무기백과
기구, 비행선과 글라이더
항공기술의 ABC(11) 동력 항공기가 등장하는데 크게 기여한 비행의 선구자
  • 이재필
  • 입력 : 2018.11.22 09:17

    열기구

    인류는 끊임없이 새처럼 하늘을 자유롭게 날 수 있는 방법을 연구하였다. 중국에서 등장한 천등(天燈, Sky lantern)은 열기구의 원형이라고 할 수 있는데 전쟁에서는 통신 수단으로 사용되었다. 종이로 만든 풍선의 내부에 촛불을 밝히면 공기가 가열되면서 하늘로 떠오르게 된다. 이를 이용하여 바람의 방향으로 천등을 보내면 포위되어 있더라도 외부와 연락이 가능하게 된다.

    따뜻한 공기로 떠오르는 천등 <출처 : Richy at wikimedia.org>
    따뜻한 공기로 떠오르는 천등 <출처 : Richy at wikimedia.org>

    공기를 가열하면 하늘로 떠오르는 힘(부력, 浮力)이 발생하는 원리를 이용하여 열기구(熱氣球, hot air balloon)를 개발한 인물이 바로 프랑스의 몽골피에(Montgolfier) 형제이다. 몽골피에 형제는 1783년 11월 21일에 25분 동안 8.8km를 비행하여 인류 최초로 유인 비행에 성공하였다. 몽골피에 형제가 만든 열기구는 기본적인 형태가 오늘날까지 그대로 이어지고 있다.

    몽골피에 형제가 만든 열기구 <출처 : public domain>
    몽골피에 형제가 만든 열기구 <출처 : public domain>

    몽골피에 형제가 유인 비행에 성공한지 10일이 지난 1783년 12월 1일에 자크 샤를(Jacques Alexandre César Charles)은 수소를 이용한 기구를 이용하여 유인 비행에 성공하였다. 자크 샤를이 만든 수소 기구는 몽골피에 형제가 만든 열기구와 달리 공기를 가열하지 않고 수소의 부력을 이용한 점에서 차이가 있다. 수소 기구를 만든 자크 샤를은 보일-샤를의 법칙으로 유명한 물리학자이다.

    자크 샤를이 만든 수소 기구 <출처 : 미국 의회 도서관>
    자크 샤를이 만든 수소 기구 <출처 : 미국 의회 도서관>

    몽골피에 형제의 열기구와 자크 샤를이 만든 수소 기구는 서로 경쟁하면서 점차 발전하였다. 특히 항공기가 발명되기 이전부터 기구는 군사용으로 많이 사용되었다. 군사용으로 기구를 처음 사용한 군대는 프랑스 육군이다. 1794년에 프랑스 육군은 플뢰뤼스(Fleurus) 전투에서 적군인 오스트리아 육군을 정찰하기 위해 기구를 처음으로 사용하였다. 이후 정찰 기구는 1차 대전까지 계속 사용되었다. 그러나 기구는 스스로 이동할 수 없다는 단점이 있어서 항공기가 실용화되자 점차 자취를 감추었다. 고착된 전선에서 참호전이 치열하였던 1차 대전에서 연합군과 독일군은 정찰 기구를 많이 사용하였으며, 야포를 사용하여 적군의 기구를 격추하기도 하였다.

    플뢰뤼스 전투에서 처음 사용된 정찰용 기구 <출처 : Trialsanderrors at wikimedia.org>
    플뢰뤼스 전투에서 처음 사용된 정찰용 기구 <출처 : Trialsanderrors at wikimedia.org>

    오늘날 열기구는 스포츠용이나 광고용으로 많이 사용되며, 예전보다 훨씬 안전하고 성능도 향상되었다. 열기구의 성능 향상에 힘입어 세계 일주에 도전하는 탐험가도 등장하고 있다. 열기구와 달리 수소 기구는 폭발의 위험성이 있기 때문에 오늘날 사용되지 않는다. 오늘날에는 수소를 대신하여 불이 붙지 않는 헬륨(Helium)으로 대체하여 기구를 제작하고 있다. 기구는 자체적인 추진 동력이 없기 때문에 상승, 하강만 조절 가능하다. 그러나 노련한 열기구 조종사는 연소를 조절해 고도를 조절하면서 기류를 이용하여 먼 거리까지 비행할 수 있다.

