소련을 중심으로 개발이 이루어졌다. 1946년 미국 공군의 핵추진 항공기 개발 시작에 따라 소련도 개발에 착수했다. 미국은 콘베어 B-36 폭격기를 개조하여 원자로를 장착하는 실험을 진행했고, 소련은 Tu-95 폭격기를 기반으로 Tu-119 핵추진 실험기를 개발했다. 1950년대에는 NB-36H 폭격기를 이용한 시험 비행이 있었으나 기술적 문제와 안전성, 비용 문제로 인해 개발 계획은 중단되었다. 2018년 러시아는 9M730 부레베스트니크 미사일의 시험 성공을 발표하며 핵추진 기술 개발을 시사했다.

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프로메테우스 계획은 NASA가 태양계 외행성 탐사를 위해 추진했던 계획으로, 소형 원자로를 동력원으로 사용하여 핵 전기 로켓 기술을 개발하고 목성 얼음 위성 궤도선(JIMO)을 포함한 여러 임무를 계획했으나, 높은 비용으로 인해 자금 지원이 중단되었다.

핵추진 항공기
개요
컨베어 X-6의 개략도
유형	항공기
동력	핵분열
역사
개발 시작	1940년대 후반
첫 비행 시도	성공적인 비행 없음
주요 프로젝트	프로젝트 플루토 항공기 핵 추진 계획
특징
장점 (이론적)	극도로 긴 항속 거리 연료 보급 필요 없음
단점	엄청난 무게 방사능 차폐 문제 사고 시 방사능 오염 위험 개발 및 운영 비용
주요 국가별 개발 현황
미국	컨베어 NB-36 크루세이더 컨베어 X-6 프로젝트 플루토 (초음속 저고도 미사일)
소련	Tu-119 Tu-95LAL
관련 용어
관련 용어	원자력 항공기 핵 추진 방사능

2. 역사

1946년 5월, 미국 공군은 핵추진 항공기 개발을 시작했다. 콘베어 B-36 전략 폭격기 2대를 개조해 원전을 장착했는데, 하나는 제너럴 다이내믹스의 직접 공기 냉각 방식, 다른 하나는 프랫 앤 휘트니의 간접 공기 냉각 방식이었다. NB-36H 폭격기는 1955년부터 1957년까지 47차례, 215시간 동안 시험 비행을 했으나, 이후 개발 계획은 취소되었다.^[3]

1958년에는 순항 미사일 동력으로 램제트 엔진의 열원에 원자력을 사용하는 플루토 계획이 시작되어 검증 엔진 "Tory-IIC"가 제작되었지만, 1964년에 중단되었다. 시험 비행 시에는 방사선 측정 장비를 갖춘 대형 기체와 추락 시 현장 봉쇄 병력을 태운 수송기가 함께 비행했다.

소련은 Tu-95 터보프롭 전략 폭격기를 개조하여 소형 원자로를 탑재한 Tu-119로 핵추진 항공기를 시험했다. Tu-119는 쿠즈네초프 NK-14 핵추진 엔진을 탑재하고 1965년에 원자로를 가동하여 첫 비행을 한 것으로 알려졌다.

미야시시초프 M-50 전략 폭격기(모니노 공군 박물관에 유일하게 현존하는 기체)

서방에서는 M-50을 소련의 핵추진 항공기로 오인하기도 했으나, 미국과 마찬가지로 소련에서도 핵추진 항공기는 실용화되지 못했다.

2018년 3월 1일, 블라디미르 푸틴 러시아 대통령은 국정연설에서 9M730 부레베스트니크 미사일의 시험 발사 성공과 핵 엔진의 성능 증명을 주장했다.^[17]^[18]^[19]^[20] 최근에는 자동차보다 작은 욕조 크기의 원자로도 개발되었다.

2. 1. 미국

1946년 5월, 미국 육군 항공대는 항공기 원자력 추진 (NEPA) 프로젝트를 시작했고, 1951년에는 항공기 원자력 추진 (ANP) 프로그램이 이를 대체하여 연구를 계속했다.^[3] ANP 프로그램에는 제너럴 일렉트릭의 직접 공기 사이클 방식과 프랫 앤 휘트니의 간접 공기 사이클 방식, 두 가지 유형의 원자력 제트 엔진을 연구하는 계획이 포함되었다.

