가장 높이 나는 군용기는 27.4㎞ 상공 위 U-2 정찰기

가장 높이 나는 군용기는 27.4㎞ 상공 위 U-2 정찰기

<4> 군용기는 얼마나 높게 날아오를 수 있을까?
 
우주까지 날아갈 수는 없을까?

올라갈수록 대기 밀도 낮아져 추력·양력 감소

저압·저온도 문제…U-2 조종사는 우주복 착용

 

전투기가 비행 중 번개에 맞으면?

방전시스템 완비…추락·조종사 부상 전례 없어

항공기 표면 접합 부분 전도체…전류 빠져나가

 

U-2 정찰기

6만 피트(18.3㎞)까지 올라갈 수 있는 F-15.

　창공을 향한 인간의 꿈은 항공기를 탄생시켰고 2차 세계대전 이후 그에 관한 기술은 눈부시게 발전했다. 특히 제트기관의 개발은 항공기의 속도를 획기적으로 올려놓았고 더 높이 날 수 있게 했다. 항공 기술이 발달할수록 항공기에 관해 궁금한 점이 많아지는 것이 사실. 오늘은 독자들이 평소 알고 싶어 했을 만한 의문점을 골라봤다. 바로 군용기는 얼마나 높게 날아오를 수 있을까이다. 또한, 악천후 속 비행 중 번개를 맞는다면 전투기에 어떤 영향을 미칠까에 대해 알아본다.

　▲ MIG-31 한계고도 22.8㎞

　전투기는 무한정 하늘 높이 올라갈 수는 없다. 일정 고도 이상 올라가면 제트 엔진을 연소시킬 수 있는 산소가 희박해지고 대기의 밀도도 낮아져 항공기를 띄우는 힘인 추력 및 양력이 감소하기 때문이다. 또한 승무원이 저압, 저온이라는 고고도의 극한 환경을 견디기도 어려워진다. 그렇기 때문에 지구궤도를 벗어나는 우주왕복선의 경우 추진체를 태울 산소를 액화 상태로 직접 싣고 올라가며, 승무원들은 외부와 완벽하게 차단된 조종실에서 특수 우주복을 입은 채 임무수행을 한다.

　우리 공군이 보유하고 있는 전투기 중 KF-16은 한계고도가 5만 피트(16.6㎞)이고 그보다 엔진성능이 뛰어난 F-15의 경우 6만 피트(18.3㎞)까지 올라갈 수 있다. 그렇다면 전투기 중에서 가장 높이 나는 것은 무엇일까가 궁금해진다. 바로 러시아가 구소련 시절 고고도 방공망을 구축하기 위해 만든 MIG-31이다.

　엄청난 엔진 추진력을 가지고 있어 무려 22.8㎞까지 올라갈 수 있다.

　군용기 중 가장 높이 나는 것은 U-2 정찰기이다. 한계고도가 9만 피트(27.4㎞)에 이른다. U-2기 조종실 대기 압력은 아무리 인위적으로 높여도 3만 피트인 9.1㎞ 정도에서의 압력밖에 안 된다. 이 때문에 조종사는 우주복을 입고 이륙 한 시간 전부터 100% 산소를 흡입해 혈중 질소를 제거함으로써 혈중 산소 농도를 높여야 한다. 이렇듯 전투기가 높이 오르기 위해서는 전투기 자체의 기계적인 한계와 승무원의 항공 의학적인 한계를 동시에 극복해야만 하는 것이다.

한계고도가 5만 피트(16.6㎞)인 우리 공군의 KF-16.

한계고도가 5만 피트(16.6㎞)인 우리 공군의 KF-16.

　▲ ‘패러데이의 새장 효과’로 안전

　전투기가 임무수행 중 드물게 번개에 맞는 경우가 있다. 하지만 걱정할 필요 없다. 지금까지 번개 때문에 전투기가 추락하거나 조종사가 타격을 입은 경우는 없기 때문이다.

　조종사들은 비구름이나 난기류가 흐르는 곳을 만나면 항로를 바꿔 비행한다. 하지만 육안으로 식별되지 않거나 갑자기 생성된 뇌우 지역을 통과해야 할 경우 번개를 맞을 가능성은 있다.

번개가 항공기에 내리치면 10억 볼트, 수만 암페어의 전압과 전류가 항공기 외부 표면을 타고 지나간다. 항공기에는 벼락의 여파가 기내에 미치지 않도록 방전시스템이 갖춰져 있다. 피뢰침이 번개의 피해를 방지하듯 항공기 표면의 모든 접합 부분은 굵은 전도체로 연결돼 번개에 맞으면 강한 전류가 항공기 외부 표면을 따라 퍼지게 돼 날개와 꼬리 끝부분을 통해 공기 중으로 빠져나가게 된다. 그러나 번개가 빠져나가면서 항공기 일부 전자장비에는 영향을 줄 수도 있다.

　과학적으로 검증된 ‘패러데이의 새장 효과’라는 원리를 적용한 이 시스템 덕분에 항공기 내에 탑승한 사람은 안전하다. ‘패러데이 새장 효과’란 새장에 전류가 흐르더라도 새장 속의 새는 안전하다는 원리로 천둥, 번개가 칠 때 자동차 안으로 피신하면 안전한 것도 이 때문이다. 이럴 경우 당연히 차 문은 닫아야 한다.

　항공기에 벼락이 칠 경우 항공기 표면이 벗겨지는 등 흔적은 남지만 항공기 내부까지는 충격이 미치지 않으므로 안심해도 된다. 　

[국방일보] 2015.08.27.