21세기 전 세계 해양을 장악할 미 해군의 제3세대 핵항모 제럴드 R. 포드급 항공모함

21세기 전 세계 해양을 장악할 미 해군의 제3세대 핵항모 제럴드 R. 포드급 항공모함

개발의 역사

현재 미 해군 항공모함 전력의 주력은 역시 니미츠(Nimitz)급이다. 니미츠급은 1975년 초도함 CVN-69 니미츠가 취역하면서 등장했다. 무

려 10척이나 생산되면서 명실공히 미국 최고의 항공모함으로 자리 잡아왔다. 만재배수량이 10만 톤이 넘어 미군이 보유한 함정 가운데 최대 규모를 자랑하는 니미츠급은 웨스팅하우스(Westinghouse)의 A4W 원자로 2기를 장착하여 각각 100MW의 출력을 낼 수 있다.

미국의 원자력 추진 항공모함 가운데 제1세대는 처음 만들어진 CVN-65 엔터프라이즈(Enterprise) 항공모함으로, 니미츠는 엔터프라이즈의 장단점을 바탕으로 만든 제2세대 양산형 항공모함이었다.

니미츠급은 현재 미군의 주력함으로서 걸프전은 물론이고 아프간전, 이라크전 등에 투입되면서 움직이는 해상항공기지로서의 역할을 톡톡히 수행해왔다.

여태까지 미 항모의 주력은 니미츠급으로 42년간 새로운 급의 항모가 개발되지 않아왔다. <출처: 미 해군>

미국은 니미츠급 이후에 제3세대 항공모함으로 배를 만들 것인가 고민에 빠졌다. 미 해군이 구상한 차세대 항공모함은 CVN(X) 또는 CVN-21이라고 불리었다. 차기 항공모함은 2002년 당시 해군참모총장(CNO)인 번 클락(Vernon E. Clark) 제독이 제시한 “해양력 21(Sea Power 21)”이라는 21세기 해군력 발전 방향의 영향을 받았다. 해양력 21은 해양타격(Sea Strike), 해양방위(Sea Shield), 해양기지(Sea Basing)라는 세 가지 개념으로 압축할 수 있다.

즉, 우선 미 해군은 정보력을 바탕으로 해군-해병대 상륙작전을 수행하고 육·공군과 합동으로 지속적이고도 공세적인 정밀공격능력을 펼쳐야 한다.

둘째 해양통제와 전진배치를 계속함으로써 미 본토를 방어하고 분쟁 지역의 해역 방어로 전 지구적 방어능력을 확보함과 동시에 적국에 대한 진격능력을 갖춤으로써 지상전에까지 영향을 미쳐야만 한다.

마지막으로 해양작전 기동능력을 확보하여 공격과 방어가 자유자재로 가능한 해양기지를 구축함으로써 전 세계 어느 곳에라도 전개하여 합동군으로서 전투할 수 있는 능력을 갖추겠다는 것이다.

니미츠급을 대체할 21세기의 새로운 항공모함으로 CVN-21이 준비되었고, 이후 포드급이 되었다. <출처: 미 해군>

이런 야심 찬 계획에 따라 수많은 차세대 해군 무기체계들이 구상되고 도입되었다. 우선 해양타격을 위해서는 UCAS-D 함재용 무인전투기와 함께 F-35B/C형이 채용되었고, 호크아이(Hawkeye) 레이더 개선사업이나 P-8A 포세이돈(Poseidon) 대잠초계기나 MQ-4C 트리톤(Triton) 고고도무인정찰기 등 정보감시정찰(ISR)능력을 강화하는 노력도 계속되었다.

전투함에서는 LCS(Littoral Combat Ship)처럼 상륙지원 임무에 특화된 함정부터 자동화로 인력을 획기적으로 줄인 DDG-1000 줌왈트(Zumwalt)급 구축함 등이 차세대 무기체계의 주력이 되었다.

그리고 미 해군력의 핵심이자 상징인 항공모함으로서 CVN-21이 자리 잡고 있다. 즉, CVN-21은 해양타격의 중핵으로 스텔스기나 무인전투기를 포함한 다양한 함재기를 운용하여 하루 최대 1,080여 개 목표지점을 타격할 수 있는 능력을 갖추도록 하고, E-2D 조기경보기 등 다양한 자산과 방어 시스템으로 함대 전력을 보호하며, 유연한 해상전진기지로서 미 해군에게 막강한 억제력과 전투능력을 부여하겠다는 것이다.

