개발의 역사

‘무인전투체계’의 시작, J-UCAS 사업

미국의 국방 고등연구사업국, 통칭 다르파(DARPA: Defense Advanced Research Projects Agency)는 미 해군과 공군의 합동 사업으로 무인 전투체계, 통칭 J-UCAS(Joint Unmanned Combat Air Systems) 사업을 발주하면서 사업 참여 업체로 보잉(Boeing)과 노스롭-그루먼(Northrop-Grumman)을 선정했다. 다르파가 지휘하는 사업의 성격 상 이 사업은 군이 관심을 갖는 개념증명(Proof-of-Concept)기 개발에만 집중했으며, 향후 군이 도입까지 희망할 경우에는 별도로 양산에 들어가게끔 했다. J-UCAS 사업에 참여한 보잉은 X-45A(이후 “팬텀 레이[Phantom Ray]”로 개발)를, 노스롭-그루먼은 X-47A 개발 안을 제출했으며, 이들 기체는 2008년까지 개발을 완료하여 최대 1,590kg 폭장량을 갖추고, 전투 반경은 1,665km (900 해리)에 도달할 수 있도록 설계했다. 이후 미 해군은 2000년대 중반이 돼서야 본격적으로 무인전투체계(UCAV) 사업을 진행하면서 보잉과 노스롭-그루먼에게 2백만 달러를 지급하며 15개월 내에 개념탐색사업을 추진하도록 주문했다. J-UCAS 사업에서 군은 방염(防鹽) 처리가 되고, 갑판을 이용한 이착함(離着艦)이 가능하며, 지휘통제체계가 통합되었고, 포드급 항모에 적용된 전자기 시설의 간섭을 받지 않는 무인전투항공체계를 요구했다. 특히 미 해군은 J-UCAS 기체가 개발될 경우 함대 방어용으로 운용할 예정이었으므로 정찰 능력에 중점을 두었다.

미 해군은 2001년 초까지 두 기종을 시험 평가하여 노스롭-그루만의 X-47을 선정했으며, 해당 기종을 X-47A "페가수스(Pegasus)"로 명명했다. X-47A ‘페가수스’는 2001년 7월 30일에 출고했으며, 초도 비행은 2003년 2월 23일 캘리포니아 주 차이나 레이크(China Lake) 시의 미 해군 항공전투본부에서 실시됐다. 시험 비행에는 무장 운용이 포함되지 않았지만 페가수스에는 내부 무장창이 엔진 양옆으로 한 개씩 설치되어 각 225kg의 더미(dummy) 폭탄을 담아 무장 상태의 기체 중량을 시험했으며, 당시에는 함재기 착함을 위한 어레스트 후크(Arresting Hook)가 따로 장착되지 않았지만 몇 차례의 항모 착함 시험도 실시됐다. 하지만 2006년에 발간된 미 4년 주기 국방검토보고서(QDR: Quadrennial Defense Review)는 비용대비 효과를 들어 UCAS-D 사업을 중단해야 한다고 분석했으며, 대신 이 사업을 전용하여 미 공군 차세대 폭격기 사업(Next-Generation Bomber)과 미 해군용 무인 전투항공체계 시연기 사업(UCAS-D: Unmanned Combat Air System Demonstrator)으로 나누어 추진할 것을 건의했다. 이에 미 공군은 별도의 장거리 차세대 폭격기 사업, 일명 NGB(Next-Generation Bomber) 사업을 진행했으며(2018년에 취소), 미 해군은 기존에 테스트를 실시해오던 X-47을 바탕으로 하여 UCAS-D 사업을 추진했다. 이에 따라 공/해군의 합동 사업이던 J-UCAS 사업은 공식적으로 2006년 2월에 종료됐다.

