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개발의 역사

미 공군은 2000년대 초부터 항공기 기술의 진보와 전투기의 세대 변화에 따라 이를 묘사할 수 있는 표적기가 필요하다고 판단했다. 본격적인 논의가 처음 시작된 것은 2003년으로, 미 공군은 차세대 공중표적기 개발 및 도입에 앞서 적절한 요구도를 파악하기 시작했고, 특히 향후 주요 적기도 스텔스 설계와 기술이 반영될 것으로 보았기 때문에 표적기 역시 이를 묘사할 수 있어야 한다고 결론지었다. 하지만 미 공군은 요구도 수립 후 실물 개발 타당성을 검토하던 중, 실제로 이런 5세대 전투기의 능력을 모두 반영시킨 표적기를 개발하려면 사실상 실제 5세대 전투기를 만드는 것과 큰 차이가 없다는 사실을 깨달았다.

하지만 그렇다고 기존 표적기를 그대로 계속 사용하는 것은 무리였다. 경쟁 국가들의 기술 성숙도가 높아지면서 레이더 피탐지면적(RCS: Radar Crossing Section)이 극단적으로 낮은 스텔스 설계의 적기가 늘어나기 시작했기 때문이다. 당시까지 미 공군이 가장 적절하다고 판단한 접근 방법은 기존에 이미 존재하는 고성능, 고기동 항공기를 표적기로 전환하는 방식이었다. 이미 미 공군은 1960년대에 개발됐다가 퇴역시킨 F-4를 개조한 QF-4를 표적기로 한동안 운용했다. 미 공군은 이번에도 퇴역시킨 F-16 기종을 꺼내 무인항공기로 개조했으며, 이를 표적기 용도로 다시 개발한 QF-16을 표적기로 도입했다. 하지만 F-16 자체가 스텔스 능력이 반영된 전투기가 아니었으므로, 4세대 적기에 대항하는 연습에는 적절할 수 있었지만 여전히 그 이상에 대해서는 크게 부족했다.

한편 잠재 적국인 러시아나 중국은 2000년대 후반에 들어서면서 5세대 전투기 개발에 박차를 가했다. 중국은 J-20 및 J-31 전투기를 개발하기 시작했고, 러시아는 미 공군의 F-22 랩터(Raptor)를 능가한다는 목표로 5세대 전투기인 Su-57 파크파(PAK-FA) 개발을 추진했다. 특히 파크파의 경우 레이더 피탐지면적(RCS)이 0.1㎡ 정도에 불과하다는 추정치가 나오면서 이를 묘사할 표적기 개발이 시급해졌다. 그렇다고 스텔스 설계가 반영된 F-22나 F-35를 표적기로 전환하는 것은 비용 대비 효율 측면에서 무리였으므로, 결국 미 공군은 원점으로 돌아와 처음 제외했던 선택지인 “5세대 표적기 개발”로 가닥을 잡았다.

하지만 처음부터 개발하는 것 역시 쉽지 않았다. 5세대 전투기의 특성과 능력을 묘사하지만 가격이 높으면 의미가 없기 때문이다. 미 공군은 2011년에 공식적으로 5세대 스텔스 표적 항공기(Fifth-generation Stealth Target Aircraft) 사업을 발주했으며, 업체에 설계 제안을 받는 대신 미 공군사관학교에서 항공공학을 전공한 사관생도들을 대상으로 설계 제안을 받았다. 미 공군은 학생들이 제출한 설계안을 검토하여 총 여섯 개로 압축했으며, 이는 면밀한 평가와 검토를 거쳐 다시 세 개로 줄였다. 최종 선택된 설계는 5세대 공중표적(Fifth-Generation Aerial Target)을 축약한 ‘5GAT’ 설계안으로, 이는 단순한 형태의 삼각익 설계였다. 특히 5GAT는 ‘단순성’ 면에서 돋보였기 때문에 다른 경쟁자를 모두 제칠 수 있었다. 우선 비행면이 타 항공기보다 적었고, 액추에이터(actuator)나 기타 구성물이 현저히 적었으므로 전체적으로 중량이 가벼울 뿐 아니라 연료 효율성도 뛰어났다. 무엇보다도 5GAT는 기본 틀이 된 설계보다 544kg나 가벼워 개발비나 시간당 비행 비용 측면에서도 유리했다. 미 공군은 이 설계가 기존 표적기와 비교할 때 대당 최소 1백만 달러 이상 절감할 수 있다고 계산했다. 5GAT 모델은 이후 퇴역한 F-22 엔지니어들의 도움으로 다시 한번 시간당 비행 비용을 줄일 수 있게 설계를 다듬었고, 미 공군사관학교 내 풍동(風洞: wind tunnel) 시험 시설을 사용했다. 1:1 모델 역시 교내에서 광경화수지(stereo-lithography) 기계로 제작해 전체적인 개발비 역시 크게 줄었다.