특히 CVN-21은 부시(George W. Bush) 행정부 시절의 럼스펠드(Donald Rumsfeld) 국방장관이 추진하던 국방개혁과 연계되면서 최신예 기술을 적용하여 적은 인력으로 더욱 뛰어난 성능을 낼 수 있는 미래적인 무기체계의 상징으로 떠받들어지게 되었다.

CVN-21은 니미츠급 마지막 항공모함인 CVN-77 ‘조지 H. W. 부시(George H. W. Bush)’에 이어 CVN-78 ‘제럴드 R. 포드(Gerald R. Ford)’로 명명되었고, 2008년부터 예산이 할당되어 2009년부터 건조되기 시작했다.

새로운 항공모함의 초도함에는 해군 장교 출신이자 미국 제38대 대통령인 제럴드 R. 포드(Gerald R. Ford)의 이름이 붙었다. <출처: 미 해군>

제럴드 R. 포드급(이하 ‘포드급’)에는 신형 레이더, 전자기식 항공기 사출장치, 신형 원자로 등 다섯 가지 신기술이 적용되었다. 그

러나 신기술을 함정과 접목하는 데 필요한 시간을 감안하지 않아 건조비가 급격히 상승했다. 예산 집행을 승인하기 전인 2007년 의회 추산으로 포드급은 105억 달러면 건조가 가능한 것으로 평가되었지만, 건조 완료 목표 연도였던 2015년에는 무려 129억 달러까지 건조비가 상승했으며 심지어 그해에 건조가 완료되지도 못했다. 포드급은 결국 예정보다 2년이 늦은 2017년 7월 22일 취역했다.

포드급은 2015년 취역을 목표로 건조되었으나 실제로는 2017년이 되어서야 취역했다. <출처: 뉴포트뉴스 조선>

특징

항공모함은 말 그대로 항공기의 기지가 되는 배를 가리킨다. 항공모함의 능력은 소티 생성률, 즉 얼마만큼 전투기를 많이 뜨고 내리게 할 수 있는가에 달려 있다고 할 수 있다.

니미츠급은 전쟁 시 24시간 가동하는 집중임무(surge sortie) 시에 하루 최대 200소티를 기록할 수 있으며, 2004년 미 해군은 집중임무 시 최대 230소티로 4일간 지속할 수 있다고 밝힌 바 있다.

현재 니미츠급의 소티 생성률은 12시간 작전 시 120회, 24시간 작전 시 240회로 설정되어 있다. 그런데 포드급 항공모함은 12시간 작전 시에는 160회, 24시간 작전 시에는 무려 270회를 목표로 하고 있다.

하루 최대 270회의 작전이라면 슈퍼 호넷(Super Hornet) 기준으로 통상 JDAM 2발을 장착하고 임무를 수행할 때, 약 500개 이상의 표적을 제거할 수 있다는 말이 된다.

니미츠급에 비해 상당히 발전한 능력이다. 그런데 포드급은 전장 333mm, 전폭 78m, 흘수 12m에 만재배수량은 101,600톤 규모로 선체 자체도 니미츠급의 것을 그대로 활용하고 있다.

니미츠급과 차이가 거의 없는 포드급이 이러한 성능을 내기 위해서는 혁신이 필요했다. 그래서 등장한 것이 EMALS와 AAG이다.

포드급은 EMALS와 AAG 등 새로운 이착륙 시스템으로 함재기의 출격 횟수를 늘렸다. 사진은 지상에서 EMALS 시스템을 슈퍼 호넷 함재전투기로 시험 중인 장면이다. <출처: 미 해군>

보통 F-16 전투기가 이륙하는 데 필요한 최소거리는 450여m, 착륙에는 910여m가 필요하다. 그러나 니미츠급 항공모함에서는 99m 이내에 이륙하고, 98m 이내에 착륙해야 한다. 이를 위해서 이륙에는 사출장치인 캐터펄트(catapult)가, 착륙에는 강제착함장치가 필요하다.

그래서 미 해군의 항공모함은 증기 사출장치를 사용한다. 원자로의 터빈을 돌리는 증기를 이용하여 항공기를 사출시킨다. 문제는 어쩌다 한 번씩 증기압력이 부족한 채로 캐터펄트가 작동하기도 하는데, 이때 함재기에 충분한 추력을 주지 못하게 되어 항공기가 뜨지 못하고 물로 추락하게 된다.

니미츠급이 사용하는 Mk 13 캐터펄트는 증기를 담기 위한 탱크 등 함내 차지하는 체적이 엄청날 뿐만 아니라 시스템 중량만 해도 1,500톤에 이르며, 캐터펄트 운용요원만 해도 100명이 넘는다.