미 공군과 갈라선 미 해군 만의 UCAS-D 사업

X-47A의 제조사인 노스롭-그루먼은 본격적으로 UCAS-D 사업을 시작하면서 X-47A 페가수스에 기반한 X-47B 실 치수(full-size) 기술 시연용 무인전투기(UCAV) 개발에 돌입했다. X-47B의 시연기를 실 치수 기체로 개발한 이유는 무장 시험 때문인데, 미 해군은 실제로 사용 중인 무장을 장착하여 발사 시험까지 실시하기를 원했기 때문에 축소 기체가 아닌 실 기체로 개발한 것이다. X-47B는 2008년 12월 16일 캘리포니아 주 팜데일(Palmdale)의 공군 제42번 조병창에서 출고식을 실시했으며, 초도 비행은 2009년 11월로 계획했으나 사업 진행 일정이 밀리는 바람에 2010년 1월에 가서야 기체가 자력으로 활주로까지 이동할 수 있었고, 실제 비행은 2011년 2월 4일에 가서야 AV-1(Air Vehicle-1)으로 명명된 1번 기가 랜딩기어를 뺀 상태로 에드워즈(Edwards) 공군기지에서 실시했다. 뒤이어 완성된 2번 기(AV-2)는 같은 해 11월 22일에 초도 비행을 실시했다. 두 기체는 최초 3년 간 시험 비행을 실시하며 최대 50 소티(sortie)를 소화할 예정이었으나 기체 비행이 매우 안정적이었기 때문에 불과 16회 만에 기본 시험을 모두 종료했다. 미 해군은 이후 항모 이착함 시험으로 넘어가 프로브(probe)/드로그(Drogue) 급유 파이프를 이용한 자동 공중급유 시험을 실시했으며, 시험이 모두 완료되자 2011년부터 X-47B 두 대 중 하나에 자동 공중급유 소프트웨어를 추가했다. 하지만 이 시점에서 미 해군은 당초 X-47이 “무인 전투기”였던 개념을 변경하여 무장형 기체로는 운용하지 않겠다고 못 박았다.

AV-1은 2012년 5월부터 고강도 전자기 간섭 시험을 실시했고, 같은 해 말부터 미 해군의 해리 S 트루먼(USS Harry S Truman, CVN-75)에 탑재되어 본격적인 함재기 평가 시험에 들어갔다. X-47B는 2012년 12월에 우수한 평가 결과와 함께 함상 시험을 모두 종료했다. 미 해군은 2013년 5월 14일 자로 조지 H.W. 부시 항모(USS George H.W. Bush, CVN-77)에서 처음으로 캐터펄트(catapult)를 이용하여 항모에서 이함시키는 데 성공했다. 두 달 후인 10월에는 미 해군 파튜센트 리버(Patuxent River) 기지에서 이륙한 X-47B가 조지 부시 항모에 어레스팅 기어(Arresting gear)로 착함에 성공하여 사실상 항모 운용 준비가 모두 완료됐다. X-47B는 2013년 9월 18일 자로 100회 비행을 성공하면서 사실상 모든 시험을 끝냈으며, 11월에는 시어도어 루스벨트 항모(USS Theodore Roosevelt, CVN-71)에 탑재되어 디지털 항모 운용 환경 시험에 들어가 항모 인원이 이함, 착함, 비행 운용을 모두 실시하는 절차를 밟았다.

2014년 8월 17일에는 X-47B가 또 다른 신기원을 이룩했는데, 이때 미 해군은 F/A-18 호넷(Hornet)과 함께 X-47B를 이함시킨 후 함께 작전을 수행하고, 다시 함께 착함하는 절차를 실시하여 유-무인기 병행 운용의 가능성을 확인했다. 두 기체는 이함 후 8분간 함대 주변을 비행했으며, X-47B만 한 차례 시스템 체크를 위해 터치-앤-고(Touch-and-Go)를 실시한 후 다시 24분간 함께 비행했다. 비행 종료 후에는 X-47B가 먼저 착함을 실시했으며, 연이어 착함할 F/A-18이 착함할 공간을 비워주기 위해 재빠르게 활주 공간에서 이탈하는 절차까지 성공하여 시연 목적을 모두 달성했다. 또한 2015년 4월에는 세계 최초로 X-47B가 KC-707 공중급유기와 공중에서 랑데부(rendezvous) 하여 자동 공중급유를 실시하여 세계 최초로 유-무인기 간 공중급유 기록을 수립했다.

