입력 : 2021.07.29 08:47

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[무기백과]

Tu-141 무인정찰기

Tu-123 무인정찰기 개발 경험을 빌어 개발된 장거리 무인정찰기

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1979년부터 10년간 152대가 생산된 Tu-141 무인정찰기 <출처 : airwar.ru>


개발의 역사

소련군은 유럽에서 전쟁이 발발할 경우 자신들과 동유럽의 바르샤바 조약국들이 함께 기동전을 펼쳐야 하므로 상대편 진영의 배치를 파악하는 것이 필수적이었다. 그러나, 미국을 주축으로 하는 북대서양조약기구(NATO)는 강력한 공군력과 지상의 대공포와 지대공 미사일을 갖추고 있어 유인정찰기를 상대 영공에 진입시킨다는 것은 자살행위에 가까웠다.

이런 문제를 해결하기 위해 소련은 무인정찰기 개발에 많은 노력을 쏟았다. 유인정찰기는 사람이 탑승해야 하므로 조종석 공간이 추가로 필요하고, 사람이 견딜 수 있는 중력 가속도의 한계로 인해 기동에도 제약이 심했다. 그러나, 무인정찰기는 같은 크기의 항공기라면, 정찰 장비를 더 탑재하거나, 연료를 더 싣거나 할 수 있었고, 급기동을 위한 설계 채택에도 제약이 없었다.

파이어비 표적기를 무인정찰기로 만들어 미 공군이 운용한 AQM-34N <출처 (cc) Clemens Vasters at wikimedia.org>

구소련은 항공기 기술에 있어 미국과 양대 강국을 이루면서 다양한 기체들을 개발하고 운용했다. 축적된 기술력으로 미국보다는 느렸지만, 자신들이 원하는 무인정찰기를 개발하여 운용할 수 있었다.

미국은 제2차 세계대전이 한창이던 1942년부터 제트 엔진을 장착한 표적기를 개발했고, 전쟁이 끝난 후에도 다양한 표적기를 도입했다. 1950년 초반부터는 라이언 에어로노티컬(Ryan Aeronautical)이 개발하고 1951년에 첫 비행에 성공한 Q-2A 파이어비(Firebee) 무인표적기를 운용하기 시작했다. 성능에 만족한 미 국방부는 정찰 버전을 요구했고, 1962년부터 무인정찰기로 개조한 모델 147 라이트닝 버그(Lighting Bug)를 배치하기 시작했다.

구소련의 첫 무인항공기는 1956년부터 생산이 시작된 OKB-301 라보치킨(Lavochkin) 설계국(현 JSC NPO Lavochkina)의 La-17 무인표적기다. 1964년부터는 이를 개량하여 단거리 전술 무인정찰기로 만든 La-17R을 운용하기 시작하면서 무인정찰기 시대를 열었다.

장거리 순항미사일 Tu-121의 설계를 이어받은 Tu-123 무인정찰기, 오른쪽은 Tu-143 레이스 무인정찰기. <출처 : russianarms.ru>

미국의 B-29 폭격기를 카피한 Tu-4 장거리 폭격기를 만들어낸 OKB-156 일명 투폴레프(Tupolev) 설계국은 핵 탑재 중거리 순항미사일 Tu-121의 개발이 정부에 의해 중단된 후, 설계를 활용하여 DBR-1이라는 시스템 명칭을 가진 Tu-123 전략 초음속 무인정찰기를 개발했다.

Tu-123은 기체 전체가 회수되는 것이 아닌 카메라 등이 탑재된 일부분만 낙하산으로 회수되고, 나머지는 추락하여 폐기되는 방식으로 소련 군부에게도 비용적으로 큰 부담이었다. 기체 전체를 재활용하기 위해 착륙용 기어를 장착한 DBR-2 Tu-139를 개발했지만, 실전 배치에 이르지는 못했다.