ANP는 컨베어가 '''MX-1589''' 프로젝트에 따라 2대의 B-36을 개조하는 계획을 세웠다. 이 중 하나인 NB-36H는 공중 원자로의 차폐 요건을 연구하는 데 사용될 예정이었고, 다른 하나는 X-6가 될 예정이었으나, X-6가 완성되기 전에 프로그램이 취소되었다.^[3]

1956년 1월 31일, 개조된 제너럴 일렉트릭 J47 터보 제트 엔진을 사용하여 원자력 항공기 엔진의 첫 번째 작동이 이루어졌다.^[4] 1961년 케네디 대통령이 의회에 연례 예산 메시지를 보낸 후 항공기 원자력 추진 프로그램은 종료되었다.

오크리지 국립 연구소는 원자력 항공기 엔진을 연구하고 개발했다. 두 개의 차폐된 원자로는 두 개의 제너럴 일렉트릭 J87 터보 제트 엔진에 거의 최대 추력을 제공했다. 두 개의 실험용 원자로, 터보 제트 엔진이 그대로 있는 HTRE-2와 엔진이 제거된 HTRE-3은 아이다호 국립 연구소 남쪽에 있는 EBR-1 시설에 전시되어 있다.

핵 항공기용 실험용 HTRE 원자로 (왼쪽의 HTRE-2와 오른쪽의 HTRE-3)

미국은 새로운 특수 설계 원자력 폭격기인 WS-125에 사용할 엔진을 설계했다. 아이젠하워 대통령은 결국 NEPA를 삭감하고 의회에 프로그램이 시급하지 않다고 말함으로써 프로그램을 종료했지만, 고온 재료 및 고성능 원자로 개발을 위한 소규모 프로그램을 지원했다. 이 프로그램은 케네디 행정부 초기에 종료되었다.

1957년, 공군과 미국 원자력 위원회는 로렌스 방사선 연구소와 계약을 맺고 핵반응로의 열을 램제트 엔진에 적용하는 가능성을 연구했다. 이 연구는 ''플루토 프로젝트''로 알려지게 되었다. 이 프로그램은 초음속 저고도 미사일 (SLAM)이라는 무인 순항 미사일을 위한 엔진을 제공하기 위한 것이었다. 이 프로그램은 두 개의 시험 엔진을 제작하는 데 성공했으며, 이 엔진들은 지상에서 가동되었다. 1961년 5월 14일, 세계 최초의 핵 램제트 엔진인 "Tory-IIA"가 철도 차량에 장착되어 불과 몇 초 동안 가동되었다. 1964년 7월 1일, "플루토 프로젝트"는 시작된 지 7년 6개월 만에 취소되었다.^[5]

미국 공군(USAF)의 WS-125(:en:WS-125, :en:Weapon system 문서도 참조) 연구 개발 계획은 원자력 동력의 전략 폭격기를 최종 목표로 하는 구상으로, 초대형 레시프로 폭격기 (부스터로 제트 엔진도 장착) B-36을 사용한 차폐 성능 검증용 실험기 NB-36H가 실제로 시제 제작되었고, 모의 원자로를 탑재하여 통상 동력에 의한 비행 시험도 이루어졌으나, 데이터 수집만으로 끝났다.

또한, X-플레인 중 하나인 X-6도 B-36의 개조를 검토했다. 기내에 P-1 소형 원자로를 탑재하고, 추출한 열로 J47 개조 X39 원자력 터보제트 엔진 4기를 구동하는 것이다. 열 교환에는 금속 나트륨에 의한 간접 냉각법(고속 증식로에서도 사용)이 처음에는 검토되었지만, 기술상·무게상의 문제로 인해 대기에 의한 직접 냉각법이 차선책으로 부상했다. 이는 흡입한 대기를 노심에 도입하여 열팽창시켜 분사류로 추진하는 계획이었지만, 방사능 오염이 발생하는 등 너무 위험하여 계획만으로 포기되었다.

