입력 : 2018.07.11 08:52

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[무기백과]

YF-23 블랙 위도우 II

적수를 잘못 만난 아쉬운 걸작

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YF-23 블랙위도우 II 시제기 1,2 번기 <출처: 미 공군>

개발의 역사

1978년, 정찰 위성을 통해 소련의 Su-27 (NATO 코드 네임 “플랭커”)과 MiG-29 (NATO 코드 네임 “펄크럼”)의 시제기를 처음 포착한 미국은 두 기체의 설계를 보고 충격에 빠졌다. 두 기체의 역학설계 방식으로 볼 때 당대의 미 공군 전투기가 소련 기체를 상대로 누리던 기동성의 우위가 깨질 가능성이 컸기 때문이다. 이에 미 공군은 1981년 국내 업체에 정보요청서(RFI: Request for Information)를 발행하면서 F-15 이글(Eagle) 기체를 대체할 고등 전술 전투기(ATF: Advanced Tactical Fighter)의 개발 가능 여부를 타진했다. 미 공군은 다수의 기업이 ATF 사업에 참여할 의사를 보임에 따라 본격적으로 제안요청서(RFP: Request for Proposal)를 발행했으며, 미 해군 또한 F-14 톰캣(Tomcat)을 대체기로 ATF 선정 기체를 해군용 형상인 해군 고등 전술 전투기(NATF: Navalized Advanced Tactical Fighter)로 개조하겠다는 의사를 밝혔다. 이 사업은 공군의 ATF 사업으로만 총 750대, 해군의 NATF 사업으로만 546대가 걸려있었기 때문에 총 대수가 무려 1,296대에 달하는 초대형 사업으로 커졌다.

1982년 ATF 사업에 제시된 19개 모델로 1~12번이 공대공, 13~19번이 공대지 임무 수행을 위한 설계다. <출처: 미 공군>
1986년 7월까지 제안서를 제출한 기업은 총 6개 기업으로, 이들은 각각 록히드(Lockheed), 보잉(Boeing), 제네럴 다이내믹스(General Dynamics), 맥도널-더글러스(McDonnell-Douglas, 1997년 보잉에 합병), 노스롭(Northrop), 그루만(Grumman, 1994년 노스롭에 합병), 락웰(Rockwell) 등이었다. 하지만 입찰이 시작되자 그루만과 락웰은 입찰을 철회했으며, 록히드-보잉-제네럴 다이내믹스는 컨소시엄을 결성하면서 3사 설계 중 하나라도 선정되면 공동 개발을 실시하는 쪽으로 선회했다. 이에 대응하기 위해 남은 업체인 노스롭과 맥도널-더글러스 또한 팀을 결성하면서 ATF 사업은 사실상 두 컨소시엄의 대결이 되었다.
노스롭-맥도널 더글러스의 YF-23 블랙 위도우 II. <출처: 미 공군>
1986년 10월, 록히드와 노스롭의 설계가 최종 후보로 선택되면서 개발, 시험비행, 시제기 생산까지 총 50개월이 주어졌다. 또한 두 회사가 제출한 기체에는 시험기를 의미하는 “Y”를 붙여 YF-22와 YF-23으로 명명되었다. 두 기체는 모두 미 공군의 요구도인 높은 생존성과 초음속 순항(Super Cruise: 애프터버너 사용 없이 가속하여 음속을 돌파할 수 있는 능력), 스텔스(stealth) 설계, 간편한 유지관리를 충족하는 기체로 개발되었다. 노스롭은 이전에 B-2 스피릿(Spirit) 스텔스 폭격기와 F/A-18 호넷 전투기를 공동개발한 전력이 있었기 때문에 이 경험을 이용해 레이더 회피와 적외선 피탐지 설계를 YF-23에 반영하고자 했다. 미 공군은 ATF 기체가 착륙 후 610m 내에서 활주를 정지하도록 요구했으므로 엔진에 역추진장치를 설치하려 했으나, 1987년경 요구 거리를 610m에서 910m로 변경됨에 따라 역추진장치 설치는 취소되었다. 덕분에 엔진 배기구를 더 작게 바꿀 수 있었으므로 레이더 피탐지면적(RCS: Radar Crossing Section)을 더 줄일 수 있었다.
행거 앞에 주기 중인 YF-23. <출처: 미 공군>
기체번호 87-0800번을 부여받은 YF-23 시제기 1번기, 통칭 PAV-1은 프랫 앤 위트니(Pratt & Whitney)사의엔진을 달고 1990년 6월 22일자로 출고됐으며, 8월 27일자로 초도 비행을 실시해 50분 가량 비행하면서 마하 1.43에 도달했다. 제네럴 일렉트릭(General Electric: GE)사의 엔진을 설치한 시제기 2번기인 87-0801기, 통칭 PAV-2는 10월 26일자로 첫 비행을 실시해 마하 1.6까지 도달했으며, 이들 기체에는 블랙 위도우(Black Widow: ‘흑색 과부 거미’) II라는 이름이 명명되었다. 이는 노스롭이 2차 세계대전 중 양산했던 야간 전투기인 P-61 “블랙 위도우”의 이름을 계승하는 의미를 담고 있었다. 두 기체는 시제기는 시험 비행을 실시하면서 별명으로 각각 “스파이더(PAV-1)”와 “그레이 고스트(PAV-2)”라는 애칭이 붙었다. YF-23은 레이더 피 탐지 면적을 줄이기 위해 YF-22와 마찬가지로 내부무장창을 설치했으며, 시험비행 과정에서 몇 가지 미사일을 장착해보기는 했으나 발사시험까지는 실시하지 못했다. 두 대의 YF-23 시제기는 시험비행 기간 중 총 50회의 비행을 65.2시간 실시했다. 전반적인 평가에 따르면 YF-23쪽이 더 RCS가 낮고 속도가 빨랐지만, 기동성 측면에서는 YF-22 쪽이 더 우수한 것으로 나타났다.
함께 비행 중인 YF-23 시제기 1번기(PAV-1)와 2번기(PAV-2)의 모습. 우측의 짙은 색 기체가 1번기이고, 좌측의 옅은 색 기체가 2번기이다. <출처: 미 공군>