소련군은 La-17R과 Tu-123 모두에 크게 만족하지 못했고, 1960년대 들어 Yak-28R과 MiG-21R 같은 고속 유인정찰기가 도입되면서 무인정찰기에 대한 관심이 급속히 식었다. 그러나, 이런 상황은 1960년대 후반 미국이 베트남 전쟁에서 무인정찰기를 광범위하게 사용하면서 바뀌었다. 적의 대공 방어에 의한 조종사 손실을 막을 수 있다는 무인정찰기의 장점이 다시 부각되기 시작했다.

Tu-123을 개량하여 착륙 및 재사용하도록 개발되던 Tu-139 무인정찰기 <출처 : airwar.ru>

1968년, 소련 정부는 투폴레프 설계국에 VR(러시아어 ВР)-2와 VR-3라는 무인정찰 시스템 개발을 지시했다. VR-2는 군과 전선 사령부에 정보를 제공하기 위한 것으로 비교적 장거리용이고, VR-3는 전차 사단과 차량화 보병사단을 위한 정보를 제공하기 위해 상대적으로 비행 거리가 짧았다. 개발은 G.M. 호프바우어(Hofbauer)가 이끌었다. 새로운 무인정찰기 개발의 기반은 Tu-123의 재사용 버전으로 개발했던 Tu-139였다.

처음 개발된 것은 VR-3의 핵심인 Tu-143 레이스(Рейс, 영어 Flight)였다. VR-2의 핵심인 Tu-141 스트리시(Стриж, 영어 Swift)는 비행 거리가 길고 속도가 빨랐기 때문에 비교적 개발이 쉬운 Tu-143 개발이 먼저 추진되었다.

투폴레프 설계국이 Tu-123에 이어 개발한 Tu-141 스트리시 장거리 무인정찰기 <출처 (cc) Alan Wilson at wikimedia.org>

처음 VR-2에 요구된 비행 속도는 천음속과 초음속에 속하는 1,200~1,300km/h였고, 나중에 아음속에 속하는 900~1,100km/h로 줄어들었다. 요구된 속도와 비행 거리가 줄어들면서 설계도 보다 단순해졌다. 속도를 아음속으로 낮추면 연료를 많이 소모하는 후연소기(애프터버너)를 설치하지 않아도 되며, 연료 탱크의 크기와 무게도 줄일 수 있었다.

임무 수행 후 복귀하여 착륙하는 패턴도 처음 요구된 바퀴 또는 스키드 대신, 기체 전체를 안전하게 지상으로 낙하시킬 수 있는 낙하산과 동체를 지상에 닿지 않게 하면서 충격을 줄이는 착륙 시스템을 사용하는 것으로 바뀌었고, Tu-141과 143 모두 적용되었다.

1993년 러시아군이 착륙한 Tu-141을 회수하는 장면

요구 조건의 변화는 Tu-141 개발에도 속도를 붙게 만들었다. 먼저 개발된 Tu-143이 1970년 12월에 첫 비행 시험에 성공하고, 1972년부터 국가시험을 시작했기에 이를 활용하여 시간을 단축시킬 수 있었다.

Tu-141은 빠르게 개발되었고, 1974년에 국가시험을 마쳤다. 1977년부터 하르코프(Kharkov) 항공기 공장에서 첫 물량이 제작에 들어갔고, 이와 동시에 국가시험을 통해 발견된 문제를 수정하는 설계 변경이 이루어졌다.

1968년 정부의 장거리와 중거리 무인정찰기 개발 지시에 따라 먼저 개발된 Tu-143 레이스 중거리 무인정찰기 <출처 (cc) Alan Wilson at wikimedia.org>
설계 수정 버전의 시험은 사고 가능성을 줄이기 위해 현재 카자흐스탄에 위치한 침켄트(Chimkent)시 인근 사막과 발하슈(Balkhash) 호수에서 실시되었다. Tu-141의 양산은 1979년부터 시작되었고, 10년간 152대가 생산되었다.


