마하 5 극초음 여객기, 과연 미친 생각인가?

마하 5 여객기가 왜 그냥 먹힐지도 모르는 미친 생각인가?

 

극초음속 여행:  헤르메우스는 미국 스타트업이 극초음속 여객기를 만드는 것으로, 뉴욕시에서 런던까지 단 90분에 주파한다고 했다.

 

콩코드가 은퇴한 후 거의 20년이 지난 지금 초음속 여행에 대한 관심이 증가하고 있으며 초고속 비행기 몇 대가 개발 중에 있다. 항공사들은 다음과 같이 관심을 보인다. 유나이티드는 이미 이르면 2029년에 초음속 항로를 제공하기로 약속했다.

 

하지만 음속의 5배인 마하 5의 속도로 일어나는 극초음속 여행은 어떨까? 콩코드는 약 3시간, 일반 여객기는 6~7시간 정도 걸리는 데 비해 뉴욕에서 런던으로 가는 항공기는 단 90분 만에 도착할 수 있다.

 

그게 가능할까?

 

극초음속 항공기 개발이 목표인 애틀랜타에 본사를 둔 스타트업 헤르메우스(Hermeus)는 그렇게 믿고 있다. 그것은 이미 새로운 종류의 엔진을 시험하고 있다. 그것은 결국 마하 5 (3,000 mph 이상)에 도달할 수 있을 것이라고 말한다. 

 

이 엔진은 현재 미국 공군을 위해 제작 중인 소형 무인 극초음속 항공기를 위해 설계됐지만, 더 큰 크기로 크기를 조정하면 여객기에 동력을 공급할 수 있게 된다.

 

저 여객기는 멀리 떨어져 있다.  헤르메우스는 2029년 10년이 지나기 전에 첫 번째 시험 비행을 위해 공중으로 띄우기를 바라고 있다. 하지만 그것의 기술은 기초부터 거의 완전히 구축되어야 하기 때문에, 회사는 이미 계획을 세우고 있다.

 

우선, 그것은 현재의 항공기와 심지어 100명 정도의 승객 수용 능력을 가지고 있던 콩코드에 비해 훨씬 작을 것이다.

 

헤르메우스의 AJ Piplica 최고경영자(CEO)는 "항공기 사이즈를 맞추기 위해 기본적으로 항공사 비즈니스 모델을 구축했다"라고 말했다. 이어 "비즈니스 클래스와 일등석 여행객에 집중한 뒤 속도나 운영비 등 일부 변수를 가지고 장난을 쳤다. 거기서 나온 것은 20인승 객실을 갖춘 항공기였다"고 그는 덧붙였다.

 

이는 대형 비즈니스 제트기의 용량에서 멀지 않은 것으로, 이는 한 등급만 존재할 것이라는 것을 의미한다.

 

AJ Piplica는 "우리는 그것이 오늘날의 비즈니스 클래스 가격에서 이익이 될 것으로 기대한다"라고 말하는데, 사람들이 5배 더 빨리 날기 위해 얼마나 많은 돈을 지불할 준비가 되어 있는지 가늠하기 힘들다는 경고가 있다. "왜냐하면, "제품이 출시되고 실제 데이터를 얻기 전에는 그 질문에 실제로 대답할 수 없기 때문이다."

 

그 어느 때보다 빠른 속도

 

NASA X-43A는 공기를 호흡하는 엔진으로 구동되는 가장 빠른 항공기다.

 

비행기의 범위는 약 4,000해리 정도로 뉴욕과 파리 등 대서양 횡단 노선에 충분하지만, 기착이 필요한 LA와 도쿄 등 태평양 횡단 노선은 그렇지 않다.

 

뉴욕과 LA와 같은 육지 상공의 노선은 소음 규제 때문에 문제될 수 없다: 방음벽을 깨뜨리는 것은 큰 붐을 동반하는데, 이것은 보통 물 위에서 일어나야 한다.