두 컨소시엄은 1990년 12월자로 시험평가 결과서와 최종 제안서를 제출했고, 도널드 라이스(Donald B. Rice, 1989~1993) 미 공군장관은 1991년 4월 23일자로 YF-22를 우선협상대상자로 선정했다. 미 해군은 ATF 승자가 선정되면 해당 기체를 해군용으로 개조할 계획이었지만 1992년 NATF 계획을 폐기하면서  해군용 기체는 개발되지는 않았다. YF-22는 정식으로 미 공군에 채택되며 F-22가 되었고, “랩터(Raptor)”라는 별칭이 붙게 되었다.

YF-23은 성능 면에서 F-22보다 앞서는 부분도 있었을 뿐 아니라 미래적인 디자인 때문에 블랙 위도우 II가 사장된 것을 아쉽게 생각하는 의견들이 많다. 또한 현존하는 최고의 전투기인 F-22와 대등하게 경합을 벌였지만 양산되지 못하고 사라졌다는 점 때문에 신비성이 더해진 경향도 크다. 한 때 제조사인 노스롭-그루먼(Northrop-Grumman)이 YF-23을 원형으로 한 폭격기의 개발을 고려했다가 무산되었는데, 어쩌면 시대와 요구만 맞는다면 조금 다른 형태로 블랙 위도우 II를 다시 보게 될 날이 올지도 모른다.