    오늘날 스포츠용으로 사용되는 열기구 <출처 : Tiddly Tom at wikimedia.org>
    오늘날 스포츠용으로 사용되는 열기구 <출처 : Tiddly Tom at wikimedia.org>


    비행선

    기구와 같이 공기보다 가벼운 기체를 가두면 떠오른다는 원리를 이용하여 개발된 비행체가 바로 비행선(飛行船, airship)이다. 기구는 단순하게 떠오르는 기능에만 한정되어있고 마음대로 방향을 조종하기 힘든 단점이 있다. 그러나 비행선은 일단 떠오른 다음에 엔진의 힘을 이용하여 스스로 비행할 수 있다는 점에서 기구와 다르다.

    오늘날 광고용으로 많이 사용되는 비행선 <출처 : Matthew Field at wikimedia.org>
    오늘날 광고용으로 많이 사용되는 비행선 <출처 : Matthew Field at wikimedia.org>

    엔진의 힘으로 방향을 조종할 수 있는 비행선을 처음 만든 인물은 프랑스의 앙리 지파르(Baptiste Jacques Henri Giffard)이다. 앙리 지파르는 1851년에 증기 기관을 사용하여 기구를 조종하는 기술에 대한 특허를 취득하였다. 1852년 9월 24일에 앙리 지파르는 3마력 증기 기관을 사용하여 27km 거리를 비행하는데 성공하였다. 이는 인류 최초의 동력 비행이라고 할 수 있다. 물론 양력을 이용하는 항공기와는 차이가 있다. 최초의 비행에 성공한 앙리 지파르는 1867년에 열린 파리 만국 박람회에 참가하여 관람객을 태우고 시범 비행하였다.

    앙리 지파르가 개발한 증기동력 비행선 <출처 : Mike Young at wikimedia.org>
    앙리 지파르가 개발한 증기동력 비행선 <출처 : Mike Young at wikimedia.org>

    비행선이 발전하는데 크게 기여한 인물은 독일의 페르디난트 폰 체펠린(Ferdinand Adolf Heinrich August Graf von Zeppelin) 백작이다. 독일 육군의 퇴역 장군인 체펠린 백작은 독일 무관으로 미국 남북전쟁에 참가하여 북군의 기구 운영 부대를 방문하였다. 체펠린은 곧바로 기구에 매료되었고 기구에서 발전한 비행선의 개발에 평생 노력하였다. 체펠린이 제작한 비행선은 엔진을 장착하고 있어 스스로 비행할 수 있었고, 속도는 느리지만 장거리 비행이 가능하였다. 체펠린이 만든 비행선은 1909년 초부터 민간인 여객을 대상으로 운송을 시작하였다.

    그라프 체펠린이 개발한 LZ 18비행선 <출처 : public domain>
    그라프 체펠린이 개발한 LZ 18비행선 <출처 : public domain>

    그러나 1914년에 1차대전이 일어나자 민간 여객용 비행선은 전쟁용으로 사용되었다. 당시 항속거리와 탑재량이 부족했던 폭격기에 비해 많은 폭탄을 싣고 멀리 비행할 수 있는 비행선은 정찰과 폭격 임무에 많이 사용되었다. 비행선을 폭격기로 처음 사용한 군대는 이탈리아 육군 항공대이다.

    거대한 몸집을 가진 LZ 129 힌덴부르크 비행선 <출처 : 미 해군>
    거대한 몸집을 가진 LZ 129 힌덴부르크 비행선 <출처 : 미 해군>

    체펠린 비행선의 최고 정점은 LZ 129 힌덴부르크(Hindenburg) 비행선이다. 초대형 비행선인 힌덴부르크는 길이가 웬만한 항공모함 수준인 245m에 달한다. 디젤 엔진(Diesel engine)을 장착한 힌덴부르크 비행선은 승객 50~70명, 승무원 40~60명이 탑승할 수 있으며, 항속거리가 길어 대서양 횡단 노선에서 활약하였다. 비행선 특유의 넓은 공간을 활용하여 객실 내부는 화려하게 제작되었다.

