개발의 역사

미 국방 고등연구개발국(DARPA)은 1993년 미공군과 해병대를 위한 동일 플랫폼의 항공기를 개발하여 개발비와 획득비를 낮출 목적으로 발주한 CALF(Common Affordable Lightweight Fighter) 사업을 시작했다. 이 사업의 기본 골자는 F-16 파이팅 팰컨(Fighting Falcon)이나 F/A-18 호넷(Hornet), AV-8B 해리어(Harrier) II 같은 경량형 전투기를 대체할 스텔스 설계 기반의 5세대 전투기를 도입하는 내용이었다. 특히 CALF 기체는 AV-8 해리어 II를 대체해야 할 목적도 있었기 때문에 기본적으로 단거리 이륙/수직착륙(STOVL: Short-Take Off but Vertical Landing) 개념으로 접근했다. 미공군은 최초 공통 플랫폼의 STOVL화 개념에 동의하지 않았으나, 록히드-마틴(Lockheed-Martin)의 엔지니어인 폴 베빌라쿠아(Paul Bevilaqua, 1945~)가 록히드 측의 개념 설계에서 수직이착륙용 리프트 팬(lift fan)만 제거할 경우 추후 F-22 랩터(Raptor)를 보완하는 기체로 발전할 수 있을 것이라고 설득했기 때문에 입장을 선회했다. 따라서 이 사업은 우선적으로 수직이착륙 기체를 먼저 개발한 후 활주로 이륙 방식을 개발하는 방향으로 진행됐다.

한편, 1993년에는 합동고등공격기술(JAST: Joint Advanced Strike Technology) 사업이 발주됐다. JAST사업본부는 1994년 1월 27일 자로 발족하면서 복잡하게 흩어져 있는 항공기와 무장, 센서를 가급적 적은 숫자로 정리하고자 했다. 하지만 CALF와 JAST사업을 별도로 검토한 미의회는 1994년에 이 두 사업을 하나로 통합할 것을 명령했으며, 이는 합동공격기사업(JSF: Joint Strike Fighter)으로 명명되면서 국방부의 권고로 미 해군도 사업 대상에 새롭게 포함되었다. 미의회의 이러한 시도는 당시 미군 변혁에 대한 관심사 중 하나로 합동성 강화가 꼽혔기 때문이다. 미 의회와 군 관계자들은 이미 동일 플랫폼의 전투기를 썼던 과거 사례 대부분이 성공적이었던 점을 눈여겨보았으며, 통합 전투기를 운용할 경우 양산 비용 절감과 단순화가 가능할 뿐 아니라 군수지원체계 관리도 훨씬 용이해질 것으로 기대했다. 이 과정에서 메릴 맥피크(Merrill McPeak, 1936~) 미 공군참모총장은 오히려 3군이 동일 플랫폼을 쓰도록 강요받아 개발비를 올려놓았을 뿐 아니라, 사업의 난이도도 어렵게 해 놓았다고 격렬하게 비판했다. 한편 이 사업에는 1995년 11월부로 영국정부가 공식적으로 MOU를 체결하고 2억 달러 투자를 약속함으로써 JSF사업의 공식 파트너로 참여하게 되었고, 1997년에는 캐나다 역시 1천만 달러를 투자하면서 사업에 참여하게 되었다.

합동공격기(JSF)사업을 위해 발행한 제안요청서(RFP)에 회신한 업체는 맥도넬-더글러스(McDonnell-Douglas), 노스롭-그루먼(Northrop-Grumman), 록히드-마틴과 보잉(Boeing)의 4개 업체였다. 제안서를 낸 4개 업체는 각자 독특한 설계를 제안했다. 이 중 맥도넬-더글러스는 재(再)가열식 터보팬 엔진과 원격 가스식 리프트 팬을 사용하는 설계 안을 제출했고, 노스롭-그루먼은 추력 편향 노즐(TVE: Thrust Vectoring Nozzle)을 설치한 설계를 제시했으며, 록히드는 F-135-PW-600 엔진을 장착하고 샤프트식 리프트 팬을 설치한 설계 개념을 제시했다. 보잉은 항공기 중심부에 추력 편향 노즐을 설치하고, 주력 엔진으로 F-119-PW-614S를 사용한 기체 안을 제출했다.

