레이저로 전투기와 미사일의 극초음속 비행을 가능하게 하는 기술이 개발되고 있다

국방 기술의 연구개발에서 최근 가장 중요한 주제는 극초음속 무기와 지향성 에너지 무기입니다. 최근 이 두 가지를 결합하여, 레이저 등의 에너지 무기를 전방에 조사하여 극초음속 비행을 가능하게 하는 기술이 개발되었다고, 뉴스사이트 The Drive가 소개하고 있습니다.

Blasting The Air In Front Of Hypersonic Vehicles With Lasers Could Unlock Unprecedented Speeds
https://www.thedrive.com/the-war-zone/33859/blasting-the-air-in-front-of-hypersonic-vehicles-with-lasers-could-unlock-unprecedented-speeds

Blasting The Air In Front Of Hypersonic Vehicles With Lasers Could Unlock Unprecedented Speeds

극초음속 무기는 마하 5.0, 즉 음속의 5배 이상의 속도로 비행하는 전투기와 미사일 등을 가리킵니다. 그리고 지향성 에너지 무기는 로켓과 미사일이 아닌 레이저 및 마이크로 웨이브, 플라즈마 빔 등 의도한 목표에 높은 에너지를 조사하여 파괴하는 무기입니다.

극초음속 무기는 발사에서 목표 도달까지의 시간이 크게 단축되기 때문에 레이더로 파악되어도 처리될 가능성이 낮습니다. 또한 보통의 탄도 미사일은 지상에서부터 포물선을 그리며 낙하하는 반면 엄청난 속도로 똑바로 떨어지는 극초음속 무기는 기존의 탄도 미사일 요격 시스템으로는 대응할 수 없다고 하며, 미군의 미래 전략에 필수적인 무기로써 적극적으로 연구개발을 진행하고 있습니다.

예를 들어, 미국 공군과 록히드 마틴이 공동으로 개발한 AGM-183A ARRI(공중 발사 고속응답 무기)는 우주에서 발사된 마하 20까지 가속된 미사일이라고 합니다.

Behold, the AGM-183A Air-launched Rapid Response Weapon (ARRW), the most advanced hypersonic boost-glide missile in development.
https://twitter.com/TheDEWLine/status/1233520733629960193?s=19

Steve Trimble on Twitter

이러한 극초음속 무기는 매우 개발이 어렵고, 많은 예산이 소요됩니다. 실제로 미국 공군과 록히드 마틴은 공중 발사형 미사일 HCSW(초음속 통상 공격 무기)도 개발하고 있었지만, 예산 문제로 중단되었습니다.

극초음속 무기를 실현하기 위해서는 두 가지 벽이 존재한다고 합니다. '공기 저항을 어떻게 줄일것이냐'와 '대기와의 마찰로 발생하는 열의 영향을 어떻게 처리할 것인가'라는 문제입니다.

공기 저항에 대해서는 무기의 형상으로 대응할 수 있지만, 극초음속을 실현하기 위한 장비를 탑재할 필요가 있고, 재료 공학의 한계도 있어 자유롭게 형상을 변화시킬 수 없습니다.

또한 극초음속으로 대기권을 비행하면 대기와의 마찰열로 온도가 비정상적으로 상승하여 내부에 탑재하고 있는 장비에 큰 영향을 미칩니다. 마찰열의 문제는 내부 무기의 표면에 단열재를 포함시키면 해결할 수 있지만, 무기의 무게가 증가하기 때문에 항속 거리와 최대 거리가 떨어집니다.

극초음속 무기의 연구가 난항하는 한편, 지향성 에너지 무기에 대한 기술은 진보에 의해 출력의 향상이나 장치의 소형화가 실현되고 있습니다. 예를 들어, 2020년 5월에 미국 해군이 상륙함에 탑재한 레이저 무기로 드론을 격추하는 데 성공했습니다.

공격 헬기 AH-64 아파치에도 레이저 무기를 탑재하는 시험이 실시되어 성공하고 있습니다.

이 지향성 에너지 무기 기술을 응용하여 극초음속 무기 실현을 가로막고 두 가지의 벽을 타파하려는 시도를 NASA와 미군이 실시하고 있습니다.

1983년 NASA에 의한 자금 투입 아래 엔지니어 레이크 마이라보 씨가 솔선하여, 레이저를 사용하여 추진력을 얻는 '라이트 크래프트'의 연구가 진행되었습니다. 비행체의 내부에서 전방에 레이저 빔을 발사하여 비행체의 전방에 충격파를 생성시키고 대기를 밀어내어 공기 저항을 줄이는 원리입니다. 하지만 너무 급진적인 개념이었기 때문에, 마이라보 씨의 연구가 본격적으로 무기에 전용되지는 않았습니다.

1999년 마이라보 씨의 연구와 유사한 연구논문이 발표되었습니다. 이것은 극초음속기의 끝에서 전기 아크, 레이저, 또는 마이크로파를 방사하여 플라즈마를 형성하고, 추진력을 향상시키는 원리였습니다.

'지향성 에너지에 의한 극초음속 무기의 실현'의 연구는 계속되어 2005년에는 DEAS(레이저 지원형 지향성 에너지 에어스파이크)의 실증 실험이 이루어졌습니다. 다음의 이미지가 극초음속 풍동에서 실제로 테스트한 결과, 반구형 테스트 모델의 전방의 공기가 레이저에 의해 플라즈마화 되었습니다. 이 실험에는 마이라보 씨도 참가하고 있었습니다.

이때부터 '지향성 에너지 전투기와 미사일이 받는 공기 저항을 낮춘다'는 아이디어에, NASA와 미군이 적극적으로 연구를 시작했습니다. 2019년에는 초단 펄스 레이저를 사용하여 전투기 주위의 공기를 이온화하여 과열시키는 '에너지 축적'이라는 기술에 대한 연구도 시작되었습니다.

The Drive는 "지향성 에너지 무기와 극초음속 무기라는 첨단 기술 연구의 두 가지가 융합하여 '에너지 축적'이라는 기술로 진화해, 완전히 새로운 형태의 비행기를 설계할 수 있게 되고, 대기권 내에서의 속도를 추구한다는 점에서 새로운 프론티어가 분출될 수도 있습니다"라고 논평하고 있습니다.