    거대한 몸집을 가진 LZ 129 힌덴부르크 비행선 <출처 : 미 해군>

    그러나 수소 기체를 사용하는 힌덴부르크 비행선은 매우 위험하였다. 독일 프랑크푸르트를 출발하여 1937년 5월 6일에 미국 뉴저지에 도착한 힌덴부르크 비행선은 계류탑에 접근하면서 의문의 폭발 사고가 발생하였다. 이 사고로 인하여 36명(승객 13명, 승무원 22명, 지상 근무자 1명)이 사망하였다. 힌덴부르크 폭발사고 이후 수소 기체를 사용하는 기구와 비행선은 완전히 자취를 감추었다.

    LZ 129 힌덴부르크 비행선의 식당 내부 <출처 : Bundesarchiv>
    LZ 129 힌덴부르크 비행선의 식당 내부 <출처 : Bundesarchiv>

    2차대전 당시 미국 해군은 정찰, 대잠 초계용으로 비행선을 적극 활용하였다. 특히 노르망디 상륙작전 당시에는 독일 공군의 공격을 방해하기 위해 해안에 수많은 비행선을 띄웠다. 미 해군은 2차 대전 이후에도 대잠 작전용으로 비행선을 많이 사용하였다.

    미 해군이 대잠 초계용으로 사용한 K급 비행선 <출처 : 미 해군>
    미 해군이 대잠 초계용으로 사용한 K급 비행선 <출처 : 미 해군>

    동력을 많이 사용하지 않아도 장시간 체공할 수 있는 비행선은 최근 기술의 발전에 힘입어 다시 각광을 받고 있다. 특히 높은 고도에서 장시간 체공할 수 있는 성능을 이용하여 통신 중계, 감시정찰에 많이 사용되고 있다. 앞으로 비행선 기술이 더욱 발전하면 통신위성의 일부를 대체할 수 있을 것으로 예상된다.

    노르망디 상륙작전 당시 방어용으로 설치된 비행선 <출처 : public domain>
    노르망디 상륙작전 당시 방어용으로 설치된 비행선 <출처 : public domain>

    기구와 비행선은 내부에 공기보다 가벼운 기체(따뜻한 공기, 수소, 헬륨 등)를 채운 다음 부력을 이용하여 떠오르는 비행체이다. 이러한 방식은 양력을 발생시키는 날개(wing)가 없어도 비행할 수 있다는 장점이 있다. 그러나 근본적으로 동력 항공기보다 속도가 느리기 때문에 활용 분야에 한계가 있다.

    아프가니스탄 전쟁에서 사용된 정찰감시용 비행선 <출처 : Todd Huffman at wikimedia.org>
    아프가니스탄 전쟁에서 사용된 정찰감시용 비행선 <출처 : Todd Huffman at wikimedia.org>


    글라이더

    공기보다 가볍게 하여 부력으로 떠오르는 기구나 비행선과 달리 글라이더(glider)는 자체 동력이 없어도 공기 중에서 자유롭게 비행할 수 있다. 엔진을 사용하지 않더라도 충분한 면적의 주익이 있다면 양력이 발생하기 때문에 비행이 가능하다.

    엔진이 없어도 하늘을 날 수 있는 글라이더 <출처 : DG Flugzeugbau at wikimedia.org>
    엔진이 없어도 하늘을 날 수 있는 글라이더 <출처 : DG Flugzeugbau at wikimedia.org>

    이처럼 날개에서 공기가 흐를 때 자연스럽게 양력이 생기는 현상을 연구한 사람이 독일의 오토 릴리엔탈이다. 오토 릴리엔탈은 새의 날개를 연구하여 양력의 원리를 발견하였다. 그는 새의 날개를 모방한 글라이더(glider)를 제작하여 직접 언덕에서 활강(滑降, glide) 실험을 하였다. 그러나 1896년 8월 9일에 비행 실험 도중에 추락하여 사망하였다. 오토 릴리엔탈은 사고 직후 “희생은 필요하다(Opfer müssen gebracht werden.)”라는 말을 남겼다고 한다. 오토 릴리엔탈이 제작한 글라이더는 오늘날 스포츠용으로 많이 사용하는 행글라이더(hang glider)의 원조라고 할 수 있다.

