항공모함

[김일순]

항공 모함(항모)을 보유하고 운용하는 목적은 지상에서 멀리 떨어진 곳에서도 항공 전력을 쓰는 데 있다. 따라서 항모에서의 핵심적 주제는 어떻게 하면 가장 많은 함재기를 실을 수 있고, 또 어떻게 하면 효과적으로 이착함시킬 수 있는가 이다.

이를 위하여 항모의 3寶라 불리는 격납고, 캐터펄트, 엘리베이터 이외에도 거대한 함정으로서 효율적이고도 안전한 운행과 임무 수행을 위하여 일반 함정에서 보기 드문 독특한 장비나 운영 체제를 갖추고 있다.

그 중에서도 함재기 운용이 목적인 항모는 이착함하는 활주 갑판과 평상 시 함재기를 보관 보호하는 격납고의 효율적 배치 구도에 유달리 많은 신경를 쓰게 된다.

프랑스에서 운용하던 클레망소(Clemenceau)級 항모의 경우 비교적 넓은 갑판에도 불구하고 활주 갑판의 배치상태가 효율적이지 못한 구조로 설계되어 함재기가 이착함하는 작전 중에 대기하는 함재기들이 머무는 곳을 찾지 못하는 등 운용상의 어려움이 있었다.

갑판 (Deck)

갑판은 육상 기지로 따지면 활주로와 그 주변시설에 해당되는데, 고장력 강판으로 만들어지며 그 두께는 50 ~ 75mm에 이른다.

구 소련의 키에프級 순양 항모는 고장력 갑판에 수직이착륙기의 이착함시의 마찰열을 감안하여 ceramic 구슬을 박아두었다고도 한다.

비행 갑판은 아래층에 갤러리 데크라는 작은 방들로 이루어진 하갑판위에 놓여지게 되며, 이러한 작은 방들은 하중을 골고루 분산시키는 프레임 역할을 한다. 비행 갑판(활주 갑판)에는 격납고에 수용되지 않은 함재기는 물론 함교, 캐터펄트, Arrester Wire, 착함 유도등 등의 시설물이 자리 잡고 있다.

갑판을 어떤 형태로 만드는가 하는 문제는 항모가 생긴 이래 설계자들의 주된 골칫거리였으며, 이런 이유를 제공하는 가장 큰 장애 요소는 Island라고 불리는 함교와 동력 기관에서 배출되는 연소 가스의 배출 굴뚝인 연돌 때문이었다.

선체 가운데 가장 높은 함교는 관제탑, 각종 레이더 뿐만 아니라 뜨거운 폐열이 섞인 배출가스가 통과하는 연돌이 내장되었어야 했기 때문에 그 위치에 따라 이착함하는 함재기에 나쁜 기류를 쏟아붓는 꼴이 되기도 한다. 함교의 위치는 그 동안 이 곳 저 곳으로 이동시켜 보기도 하였고, 심지어는 갑판에서 없애기도 하였었지만, 현재에 이르러서는 갑판의 우현에 자리잡게 되었다.

함교 뒤쪽을 잘 살펴 보면 뿌옇게 배출 가스가 흩날리고 있음을 볼 수 있다. 이런 배출 가스는 이착함하는 탑재기에게 충분한 양력을 제공하기 위하여 빠른 속도로 전진해야 하는 항모의 운행에 따라 배의 꼬리 쪽으로 쏠려 흐르면서 착함하려는 함재기의 시야를 방해함은 물론 뜨거운 폐열이 쏟아져 나옴으로써 순간적으로 착함 경로에 나쁜 기류를 만들어 착함하는 함재기에 커다란 위협이 되기도 한다.

거대한 규모의 항모를 움직이기 위하여 소모되는 막대한 양의 연료는 마찬가지로 막대한 양의 배기 가스를 쏟아냄으로써 착함 경로에 대한 난기류 뿐만 아니라 함재기의 정밀한 전자 장치를 교란시키고, 함재기와 항모의 부식을 촉진시킴은 물론 배출열과 매연은 적에게 쉽게 들키게 하여 은폐성에서도 불이익을 가져온다.

이러한 폐해를 줄이기 위해, 뜨거운 열을 갖고 있는 배기 가스에 바다의 차가운 외부 공기를 섞어서 온도를 낮추고 이를 송풍 시설로 강제 배출하는 방법이 고안되어 어느정도 그 피해를 줄여왔지만, 비교적 완전히 배출 가스의 나쁜 영향에서 자유로와지는데는 원자력동력 추진 항모의 등장이 큰 몫을 하고 있다.

격납고

항모에 탑재되는 함재기는 활주 갑판에 그대로 주기시켜도 되지만, 이럴 경우 갑판에 주기하는 만큼 활주로로 쓰일 갑판의 면적은 줄어들 수밖에 없으며, 또한 풍랑 같은 악천후 속에서는 소금물인 바닷물에 함재기 젖을 수밖에 없게 된다. 이 때문에 보다 많은 함재기를 실어 안전하게 보호하기 위하여 격납고를 갑판 아래에 설치하는 방법이 고안되었다.

격납고가 생기게 되자 보다 많은 함재기를 실음으로써 항모의 탑재 함재기 숫자는 비약적으로 늘어나게 되었으며, 탑재기 또한 소금물 가득 밴 바닷물의 위협에서 벗어날 수 있게 되었다.

그러나 우리가 흔히 보게 되는 폐쇄식 격납고가 항모 출현과 함께 처음으로 등장한 것은 아니며, 항모가 본격적으로 실전에 배치되기 시작한 제 2차 세계 대전 무렵에는 함재기 자체가 고가의 정밀 부품으로 만들어져 있지 않았기 때문에 궂이 폐쇄식으로 격납고를 설치하지는 않았다.

