이 거대한 비행물체는? 하이브리드 에어쉽

쥘 베른의 소설 "80일간의 세계일주"을 보면 주인공 필리어스 포그는 80일 내에 세계일주를 끝낼 수 있다고 호언장담하는 바람에 2만 파운드의 내기를 걸고 실제 세계일주에 나서게 된다.

이때 이동하는 수단 중의 하나로 기구가 등장하는 것을 볼 수 있는데, 열기구 (Hot-air Balloon)는 잘 알다시피 풍선 안에 뜨거운 공기를 불어넣어 찬 공기보다 가벼운 상태로 만들면 위로 뜨는 현상을 이용한 비행물체다.

현재의 주요 항공교통 수단인 고정익 비행기가 나타나기 전부터 하늘을 날고자 했던 인간은 각종 방법을 강구했으며 그 중에 실현되었던 것 중의 하나가 이 열기구 형태의 비행물체인 것이다.

고정익의 출현으로 일부 스포츠나 레저 종목으로만 활용되는 것으로 알았던 기구 비행이 다른 한쪽에서는 지속적으로 연구와 발전이 해왔던 것 같다. 기존의 단순한 기구가 하늘을 나는 방향조차 마음대로 콘트롤할 수 없었던 전통적인 방법에서 탈피하여 고정익 비행기의 장점을 일부 받아들여 연구하기 시작한 것이 바로 하이브리드 에어쉽 (Hybrid Airship) 이다.

하이브리드 에어쉽 (Hybrid Airship) 이란 다시 말해 공기보다 무거운 (HTA, Heavier than air: 고정익 혹은 헬리콥터) 비행체와 공기보다 가벼운 (LTA, Lighter than air) 비행체의 특징을 함께 가지고 있는 비행체를 의미한다.

전통적으로 지금까지는 Airship 은 운항비용은 저렴하나 몇가지 제한 사항 즉, 실을 수 있는 무게 제한, 느린 속도, 지상 조업의 어려움, 특히 이착륙 시 바람의 영향 때문에 불안정한 모습 - 산들바람 정도에도 안전한 조업을 위해서는 많은 사람들이 지상에서 대기해야 하는 점 - 으로 인해 실제 상용 비행체가 만들어진 적은 아직 없다.

Hybrid Airship은 HTA (Heavy than air) 성격의 고정익 항공기와 전통적 airship 이 양쪽의 비행체 중간 성격으로 저운항 비용이면서도 어느정도 속도를 낼 수 있다는 점에서 장점을 가지고 있으나, 아직까지 HTA 성격의 항공기보다 제작 단가가 비싸고 결정적으로는 사람이나 화물을 상대적으로 많이 실을 수 없는 단점을 가지고 있다.

또한 아직까지 이착륙 시 콘트롤의 어려움 등 제한사항이 많고, 비행 시에도 공기역학을 제대로 활용할 수 없다는 해결해야 할 과제를 안고 있는 것이 사실이다.


하이브리드 에어쉽 (Hybrid Airship) 발자취

Hybrid Airship 과 전통적 Airship 을 구분짓는 경계는 모호하긴 하지만 대부분의 전문가들은 공기역학(aerodynamics, 空氣力學)의 힘으로 탑재된 무게의 40% 정도를 들어올릴 수 있다면 Hybrid Airship으로 인정하고 있다.

초창기 Hybrid Aircraft - Number 14 < 출처 : Wikipedia.org >

Hybrid Aircraft는 1905년 Alberto Santos-Dumont 에 의해 제작된 Number14 이 첫번째 시도였으며, 이 비행체는 일반 고정익 비행기에 기구(풍선)를 단 형태를 가지고 있었다. 그러나 이 비행체는 성공적으로 움직이지 못했고 결국 Santos-Dumont 는 나중에 이 Number 14 에서 기구를 떼어낸 14-bis 의 비행에 성공하였다. 이것이 세계 최초의 HTA 비행체의 공식 비행이 되었다. 14-bis 의 의미가 14-again 라고 하니 Santos-Dumont 이 얼마나 Number 14 에 대해 애착을 가졌는 지 짐작이 간다.

SkyKitten 에서 2000년에 SkyCat 이라고 불리는 12미터 크기의 Hybrid Aircraft 를 발표했고, 영국의 ATG (Advanced Technologies Group) 는 Lockheed Martins Aerocraft 로부터 차용한 무인 기체비행체를 만들어 내기도 했다.


Lockheed Martin 의 하이브리드 에어쉽, p-791

록히드마틴의 Skunk Works

2006년, Lockheed Martin 은 Skunk Works 를 통해 SkyCat 기술을 이용하여 P-791 이라는 유인 Hybrid Airship 의 실제 상용화 가능성을 보여주었다. 이 비행체는 Hybrid Airship 의 실현 가능성을 보여준 첫번째 테스트였다는 점에서 높이 평가할 수 있다.

