Meteor급 미사일 개발과 Vitiated Air 연소 시험

[사무국]

기계·항공우주 분과 · 이태호

  매일 경제 2026년 4월 30일 자 보도에 의하면, 한화 에어로​스페이스가 세계 최고 성능의 공대공 미사일로 평가받는 Meteor 미사일에 견줄만한 국산 유도탄을 개발한다고 발표하였다. Meteor 미사일은 MBDA의 장거리 공대공 미사일로 최고 미하 4로 비행하며 200km 떨어져 있는 전투기를 요격할 수 있다. 주요 핵심기술은 덕티드 추진이라고 한다. 

  통상적인 추진기관은 액체 추진기관이든 고체 추진기관이든 산화제를 탑재하거나, 추진제에 함유시켜야 한다. 추진기관 추진제 원료의 효율을 생각한다면, 대기 중의 산소를 사용하는 방안이 자연스럽게 대두되었을 것이고, 이는 당연한 연구과제였다. 본인은 국과연 재직 시, 1989년부터 2년간 미 해군대학원에 객원교수로 국내 최초로 램제트 추진기관 연소에 관하여 연구를 한 바 있다.  

  미 해군대학원에서 근무할 때만 해도 고체 램제트가 실제 체계로 연계되지는 않은 시점이었고 훨씬 뒤인 2000년도 초부터 실용화되었는데, 고체 램제트의 연료는 순수하게 연료 성분만이고 산소원은 공기를 사용함을 의미하는데, 덕티드 추진기관은 고체연료에 불완전 연소가 되는 정도의 산소를 가진 상태의 연료에 2차적으로 덕트를 통하여 들어오는 공기를 사용하여 완전 연소가 되도록 하는 시스템이다.  Meteor는 덕티드 추진 시스템을 사용하고 있다.

  미사일 발사 관점에서 보면, 램제트 즉 공기 흡입 추진기관이 정상 작동하려면, 비행 마하수가 4 정도는 되어야 공기 중의 산소로 고체 추진 원료와 정상적인 혼합 연소가 가능하다. Meteor 미사일은 공대공 미사일이어서 비행기에 발사하는 시스템인데, 미사일을 탑재한 전투기에서 발사는 비행 관성으로 추진되는 상황이므로 초음속 전투기라 하더라도 초기부터 마하수 가 4에는 도달하지 못한다. 따라서 고체 덕티드 추진 시스템에서 이 또한 고려한 추진 연소가 이루어져야 할 것이다. 

미 해군대학원에서 사용한 손상 공기를 사용한 연소시험 장치
 
  램제트나 덕티드 로켓이나 연소 시험을 하는데 고려해야 하는 조건 중에 가장 중요한 것은 흡입 공기의 온도이다. 언급된 Meteor의 경우 비행 속력이 마하수 4 이상이다. 이런 상태의 공기가 연소실에 도착하면, 925K, 즉 650℃에 달한다. 이러한 온도가 되도록 공기를 가열하여 공급해야 하고, 사용할 공기의 양을 고려해 보면, 엄청난 열이 필요하다. 이를 대체하는 방법이 공기를 연소실 직전의 입구에서 가스를 공급해 태워 가열하는 방법이다. 이렇게 되면 공기의 성분에서 산소가 소모된 상태이고 연소 가스 성분으로 순수한 공기라 할 수는 없다. 즉 손상 공기(Vitiated)가 되는데 이를 보완하기 위하여, 여타 성분은 고려치 않더라도 소모된 산소를 추기로 공급해야 한다. 사진은 미 해군 대학원에서 사용한 이러한 장치를 사용한 소형 연소기 모습이다. 가스를 연소시켜 온도를 맞추려면 해당 온도가 되도록 열화학 당량을 맞추어 공급하여야 하며, 유속으로 인한 화염의 실화 방지를 위한 안정화 장치 및 필요시 공기가 공급되어야 하는 공기흡입구 개폐 장치 등 다양한 기술적 고려가 수반된다.

필자소개
 미 워싱턴 주립대 기계공학 박사
국방과학연구소 추진기관 연구개발 실장, 부장
미 해군대학원 객원교수, 금오공대 초빙교수
 (사) 한국 추진공학회 초대, 2대 회장
보국포장, 과학기술 훈장 수상