미 국방부는 4개 안을 검토한 끝에 1996년 11월 16일 자로 맥도넬-더글러스와 노스롭-그루먼을 탈락시켰으며, 록히드-마틴과 보잉 2개 업체와 시제기 개발 계약을 체결했다. 두 업체는 총 2대의 시제기를 제작하여 통상 이륙방식(CTOL: Conventional Takeoff and Landing) 수직이착륙(VTOL: Vertical Takeoff and Landing) 방식, 그리고 단거리 이륙/수직착륙(STOVL) 방식 세 가지를 시연하도록 주문받았다. 양 사는 개념 시연기 개발비로 총 7억 5천만 달러를 받았으며 절대로 개발을 위해 자비를 투자하는 것을 금지했다. 이는 개발비가 천문학적으로 커지고 있는 상황에서 두 업체가 사업 수주를 위해 무리하게 자비를 붓다가 파산하는 상황을 막기 위한 조치였다. 또한 사업비를 제한함으로써 두 업체가 가급적 낮은 비용으로 생산 및 조립하는 획기적인 기술을 도입하기를 권장하는 측면도 있었다.

개발 단계에서 록히드는 X-35로 명명된 합동공격기 시제기를 내놓아 통상 이륙 방식인 F-35A와 날개 면적을 넓혀 함재기로 운용하도록 설계한 X-35C를 내놓았으며, 추후 수직 이착륙을 위해 X-35A형 동체 중앙에 리프트 팬을 설치하는 개조를 가한 후 X-35B로 명명했다.

한편, 보잉은 각 형상 간에 설계 차이를 최소화함으로써 생산 비용과 수명 주기 비용을 낮추는 방법을 전략으로 삼았다. 보잉은 동체와 일체화된 탄소섬유 재질의 대형 삼각익을 채택했으며, 날개 길이는 9.15m로 하여 리딩 에지(leading edge)에 55도 후퇴각을 주었다. 주익은 날개 면적이 넓었기 때문에 약 9톤의 연료를 저장할 수 있었다. 보잉은 가격 경쟁력을 확보할 목적으로 VTOL형인 B형에 엔진과 분리된 리프트 팬을 설치하는 대신 직접 분사식(direct-lift) 추진 방식을 사용해 항공기의 순항 노즐에서 나오는 추력을 그대로 리프트용 추력으로 돌려서 기체를 띄우는 방식을 사용했다. 이 때문에 X-32의 엔진은 조종석 바로 뒤에 붙어서 설치됐으며, 기체의 무게 중심도 다른 항공기와 다르게 기체 뒤쪽에 두었다.

X-32는 캘리포니아 주 팜데일(Palmdale)의 보잉 공장에서부터 캘리포니아 주 에드워즈 공군기지까지 초도 비행을 실시했다. A형은 활주로를 이용해 이륙했으나 착륙 시에는 항모 착륙 조건(짧은 활주거리)을 충족해 공군/해군 요구도를 모두 맞출 수 있음을 증명해 보였다. 보잉은 이 날 이후 4개월 동안 총 66회의 비행을 실시하며 기체 성능을 검증했으며, 이후 수직이착륙 형상인 X-32B가 2001년 3월 29일 자로 초도 비행을 실시했다. B형 역시 4개월 동안 총 78회의 시험 비행을 소화했다. 보잉은 X-32 시리즈에 “모니카(Monica)”라는 애칭을 부여했으나, 공식적인 명칭은 따로 부여하지 않았다.

X-32 시리즈의 시험 비행은 2001년 7월에 종료했으며, 록히드와 보잉 모두 비행 데이터와 자료를 미 국방부에 제 시간에 제출했다. 이후 미 국방부는 약 4개월 간의 면밀한 심사를 거친 후 2001년 10월 26일 자로 록히드-마틴과 체계 개발 및 시연(SDD: System Development and Demonstration) 계약을 체결함으로써 길고 길었던 JSF사업이 종지부를 찍게 되었다. 이후 록히드-마틴의 X-35는 양산 계약을 체결하면서 F-35 라이트닝(Lightning) II로 명명했다.