P-791 이라는 Hybrid Airship 은 2006년 1월 31일에 처음 테스트 비행이 팜데일 공군기지 42 에서 이루어졌다. 이날 관람자에 의하면 P-791은 택싱 (Taxing: 주기장에서 활주로까지 지상으로 이동하는 것) 하는 과정에서도 360도 회전 등이 자유롭고 짧은 이륙거리, 낮은 고도까지 올라가서의 자유로운 회전반경 등을 보여주었으며 착륙 장면까지 시연했다고 한다. 아래 동영상을 보면 이착륙 장면은 확인할 수 있다.

Lockheed Martin 의 하이브리드 에어쉽 P-791 < 출처 : airliners.net >

이 Hybrid Airship 에 대해 미 국방성은 두가지 측면에서 관심을 가지고 있다고 한다. 하나는 낮은 고도에서 많은 화물을 실어나를 수 있는 지, 또 한가지는 높은 고도에서 바람의 영향을 덜 받으면서 장시간 체공할 수 있는 지에 대한 것이다. 그런 면에서 P-791 은 적지않은 무게를 탑재할 수 있는 실용적 Hybrid Airship 의 전단계  수준이라는 평가를 받고 있다.

< Lockheed Martin 의 P-791 이착륙 장면 : 2006.1.31 >

테스트 비행에서 속도는 약 20노트 정도였으나 최종 완성되면 100노트까지 최대 속도를 낼 것으로 자신했다.

1950년대 후반에 Aereon Corp 에서 처음 시도된 상용 Airship 은 크기가 매우 작았으나 이후 1970년대에 이루어진 테스트에서는 1200 파운드의 무게에 해당하는 사람을 싣고 운항하기도 했다. 영국에선 2000년에 ATG(Advanced Technologies Group)에서 길이 40피트 짜리 무인 SkyKitten 을 시연하기도 했으나 이번 Skunk Works 에서 만큼의 크기는 처음이라고 한다.

동영상을 보면 알겠지만 P-791은 착륙을 위한 랜딩기어로 동물 발(다리) 같은 4개의 쿠션을 이용하고 택싱(Taxing, 지상에서 활주로 이동)할 때는 호버크래프트처럼 지면에서 살짝 떠서 이동한다. 4개의 쿠션은 전반적으로 항공기 착륙 시 탑재화물을 안전하게 운영하는데 효과적이라고 한다.


지상에서의 작업 어려움 해결이 최대 관건

기구체에는 공기보다 가벼운 헬륨 가스로 채워져 있으며 이를 통해 하늘로 떠 오르는 데 기존 비행체 (항공기) 의 약 20% 정도의 힘 밖에 소요되지 않는다는 점은 장점이나 여전히 지상에서의 작업문제, 경제성 등이 걸림돌이며, 여전히 느린 이착륙 속도와 불안전성 또한 아직은 해결되지 않은 단점으로 남는다.

P-791은 꼬리부분에 2개, 사이드에 2개 등 총 4개의 프로펠러를 통해 방향 전환, 추진력 등을 얻는다.
전통적으로 공기보다 가벼운 (LTA, Lighter than air) 비행체는 지상에서 바람으로 인한 움직임으로 사고의 위험성이 높기 때문에 많은 작업 인원을 필요로 한다. Hybrid Airship 은 공기보다 아주 조금 무거운 (HTA, Heavy than air) 상태기 때문에 기존의 것과 크게 다르지 않다. P-791은 주기해 있을 때는 시속 5노트 정도, 택싱(Taxing) 중에는 10노트 정도의 바람에도 영향을 받기 때문에 해당 비행 실험이 일부러 바람이 제법 많은 팜데일 공군기지를 택해 실시했다고 하는데 어느정도 환경에서는 비행 가능한 것으로 보인다.

"Hybrid Airship 은 반세기 동안의 연구 주제였으며, 이제 그 마침표를 찍을 때가 되었다. 우리는 조만간 현실에서 보게 될 것이다." 관련 전문가는 이렇게 주장한다.


Lockheed Martin 의 하이브리드 에어쉽(P-791)이 시현된지 근 2년이 되어간다. 지금쯤은 얼마나 더 발전된 모습일지 자못 궁금하다. 좀 더 획기적인 발전을 이뤄 이전보다 이착륙 시에 좀더 쉽고 안정감있는 에어쉽이라면 실제 화물운송이나 관람용으로 대단히 유용할 것이고 장시간 하늘에 체공할 수도 있으니 예상보다 다양한 용도로 사용할 수 있지 않을까? ^^