UCAV 본연의 임무에 집중하다 – UCLASS 사업

무인항공기의 기술을 검증하기 위한 목적이던 UCAS-D가 성공적으로 끝나자 미 해군은 2010년 3월부터 무인항공기를 공격용으로 개발하기 위한 무인함상 공중 정찰타격체계(UCLASS: Unmanned Carrier-Launched Airborne Surveillance and Strike) 사업에 대한 정보요청서(RFI)를 노스롭-그루먼 외 보잉(Boeing), 록히드-마틴(Lockheed-Martin), 제네럴 아토믹스(General Atomics) 4개 사에 발행했다. RFI를 수령한 4개 업체가 모두 사업 참여 의사를 보임에 따라 미 해군은 이들 업체와 기본설계검토(PDR: Preliminary Design Review) 계약을 체결하면서 1,500만 달러를 예산으로 할당했으며, 2014년 초에 정식으로 제안요청서(RFP) 초안을 이들 업체에게 발행하여 입찰을 시작했다. 미 해군은 각각 업체의 제품에 기대하는 바가 달랐기 때문에 요구도도 업체별로 다르게 발행했으므로 상세 요구도는 구체적으로 공개되지 않았다.

미 해군은 UCLASS 기체가 현재 미 해군에서 함재기 전투 비행단이 운용 중인 무장을 운용하기를 원했으나 기본적인 임무는 ISR(정보/정찰/감시, Intelligence, Surveillance, Reconnaissance)에 둘 것을 주문했다. 또한 기본적으로 5세대 능동형 전자주사식 레이더(AESA)와 전자광학/적외선(EO/IR) 센서를 탑재해 적을 탐지 및 추적하고, 기본적으로 합동정밀직격탄(JDAM)을 장비해 적을 타격할 수 있어야 한다는 내용이 포함되었다. 미 해군이 UCLASS 사업으로 원했던 것은 이들 기체가 F/A-18이나 F-35C 같은 유인기의 “윙맨(Wingman)” 개념이 되어 지원하는 콘셉트였으므로 내부 무장창에는 AIM-120 암람(AMRAAM)을 장착시키고 E-2D 호크아이(Hawkeye) 공중통제기나 F-35가 이들 기체를 통제할 것을 요구했다. 하지만 문제는 사업이 진행되면서 해군의 개발 방향이 계속 초기 개념에서 벗어난 반면 2013년까지도 항공기 성능 요구도를 제대로 발행하지 않았기 때문에 각 업체는 추측에 따라 개발을 진행할 수밖에 없었다는 사실이다. 결국 이 점을 미 의회가 지적하고 나서야 회계감사원(GAO)이 나서서 사업을 재검토하기에 이르렀다. 또 다른 문제는 미 해군이 이 시기에 F/A-18을 대체할 차기 함재기 사업(F/A-XX)과 F-35 합동공격기(JSF) 사업을 진행하고 있었으므로 여기에 또 “공격기” 개념인 UCLASS를 진행하는 것은 중복이라는 의견이 제기됐다.

결국 UCLASS 사업은 2016년에 가서 ISR 목적에만 중점을 두기로 했으며, 사업의 성격도 무인기를 F/A-18 슈퍼 호넷(Super Hornet) 정도 크기의 함재기형 공중급유기로 개발하는 항모 기반 공중급유체계, 통칭 CBARS(Carrier-Based Aerial-Refueling System)로 변경하게 되었다. 미 해군은 UCLASS 사업이 CBARS로 전환됨에 따라 2016년을 기준으로 공식적으로 X-47B를 정찰/폭격기에서 정찰/공중급유용 항공기로 지정했으며, 기존 폭격 임무는 “제한적으로만 수행”하도록 정했다. 한편 미 해군성은 UCLASS가 CBARS로 전환되면서 노스롭-그루먼이 자동으로 사업적 우위에 선 상태로 시작하는 불공정한 상황을 막도록 지시했으며, 이에 따라 CBARS 사업은 처음부터 새로 시작하게 되었다.

길고 길었던 무인전투기 사업의 종착지, CBARS

노스롭-그루먼은 2017년 X-47B를 CBARS 사업에 제안서를 제출했으며, 이 사업에는 보잉(Boeing) 측이 공중급유용 무인기 용도로 제작한 MQ-25 스팅레이(Stingray)와 제네럴 아토믹스(General Atomics) 사가 프레데터(Predator)-C에 기반한 시 어벤저(Sea Avenger)를 입찰했고, 록히드-마틴(Lockheed-Martin) 역시 RQ-170 센티넬(Sentinel)에 기반한 ‘시 고스트(Sea Ghost)’ 등이 제안서를 제출했다. 하지만 노스롭-그루먼은 CBARS 사업에서 미 해군의 요구도를 맞추기 힘들 것으로 판단되자 2017년 10월 25일 자로 사업 철수를 선언했다. 미 해군은 2018년 8월 30일 자로 보잉을 우선협상대상자로 선정했으며, 2024년 8월까지 MQ-25A 4대를 총 8억 5백만 달러로 개발하는 계약을 체결했다. 현재 계획 상으로 해당 사업은 최대 72대 130억 달러 규모로 확대될 가능성이 큰 상태다.