5GAT의 검증이 끝나자 본격적인 양산기 개발 업체로 2006년 캘리포니아 테하챠피(Tehachapi, CA)에 설립된 디지털 설계 생산 및 시험 비행 평가 전문 업체인 시에라 테크니컬 서비스(Sierra Technical Services, 이하 STS)사를 선정했다. STS는 2018년 6월 20일에 핵심 설계 검토를 완료했으며, 최대한 기성품을 부품으로 채택해 개발비를 절감하고자 했다. 최초 미 공군은 5GAT의 엔진으로 민수용 비즈니스 제트기의 엔진을 차용하려 했으나 생각보다 가격이 비싸다고 판단되자 퇴역한 T-38 탤런(Talon) 훈련기 엔진을 재활용하는 쪽으로 방향을 바꿨고, 추력을 맞추기 위해 쌍발 엔진 설계를 채택했다.

5GAT는 2018년 6월, 핵심 설계를 완료했으며, 2019년 말에 첫 시제기가 완성됐다. STS는 2020년 1월부터 지상 엔진 시험을 개시했고, 2020년 10월까지 15개의 저속 시험과 9개의 고속 시험을 완료하고 2021년 1월을 목표로 초도 비행 준비에 돌입했다. 비록 시험 평가 중의 사고, 그리고 2019년부터 시작된 코로나 사태의 여파로 관련 인원의 이동에 제약이 생겨 개발 일정이 지연된 상황이지만, 2022년부터 코로나 사태가 전 세계적으로 완화되고 있으므로 조만간 시험 비행 평가를 완료하고 곧 미 공군에 표적기로 납품을 개시하게 될 것으로 보인다.

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특징

5GAT는 스텔스 설계가 반영된 4~5세대 전투기를 묘사할 수 있도록 제작된 무인 표적기로, 크기 자체는 T-38 훈련기와 유사하다. 5GAT는 삼각익을 채택해 단순하면서도 간단한 외양을 갖추고 있으며, 외피의 95%를 탄소섬유로 씌워 중량을 최소화했다. 5GAT에는 GE에서 제작한 2,950파운드(13.1kN) 출력의 J85 싱글샤프트(single-shaft) 터보제트 엔진이 장착됐다. J85는 A-37 드래곤플라이(Dragonfly), F-5 전투기, T-38 탤런 훈련기 등에 적용되어 검증이 된 엔진이다. 5GAT는 5세대 스텔스 전투기를 묘사해야 하므로 엔진 추진구를 한번 꺾어 내부로 숨기는 ‘스네이킹’ 방식으로 엔진 흡입구를 설계했다.

5GAT의 능력이나 제원은 아직 상세하게 발표된 부분이 적다. 확실한 부분은 우선 길이가 12.2m, 날개 길이가 7.3m 정도이며, 총중량은 4,350kg 수준으로 5,361kg인 T-38보다 가벼우며, 이탈리아의 MB-339A 고등훈련기(4,400kg)와 얼추 비슷하다. 5GAT는 이착륙 모두 통상적인 활주로를 이용하며, 최고 속도는 마하 0.9(1,102km/h), 체공 시간은 약 1시간 30분 정도이다.

5GAT의 가장 우수한 점은 5세대 전투기의 특성을 모두 묘사할 수 있다는 점뿐 아니라 비용 대비 효과가 우수하다는 사실이다. 5GAT는 설계가 단순한 데다 개발 비용이 낮아 대당 가격도 비교적 저가로 책정될 예정이다. 미국 항공우주연구소(AIAA: American Institute of Aeronautics and Astronautics)는 만약 일반적인 타 항공업체에서 동일한 형태로 개발을 추진했다면 예산이 열 배 이상 더 필요했을 것으로 추정했으며, 2011년 5GAT 설계를 평가하면서 타 표적기 설계안에 비해 “압도적으로 우수한 비행 특성”을 보여주고 있으며, “비행 안정성도 뛰어나다"라고 평가했다.

5GAT의 지적재산권과 소유권은 모두 미 공군에 있어 향후 추가 개발이나 변경, 개조도 손쉬울 것으로 전망된다. 지적재산권을 업체나 연구기관이 아닌 미 공군이 보유하고 있으므로 개조나 개발 과정에서 발생하는 복잡한 서류 절차가 필요 없고, 향후 이 설계를 확장하여 다른 전투기나 무인기를 개발하더라도 부담 없이 사용할 수 있기 때문이다. 실제로 5GAT는 조금만 손댄다면 실전용 무인항공기나 무인공격기로도 활용이 가능하며, 5세대 전투기를 활용한 신 기술이나 무장, 장비의 개발에도 요긴하게 사용될 것으로 보인다.