특징

복귀 후 재사용이 가능한 장거리 무인정찰기로 제작된 Tu-141의 외형은 기반이 된 Tu-143과 유사하지만, Tu-141이 더 크다. 동체는 복합재와 금속으로 만들어졌다. 전투기처럼 뾰족하게 시작되는 동체의 최대 직경은 950mm이다. 주익이 동체 아래쪽에 달린 저익기이며, 삼각형의 주익은 전면 각도가 58도이며, 끝단이 잘린 형태다.

Tu-141 삼면도 <출처 : airwar.ru>
공기흡입구는 동체 후방 상부에 있으며, 그 위에 전면 각도 52도의 수직 꼬리날개가 있다. 수평 미익은 없다. 대신, 비행 안정성을 위해 기수부 양쪽에 작은 카나드가 달려 있다.
긴 실리더형 동체 위에 공기흡입구가 위치한 형태. 엔진은 동체부에 있다. <출처 : airwar.ru>
방향 조정은 주익 후방에 있는, 2개로 나뉜 엘레본(elevons)과 수직 미익의 러더(rudder)로 이루어진다. 동체는 기수부터 실린더형이며, 공기흡입구가 있는 부분부터는 2층 구조가 된다. 엔진은 공기흡입구보다 낮은 동체에 장착되어 있으며, 이런 구조로 인해 공기흡입구에서 엔진까지 통로는 완만한 S자를 그리게 된다. 엔진은 앞쪽이 동체 축에서 4.5도가량 올라가 있다.
고체로켓 부스터로 이륙하는 Tu-141 <출처 : airwar.ru>
동체는 길이 14.33m, 날개 폭 3.88m, 높이 2.44m, 총중량 5,370kg의 제원을 가졌다. 엔진은 시제품은 KR-17A 터보제트 엔진 시제품을 달고 비행 시험을 했지만, 첫 양산형 10대는 엔진 생산 문제로 투만스키(Tumansky) RD-9B 엔진을 달았다.
Tu-141에 장착된 KR-17A 터보제트 엔진 <출처 : militaryarms.ru>
이후 생산분부터 추력 19.6 kN의 양산형 KR-17A 엔진을 장착했다. 최고 속도 1,110km/h, 순항 속도 1,000km/h로 아음속과 천음속 비행을 했다. 항속 거리는 1,000km이며, 비행 고도는 6,000m였다.
Tu-141은 아음속과 천음속대를 비행하도록 설계되었다. <출처 : airwar.ru>
이륙은 운반 트레일러에서 동체 아래 장착된 고체연료 로켓 부스터를 사용하여 영거리(Zero length) 이륙을 한다. 회수는 먼저 수직 미익 뒤쪽에서 감속산(drag chute)이 전개되어 비행 속도를 늦추고, 그 뒤로 대형 낙하산이 전개되어 착륙하게 된다.
낙하산으로 착륙하지만 동체를 보호하기 위해 스키드식 착륙 장치도 갖추고 있다. <출처 : armedconflicts.com>
동체가 바닥에 닿는 것을 막기 위해 앞쪽에 1개, 뒤쪽에 2개의 스키드식 착륙 장치가 펼쳐진다. 착륙의 마지막 단계에서 제동용 고체로켓이 점화되어 낙하 속도를 줄인다.
운반 차량과 분리된 TPU-141 세미 트레일러와 Tu-141 <출처 : airwar.ru>

무인항공기를 포함한 VR-2 시스템은 KrAZ-260V 트럭으로 견인되는 발사용 TPU-141 세미 트레일러, TZM-141 운반 트럭, KPK-141 지원차량, MT-141 야전 정비차량, POD-3 통제차량으로 구성된다. TPU-141 세미 트레일러는 발사 지점에서 KrAZ-260V 트럭과 분리되며, 뒷부분의 바퀴가 없어 무인기 앞쪽이 약간 위로 올라가게 된다.

차량 운반 시 주익 끝단이 꺾여 올라가 전체 폭을 줄여주고, 수직 미익도 접혀서 높이를 줄인다.

