설계는 간단하지만 현실화까지 수많은 장벽이 있는 극초음속 스크램 제트 엔진미 항공우주국(NASA)과 미 공군이 개발한 길이 1.8m, 무게 91kg의 GDE-1이라 불리는 스크램 제트(초음속 연소 램제트) 시제 엔진은 제트 연료에 의해 동력을 얻는다.
이 엔진은 오는 2008년 소형 무인 항공기를 시속 8,000km 이상으로 비행할 수 있도록 만들 주역이다.
특히 기존의 제트 연료를 사용하면 이와 같은 극초음속의 성능으로 차세대 장거리 폭격기, 고속반응 순항미사일 등은 물론이고 기존의 100분의 1의 비용으로 우주비행을 실현시킬 수 있는 우주 발사 시스템의 제작이 가능할 것이다.
스크램 제트 시험 엔진은 램제트의 성능과 신뢰성에 바탕을 두고 있으나 엔지니어들에게 스크램 제트는 램제트보다 훨씬 까다롭다.
수십 년 동안 연구 대상이었으나 성공 확률이 극히 저조할 뿐 아니라 대부분이 위험하고 다루기 힘든 수소를 연료로 연소하기 때문이다.
그러나 최첨단 시설을 갖춘 항공 엔지니어링 회사인 GASL사에서 시험 중인 새로운 엔진은 훨씬 더 다루기 쉬운 등유류의 제트 연료인 'JP-7'을 사용하여 시험중이다.
또한 극초음속 환경에서 엔진의 성능에 결정적인 역할을 하는 독특한 냉각 시스템을 가지고 있다.
프래트앤휘트니사의 극초음속 프로그램 책임자 조아킨 캐스트로와 GASL의 자칭 '네스퍼티어스'라는 연구진들은 공동으로 스크램 제트 엔진을 시험하고 있다.
이 최신 엔진에는 연료와 냉각계통에 중대한 진보를 이루어 내면서 광속 또는 최소한 무서울 정도의 속도를 낼수 있다.
스크램 제트는 세상에서 가장 단순한 엔진 개념인 램제트의 연장이다. 램제트 엔진은 흡입, 연소기(버너), 노즐 이렇게 세 섹션 안에 쐐기형 도관으로 구성되어 있다. 비행체가 대기 속도로 날아가면 흡입구로 공기가 밀려든다.
좁아지는 도관은 공기 유입속도를 낮추고, 연소기에 유입되기 전에 압력과 온도를 증가시킨다. 바로 여기서 연료가 추가되고 점화가 일어난다.
노즐에서 뿜어져 나오는 공기는 흡입구로 들어갔던 공기보다 더 빠르고 이것은 전진 방향으로의 추력을 생산하게 된다.
그 형태는 후방에 로켓이 장착된 2단계의 램제트ㆍ스크램 제트 비행기가 될 것으로 추측된다.
이 비행체는 다양한 임무를 띤 기기들을 우주 공간으로 수송하는 역할을 매우 잘 해낼 수 있을 것이다.
위성 발사용의 단순한 로켓부터 군사 작전용 무인 미니 셔틀, 우주비행사를 수송하는 승무원 수송, 우주 정거장 사이에 소량의 화물을 옮기는 일까지 다양한 활약이 가능하기 때문이다.
극초음속 비행기에 탑승하는 것은 조종사들에게 비행기보다는 마치 미사일을 타는 것처럼 느껴질 것이다.
디자인을 살펴보면 측면에 작은 창이 있을 뿐 전면 창이 없다는 것을 알 수 있다.
그 이유는 비행기 전면에서 발생하는 섭씨 1,100℃~1,650도 정도의 열을 견뎌낼 만한 경량의 투명한 재료가 존재하지 않으며, 조종사의 시야가 노즈 너머로 확보될 만큼 조종석을 앞으로 위치시키면 엄청나게 큰 항력을 초래하게 되기 때문이다.
스크램 제트가 개발이 가장 활기를 띈 것은 86년 레이건의 NASP 계획이 발표되면서부터다.
당시에는 우주 공간의 바로 밑자락에서 마하 15∼25사이의 속도로 순항하여 미 동부 해안에서 서부 해안까지 단 12분만에 비행하는 비행기를 그렸었다.
아직도 극초음속 스크램 제트기가 실용화되려면 수많은 장벽을 넘어야 할 것으로 전문가들은 보고 있다.
연성주기자
