중국 본토 정찰임무에 투입되기 전 본격적인 시험 비행을 하고 있는 SR-71

[하충열]

SR-71 전략정찰기의 복귀 임박과 함께 첫 번째 전략 정찰지로서 중국 본토가 가장 유력한 임무지로서 점쳐지는 가운데 SR-71에 대한 알려지지 않은 내용들을 수합해서 비밀에 소개하고자 합니다. 

1998년 공식 비행을 기점으로 은퇴한 것으로 알려진 SR-71은 실제는 은퇴한 것은 아니고 각종 실험 비행을 위한 NASA 소속 기체로서 현재까지도 비행을 하고 있었습니다. 

중국은 SR-71 기체의 설계도, 운용 방법과 기체의 한계성에 대한 정보를 미 본토의 협력자들과 미국 내 도서관에 산재된 자료들을 샅샅히 수집하여 알려지지 않은 각종 데이터들을 수집하였습니다. 

↓ 1964년 12월 23일, 캘리포니아 팜데일에서의 첫 비행모습

Kelly Johnson(켈리 존슨)은 A-12의 변형 모델인 M-21을 설계하였고 이는 큰 드론을 동체 위에 탑재, 운반할 수 있었던 기체였습니다. 이 기체가 Area 51에서 첫 비행을 하였습니다. 

SR-71 'Black Bird' 전략정찰기는 24년의 운용 기간 동안 총 4,000발의 지대공 미사일을 맞닥뜨렸고, 정찰비행 임무에서 단 한 기체도 잃지 않고 성공적으로 탈출했습니다. 

"Black Bird"의 가장 효과적인 자기 방어 수단은 높은 고도와 높은 속도이며, SR-71은 고도 24,000m에서 마하 3.3의 속도로 순항하도록 설계되었습니다. 

이 고도에서 "Black Bird"는 시간당 지구 표면의 260,000 ㎢를 촬영할 수 있었으며 당시에는 어떤 적 전투기도 SR-71을 요격하기가 어려웠습니다.

↓ SR-71의 실제 정찰 임무 중 정찰 국가 내 상공에서 기내 콕피트의 모습을 찍은 스크린 화면  

Colonel (ret) Richard Graham

한때 SR-71이 세계 어디든 갈 수 있고 안전하게 정찰비행을 한 후 돌아올 수 있다고 말했던 전 블랙버드 조종사 Richard Graham(리처드 그레이엄) 대령은 한 가지 임무를 회상했던 적이 있었습니다. 

Kamchatka Peninsula(캄차카 반도) 남쪽 끝자락에는 구 소련 전투기 3 대의 흔적이 멀리서 나타났는데, 이 3 대의 MiG-25 전투기가 시계 방향으로 선회하고 있었는데, SR-71이 접근해 오자 SR-71을  향해 정면으로 날아오는 모습이 보였다고 합니다. 

서로 3~5km 떨어져 있는데 이때 Mig-25 전투기의 항적은 갑자기 사라졌고 이 전투기들이 SR-71을 요격하려고 풀 애프터버너를 가동하고 상승하기 시작했다는 것을 알았습니다. 

이 소련 조종사들은 'Black Bird'를 격추하라는 명령을 받았을지도 모릅니다. 그러나 Mig-25 전투기들은 SR-71 정찰기가 있는 고도까지 올라갈 수 없었습니다.

♠. 격추되지 않기 위해서 자국에서 끊임없는 정찰회피 훈련 비행을 했었던 SR-71 

당시 SR-71 전략 정찰기의 요격 가능에 관련한 내용은 극비사항으로 F-15 Eagle과 F-14 Tomcat이라는 두 대의 전투기만이 SR-71을 격추할 수 있었다고 합니다. 

SR-71은 종종 F-14 및 F-15 요격 훈련에 참여하여 "Tomcat Chase" 및 "Eagle Decoy" 임무를 비행해야 했습니다. 