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특징

X-47 시리즈는 화살촉 모양의 동체에 수직 미익이 없는 독특한 설계를 갖추고 있다. 이는 이미 노스롭-그루먼이 B-2 스피릿(Spirit)을 비롯한 전익기(全翼機) 항공기에서 여러 차례 도입했던 설계지만, 최근 무인항공기 설계에서 자주 발견할 수 있는 모습이기도 하다. X-47의 리딩 에지(Leading Edge)는 55도 가량 후퇴각이 잡혀 있으며, 트레일링 에지(Trailing Edge)는 35도의 각도가 들어가 있다. 엔진은 동체 후방에 설치되었지만 엔진 흡입구는 기수 뒤편 동체 상단부에 설치된 독특한 모습을 갖추었다. X-47에는 프랫 앤 위트니(Pratt & Whitney) 사의 F100-220U 터보팬(Turbofan) 엔진이 장착되어 최대 3,889km 이상 비행이 가능하며, 순항 속도로 마하 0.9까지 도달할 수 있다.

X-47은 조종사가 없으므로 조종석 공간이 필요 없어 유사 크기의 유인기보다 더 많은 임무 장비와 무장, 연료, 항전 장비를 장착할 수 있다. X-47은 함재기로 개발된 만큼 수납식 랜딩기어 외에 접이식 날개, 부식 방지를 위한 방염(防鹽) 코팅, 착함용 어레스트 후크(Arrestor Hook) 등이 설치되어 있다. X-47은 기본적으로 어느 정도의 스텔스 설계가 반영되어 있으며, 같은 목적으로 대부분의 무장은 F-22 랩터(Raptor)나 F-35 라이트닝 II(Lightning II)처럼 내부 무장창(internal weapons bay)의 내부에 수납할 수 있도록 설계했다. 내부 무장창에는 최대 2,000kg까지 무장을 탑재하는 것이 가능하다. X-47에는 또한 함상 요원이 X-47을 유도할 수 있도록 신체 착용 방식의 원격 조정 시스템이 채택되어 함상 위에서 어느 정도 기체를 통제하는 것이 가능하다. X-47은 컴퓨터 통제 방식이며, 비행 통제 또한 완전 자동으로 이루어진다. 항법 장비는 GPS와 시계 카메라를 조합한 하이브리드 방식으로, 실제 촬영된 지형을 GPS 상의 지도와 대조하면서 편차를 보정하는 방식으로 이루어진다. X-47은 사전에 비행 경로를 지정해놓으면 그 경로를 따라 비행하며, 임무 장비 통제관은 비행 간 수집되는 정보를 관리하는 방식으로 운용된다. X-47에 탑재되는 임무 장비는 전자광학/적외선(EO/IR) 센서, 합성 개구식 레이더(SAR), 역(逆)합성 개구 레이더(Inverse SAR), 지상표적 추적센서(GMTI), 전자전 지원장비(ESM), 해상 표적 추적(MMTI) 센서 등이다. 또한 X-47에는 미 해군의 요구도에 따라 공중급유를 실시할 수 있도록 프로브와 드로그 파이프를 모두 갖추고 있다.

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운용 현황

무인전투체계(UCAV)는 현대에 들어와 탄생한 혁명적인 무기체계 개념이다. 우선 무인항공체계의 정보 수집의 범위와 거리는 기존 정보 수집 수단보다 훨씬 넓으며, 유인기와 같은 인명 손실의 위험이 없기 때문에 ‘전장의 안개(Fog of War)’ 개념의 구애를 받지 않는다는 점이 무인 전투체계의 가장 뛰어난 장점이다. 최초 다르파(DARPA)가 시작한 UCAV 사업의 취지 또한 “전쟁 첫날” 운용이 가능한 전력 승수(force multiplier) 자산을 개발하는 것으로, 최초 개발 목적은 타 무기체계를 위한 표적을 획득하고, 지정된 고정 표적이나 이동 표적에 대해 치명타를 가하며, 타격 후 상황 정보를 수집 및 전파하는 것이다. 다르파의 사업은 21세기 환경에서 지휘통제를 실시해 적 대공제압, 공습, 정찰 임무를 지구 반대편의 원거리에서 수행하는 것에 두었다.