이 사업을 실주한 보잉의 군용항공기 부문은 한동안 그 충격 여파에서 벗어나기 힘들었다. 이 사업은 1997년에 맥도넬-더글러스를 합병한 뒤에 진행한 가장 야심 찬 군용기 사업이었던 데다가, 이 시기부터 방산 분야에서 개발 비용과 사업 비용은 천문학적이 된 반면, 이익은 사실상 “승자가 독식하는” 구조가 되었기 때문이다. 이는 JSF사업 초창기부터 제기되었던 문제점 중 하나였으나 해결책이 마련되지 않은 채로 사업이 강행된 측면이 있었다. 특히 입찰에서 최종 패배한 업체는 금전적으로 손해를 보상받을 방법이 없는 구조였기 때문에 재정적으로 엄청난 타격이 불가피했다. 따라서 일부 의원들은 최종 탈락한 업체를 의무적으로 하청업체 형태로 사업에 참여시키는 법안을 추진하기도 했지만 성사되지는 않았다. 또한 JSF사업의 승자는 국제 시장에서 1960년대~1970년대에 판매된 거의 모든 F-16과 F-18을 대체할 가능성이 높았다. 당시 전 세계에 대체가 필요한 것으로 판단된 F-16과 F-18은 최소 3,000대에서 최대 5,000대로 예상됐으며, JSF의 승자는 미공군/해군/해병대가 운용한다는 ‘신뢰성’을 등에 업고 동급 5세대 전투기 시장을 사실상 독점할 가능성이 매우 높았다.

이런 상황 속에서도 보잉은 X-32의 개발을 전략적 투자로 간주했으며, 실제로 이 사업을 통해 다양한 차세대 전투기의 핵심 기술을 개발할 수 있었다. 보잉이 X-32를 통해 개발한 기술은 이후에 등장할 어드밴스드 슈퍼 호넷(Advanced Super Hornet)을 필두로 F-15 어드밴스드 이글(Advanced Eagle) 뿐 아니라 팬텀 레이(Phantom Ray)를 위시한 무인항공기 개발에도 중요한 영향을 끼치게 된다.

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특징

JSF사업 평가에서 X-32와 X-35는 유사한 성능을 보였으므로 비용 요소가 사업 선정의 결정타가 될 것으로 점쳐졌다. X-32는 생산 비용을 낮출 목적으로 동체와 일체화된 삼각익(三角翼)을 채택했고, 미익(尾翼)은 전파 반사율을 낮추기 위해 V자형으로 눕혀 세웠다. 하지만 설계 기간 8개월 중 미 해군 측이 요구도를 변경하는 바람에 나중에 수평 미익을 추가로 설치했으며, 이는 양산기부터 반영될 예정에 있었다.

X-32는 X-35와 달리 샤프트 방식의 리프트 팬을 설치하지 않았으며, 대신 AV-8 해리어와 유사한 방식의 추력 편향 체계를 채택했다. 이는 기존 AV-8에서 사용된 방식을 사용함으로써 개발비를 낮추고, 동체 내부 구조를 단순화하며, 검증이 되지 않은 신기술을 도입하는 리스크를 낮출 목적이었다. X-32는 해리어와 마찬가지로 엔진과 별도의 팬을 설치하는 것이 아니라 엔진에서 나오는 추진력을 바닥으로 방향 전환 시켜서 기체를 띄우는 방식을 채택했다. 반면 록히드는 엔진 노즐에서 발생한 기류가 다시 엔진으로 흘러 들어가는 것을 막기 위해 엔진과 별도의 리프트 팬을 장착하는 방식을 도입했다.