SR-71은 높은 고도와 고속으로 비행하므로 F-14와 F-15가 AIM-54 "Phoenix" 및 AIM-7 "Sparrow" 공대공 미사일을 이용하여 검색, 추적, Lock-On, 요격 및 시뮬레이션할 수 있습니다. 

공대공 미사일을 이용한 "Tomcat Chase" 임무는 로스앤젤레스 북서쪽의 태평양 통제 영공에서 수행되었으며, "Eagle Decoy" 임무는 네바다주 라스베거스 북쪽의 Nellis 공군 기지 훈련장에서 수행되었습니다. 

"Tomcat Chase"에서 F-14는 일반적으로 2대의 대형으로 SR-71과 추격 전투를 벌입니다.

↓ Richard Graham 대령이 임무 수행 중 구소련 Mig-25 3대의 요격을 받고 있는 SR-71 HABU 972의 Mach 3의 속도로 비행하고 있는 모습 

(Artist: Philip West)

단 한 번의 격추를 피하기 위한 귀중한 기회를 최대한 활용하기 위해 F-14와 편대를 이루어 비행 훈련하였던 SR-71은 훈련 공역으로 직선 및 고속으로 비행하여 전투기가 이러한 고고도/고도에서 유리한 위치를 차지할 수 있도록 의도적인 비행환경을 만들어 훈련하였습니다.

이러한 SR-71의 불리한 비행 환경을 조성하였던 것은 여러 번 차단을 놓치는 것을 방지하여 시간 낭비를 방지하기 위한 속도 차단 훈련의 성격 때문이었는데 SR-71의 요격은 매우 통제된 환경에서 수행되었으며, 이는 전투기에 의한 요격을 성공적으로 수행하는 데 도움이 되었기 때문입니다. 

SR-71과 전투기는 모두 동일한 지상 통제 요격(Ground-Controlled Interception : GCI) 주파수를 사용하므로 전투기는 쉽게 정면 요격으로 유도될 수 있으며 "블랙버드"는 F-14 전투기 조종사들과 대화할 수도 있었습니다.

SR-71은 어떠한 기동도 하지 않고 일정한 고도, 속도, 방향으로 비행하며 재머 작동도 허용되지 않으며, 전투기는 지상통제 요격 유도에 따라 정면 요격에 들어

갑니다. 그러나 이렇게 고도로 통제된 비행 조건에서도 F-14와 F-15가 SR-71을 "격추"할 확률은 매우 낮았습니다. 

그러한 주된 이유는 두 항공기 사이의 높이 차이와 무서운 상대 속도로 인해 정면 충돌은 불가능하였으며 실제 SR-71에 대한 요격은 매우 어렵고 미사일 발사 조건을 충족하는 데 걸리는 시간은 단 몇 초에 불과하므로 많은 전투기 조종사들이 Black Bird 에 대응할 시간이 없었던 것입니다. 

↓ SR-71과 F-14 Tomcat이 요격 훈련을 하고 있는 모습

"Eagle Decoy" 임무 시작 시 F-15 조종사는 공중 사격 통제 시스템 스피드 게이트(두 항공기 사이의 폐쇄 속도를 계산하는 데 사용됨)가 SR-71의 최종 폐쇄 속도를 따라잡을 수 없다는 사실을 발견했습니다. 

추후 이러한 문제는 컴퓨터 소프트웨어를 통해 업그레이드가 되어 문제가 해결되었습니다.

물론 F-14와 F-15가 실제 전투에서 "Black Bird"를 격추시키려면 두 가지 매우 실제적인 물리적 문제에 직면해야 합니다. 

전투기가 요격 중 고도 7,600m 이상 올라가지 않으면 미사일이 발사 후 고도 17,000m까지 올라가는 것은 커녕 SR-71에 손상을 주기도 어렵기 때문입니다. 

'Phoenix'와 'Sparrow' 미사일의 조종날개는 매우 작고 12,000m 이하의 밀집된 대기에서의 기동에만 최적화되어 있기 때문에 고도 24,000m까지 상승한 후 Black Bird를 완전히 빗나가더라도 미사일 날개로 미사일을 돌리기가 어려웠던 것입니다. 