포드급은 전자기식 사출장치(EMALS, Electro-Magnetic Aircraft Launching System)를 채용하고 있다. 즉, 증기가 아니라 강력한 전자기력을 사용하는 방식이다.

손쉽게 설명하자면 마치 자기부상열차처럼 자기력으로 항공기를 밀어내는 것이다. EMALS를 채용하면 구조가 단순하고 정비가 간편하여 유지보수가 쉬울 뿐만 아니라 부피와 무게도 엄청나게 줄어든다는 장점이 있다. 이에 따라 포드급에는 모두 4개의 EMALS가 장착된다.

무엇보다도 출력이 기존의 증기 사출장치는 95MJ인 데 비해, EMALS는 무려 122MJ을 기록하여 사출장치의 일대 혁신을 일으키고 있다.

그러나 2014 회계연도 시험평가 도중에 해군은 EMALS의 결함을 발견했다. 강한 추진력으로 인해 슈퍼 호넷(Super Hornet)이나 그라울러(Growler)의 경우 480갤론 외부연료탱크를 장착할 경우 기체피로가 생긴다는 점이다. 이에 따라 문제가 해결될 때까지 포드급에서 이들 기체의 이착륙은 금지된 상태다.

신뢰성도 문제가 되어 애초 ROC(작전요구성능)가 제시하는 주요 고장간 평균 횟수(MCBCF, Mean Cycles Between Critical Failure)가 4,166회였던 데 반해, 작년 12월 시험 결과는 340회에 그쳐 매우 낮은 신뢰성을 보여주었다. 이외에도 EMALS는 전기를 사용한다는 점에서 적의 EMP 공격 시 무력화될 수 있다는 단점이 지적되었다.

EMALS 시스템은 자기부상열차처럼 자기의 힘으로 항공기를 밀어내는 장치다. <출처: 제너럴 아토믹스(General Atomics)>

이륙만큼이나 중요한 것이 착륙이다. 기존의 니미츠급에서는 Mk7 유압식 강제착륙 시스템을 채용했지만, 포드급에서는 최신형 강제착륙장치(AAG, Advanced Arresting Gear)를 채용하고 있다.

프레데터(Predator)와 리퍼(Reaper) 무인기로 유명한 제너럴 아토믹스(General Atomics) 사가 미 해군과 함께 만든 AAG는 워터터빈으로 에너지를 흡수하여 착함시키는 방식이다.

AAG는 현재 주력인 F/A-18E/F 슈퍼 호넷 전투기나 F-35C 라이트닝(Lightning) II 스텔스 전투기는 물론이고, X-47 등 무인기의 이착륙을 모두 소화할 수 있는 시스템이다.

AAG는 원래 2009년까지 개발을 완료하기로 되어 있었으나, 2018년에나 완성될 예정이다. 이에 따라 AAG는 개발기간이 2.5배, 개발비용이 7배 상승하는 등 그러지 않아도 비용 상승과 늦은 실전배치로 고전하고 있는 포드급의 발목을 잡았다.

포드급의 갑판 위에 내린 미 대통령 전용헬기 ‘마린 원(Marine one)’의 모습. 트럼프 대통령은 지난 3월 포드급 항공모함을 방문하여 빠른 실전배치를 독려한 바 있다. <출처: 미 백악관>

포드급에서 독특한 점은 바로 아일랜드(island)에 있다. 아일랜드, 즉 항모의 함교는 과거 직사각형의 빌딩 같던 구조에서 스텔스성을 고려하여 경사지게 설계되었다.

함교는 크기가 작아지고 길이는 짧아진 대신 높이는 6m 정도 높아졌다. 함교 내부도 니미츠급에 비해 다소 좁아졌지만, 더욱 효율적인 관제 시스템이 채용되어 여유는 충분한 편이다.

효율적인 항공작전을 위해 함교는 니미츠급보다도 더 뒤로 배치했다. 이로써 비행갑판 공간이 니미츠급보다 더 넓게 확보되었을 뿐만 아니라 항공기를 최대한 적게 이동시키면서 갑판 중간에서 연료 재보급이나 재무장을 쉽게 할 수 있게 하는 등 작업 동선을 더 효율적으로 재배치하여 더 높은 출격률을 기대할 수 있게 되었다.

이런 과정에서 항공기용 엘리베이터는 4개에서 3개로 줄어들었다. 대신 함교에 미 항공모함 최초로 위상배열 레이더인 듀얼밴드 레이더(DBR, dual-band radar)를 탑재하고 있다.