YF-23 소개영상 <출처: 유튜브>

특징

날카로운 각을 자랑하는 F-22와 달리, YF-23은 납작하면서도 살짝 둥글둥글한 외양을 갖고 있으며, 블렌디드 윙 바디(Blended Wing body)가 적용된 마름모꼴 모양의 동체로 설계되었다. 전면 디지털식으로 초 현대화된 조종석은 시야각을 넓게 설계한 것이 특징이며, 조종석에는 센터 스틱과 사이드 스로틀(throttle)이 설치되어 있다. 또한 두 개의 미익은 중심에서 바깥쪽을 향하면서 50도 가량 누워있는 형태로 설계되었는데, 이는 레이더 반사 면적을 줄이기 위한 목적이다. 기체의 피치(pitch) 움직임은 이 V형 미익이 움직이면서 V자 각도를 줄이거나 넓힘으로써 통제가 가능하다. 또한 디지털 비행제어(“플라이-바이-와이어”)를 채택해 수평 미익을 없앤 점도 YF-23 만의 독특한 점이다. 최초 계획에서 해군용인 NATF 기체는 카나드(canard: 귀날개)를 설치하고 ATF 용에서만 카나드를 제거하려 했으나, 결과적으로는 카나드가 없는 ATF 형상만 두 대의 시제기가 만들어졌을 뿐이다. YF-23에는 에어 브레이크가 별도로 설치되지 않은 대신, 양쪽 주익의 플랩을 아래로 향하고 에일러론(aileron)을 위로 향하게 하여 에어 브레이크의 기능을 대신한다.

옆에서 본 YF-23의 모습. 납작한 동체와 수평미익이 없는 설계가 특징적이다. <출처: 미 공군>

YF-23은 ATF 사업 중 F-22 랩터보다 더 스텔스 성이 뛰어나다고 평가 받았지만, 블랙 위도우 II의 정확한 RCS는 공개되지 않았기 때문에 구체적인 성능은 알 수 없다. 하지만 F-22의 RCS가 0.0001~0.0006㎡으로 알려졌기 때문에 이를 토대로 대략적인 추측만 가능하다. 일각에 떠도는 통설에서는 애프터버너를 사용한 YF-23의 최고속도가 YF-22를 앞섰다는 말이 있으나, 마하 2.2 속도 이상 비행을 하게 될 경우 기체 겉면에 발라진 스텔스 도료(RAM: Radar-Absorbing Material)가 마찰열로 영향을 받기 때문에 두 기체의 최고속도는 비슷했던 것으로 알려져 있다. 하지만 애프터버너를 사용하지 않을 경우 최고속도에서는 YF-23 쪽이 미묘하게 앞섰으며, 항속거리 면에서도 YF-22를 상회했다.

마름모꼴 모양인 엔진 흡입구는 각각 주익 아래에 달려있으며, S형 덕트(S-Duct)를 채택해 흡입구와 엔진 연소구를 연결하는 관을 S형태로 꼬았다. 이는 레이더 전파가 엔진 축류 압축기(axial compressor)에 도달하는 것을 막아 레이저 피 탐지율을 줄일 목적으로 채택되었다. 두 대의 시제기에는 각각 프랫 앤 위트니(Pratt & Whitney) 사의 YF-119 엔진과 제네럴 일렉트릭(General Electric: GE)사의 YF-120 엔진이 설치되었다. 35,000파운드 출력을 자랑하는 두 엔진은 YF-22와 YF-23 모두에 설치되었으며, YF-119쪽의 힘이 떨어진다는 평이 있었음에도 생산성 측면 때문에 YF-120엔진을 제치고 ATF 엔진으로 채택되어 오늘날 F-22의 F-119-PW-100 엔진이 되었다.