    직접 제작한 글라이더로 비행하는 오토 릴리엔탈 <출처 : 미국 국회도서관>
    직접 제작한 글라이더로 비행하는 오토 릴리엔탈 <출처 : 미국 국회도서관>

    오늘날 스포츠용으로 사용되는 행글라이더 <출처 : Clément Bucco-Lechat at wikimedia.org>
    오늘날 스포츠용으로 사용되는 행글라이더 <출처 : Clément Bucco-Lechat at wikimedia.org>

    행글라이더와 비슷한 비행 장치로 패러글라이더(paragliders)가 있다. 패러글라이더는 행글라이더와 달리 형태를 갖춘 날개가 없으며 외관상으로는 낙하산과 비슷하다. 자체 동력이 없는 패러글라이더는 상승기류를 이용하여 낙하산처럼 하강하면서 비행한다. 그러나 주익이 없기 때문에 패러글라이더는 항공기의 범위에 속하지 않는다.

    
패러글라이더 <출처 : Rafa Tecchio at wikimedia.org>
    패러글라이더 <출처 : Rafa Tecchio at wikimedia.org>

    오토 릴리엔탈이 글라이더를 사용하여 활강 실험을 시도한 이후 많은 글라이더가 제작되었다. 특히 동력 항공기가 등장한 이후에도 글라이더는 별도의 비행 수단으로 함께 발전하였다. 글라이더가 가장 활발했던 국가는 독일이다. 1차대전에 패한 독일은 전쟁이 끝난 다음 베르사유 조약에 따라 항공 산업이 전면 금지되었다. 따라서 엔진이 장착된 항공기로 비행을 하는 것이 불가능하였다. 이에 따라 독일의 조종사는 글라이더로 양성되었다. 당시 독일이 비행 훈련에 많이 사용한 괴핑겐(Göppingen) Gö 3 미니모아(Minimoa) 글라이더는 안전성과 조종 성능이 완벽한 기종이었다. 글라이더로 비행하면서 미세하게 조종하는 감각은 조종사 적성을 판별하는데 매우 유용하다. 또한 저렴한 비용으로 많은 조종사를 양성할 수 있는 장점도 있다.

    주익이 새의 날개를 닮은 미니모아 글라이더 <출처 : Kogo at wikimedia.org>
    주익이 새의 날개를 닮은 미니모아 글라이더 <출처 : Kogo at wikimedia.org>

    2차대전 중에는 비행 훈련 뿐만 아니라 실전에서도 글라이더가 많이 사용되었다. 당시에 사용하던 수송기는 작고 내부 공간도 비좁아서 강습 작전에서 많은 병력과 장비를 운반하기 힘들었다. 따라서 연합군과 독일군 모두 낙하산 부대를 투입할 때 군용 글라이더를 많이 사용하였다. 군용 글라이더는 다른 항공기로 견인되어 비행하다가 적진에 활강으로 착륙한 다음 탑승한 병력과 화물을 내려놓은 1회용 항공기이다.

    에방-에마엘 요새 작전에 앞서 글라이더 강습훈련중인 독일공군 팔슈름예거(강하병) 부대원들 <출처: Public Domain>
    에방-에마엘 요새 작전에 앞서 글라이더 강습훈련중인 독일공군 팔슈름예거(강하병) 부대원들 <출처: Public Domain>

    특히 독일군은 1940년 5월 10일에 벨기에군이 굳건하게 지키던 에방-에마엘 요새(Fort Eben-Emael)를 공격할 때 글라이더를 사용하여 공중에서 병력을 투입하여 점령하는데 성공하였다. 1944년 9월에 연합군이 실시한 “마켓 가든(Market Garden) 작전"에서도 글라이더를 사용하여 대규모 병력을 투입하였다.