1958년에는 순항 미사일의 동력을 초기 목적으로 램제트 엔진의 열원으로 원자력을 사용하는 플루토 계획이 시작되어 검증 엔진 "Tory-IIC"도 시제 제작되었지만, 1964년에 포기되었다.

2. 2. 소련

1958년 12월 1일자 ''항공 주간 및 우주 기술](Aviation Week and Space Technology)]''에는 "소련, 핵폭격기 비행 시험"이라는 기사가 실렸는데, 이 기사는 소련이 핵 항공기 프로그램을 크게 발전시켰다고 주장했다.^[9] 기사에는 제안된 레이아웃에 대한 기술 다이어그램과 함께 사진이 실렸는데, 이 사진들은 널리 퍼져 한 회사가 기사에 실린 다이어그램을 기반으로 플라스틱

2. 3. 러시아

2018년 3월 1일, 블라디미르 푸틴 러시아 대통령은 국정연설에서 9M730 부레베스트니크 미사일을 자랑했다. 그는 "2017년 말 러시아 중부 훈련장에서 발사 시험이 성공적으로 이뤄졌으며 비행 도중 핵 엔진은 필요한 추력과 성능을 증명했다"며 "미사일 발사 시험과 일련의 지상 시험으로 전혀 새로운 전략핵무기 개발로 이행할 수 있게 됐다"고 주장했다.^[17]^[18]^[19]^[20]

요즘에는 원자로가 매우 작아져서, 자동차 크기보다 작은 욕조 크기 원자로도 개발되었다. 콘베어 B-36 전략 폭격기 같은 대형 기체에는 버스 크기, 승용차 크기, 욕조 크기의 원자로를 탑재할 수 있다.

2018년 2월, 푸틴 대통령은 러시아가 핵탄두를 장착하고, 공중 및 미사일 방어 체계를 회피하며 지구상의 모든 지점을 타격할 수 있는 새로운 핵 추진 순항 미사일을 개발했다고 밝혔다. 발표에 따르면, 이 미사일의 첫 비행 시험은 2017년에 이루어졌다. 이 미사일은 "순항 미사일의 동체 내부에 장착할 수 있으며, 다른 미사일보다 10배 더 긴 비행 거리를 보장하는 소형 초강력 동력 장치"를 특징으로 한다고 한다. 공개된 영상은 대서양 상에서 방어 시스템을 회피하고, 케이프 혼 상공을 비행한 후 마침내 하와이 북쪽으로 향하는 미사일을 보여주었다.^[21]^[22]^[23] 현재까지 이 주장을 검증할 수 있는 공개적인 증거는 없다. 펜타곤은 러시아가 핵 추진 순항 미사일 시험을 했다는 것을 인지하고 있지만, 이 시스템은 아직 개발 중이며 2017년 북극에서 추락했다고 밝혔다.

러시아 전문가인 랜드 연구소의 연구원은 "내 추측으로는 그들이 허세를 부리는 것이 아니라, 이 미사일을 비행 시험했다는 것입니다. 하지만 정말 놀랍습니다."라고 말했다.^[24] 한 CSIS 연구원은 이러한 핵 추진 미사일은 "거의 무제한의 사거리를 가지고 있으며, 무언가를 타격하라는 명령을 내리기 전에 오랫동안 비행할 수 있습니다"라고 말했다.^[25] 푸틴의 발표와 미사일의 비행 개념을 보여주는 영상은 이 미사일이 플루토 프로젝트와 같은 초음속 램제트가 아니라, 핵으로 가열되는 터보제트 또는 터보팬 엔진을 갖춘 아음속 차량임을 시사한다.