DBR은 SPY-3 X밴드 다기능레이더(MFR, Multi-fuction Radar)와 SPY-4 S밴드 광역수색레이더(VSR, Volume Search Radar)를 한데 묶어 각각 위상배열 안테나 3개면으로 구성한 레이더 시스템이다. 특히 SPY-3 MFR은 펜슬빔(pencil beam)으로 저고도 표적까지 정확히 식별해낼 수 있어, 줌왈트급 구축함에도 채용되었다.

DBR은 중거리 방어용인 ESSM(Evolved Sea Sparrow Missile)이나 근접방어용인 RAM(Rolling Airframe Missile)나 CIWS(Close-In Weapon System) 등으로 구성되는 함정자체방어시스템(SSDS, Ship Self-Defense System)과 연동되어 항공모함의 방어임무를 수행한다.

포드급은 니미츠급보다 간소화되고 스텔스성을 감안한 아일랜드가 특징이다. 특히 포드급의 아일랜드에는 SPY-3 DBR이 장착되어 뛰어난 탐지성능을 자랑한다. <출처: 미 해군>

문제는 장거리 목표를 탐지하는 SPY-4 VSR이다. 우선 카터(Ashton Carter) 장관은 실전배치 시기를 맞추기 위해 줌왈트급에 SPY-4를 장착하기로 한 것을 취소해버렸고, 결국 줌왈트급 건조사업에서 해결하기로 되어 있었던 SPY-3와 SPY-4의 연동 문제를 포드급에서 해결해야만 하는 상황이 되어버렸다.

특히 개발 초기에 기술적으로 성숙하지 못한 VSR로 인해 항공관제 레이더와의 간섭현상 등의 문제점들이 발견됨에 따라 SPY-3와 SPY-4의 동시운용이 어려운 점 등이 지적되고 있다.

결국 미 해군은 초도함인 제럴드 R. 포드함에만 DBR을 장착하기로 하고 후속함부터는 EASR(Enterprise Air Surveillance Radar)을 장착하기로 했고, 이에 따라 추가적으로 1억 8,000만 달러를 절감하게 되었다고 한다.

포드급은 여전히 원자력 추진이지만 원자로 방식이 틀리다. 기존의 가압경수로 방식인 A4W 계열을 대신하여 A1B 원자로를 채용하고 있다.

벡텔(Bechtel) 사에서 1998년 개발한 A1B는 더욱 단순하고도 효율적인 설계를 채용하여 크기를 줄였을 뿐만 아니라, 본격적인 전자제어감시기술을 채용하여 관리도 편해졌다.

무엇보다도 연료봉 교체는 20년에 한 번만 해도 되어 연료 재보급을 위해 항공모함을 쓸 수 없게 되는 일이 줄어들게 되었다.

게다가 A1B는 니미츠급의 A4W와 비교하면 전체 출력은 25%가 향상되었고, 전기출력은 원자로 1기당 무려 300MW로 무려 3배나 증가했다.

사실 이런 충분한 출력 덕분에 EMALS나 AAG 또는 DBR 같은 신형 장비들을 운용할 수 있는 것이다. 또한 추후에 자유전자 레이저(FEL, Free Electron Laser)와 같은 레이저 무기도 장착할 예정인데, 이 역시 출력이 충분하기에 가능한 것이다.

포드급에는 신형 원자로인 A1B가 장착되어 무려 20년간 연료 교체 없이 활용할 수 있게 되었다. <출처: 미 해군>

운용 현황

미국은 지난 2012년 엔터프라이즈 항공모함을 퇴역시키면서 10척의 니미츠급 항공모함들만 2017년 중반까지 운용해왔다. 원래 미 의회가 정해놓은 11척의 항공모함 쿼터를 채우지 못하고 있는 상황이다. 11척 쿼터를 채우기 위해서 미국은 어느 때보다도 빨리 포드급을 배치해야만 했다.

애초에 포드급을 전력화하기로 한 것은 2015년 9월 30일이었다. 그러나 신형 장비들의 성능 검증이 완료되지 못하자, 전력화 시기를 2016년 8~9월경으로 연기했고, 이마저도 탑재장비에 대한 평가가 89%에 그치고 있어 전력화 시기가 또 2017년으로 연기되었다.

이 와중에도 포드급의 후속함은 꾸준히 건조가 계획되고 있어, 이미 2번함 CVN-79 ‘존 F 케네디(John F. Kennedy)’는 2015년부터 건조에 돌입했고, 3번함 CVN-80 ‘엔터프라이즈’는 2018년에 건조될 계획이다.