YF-23의 뒷면. 위로 뚫린 엔진, 그리고 급격한 각도로 누워있는 미익이 독특하다. <출처: 미 공군/미 공군 국립 박물관>
YF-23에 설치된 엔진은 YF-22와 달리 추력 변향 엔진을 채택하지 않고 고정식 노즐을 사용했으나 두 기체의 받음각(AOA: Angle of Attack)은 유사했다. YF-23의 엔진에서 배출된 열은 방열타일을 따라 만든 홈을 따라 흘러 나가면서 소멸되도록 했기 때문에 아래에서 위로 올려보는 지대공 적외선 미사일에 탐지될 가능성을 낮췄다. 레이더는 240km 바깥에서 1㎡ 물체를 탐지하는 AN/APG-77 능동형 전자주사식 레이더(AESA)가 YF-22와 YF-23 모두에 시험 목적으로 설치되었으며, YF-22가 ATF 사업을 수주하자 F-22에 정식으로 채택되어 AN/APG-77v1이 되었다.
YF-23 계기판 모습 <출처: Wikimedia Commons>
YF-23은 이미 최첨단 항공기로 개발되었기 때문에 개발비용이 적지 않게 투입되었으나, 그 와중에서도 최대한 가격을 낮추기 위해 기존에 개발된 상용품을 다수 활용했다. 대표적으로 활용된 것은 F-15 이글(Eagle)의 기수 쪽 랜딩기어, F/A-18 호넷(Hornet)의 양쪽 랜딩기어 구성 부품 일부, F-15E 스트라이크 이글(Strike Eagle)의 앞쪽 조종석 구성품 등이다.
YF-23 비행 영상 <출처: 유튜브 채널>

운용 현황

1991년에 발표한 ATF 사업에서 노스롭의 YF-23이 탈락한 사유에 대해서는 아직도 뒷말이 무성하다. YF-23의 탈락에는 당시 노스롭에 대한 미 국방부의 분위기가 지대한 영향을 끼쳤다. 노스롭은 B-2 스피릿(Spirit) 스텔스 폭격기를 납품하면서 심각하게 비용이 초과됐으며, 앞선 사업에서도 개발비용이 초과됐던 사례가 있었기 때문에 미 공군은 노스롭의 사업 관리 능력을 의심하였다. 게다가 파트너 업체로 참여한 맥도널-더글러스도 B-2 뿐 아니라 A-12 해군 공격전투기 사업으로 미 공군과 심각한 갈등을 일으킨 바가 있었으므로 전반적인 상황 자체가 노스롭 컨소시엄 측에 불리하게 돌아갔다.

위에서 내려다 본 YF-23의 모습. 해당 기체는 시제기 1번기인 0800번 기체다. <출처: 미 공군>

심지어 존 코니어스(John Conyers, 1929~) 하원의원(민주당/미시건 주)은 LA 타임즈와 인터뷰에서 이렇게 말하기도 했다. “구체적으로 공군이 어떻게 ATF 업체를 선정했는지 까지는 모른다. 하지만 노스롭이 테스트 기록을 허위로 작성하고, 계약을 지연시켜 지체상금(遲滯償金)을 납부한 과거 이력 때문에 공군 측에서 꽤 오랫동안 고민한 것으로 안다.”

바꿔 말하자면, ATF 사업에 참여한 YF-22나 YF-23 모두 공군의 요구도를 한참 뛰어넘은 ‘오버 스펙’ 기체였으므로 항공기 자체와는 관계없는 요소가 최종 선정을 가르는 기준이 된 경향이 강하다. 우선 앞서 말한 바와 같이 정치적인 이유가 한 몫을 했고, 두 번째는 해군의 의견이 YF-23 쪽에 불리하게 작용했다. 미 해군은 사업 말미에 NATF를 취소해 ATF 사업에서 멀어졌지만, 평가 중간까지는 사업에 깊숙이 참여해 결심 수립에 중요한 역할을 맡았다. 해군이 YF-23보다 YF-22를 선호한 이유는 함상운용 때문이었는데, 마름모꼴 형태에 동체가 크고 날개를 접을 수 없는 설계인 YF-23은 항모에 수납하기 곤란했으므로 해군은 YF-22쪽을 더 선호했다.