새로운 순항 미사일은 9M730 부레베스트니크(러시아어: Буревестник; "폭풍새")라고 명명되었다.^[26]

3. 기술적 문제 및 과제

핵추진 항공기는 초장시간 체공이 가능할 것으로 기대되었지만, 여러 기술적 문제와 과제가 존재했다. 항공기는 경량화가 필수적인데, 방사선 차폐체의 무게는 이를 어렵게 했다. 또한, 승무원의 피폭, 대기 오염, 추락 시 핵 오염 물질 확산 등의 문제도 해결해야 했다.

미국 공군(USAF)은 WS-125(:en:WS-125, :en:Weapon system 문서도 참조) 계획을 통해 핵추진 전략 폭격기 개발을 추진했다. B-36을 개조한 실험기 NB-36H를 제작하여 모의 원자로를 탑재하고 비행 시험을 했지만, 데이터 수집에 그쳤다.^[5]

X-플레인 중 하나인 X-6도 B-36 개조를 검토했다. 기내에 P-1 소형 원자로를 탑재하고, 터보제트 엔진 4기를 구동하는 방식이었다. 열 교환 방식으로는 금속 나트륨을 이용한 간접 냉각법(고속 증식로에서도 사용)이 검토되었으나, 기술 및 무게 문제로 대기 직접 냉각법이 고려되었다. 그러나 이 방식은 방사능 오염 위험이 커서 계획 단계에서 중단되었다.

1958년에는 플루토 계획이 시작되어 램제트 엔진의 열원으로 원자력을 사용하는 방안이 연구되었다. 검증 엔진 "Tory-IIC"가 제작되었지만, 1964년에 계획이 취소되었다.^[5]

시험 비행 시에는 방사선 측정 장비를 갖춘 대형 기체와 추락 시 현장 봉쇄 병력을 태운 수송기가 동행했다. 1959년에는 방사능 오염 현장 작업을 위한 모빌 매니퓰레이터 (자주식 로봇 팔) 개발이 의뢰되어 비틀이 제작되기도 했다.

소련도 핵추진 항공기를 개발하여 Tu-95 터보프롭 전략 폭격기를 개조한 Tu-119를 시험했다. Tu-119는 쿠즈네초프 NK-12 엔진 외에 쿠즈네초프 NK-14 핵추진 엔진을 탑재했다. 1965년 첫 비행에서 원자로를 가동했으며, 일부 정보에 따르면 48시간 연속 가동에 성공했고 승무원들은 피폭되지 않았다고 한다. 그러나 실제로는 대다수가 수년 내에 사망한 것으로 보인다.

미야시시초프 설계국의 초음속 전략 폭격기 M-50은 서방에서 "소련의 핵추진 항공기"로 오보되기도 했다. 소련은 M-50을 1961년 투시노 항공 쇼에서 공개하며 선전했고, NATO 코드명 "바운더"(Bounder, 건달, 무법자)가 붙여지며 소련의 위협으로 간주되었다. M-50을 핵추진 항공기로 오인한 이유는 불분명하지만, 대형 엔진 배치나 소련 과학 잡지에 게재된 핵추진 항공기 상상도와 유사했기 때문이라는 설이 있다.

결국 미국과 소련 모두 핵추진 항공기 실용화에는 실패했다.

4. 일본의 사례

1956년 긴테츠 아야메이케 유원지에서 열린 "즐거운 생활과 주택 박람회"에서는 다른 항공기들과 함께 관람객이 내부를 견학할 수 있는 "원자력 비행기" 실물 크기 모형이 전시되었다.^[27]

5. 평가

미국 공군은 1946년 5월부터 핵추진 항공기 개발을 시작했다. 콘베어 B-36 전략 폭격기 2대를 개조해 원자로를 장착했는데, 하나는 제네럴 다이내믹스의 직접 공기 냉각 방식이었고 다른 하나는 프랫 앤 휘트니의 간접 공기 냉각 방식이었다.

NB-36H 폭격기는 1955년부터 1957년까지 47차례, 215시간 동안 5명의 인원을 태우고 시험비행을 했지만, 이후 개발 계획은 취소되었다.

