정인석 교수 국제공동연구팀 ‘HyShot III’ 스크램젯 시험비행 성공

마하 7.6! 스크램젯 엔진 로켓 발사 성공
서울대학교 기계항공공학부 정인석 교수님의 항공우주추진연소연구실과 영국 국방연구소 QinetiQ, 호주 퀸즐랜드대, 호주 국방연구소, 미국 공군과학기술연구국, 캐나다 등 5개국의 연구팀으로 구성된 HyShot 3 Program으로 시험되었으며, 비행시험 결과를 공유하게 된다. ‘하이샷(HyShot)Ⅲ’ 국제 공동 연구팀이 지난 25일 호주에서 마하 7로 비행하도록 설계된 신형 제트엔진(스크램젯 엔진) 시험비행을 성공리에 마치는 쾌거를 이룩했다. 정인석 교수님의 팀은 엔진 지상실험과 비행실험에 대한 수치계산과 함께 초음속 흡입공기에 연료를 분사하고 혼합하는 방법을 시험해왔다.

이번 실험의 핵심은 ‘초음속연소 램젯 엔진(Supersonic Combustion Ramjet Engine, 약칭 SCRamjet 엔진)’으로, 연구팀은 이 엔진이 장착된 비행체를 호주의 오리온로켓 끝에 달아 25일 호주 애들레이드 북쪽 우메라에서 발사했다. 이 로켓은 314㎞ 상공으로 올라갔다가 다시 지구로 떨어졌으며, 지상 35㎞ 지점에서 스크램제트 엔진 비행체가 6초 동안 마하 7.6인 시속 9000㎞의 속도로 비행하는 데 성공했다.
정인석 교수님은 이어 HyShot III 팀이 29일에서 30일에 걸쳐 수행한 일본항공우주연구소 (JAXA)의 스크램젯 엔진 비행시험에 관한 내용을 알려주셨다. 물론 여기에서도 정 교수님은 전 과정에 걸쳐 참여하셨다.
일본의 스크램젯 엔진 비행시험은 목표고도 320km에 다소 미치지 못한 258 km까지 상승하였고, 엔진시험부 보호 콘(cone)이 분리되지 않아 로켓의 자세조정 과정에도 문제가 발생하여 약 20%정도 짧은 비행거리를 기록하였다고 한다. 현재 HyShot III 팀은 비행시험 원격전송자료를 분석하여 발생 문제점들의 원인을 규명하는 작업을 수행 중에 있다.


산소통이 필요없는 로켓 - 스크램젯 엔진의 원리
스크램젯 엔진의 구조는 장구를 연상하면 된다. 공기 흡입구는 장구처럼 입구가 넓고 안으로 갈수록 좁아진다. 배출구는 반대로 밖으로 갈수록 넓어지는 형태다. 비행기가 초음속으로 비행하면 흡입구로 들어온 공기 역시 초음속이 되는데, 여기에 연료를 분사하면 자연 발화돼 다시 초음속의 배기가스가 나오게 된다.
이 엔진은 기존 로켓이나 제트기에 비해 구조가 단순하면서도 추력이 세다. 우선 대기 중에서 산소를 얻기 때문에 로켓에 달린 산소통이 필요 없다. 로켓의 무게가 줄어들어 비행속도가 빨라지고 발사비용도 저렴해진다. 따라서 인공위성을 발사할 때 대기권에서는 스크램젯 엔진을 사용하고 산소가 없는 우주공간에서는 기존 로켓엔진을 이용하면 인공위성 발사비용이 지금의 10분의 1로 줄어들 것으로 전망하고 있다.
기존 항공기의 터보제트엔진 역시 산소를 대기에서 얻지만 터빈을 돌려 압축을 해야 하는 한계가 있다. 반면 스크램젯 엔진에 들어온 공기는 비행기가 음속을 돌파하면서 발생하는 V자형 충격파에 자연 압축되므로 터빈이 필요 없다.


“세계 1일 생활권”을 향하여
이번 정인석 교수의 국제 공동 연구팀 HyShot III의 스크램젯 시험비행 성공을 발판으로, 서울에서 로스앤젤레스까지 1시간 안팎으로 주파하는 ‘세계 1일 생활권’의 시대가 도래하리라는 기대를 모으고 있다. 연구팀은 이번 실험에 성공한 뒤 “하이샷이 앞으로 영국과 호주를 2시간 만에 주파할 수 있는 초음속 대륙 간 여객기를 개발하는 데 초석이 될 것”이라고 기염을 토했다.

그러나 이러한 상용화의 단계에 도달하기까지는 물론 보다 많은 시간와 노력을 필요로 하고 있다. 한국항공대 장영근 교수는 “엄청난 속도로 들어오는 공기를 연료와 혼합해 연소를 조절하는 일이 이론과 달리 매우 힘들다”며 “특히 사람이 타는 항공기에 적용하려면 수많은 실험을 통해 안정성을 입증해야 할 것”이라고 지적했다. 정인석 교수 역시 “연소실의 3000도가 넘는 고온을 견딜 수 있는 재료가 개발돼야 하는 등 해결해야 할 문제가 많아 실용화엔 30~40년이 더 걸릴 것”이라고 밝혔다. 대신 대륙간탄도미사일과 같은 군사용으로는 그보다 더 빨리 실용화될 가능성이 높다고 정 교수는 덧붙였다.

우리나라의 현주소
국내에서는 한국항공우주연구원이 차세대 위성운반체에 스크램젯 엔진을 적용하기 위한 기초연구와 지상실험 설비 구축 작업을 하고 있다. 국방과학연구소는 일단 마하 3 정도의 램젯 엔진을 개발한다는 목표 아래 기초연구를 수행하고 있다. 그외 부산대, 충남대, 건국대에서 기초 연구가 진행되고 있다. 정부의 지원이 뒷받침되면 이미 국내에서 개발된 KSR-Ⅲ 로켓으로 수년 내 고흥 외나로도 우주센터에서 스크램젯 엔진 비행체 실험을 단독 수행할 수도 있을 것이란 전망도 나오고 있다.

관련기사 : http://www.chosun.com/economy/news/200603/200603280543.html
(조선일보 2006-03-29일자)

/ 취재 - 학부기자단(MARS) 옥종걸 기자