    연합군은 마켓 가든 작전에서 글라이더를 대량으로 투입하였다. <출처 : 영국 전쟁박물관>
    연합군은 마켓 가든 작전에서 글라이더를 대량으로 투입하였다. <출처 : 영국 전쟁박물관>

    군용 글라이더는 실전 경험을 반영하여 수송기를 능가하는 수준으로 점차 대형화되었다. 미 공군이 1950년에 개발한 XCG-20 글라이더는 군용 글라이더의 결정판이라고 할 수 있다. XCG-20 글라이더는 기체를 알루미늄(aluminium) 합금으로 만들었다. 이는 2차대전 당시 부서지기 쉬운 나무 합판으로 만든 글라이더가 착륙하면서 많은 사고가 발생하였고, 이로 인하여 병력의 손실이 많았던 경험을 반영한 것이었다. 튼튼한 금속으로 만들어진 XCG-20 글라이더는 파손이나 전복의 위험이 없이 안전하게 착륙할 수 있었다. 그러나 이미 2차 대전이 끝난 다음이라서 군용 글라이더는 시대에 뒤떨어진 개념이 되었다. 이에 따라 미 공군은 XCG-20 글라이더에 엔진을 설치하여 군용 수송기로 개조하기로 결정하였다. 이렇게 등장한 기종이 바로 세계 최초의 전술수송기인 C-123 수송기로 C-130 수송기보다 먼저 실전에 배치되었다.

    미 공군이 개발한 XCG-20 글라이더 <출처 : 미 공군 박물관>
    미 공군이 개발한 XCG-20 글라이더 <출처 : 미 공군 박물관>

    세계 최초의 전술수송기인 C-123 프로바이더(Provider) <출처 : 미 공군 박물관>
    세계 최초의 전술수송기인 C-123 프로바이더(Provider) <출처 : 미 공군 박물관>

    비행훈련이나 수송용으로 많이 사용되었던 군용 글라이더는 속도가 느리고 착륙 사고가 발생하거나 격추될 위험이 높다. 특히 대공무기의 정확도가 높아지면서 2차대전 이후 점차 자취를 감추었다.


    모터 글라이더

    2차 대전 당시 군용으로 많이 사용되었던 글라이더는 항공기와 엔진이 발달하면서 자취를 감추었다. 오늘날 글라이더는 주로 스포츠용으로 사용되며 복합재료를 사용하여 가볍고 튼튼하게 제작된다. 따라서 예전의 글라이더와 비교할 수 없을 정도로 비행 성능이 높아졌다.

    견인 케이블에 이끌려 이륙하는 글라이더 <출처 : Olga Ernst at wikimedia.org>
    견인 케이블에 이끌려 이륙하는 글라이더 <출처 : Olga Ernst at wikimedia.org>

    글라이더는 기본적으로 이륙할 때 앞에서 다른 항공기나 차량으로 견인해야 한다. 특히 활강 비행이 끝나면서 비행장에서 멀리 떨어진 곳에 착륙할 경우 매우 불편하다. 이러한 불편한 점을 없애기 위해 항공기처럼 스스로 이륙할 수 있는 글라이더가 바로 모터 글라이더(motor glider)이다. 모터 글라이더는 글라이더에 작은 엔진을 추가하였으며, 자체 동력으로 이륙할 수 있어 편리하다. 다만 활강 비행을 기본으로 하고 엔진을 보조 동력으로 사용한다는 점에서 일반적인 동력 항공기와 다르다.

    모터 글라이더는 엔진으로 사용하여 스스로 이륙할 수 있다. <출처 : Carsten Runge at wikimedia.org>
    모터 글라이더는 엔진으로 사용하여 스스로 이륙할 수 있다. <출처 : Carsten Runge at wikimedia.org>

    최신형 모터 글라이더는 기수에 엔진을 설치하여 비행 성능을 향상시키도록 제작되고 있다. 따라서 겉모습으로는 동력항공기인지 모터 글라이더인지 구분하기 어려운 경우도 있다. 그러나 활강 비행을 기본으로 하는 글라이더는 폭이 좁고 긴 주익을 가지고 있다는 점이 다르다.

    그롭(Grob) G109B 모터 글라이더 <출처 : Arpingstone at wikimedia.org>
    그롭(Grob) G109B 모터 글라이더 <출처 : Arpingstone at wikimedia.org>


    저자 소개

    이재필 | 군사 저술가          
    항공 및 방위산업 분야에 대한 깊은 관심과 실무적 경험을 바탕으로, 군용기와 민항기를 모두 포함한 항공산업의 발전과 역사, 그리고 해군 함정에 대해 연구하고 있다. 국내 여러 매체에 방산과 항공 관련 원고를 기고하고 있다.

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