2018년 3월 1일, 푸틴 대통령은 국정연설에서 9M730 부레베스트니크 미사일을 자랑했다. 그는 "2017년 말 러시아 중부 훈련장에서 발사 시험이 성공적으로 이뤄졌으며 비행 도중 핵 엔진은 필요한 추력과 성능을 증명했다"면서 "미사일 발사 시험과 일련의 지상 시험으로 전혀 새로운 전략핵무기 개발로 이행할 수 있게 됐다"고 주장했다.

최근에는 원자로가 매우 작아져서 자동차 크기보다 작은 욕조 크기의 원자로도 개발되었다. 콘베어 B-36 같은 대형 기체에는 버스 크기, 승용차 크기, 욕조 크기의 원자로를 탑재할 수 있다.

참조

_[1] 웹사이트 Best bad idea ever? Why Putin's nuclear-powered missile is possible… and awful https://arstechnica.[...] 2018-03-22
_[2] 간행물 Why There Are No Nuclear Airplanes https://www.theatlan[...] 2019-01-20
_[3] 웹사이트 Manned Nuclear Aircraft Program https://media.defens[...] 2021-08-11
_[4] 보고서 Introduction to nuclear propulsion: Lecture 1: Introduction and background 1963-02-26
_[5] 뉴스 U.S. QUIETLY KILLS ITS ATOM MISSILE; Project Pluto Canceled After Outlay of $200 Million https://www.nytimes.[...] 2021-08-11
_[6] 웹사이트 Atomic Airships http://www.historyne[...] John J. Geoghegan
_[7] 서적 The Zeppelin in the Atomic Age: The Past, Present, and Future of the Rigid Lighter-Than-Air Aircraft University of Illinois Press
_[8] 간행물 The Nuclear Powered Airship SAE International 1960-01-01
_[9] 뉴스 Soviets Flight Testing Nuclear Bomber Aviation Week 1958-12-01
_[10] 웹사이트 Modelarchives http://modelarchives[...] 2018-03-02
_[11] 뉴스 Soviet Nuclear Plane Possibility Conceded Aviation Week 1959-01-19
_[12] 웹사이트 AURORA Russian Nuclear Bomber : the Sources http://modelarchives[...] Modelarchives 2018-03-02
_[13] 기타 The 'Planes That Never Flew': The Nuclear Bomber Alba Communications (for Discovery Europe) 2003
_[14] 웹사이트 «120» (Ту-120): Long-range nuclear-powered supersonic bomber https://testpilot.ru[...] testpilot.ru 2019-08-12
_[15] 기타 2004
_[16] 기타 2009
_[17] 웹사이트 Putin Reveals New Russian Nuclear Missile Defense http://www.defensewo[...] www.defenseworld.net 2018-03-02
_[18] 웹사이트 Putin declares creation of unstoppable nuclear-powered missile http://tass.com/defe[...] TASS 2018-03-02
_[19] 뉴스 Putin claims Russia is developing nuclear arms capable of avoiding missile defenses https://www.washingt[...] 2018-03-02
_[20] 웹사이트 Putin says 'no one in the world has anything like' all-powerful nuclear missile https://www.usatoday[...] 2018-03-02
_[21] 뉴스 What Russia's newly announced nuclear systems actually mean https://www.washingt[...] 2018-03-02
_[22] 뉴스 Putin's 'Invincible' Missile Is Aimed at U.S. Vulnerabilities https://www.nytimes.[...] 2018-03-02
_[23] 웹사이트 U.S. Has Been Secretly Watching Russia's Nuclear-Powered Cruise Missiles Crash and Burn http://www.thedrive.[...] thedrive.com 2019-08-12
_[24] 웹사이트 Experts Aghast At Russian Claim Of Nuclear-Powered Missile With Unlimited Range https://www.npr.org/[...] 2018-03-02
_[25] 뉴스 Q&A: Arms Expert Says Putin's Weapons Boasts Look Like 'Overkill' https://www.rferl.or[...] Radio Free Europe/Radio Liberty 2018-03-02
_[26] 웹사이트 New Russian weapons named http://www.janes.com[...] Jane's Information Group 2019-08-12
_[27] 서적 楽しい生活と住宅博覧会朝日新聞社

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