이 방식은 기존 방식보다 비행 안정성이 높았으므로 당연히 평가 단계에서 더 높은 점수를 받을 수밖에 없었다. 보잉의 시도는 리스크를 줄이는 효과는 있었을지 모르나, 결과적으로는 AV-8이 안고 있던 문제를 고스란히 다시 제시했다는 점에서 실책이었다. 또한 스텔스 기체가 동체 바로 정면에 크게 엔진 흡입구를 설치한 점도 논란의 대상이었다. 보잉 측은 흡기구 주변에 레이더 블로커를 설치해 RCS를 낮췄다는 입장이지만, 공학적으로 이 설계는 스텔스성에 불리하게 작용할 가능성이 컸으므로 평가에서 불리하게 작용했을 가능성이 높다. 보잉 측도 양산기에서는 엔진 흡입구의 위치를 변경할 예정에 있었다.

X-32는 통상 비행 시 최대 마하 1.6까지 도달이 가능하며, 내부 무장창 안에는 6대의 암람(AMRAAM) 공대공 미사일이나 두 발의 폭탄을 수납할 수 있다. 항속거리나 RCS(Radar Cross Section) 등은 X-35와 거의 유사하며, 고급 전자 장비를 비롯한 대부분의 항전 장비도 X-35와 동일하게 장착할 수 있었다. X-32의 RCS(Radar Cross Section)은 정확하게 공개된 적은 없으나, X-32의 대부분 스펙이 X-35와 유사했던 것을 고려한다면 X-35/F-35의 RCS인 0.005㎡ 정도일 가능성이 높다.

사실 X-32의 가장 큰 탈락 사유로는 ‘비용 절감’에 목표를 두다가 혁신성과 성능을 놓쳤다는 측면이 가장 큰 것으로 보이지만, 비공식적인 사유로는 부정적인 의미에서 ‘독특한’ X-32의 디자인도 한몫한 것으로 보인다. 전체적인 외양은 조종석 아래 엔진 흡입구 때문에 A-7 코르세어(Corsair)를 연상시키지만, 퉁퉁하게 불거져 나온 동체 하부에 짤막한 삼각익은 어딘가 제비를 연상시킨다. 물론 X-35 쪽도 디자인 측면에서 미려하다거나 미적으로 훌륭하다고 하긴 어렵지만, 두 기체를 놓고 비교한다면 단연 X-35 쪽의 외양이 ‘그나마 낫게’ 보일 정도다. 물론 기체의 미적(美的) 부분이나 설계의 예술성이 점수가 평가에 반영되는 부분은 없지만, 결국 평가도 인간에 의해 이루어진다는 점을 고려한다면 심리적 선호도가 판단에 영향을 끼친 부분도 적지 않았을 것으로 보인다.

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운용 현황

JSF사업은 냉전 종식 후 새로운 미군의 미래를 설계하는 과정에서 탄생한 ‘합동성’ 개념에 중점을 둔 결과물이다. 미국방부는 F-4 팬텀(Phantom) II처럼 3군(해군, 공군, 해병대)이 공통적으로 도입하여 성공한 사례를 보며 합동공격기 사업을 발주했으나, 사실 앞선 사업들은 공통 플랫폼을 제작하여 3군이 채택한 것이 아니라, 각자의 군이 필요에 따라 도입한 항공기가 결과적으로 동일했을 뿐이라는 차이가 있었다. 즉, 아예 기초부터 3군의 요구도를 모두 만족시킬 것을 염두에 두면서 개발한 사례는 JSF사업이 처음이었다고 해도 과언이 아니었다. 이 때문에 JSF사업은 기술적으로 처음부터 달성이 쉽지 않은 사업이었다. JSF사업은 미 국방부가 실시한 사상 최대 규모의 획득 사업이었으며, 가장 논란이 많았던 사업이기도 하다.

사실 합동공격기 사업을 복잡하게 만든 것은 해병대가 강습 상륙함에서 운용하기 위해 VTOL 항공기를 요구했기 때문에 복잡해진 측면이 크다. 최초 요구도 수립 단계에서 VTOL만 제외했던지, 아니면 VTOL용 항공기는 별도 사업으로 분리를 시켰더라면 JSF 사업이 겪은 수많은 난관과 시행착오는 대부분 피할 수 있었을 가능성이 높다.