구소련도 "Black Bird"를 요격할 때 비슷한 문제를 발견했습니다. MiG-25가 "Black Bird"를 성공적으로 요격하여 격추하지 못한 이유 중 하나는 탑재된 컴퓨터가 진공관을 이용한 매우 원시적이라는 것이었습니다. 

 게다가 당시 대부분의 공대공 미사일은 10,000m 이하의 비행 고도에 최적화되어 있어 밀도가 높은 공중에서의 기동에만 적합했습니다. 

SR-71의 순항 고도에서는 공기가 희박하여 미사일 날개가 비효율적이며 효과적인 기동을 수행할 수 없었습니다.

↓ 왼쪽 747 항공기의 기내 안에서 밖으로 본 이동속도(550 mph)와 가운데 SR-71 Back Bird 조종석(Mach 3.5 , 2,700mph)에서 밖을 본 이동속도의 육안 비교

◆ SR-71 Blck Bird는 적성국가 영공에 정확한 목표지점을 정해서 비행할 수 있었을까? 그것은 천문 관성항법 장치를 탑재하였기 때문

이 기술은 공중 수동 광정탐지장비를 장착하여 자연별 시간 관련 위치 정보에 의존하여 계산을 통해 SR-71 항공기의 진로, 자세, 위치를 파악하고 관성 항법장치를 자동으로 업데이트 하여 지속적인 정확한 항법을 제공하였습니다. 

GPS가 대중화된 오늘날에도 일부 장거리 군용기에는 이러한 천문 관성항법장치를 완전히 대체할 수 없다고 합니다. 

특히 북한, 중공 그리고 러시아에 의한 GPS 신호가 재밍 받을 때 이 구형의 천문 관성항법장치의 신뢰성은 매우 높아지며 신뢰할 수 있는 유일한 해결책이 되고 있다고 합니다. 

항공기에 처음 장착된 천문항법장치는 수동방식이었는데 실상 행해용으로 사용되었던 것을 항공기용으로 개량한 6중의 항법장치였습니다. 

이를테면 천문항법장치가 장착된 초기에 Boring 747 기체에는 6중항법장치가 직접 장착되었습니다. 

그 이후 공중 무선항법장치가 보편화되고 정밀해 지면서 이 천문항법장치의 보조적 쓰임새는 점점 위치를 잃어갔습니다. 

냉전 시대에 장거리 및 고속의 군사용 무기들이 대거 등장하면서 일반적으로 사용되었던 INS(Inertial Navigation System ; 관성항법장치)는 더이상 장거리 비행의 군사작전 필요성을 충족시킬 수 없게 되었습니다. 

게다가 이러한 INS는 고정된 표류율을 가지고 있었기 때문에 예외의 군사적 환경에 처해지면 정확성을 기대하기는 어려웠습니다. 

게다가 장거리 비행 작전을 수행할 수록 항해 거리가 멀어지면서 표류량이 증가하여 비행위치의 정확도를 보장하기 위해 지속적으로 업데이트를 하는 보조 항법 수단의 필요성이 절실해졌습니다. 

이는 어떤 무선 방해 명령에도 의존하지 않는 천문항법이 최고의 보조항법 수단으로 각광받기 시작했으며 관성항법장치와 결합하여 자동화된 Astronomical Inertial Navigation System(ANS ; 천문 관성항법장치)로 진화되었습니다. 

이는 당시에는 절대적인 최첨단 시스템으로서 관성항법과 천문항법에 의해 주어진 지역 위치를 각각 자동으로 교차 확인할 수 있었던 것입니다. 

만약 두 가지 데이터 중 전자의 데이터가 일관성이 없었을 경우 후자의 데이터를 사용하여 전자를 업데이트하므로 전체 시스템의 정확도가 크게 향상되는 효과도 기대되었습니다. 

SR-71에 탑재되어 운용된 ANS(천문관성항법장치)

■. 천문관성항법장치의 놀라운 정확성, 현재에도 이러한 장치는 극비기술로 분류되어 있음.