모두 10척이 건조되어 2050년까지 니미츠급을 대체하게 된다. 초도함인 CVN-78 제럴드 R. 포드함을 과연 제 시기에 전력화할 수 있을지를 놓고 미 정부와 의회는 엄청난 고민에 빠졌었다.

미 해군의 제3세대 항공모함인 포드급은 IOC 검증 이후 2021년경에야 태평양함대에 배치될 전망이다. <출처: 미 해군>

초도함의 건조사업은 어느 나라건 많은 문제를 동반하기 마련이다. 그러나 포드급의 문제는 이보다는 좀 더 복잡했다.

가장 큰 문제는 동시진행(concurrency)이다. 이전까지 한 번도 검증된 바 없는 최신 기술로 최초의 무기체계를 만들면서 컴퓨터 시뮬레이션과 사후 보정으로만 가능하다는 가정에 문제가 있다.

여기에 해당하는 가장 대표적인 예가 F-35다. 비용을 아끼겠다고 개발과 생산을 동시에 진행하고 있지만, 오히려 비용은 증가하고 리스크만 커졌다. 2010년 즈음에는 아예 사업 자체가 좌초될 뻔했다. 똑같은 실수가 포드급에서 반복되었다.

해군은 포드급에 너무 많은 신기술을 한꺼번에 다 밀어넣으려고 했다. EMALS, AAG, DBR 등 이전에 다른 함정에서 한 번도 실험해본 적이 없는 기술들을 10만 톤짜리 초대형 항공모함에 우겨넣으려다 보니 무려 13년의 시간에다가 60억 달러나 비용을 초과해버렸다.

2008년 예상으로 105억 달러였던 초도함 건조비용은 건조완료 시점에는 135억 달러까지 무려 30억 달러나 상승했다. 미 상원 군사위원장인 존 매케인(John Sidney McCain III) 의원은 포드급의 문제를 지적하기 위해 ‘미국 최고의 돈 낭비(America's Most Wasted)'라는 제목의 보고서까지 발간하기도 했다.

존 매케인 상원 군사위원장은 포드급을 놓고 ‘미국 최고의 돈낭비’라는 보고서를 내놓기도 했다. <출처: 존 매케인 의원실>

결국 포드급은 2017년 7월 22일 버지니아주 노퍽(Norfolk) 해군기지에서 취역했다. 취역식에 참석한 트럼프(Donald Trump) 미 대통령은 “미국의 철강과 미국인의 손으로 전 세계를 향한 10만 톤짜리 메시지를 만들었다”면서 “이 항공모함이 수평선을 가르며 나아갈 때면 모두가 미국이 오고 있다는 것을 알게 돼 우리의 동맹은 한숨을 돌리고 적은 두려움에 떨 것”이라고 평가했다.

그러나 제럴드 R. 포드함이 당장 전력으로 투입되는 것은 아니며, 아직 초도작전능력(IOC) 검증 등의 절차가 남아 있다. 현재 제럴드 R. 포드 항공모함은 2021년까지 태평양 작전해역에 배치될 계획이다.

포드급 취역식에 참석한 트럼프 대통령은 신형 항모가 “전 세계를 향한 10만 톤짜리 메시지”라면서 아메리카 퍼스트와 아메리카 베스트가 해군에서도 계속될 것임을 다짐했다. <출처: 미 해군>

최대 수퍼 핵항모 제럴드 포드함 항공촬영 영상 <출처: 네이버 밀에어로코리아 채널>

제원

- 제작: 뉴포트뉴스(Newport News) 조선소
- 취역: 2017년 7월 22일
- 추진: A1B 원자로 2기, 4축
- 전장: 333mm
- 전고: 76m
- 전폭: 78m
- 흘수: 12m
- 갑판: 25층
- 만재배수량: 112,000톤
- 추진: A1B 원자로 2기, 4축 추진
- 속력: 30노트 이상
- 승무원: 4,660명
- 항속거리: 무제한
- 무장: (대공미사일) RIM-162 ESSM 발사기 2개, RIM-116 RAM 발사기 2개 

          (화포) 20mm 페일랭스(Phalanx) CIWS 2개, M2 .50구경 기관총 4문
- 센서: AN/SPY-3 듀얼밴드 레이더(S밴드/X밴드), EASR 장거리 감시레이더,
- 함재기: 75대 이상

[유용원의 군사세계] 2017.07.31