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운용 현황

5GAT의 첫 시제기는 2021년 1월 20일에 초도 비행을 실시했으나, 안타깝게도 첫 비행을 성공시키지 못하고 추락 사고가 발생했다. 업체 측은 “기내에 설치한 기기 오류”라고만 발표했으며, 이후 사고 안전 조사를 면밀히 진행했으나 상세한 조사 결과는 발표하지 않았다. 5GAT는 지상 엔진 시험까지 성공적으로 수행을 한 상태이므로 개발 일정 상에 문제는 없을 것이라고 보고 있으며, 미 국방부는 2021년 회계 예산에 3,270만 달러를 요청해 사고가 난 5GAT 1번 시제기 대신 2번 시제기를 새로 제작했다.

미 공군은 2021년 중순부터 공식적으로 차세대 항공표적(NGAT: Next-Generation Aerial Target) 사업을 발주했으며, 8월 20일에 공식적으로 몇몇 업체에 정보요청서(RFI: Request for Information)를 배포한 상태다. 미 공군은 해당 사업의 개발비를 최대 3억 달러 미만으로 잡기를 희망하며, 양산 가격은 1천만 달러 이하이길 원하고 있다. 사실 이번 RFI는 5GAT 추락 사고로부터 1년도 되지 않아 발행된 것이라 5GAT에게 불리할 수도 있다는 시각이 있으나, 현재까지는 5GAT이 공군 요구도에 가장 근접해 있는 기종이므로 본격적으로 사업이 진행되어 봐야 결과를 알 수 있을 것 같다.

미 공군과 별도로 육군은 2022년 4월 5GAT 시제기를 1~2대가량 도입하기를 희망하고 있다고 밝혔다. 미 육군은 회계연도 2023년을 목표로 표적기 선정을 추진하고 있으며, 선정으로부터 18~24개월 내에 납품이 시작되는 것으로 일정을 잡고 있다. 육군은 표적기와 지휘통제시스템이 모두 전 세계 어디든 이동이 가능하도록 휴대가 용이해야 한다는 조건을 걸고 있으며, 기체 두 대 가격이 5천만 달러 이하, 평균 기체 순기체 가격(flyaway cost: 빈 기체+엔진 가격)이 1천만 달러 이하일 것, 수동형 무선주파수(RF)와 적외선 신호(IR)를 모두 전파할 수 있을 것, 그리고 5세대 유인기의 기본적인 특성을 모두 묘사할 수 있을 것을 요구도로 걸고 있다. 아울러 비행시간은 최소 90분에서 120분, 그리고 유사시 능동형 전자 신호장비, 공중 요격 레이더 시뮬레이터, 그리고 전자전(EW) 장비 탑재가 가능할 것도 요구도에 포함시킨 상태다. 미 육군은 표적기가 최소 25소티 이상을 소화하거나 총 비행시간 50시간 이상을 수명 주기로 요구하고 있으며, 전자전 장비 등을 탑재 가능하도록 한 것으로 미루어 유사시 항전장비를 장착해 표적기가 아닌 타 용도로도 운용하는 것을 염두에 둔 것으로 추측된다.

STS사는 우선 2022년 내에 모든 개발을 완료하고 미 공군과 계약을 추진하고 있으며, 향후 무인항공기(UAV: Unmanned Aerial Vehicle)나 무인항공체계를 중심으로 진행되는 NGAT, 로얄 윙맨(Royal Wingman), 스카이보그(Sky Borg) 사업 등에도 참여하겠다는 의욕을 보이고 있다. 특히 다양한 항전체계를 탑재할 수 있으므로 차세대 무장체계 시험기로도 각광받을 것으로 보이며, 5세대 항공기와 유사한 운동성과 저가의 생산 단가를 결합시킬 경우 “사용 후 폐기가 가능한(disposable)” 유-무인 결합체계(MUM-T: Man-Unmanned Team)로도 활용이 가능할 것으로 예상하고 있다.

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파생형

5GAT 무인표적기: 미 공군사관학교에서 설계하고 캘리포니아주의 시에라 테크니컬 서비스(STS)사에서 제작한 무인표적기. 5세대 전투기의 비행 특성을 묘사할 수 있도록 설계했으며, 개발 비용을 최소화하는 형태로 완성됐다.

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제원

용도: 무인표적기
제조사: 시에라 테크니컬 서비스(Sierra Technical Services, Inc.)
승무원: 0명(지상요원 제외)
전장: 12.2m
전고: 5.3m
날개 길이: 7.3m
날개 면적: 38.7㎡
총중량: 4,350kg
추진체계: 2,950파운드급 제네럴 일렉트릭(GE) J85 싱글 샤프트 터보제트 엔진 x2
최고 속도: 마하 0.9
체공 시간: 1.5시간
실용 상승 한도: 13.7km
대당 가격: 1,200만 달러(2022년 기준, 양산 시 가격 하락)

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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), 『이런 전쟁』(공역)이 있다.