YF-23 앞에서 포즈를 취한 노스롭 임직원들. <출처: Northrop Corporation>
세 번째는 노스롭 측이 요구도 충족에만 집중을 한 반면 록히드는 실제 공군 전투사령부와 일선 조종사들이 ‘정말 원하는’ 바를 파악하기 위해 찾아다녔다는 점이 명운을 갈랐다. 일단 이론적으로는 YF-23의 속도와 스텔스 성능이면 공군이 요구한 모든 임무를 충분히 소화할 수 있었지만, 이 때 까지만 해도 미 공군은 ‘스텔스’ 기술을 신뢰하지 못했다. 따라서 미 공군은 적기와 접전 가능성을 염두에 두고 높은 기동성을 갖춘 기체를 원했다. 록히드가 YF-22에 추력 변향 엔진을 채택한 가장 결정적인 이유가 이것인데, 엔진 노즐을 자유자재로 움직이며 기존 전투기가 보일 수 없는 기동능력을 자랑하는 YF-22는 공군 관계자들을 매료시키기에 충분했다.
록히드-보잉-제네럴 다이내믹스 팀의 YF-22와 함께 비행 중인 노스롭-맥도널 더글러스 팀의 YF-23. <출처: 미 공군>
하지만 성능 자체로는 YF-23이 YF-22에 비해 크게 밀리지 않는 것으로 평가받았다. 우선 YF-23 쪽이 훨씬 뛰어난 초음속 순항(super cruise) 능력을 보였다. 스텔스 성능 역시 YF-23이 YF-22보다 뛰어난 것으로 평가받았으나, YF-22도 이미 RCS 수준이 0.0001~0.0006㎡으로 충분히 낮은 수치이기 때문에 그보다 더 RCS가 높고 낮음을 따지는 것은 큰 의미가 없다는 의견도 있었다. 기동성은 YF-23이 조금 쳐졌다는 평가는 있었으나 비행 속도가 매우 낮을 때에나 현저한 차이가 나는 수준이었고, YF-22와 YF-23 모두 트림(trimmed) 공격각이 60도였는데, YF-23은 심지어 추력 변향(推力變向, Thrust-vectoring)엔진을 쓰지 않음에도 이 각도까지 도달할 수 있었다. 물론 YF-23은 양산된 적이 없기 때문에 개발이 완료된 양산형 F-23이 F-22 랩터에 비해 어떤 수준의 성능을 보였을 지는 모두 가정에 불과하나, 공군성은 YF-22 쪽의 기술수준이 더 높고, 기술적 리스크가 낮으며, 사업 관리계획이 더 효율적이라는 이유를 들어 YF-22를 채택했다.
공중 급유 중인 YF-23. <출처: 미 공군>
결과적으로 요약하자면 YF-23의 결정적인 패인은 고객관리와 마케팅의 실패로 귀결된다. 만약 YF-23이 양산에 들어가 F-23으로 채택되었다면 오늘날 F-22를 상회할 수 있었느냐가 많은 전문가들의 관심사인데, 사실 기체 자체는 두 기종 모두 뛰어나게 우수한 기체였기 때문에 큰 차이는 없었을 것으로 보고 있다. 일각에서는 스텔스 기술이 안정화 및 보편화 된 지금 시대에서는 오히려 F-23쪽이 더 유리했을 것이라는 의견도 있으나, 이 모든 것은 가정에 불과하다.
오하이오 주 데이튼의 미 공군 국립박물관에 전시 중인 YF-23 1번기. <출처: 미 공군>
YF-23의 제조사인 노스롭은 1994년경 그루먼을 합병하면서 노스롭-그루먼이 되었으며, 2004년 미 공군이 차기 폭격기를 인도받기 전까지 임시로 운용할 기체 도입을 고려하자 YF-23 설계를 바탕으로 한 폭격기 형상을 제안했다. 이 때 록히드-마틴(Lockheed-Martin)도 F-22 랩터에 기반한 FB-22를 제안했고, 락웰 인터내셔널(Rockwell International)은 기존의 B-1 랜서(Lancer) 폭격기를 업그레이드한 B-1R 폭격기를 제안했다. 만약 사업이 계속 진행됐다면 YF-23이 선정 됐을 가능성이 꽤 높았던 것으로 보이나, 2006년 4년주기 국방검토보고서(Quadrennial Defense Review)가 발행되면서 미 공군이 더 먼 거리를 비행할 수 있는 장거리 폭격기의 도입 쪽으로 방침을 바꿔버려 임시 도입 폭격기 사업 자체가 취소됐다.
미 공군 국립박물관 내 복원용 행거에 주기되어 있는 YF-23의 모습. <출처: 미 공군>
미 공군은 대신 직접 차기 폭격기 사업(NGB: Next-Generation Bomber) 사업으로 이동했다가 다시 장거리 타격 폭격기(Long-Range Strike Bomber)사업, 혹은 LRS-B 중폭격기 사업으로 승계됐다. LRS-B의 우선협상대상자는 2015년 10월 27일자로 노스롭-그루먼이 선정되었다. 해당 기체는 2차 세계대전 당시 진주만 공습의 보복작전으로 도쿄(東京) 공습을 실시한 제임스 둘리틀(James A. Doolittle) 중령의 ‘둘리틀 기습대’를 기리는 의미로 B-21 레이더(Raider: ‘기습자’라는 의미)로 명명됐다. 미군은 2030년 경쯤 F-22의 후계기종 도입을 고려하고 있는데, 이 때 다시 F-22와 YF-23의 후계기종이 진검승부를 펼치게 될지도 모른다.
YF-23 소개 비디오 <출처: 유튜브>