JSF사업은 합동성에 중점을 두었기 때문에 각 군의 용도에 맞는 운용 방식도 평가에 중요하게 작용했다. 미국방부는 두 대의 시제기를 제작하여 통상 이륙(A), 수직이착륙(B), 함재기(C) 능력을 시연할 것을 주문했는데, 여기서 X-32는 엔진과 리프트 팬이 별도로 나뉘어 있지 않아 설계가 덜 복잡했으므로 한 기체에서 부품만 교환하는 방식으로 전환이 가능하게 설계했다. 이 때문에 보잉은 최초 한 대의 시제기의 파트만 교환하여 성능을 입증하고자 했는데, 이 방식은 역으로 평가 과정에서 X-32에게 불리하게 작용했다. X-32는 용도에 맞춰 전환시키는데 시간이 걸린 반면, X-35는 처음부터 A, B, C형이 구분되어 있었기 때문에 파트 교환을 위한 시간을 소요하지도 않았고, 각 형상의 특화된 성능에 집중할 수 있었기 때문이다.

물론 JSF사업 실주는 보잉에게 큰 타격이었지만, 그렇다고 수주 이후 록히드-마틴이 장밋빛 카펫 위로만 걸어 다닌 것도 아니다. 록히드-마틴은 이후 10년 가까이 비행 시험과 재설계를 반복했고, 양산 단계에서 비용이 초과되었으며, 진행 과정 중 금융위기의 타격 때문에 사업 전체가 휘청대기도 했다. 심지어 언론은 F-35가 근접전에서는 F-16에도 밀린다는 기사를 반복해서 내보냈고, 얼마 후에는 스텔스성에 대한 회의론도 일어나 록히드-마틴을 괴롭혔다. 물론 X-32가 선정됐더라도 이 문제들을 피해 갈 방법은 없었을 것으로 보이나, 두 거대 방산업체가 사활을 걸고 덤벼들어 치열한 경합을 치른 지상 최대의 방산 사업 치고는 너무나 가혹한 가시밭길이었다.

보잉이 제작한 단 두 대의 시제기는 JSF사업 탈락과 함께 각각 미공군박물관과 해군항공박물관으로 이관되어 전시 중에 있다.

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파생형

X-32A: 통상 이륙방식(CTOL)으로 제작된 기술 시연기. 현재 오하이오 주 데이턴(Dayton, OH)에 위치한 미공군박물관에 전시 중이다. JSF사업이 끝난 후 야외에 수년 간 방치되어 있었기 때문에 기체 상태가 좋지 못한 것으로 알려졌으나, 현재에는 실내로 옮겨졌고 곧 복원 작업에 들어갈 예정이다.

X-32B: 수직이착륙(VTOL)용으로 제작된 형상. 2005년 메릴랜드 주의 파투센트(Patuxent) 강 해군항공박물관으로 이전됐으며, 2009년 6월부터 박물관 내 복원 시설에서 기체 복구를 마친 후 전시 중에 있다.

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제원

- 종류: 시험용 스텔스 전투기 
- 제작사: 보잉
- 승무원: 1명
- 전장: (X-32A) 13.72m; (X-32B) 13.8m
- 날개 길이: (X-32A) 10.97m; (X-32B) 9.14m
- 전고: 5.28m
- 날개 면적: (X-32A) 54.8㎡
- 최대 이륙중량: 17,200kg
- 추력 체계: 28,000파운드 급 프랫 앤 위트니(Pratt & Whitney) F119 파생형 터보팬 엔진 X 1
- 최고속도: 마하 1.6
- 비행 범위: (미 공군용) 1,575km/(미 해군용) 1,389km/(미 해병대용) 1,112km (내장 연료 기준)
- 실용 상승한도: 15,240m
- 기본 무장: 20mm M61A2 기관포 혹은 27mm 마우저(Mauser) BK-27 기관포
- 내부 무장: AMRAAM 공대공 미사일 X6 혹은 AMRAAM X2 + 900kg 급 유도폭탄 X 2
- 외부 무장: 최대 6,800kg의 유도 미사일/대(對)방사 미사일, 공대지 미사일, 외부 연료탱크 등

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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.