 

마하 5 여객기의 아이디어가 얼마나 대담한지를 이해하기 위해서는 비행 속도 기록을 살펴보는 것이 유용하다.

 

엔진을 장착한 항공기 중 가장 빠른 항공기는 마하 9.6(약 6800mph)으로 2004년 NASA X-43A가 세운 기록이다.

이 항공기는 길이가 약 12 피트인 무인 항공기다.

 

이 비행이 몇 초밖에 지속되지 않았기 때문에 마하 5 상공에서 가장 긴 지속 비행 기록은 2013년 마하 5.1(약 3,400mph)로 3분 이상 비행한 또 다른 무인 실험기인 보잉 X-51에 속한다. 

 

두 항공기는 모두 B-52 폭격기에 의해 고도에서 발사된 다음 로켓에 의해 속도를 높여야 했으며, 이는 이러한 종류의 고속 비행의 복잡성을 부각했다.

 

인간이 탑승한 항공기의 경우 현재 절대 속도 기록은 마하 6.7(4,520 mph)로, X-15가 1967년에 세운 기록이다. 기본적으로 좌석이 달린 로켓이었고, 기록을 달성하기 위해 설계되었으며, 또한 B-52에 의해 고도에서 발사되어야 했다.

 

로켓이 아닌 제트엔진에 의해 구동되는 공기호흡기(air-breathing air)의 경우, 단독으로 이착륙할 수 있는 속도 기록은 1976년 군용 정찰기인 SR-71 블랙버드가 세운 '그냥' 마하 3.3(약 2200 mph)이다.

 

상업적으로 비행한 초음속 여객기 2대 중 하나인 콩코드의 최고 속도는 마하 2.04(1,350 mph)이었다.

 

따라서 제안된 헤르메우스 여객기는 현재 최고 속도의 공기호흡기 기록을 큰 폭으로 뛰어넘을 것이며, 마하 5로 장시간 비행함으로써 현재 무인 실험 차량 분야에서 성과를 능가할 것이다(물론, 다른 항공기가 헤르메우스 이전까지 이러한 기록을 능가할 수도 있다). 

 

'자연 기술'

 

헤르메우스(Hermeus)는 엔진에 하이브리드 기술을 사용하고 있다.

 

그렇다면 회사의 초기 초점이 엔진에 맞춰져 있다는 것은 놀라운 일이 아니다. 테스트는 2020년 2월 제너럴 일렉트릭(General Electric)이 제조하고 전투기에 사용하는 기존 모델을 바탕으로 새로운 형태의 엔진 설계를 위해 시작됐다.

 

항공기가 사용하는 것과 유사한 터보제트와 초음속 이상에서만 작동하는 엔진의 일종인 램제트의 두 가지 전통 기술이 혼합된 것이 될 것이다. 당초 이 엔진은 헤르메우스가 미 공군과 6000만 달러 규모의 제휴를 통해 개발하고 있는 날렵한 극초음속 드론 쿼터호스에 동력을 공급할 예정이다.

 

흥미롭게도, 제트엔진이 더 빨리 가도록 설계할 때, 부품은 추가되기보다는 제거된다. 터보제트에서는 공기가 전방에서 들어와 회전날개에 의해 먼저 압축(에너지 전위를 증가시키기 위해)된 다음 연료와 혼합되어 점화된다. 그 결과 발생하는 뜨거운 가스는 엔진 뒤쪽을 통해 분출되어 비행기를 앞으로 밀어낸다.

 

그러나 마하 3 이상에서는 공기를 압축할 필요가 없다. 그것은 단지 너무 속도를 줄여야만 하는 것만으로 엔진에 진입할 때 스스로 압축될 것이다. 

 

따라서 마하 3 이상에서 마하 6까지 속도를 내는 경우, 램제트라고 불리는 엔진 타입이 종종 사용된다. 말 그대로 공기 중으로 회전하기 때문이다. 터보제트와 달리 움직이는 부품이 없지만 마하 3 이하의 속도에서는 전혀 작동하지 않는다.