수직 미익이 접힌 상태로 크레인으로 옮겨지고 있는 Tu-141 <출처 : airwar.ru>
정찰 장비의 종류에 따라 주간용 기체와 야간용 기체로 나뉜다. 주간용 기체는 노즈콘 아래쪽에 2개의 창을 가진 관측창에 A-86P 전방주시 필름 카메라, 그 뒤로 배면에서 지상을 바라보는 관측창에 PA-4/90 파노라마 카메라가 달린다. 야간용 기체는 주간용 기체에 있는 노즈콘 앞쪽 관측창이 없고, 뒤쪽 관측창에 적외선 센서가 달린다.
노즈콘 전방 관측창이 있는 버전(위)과 없는 버전(아래) <출처 : airwar.ru>
성능 개량이 이루어진 후에는 무선 전송이 가능한 텔레비전 카메라, 레이저 거리계, 방사능 측정기 등을 장착할 수 있게 되었다. 일부에서는 노즈콘 관측창이 있는 것을 버전 7, 관측창이 없는 것을 버전 8로 부르기도 하지만 구소련의 공식 분류 여부는 확인되지 않았다.


운용 현황

Tu-141은 1979년부터 1989년까지 152대가 생산되었다. 구소련 당시 Tu-141은 Tu-123처럼 유사시 서유럽 나토군 정찰을 위해 소련 서부 지역에 주로 배치되었다.

박물관에 전시 중인, 러시아군이 운용했던 Tu-141 <출처 : militaryarms.ru>
다른 나라에 수출되지는 않았고, 구소련 해체 후 러시아와 우크라이나가 자국에 배치된 기체를 인수했다. 이후 러시아와 우크라이나는 운용에 많은 돈이 들어가는 일부 Tu-141을 M-141이라는 표적기로 개조하여 대공방어 시스템 훈련에 사용했다. 낮은 고도로 비행하면 유인항공기에 비해 작은 동체로 인해 탐지가 어려웠다.
2014년 여름 우크라이나에서 촬영된 Tu-141 <출처 : militaryarms.ru>
우크라이나가 보유한 기체 중 일부는 2014년부터 시작된 분리주의 반군들과의 전쟁에서 Tu-141을 사용했다는 주장이 있으나, Tu-143와 혼동했을 가능성도 제기되고 있다.
비행하는 Tu-141과 근접 모니터링하는 MiG-29 전투기


변형 및 파생형

Tu-143 레이스: Tu-141의 기반이 된 중거리 무인정찰기. 시스템 분류명 VR-3.

Tu-141의 기반이 된 Tu-143 레이스 무인정찰기 <출처 : airwar.ru>
Tu-141 스트리시: Tu-143을 확대한 장거리 무인정찰기. 시스템 분류명 VR-2.
Tu-141 스트리시 장거리 무인정찰기. 사진은 노즈콘 전방 관측창이 없는 버전. <출처 : airwar.ru>
M-141: 구소련 해체 후 표적기로 개조된 기체 제식명. 시스템 분류명 VR-2VM.


제원

구분: 무인정찰기
설계 및 제작: 투폴레프 설계국 / 하르코프(Kharkov) 항공기 공장
길이: 14.33m
날개 폭: 3.88m
높이: 2.44m
중량: 5,370kg
엔진: KR-17A 터보제트 엔진 X 1
최고 속도: 1,110km/h
순항 속도: 1,000km/h
항속 거리: 1,000km
최대 비행 고도: 6,000m
최소 비행 고도: 50m


저자 소개

최현호 | 군사 칼럼니스트

오랫동안 군사 마니아로 활동해오면서 다양한 무기 및 방위산업 관련 정보를 입수해왔고, 2013년부터 군사커뮤니티 밀리돔(milidom) 운영자로 활동하고 있다. 현재 방위산업진흥회 <국방과 기술>, 국방홍보원 <국방저널> 등에 컬럼을 연재하고 있고, 기타 매체들에도 기고하고 있다.