UCAV 개념은 미래의 유인항공기를 지원하는 ‘윙맨(Wingman)’ 개념으로 출발했으며, 유인기와 혼합 운용하며 광범위한 정보를 수집하고, 유인기 운용 비용보다 훨씬 낮은 가격으로 동일한 임무 능력을 발휘할 수 있다는 점이 핵심이다.

X-47의 개발 사업은 최초 2007년부터 총 6억 3,580만 달러가 배정됐으나 2012년 1월을 기준으로 8억 1,300만 달러가 지출되어 2013년 9월까지 UCAS-D 사업 예산은 모두 끊길 예정이었다. 하지만 2014년 6월 자로 미 해군이 6,300만 달러를 X-47B 개발 뒤 “사후(事後) 시연” 목적으로 추가 배정하여 사업이 완수될 수 있었다. 미 해군은 개발 간 X-47의 개발비가 지나치게 상승한 점 때문에 개발 종료 후 해당 기체에 대한 수의계약을 거부했으며, 결국 시제기는 모두 시연 완료 후 박물관 전시용으로 보내기로 결정했다. 하지만 레이 메이버스(Ray Mabus) 미 해군성 장관의 반대로 해당 사업 자체는 2015년 7월 부로 종료하기로 했으나 X-47B는 박물관에 보내는 대신 추후 개발용 테스트베드(testbed)로 활용하기 위해 ‘항상 비행 상태를 유지’하기로 결정했다.

노스롭-그루먼은 X-47B에 기반한 스텔스 무인기인 X-47C의 개발도 2018년부터 시작하면서 해당 기체는 탑재 중량을 4,500kg까지 증가시킬 예정이었으나 이 또한 예산 문제로 진행 여부 자체가 의문인 상황이다.

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파생형

X-47A 페가수스: 지상 이착륙용으로 제작한 개념증명(Proof-of-Concept)용 시연기. 축소 비율로 제작했기 때문에 날개 길이가 8.5m 정도이며, 2003년에 초도 비행에 성공했다. 길이는 약 8.5m, 전고는 1.86m 정도이며, 최대 이륙 중량은 2,678kg, 실용 상승 한도는 12,190m이다. 최대 항속 거리 또한 2,778km 정도에 불과하다.

X-47B: X-47A 시제기보다 크기가 커진 기술 시연기로, 항모 이착함용으로 개발됐다. 날개 길이는 펼친 경우 약 19m, 접은 상태에서 9.4m 정도 된다. 2011년에 초도 비행에 성공했다. 두 대가 제작되었다.

X-47C: X-47B를 바탕으로 개량한 스텔스 기체 개념으로, 양산이 가능한 X-47 동체를 사용했으며 내부 무장창 2개가 설계되어 있다. UCLASS 사업에 참여하면서 2018년부터 설계에 들어갈 예정이었으나 예산 문제로 실제 제작되지는 못했다. 설계 상 탑재 중량은 4,500kg, 날개 길이는 52.4m에 달했다.

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제원 (X-47B 기준)

- 종류: 무인전투체계(UCAV) 기술 시연기
- 제조사: 노스롭-그루먼(Northrop-Grumman)
- 승무원: 없음 
- 전장: 11.63m
- 전고: 3.10m
- 날개 길이: 18.92m(날개 펼친 상태); 9.41m (날개 접은 상태)
- 날개 면적: 88.59㎡
- 자체 중량: 6,350kg
- 최대 이륙 중량: 20,215kg
- 추진 체계: 23,770 파운드(105.7kN) 급 프랫 & 위트니 F100-220U 터보팬 엔진 X 1
- 최고 속도: 아음속
- 순항 속도: 마하 0.9
- 최대 항속 거리: 3,889km 이상
- 페리 범위: 6,500km 
- 전투 반경: 1,500 해리 이상
- 실용 상승 한도: 12,800m
- 기본 무장: 내부 무장창 2개, 최대 2,000kg까지 무장 탑재 
- 항전 장비: EO/IR/SAR/ISAR/GMTI/MMTI/ESM
- 대 당 가격: 8억 1,300만 달러 (총 사업비)

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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.