미국의 SM-62 Snark 순항 미사일에 처음으로 이러한 천문관성항법장치가 적용되어 설치되었습니다. 

↓ Northrop社가 제작하여 미공군이 운영하였던 SNARK SM-62 제원

1958년 SM-62 순항미사일은 새로운 항법장치로 업그레이드를 한 후 수천㎞를 비행한 뒤 원형공산오차가 기존 27㎞ 에서 6.4㎞로 획기적으로 줄여졌습니다. 

당시 기술 수준을 고려하면 실로 놀라운 성과였으며 이 후 몇 년 사이 천문관성항법장치가 크게 개발되어 거의 모든 미국의 대륙간 탄도미사일과 Lockheed 社의 SR-71 전략 정찰기에 장착된 것입니다. 

SR-71 정찰기가 구 소련 국경근처에서 정확한 목표 대상으로 정찰을 성공적으로 수행하려면 매우 빠른 속도로 소련 국경 근처에 정확하게 접근해야 하는데 이 정찰 임무의 핵심은 고도로 정확한 장거리 항법 기술이었던 것입니다. 

이 임무 기능을 달성하기 위해 Skunk 공장에서는 당시 최고 정밀 항법장비였던 “Notronics NAS-14V2” 라는 천문관성항법시스템을 장착했던 것입니다. 

↓ 1964년 Califonia Burbank(캘리포니아 버뱅크)에 위치했었던 Lockheed Skunk Work 시설에서 조립되고 있었던 1세대 SR-71 모습, 조종석 뒷 부분 빨간색 구역이 NAS-14V2 천문관성항법시스템이 장착되는 위치였습니다. 

Black Bird 조종사와 임무 계획자, 정비요원들 모두 NAS-14V2가 장착되고 난 후 1977년 조지 루카스가 Star Wars라는 영화를 제작한 이후 NAS-14V2를 R2D2라고 호칭했으며 Black Bird 조종사들은 종종 자신들이 조종하는 SR-71 기체를 3인승 기체라고 표현하였습니다. 

NAS-14V2는 SR-71 기체 후방 조종석 뒤쪽에 설치되어 있어서 항공기가 외부로 어떤 방사능도 방출하지 않고 정확하게 항공비행을 할 수 있도록 하는 능력을 가지고 있었던 것입니다. 

SR-71이 지상에서 택싱 중일 때 구름으로 인해 NAS-14V2의 천문관성항법시스템은 정확한 위치 수정을 수행하지 못하도록 되어 있었습니다. 

따라서 천문관성항법시스템은 SR-71을 위한 항법을 하기위해 구름 위로 날아갈 때까지 기다리도록 설계가 되었습니다.

NAS-14V2는 프로그램에 따라 몇 시에 어느 별을 찾아야 하는지 프로그래밍되어 있었습니다. 

gimbal bracket(짐벌 브래킷)에 설치된 별자리 추적장치는 SR-71이 비행 중일 때 별자리들의 위치를 정기적으로 관찰하였고 측정된 데이터는 관성 기준 장치의 오류를 수정하기 위해 디지털 컴퓨터로 전송시켰습니다. 이 시스템의 항법 정확도는 매우 높았으며 SR-71의 모든 정찰 임무에서 예정된 정찰 경로에 따라 비행을 할 수 있게 해 주었습니다. 

↓ SR-71 조종석 후방에 설치된 NAS-14V2 천문관성항법시스템 

↓ SR-71 조종석 후방에 설치되는 NAS-14V2 장착위치

드디어 시작된 건재한 SR-71 Black Bird 중국 대륙 영공 정찰전 드러난 시험 비행!!

2023년 12월 23일 한국시각 00시 12분 공개된 SR-71 Black Bird의 시험비행에서 기존의 NASA 도장이었던 백색 도장이 없어지고 플라즈마 도료로 재도장된 SR-71 동체의 초음속 시험비행 모습이 포착되었습니다.