 

헤르메우스는 이착륙 시 하이브리드 엔진을 터보제트 모드로, 아음속에서도 사용할 예정이다. 그런 다음 엔진이 마하 3에 도달하고 마하 5까지 램제트 모드로 점차 재구성한다.

 

"터보제트 부분과 램제트 부분은 우리가 50년 동안 사용해 온 성숙한 기술이다. 그 비결은 그것들을 조립하는 것인데, 그래서 우리는 기성품 터보제트 엔진을 중심으로 우리만의 건축물을 디자인하고 거기서부터 만들어 낸 것입니다, "라고 Piplica는 말한다.

 

헤르메우스는 극한의 온도를 견뎌야 할 것이다.

 

현재 헤르메우스는 어떤 종류의 지속 가능한 연료를 사용할지, 즉 소비는 현재의 제트기보다 훨씬 더 높을 것이기 때문에, 그리고 극초음속 비행기의 동체가 견딜 수 있어야 하는 극한의 온도 등, 심지어 어떤 종류의 연료도 사용하지 못하고 있는 문제들이 아주 많다.

 

헤르메우스의 예상 속도의 절반 이하로 이동한 콩코드의 속도는 정확하게 온도에 의해 제한되었고, 비행이 끝날 무렵에는 창문과 다른 내부 표면이 촉각으로 따뜻해졌다.

 

반면 SR-71 블랙버드는 극도의 열을 견딜 수 있는 희귀 금속인 티타늄으로 제작해야 했고, 조종석 유리는 임무 중 외부 온도가 600F에 이르는 석영으로 제작해야 했다.

 

헤르메우스의 성공 가능성에 대한 회의론과 잠재적으로 엄청난 양의 자금 지원이 필요하다는 점에 대해 피플리카는 일론 머스크의 스페이스 X와 유추를 꺼낸다.

 

그는 "스페이스 X 초기에도 사람들이 새로운 우주산업에 대해 똑같은 질문을 했다고 생각한다"라고 말한다. "사람들은 궤도에 진입하는 것을 보고, 이것은 10억 달러가 소요될 것이라고 말했지만, 스페이스 X는 팰컨 1과 함께 9천만 달러에 그것을 해냈다."

 

헤르메우스는 스페이스 X가 궁극적으로 행성 간 우주 비행의 비전을 실현하는 동시에 NASA 및 상업 파트너들과 협력하여 수익을 창출하는 팰컨 1, 드래건, 팰컨 헤비, 스타쉽 로켓을 개발한 것과 유사하게 여객기로 가는 도중에 다양한 항공기를 개발하여 자금을 조달할 계획이다.

 

틸 그룹의 항공 분석가인 리처드 아불라피아는 "과거 비슷한 프로젝트가 많이 오고 갔지만 헤르메우스만큼 좋은 것은 없다"라고 말했다. "절대로 잘 되지 않는 것 같군. 만약 그들이 2030년대 후반에 마술처럼 극초음속 교통수단을 만들 수 있고, 티켓 가격이 비즈니스 클래스 범위에 있다면, 그렇다, 그것은 성공적일 것이다. 그러나 이런 일이 일어날 확률은 1%대 어딘가에 있다."

 

극초음속 여객기가 현실화될 경우, 그 위를 나는 것은 어떤 모습일까.

 

"콩코드와 꽤 비슷할 겁니다."라고 AJ  Piplica는 말한다. "여러분은 30초에서 1분 정도 좌석에서 밀리는 느낌이 드는 오늘날의 항공기보다 더 긴 시간 동안 가속을 하게 될 겁니다.

 

"그 경험은 10분에서 12분 정도 지속될 겁니다. 하지만 일단 마하 5에서 10만 피트쯤 올라가면 정말 매끄러운 놀이기구가 될 겁니다. 위로는 항공 교통량이 많지 않고, 대기 상태도 비교적 양호하다고 말했다.