파생형

YF-23A 블랙 위도우 II: ATF 사업을 위해 개발한 시제기. 총 2대가 생산됐으나 양산으로는 넘어가지 못했다. ATF 사업 탈락 후 엔진만 제거하여 미 항공우주국(NASA)의 드라이덴(Dryden) 비행 시험센터로 이관했으며, NASA는 이들 기체를 연구용으로 운용하려 했으나 실제로는 한 번도 사용되지 않았다. 현재 시제기 1번기(PAV-1)는 오하이오 주 데이튼(Dayton, OH)에 위치한 미 공군 박물관에 전시 중이고, 2번기(PAV-2)는 캘리포니아 주 토렌스(Torrence, CA)의 서부 비행 박물관에서 전시 중이다.



제원

- 종류: 스텔스 전투기 기술실증기
- 제조사: 노스롭/맥도널-더글러스
- 승무원: 1명
- 전장: 20.6m
- 전고: 4.3m
- 날개길이: 13.3m
- 날개면적: 88㎡
- 자체중량: 13,100kg
- 적재중량: 23,327kg
- 최대이륙중량: 29,000kg
- 추력체계: 35,000파운드급 프랫 & 위트니(P&W) YF119 에프터버너 터보팬 엔진 X 2 (1번기)
                  35,000파운드급 제네럴 일렉트릭(GE) YF120 애프터버너 터보팬 엔진 X 2 (2번기)
- 최고속도: 마하 2.2+
- 초음속 순항속도: 마하 1.6+
- 항속거리: 4,500km+
- 전투반경: 1,380~1,480km
- 실용상승한도: 19,800m
- 날개하중: 265kg/㎡
- 추력대비중량: 1.36
- 내부무장: 20mm M61 벌칸(Vulcan) 기관포  x 1 (내장)
- 무장 (실제 장착한 적은 없으나 설계상 통합 가능):
ㄴ AIM-120 AMRAAM 고급 중거리 공대공 미사일 x 4발
ㄴ AIM-7 스패로우(Sparrow) 중거리 공대공 미사일 X 4발
ㄴ AIM-9 사이드와인더(Sidewinder) 단거리 공대공 미사일 x 2발
- 대당 가격: 불명



저자 소개

윤상용 | 군사 칼럼니스트
예비역 대위로 현재 한국국방안보포럼(KODEF) 연구위원으로 활동하고 있다. 미국 머서스버그 아카데미(Mercersburg Academy) 및 서강대학교 정치외교학과를 졸업했으며, 동 대학 국제대학원에서 국제관계학 석사학위를 받았다. 육군 통역사관 2기로 임관하여 육군 제3야전군사령부에서 군사령관 전속 통역장교로 근무했으며, 미 육군성에서 수여하는 육군근무유공훈장(Army Achievement Medal)을 수훈했다. 주간 경제지인 《이코노믹 리뷰》에 칼럼 ‘밀리터리 노트’를 연재 중이며, 역서로는 『명장의 코드』, 『영화 속의 국제정치』(공역), 『아메리칸 스나이퍼』(공역)가 있다.