초기에는 샤워 커튼 비슷한 형식의 롤러 커튼으로 바닷바람을 막아쓰는 개방식 격납고가 쓰였는데 폐쇄식 격납고에 비해 내부에서 개솔린 항공유같은 인화 물질에 의한 화재나 폭발에 의한 피해에서 벗어날 수 있다는 장점이 있다. 이런한 장점은 제 2차 세계 대전 중에는 적으로부터의 공격으로 연쇄 폭발이나 화재가 일어났을 경우 매우 효과적인 방어 대책으로 인식되기도 하였다.

그러나 오늘날에는 정밀한 전자 장비를 갖춘 고가의 항공기가 주로 쓰이므로 개방식이 아니라 선체 내부 깊숙한 곳에 자리하는 폐쇄식 격납고에 함재기를 탑재하고 있다.

항모는 대개 최상위의 활주용 갑판을 01 Deck라고 부르며, 그 아래에는 주로 승무원들의 숙소로 쓰이는 갤러리 데크(Gallery Deck)라고 불리는 벌집처럼 무수히 많은 작은 방으로 채워진 02 Deck로 되어 있다. 격납고는 바로 02 Deck 아래쪽의 03 Deck에 놓이게 되어, 항모의 안방이라고 불리울 수 있다. 알을 낳는 여왕벌의 산란실의 위치와 흡사하다고 볼 수 있다. 격납고는 Main Deck라고도 불린다.

결국 격납고는 위쪽과 아랫쪽은 모두 벌집만큼이나 빽빽하게 들어찬 갤러리 데크의 작은 방들에 의해 샌드위치 처럼 가운데 놓이게 된다. 이렇게 둘려 쌓여진 격납고는 함재기의 보호보간 기능 뿐만 아니라 안정된 실내 환경이 됨으로써 고가 장비로 이루어진 첨단의 함재기들도 어느 정도 정비할 수 있게 된다.

엘리베이터

격납고와 갑판 사이를 오가며 함재기와 장비를 이송시켜주는 엘리베이터는 캐터펄트, 격납고와 함께 항모의 3대 필수 요소이다.

오늘날의 함재기들은 그 무게가 20~30톤에 이르는 경우가 많으므로 이들 함재기와 장비를 싣고서 갑판과 격납고를 오르내리려면  이에 맞는 용량의 대형 엘리베이터가 필요하게 된다.

니미츠級 항모의 경우 그 크기는 23mx16m에 이르며, 용량은 50톤으로 한 번에 전투기 2대를 운반할 수 있으며, 오르내리는 속도는 갑판과 격납고를 1분에 왕복할 수 있는 수준이다.

대부분의 나라들과는 달리 미국은 주로 활주 갑판의 가장자리에 위치하도록 설계하여 쓰고 있으며, 이를 사이드 엘리베이터라고 한다. 사이드 엘리베이터의 장점은 가장자리에 위치하므로 이착함 활주갑판의 면적에 크게 영향을 주지 않으며, 이착함 시 심한 하중을 받는 갑판의 강도를 떨구지 않는 점을 손꼽을 수 있다.

요즈음에는 평상 시에는 선측(船側)의 벽면으로 되어 있다가 에리베이터가 필요할 때는 그 벽이 각도를 바꾸어 엘리베이터가 되는 방식도 고안되어 있어, 갑판의 면적에 전혀 영향을 주지 않고도 엘리베이터의 기능을 이용할 수 있도록 하는 것도 있으며, 아예 갑판 가장자리에 돌출 형태로 튀어나온 엘리베이터도 있다. 이런 돌출형은 주로 헬기 강습 상륙함에서 많이 볼 수 있다.

캐터펄트(Catapult)

사출기(射出機)라고 번역되는 캐터펄트는 원래는 고대 그리스 ·로마 시대에 나무나 금속의 틀 사이에 현(弦)을 걸어 그 장력으로 화살이나 돌 ·투창(投槍) 등을 발사하는 노궁(弩弓)이나 노포(弩砲)를 가리키는 말이었다.

근대적인 캐터펄트는 1920년경 영국에서 개발하였으며, 1930년경에는 독일의 상선이 우편물을 조기에 송달하기 위해서 입항에 앞서 우편용 항공기를 유압식 캐터펄트에서 발진시키기도 하였었다.

초기의 캐터펄트는 길이 15~20 m의 발사대 위를 화약이나 압축 공기의 힘으로 고속 이동하는 썰매와 같은 장치가 있어, 그 위에 비행기를 얹어서 발진시키도록 하는 방식으로 주로 유압식 캐터펄트가 쓰였다.

그러나 오늘날이 와서는 제트 엔진을 장착한 20~30톤에 이르는 중량의 비행기를 함재기로 쓰게 되자, 활주 거리가 늘어남으로써 캐터펄트는 좀 더 강력한 사출력을 갖는 증기식 캐터필터로 바뀌었고 항모의 필수 장비로 등장하게 되었다. 현대적인 항모용 증기 캐터펄트는 1950년경 영국에서 실용화한 것이다.

오늘날 채택되고 있는 캐터필터는 항모의 비행 갑판 앞쪽에 수십 m~100 m 길이로 홈을 파고, 그 밑에 압축 공기나 증기의 힘으로 고속 이동하는 피스톤 장치를 하여, 그것에 비행기를 연결해서 그 견인력과 함속(艦速)과의 합성 속력으로 이함시키는 방식으로 쓰이고 있다.

캐터펄트의 원리는 비교적 간단하지만, 밀폐가 필수적인 실린더에 홈을 만들지 않으면 피스톤에 비행기를 연결할 수 없으므로 개발이 쉬운 것은 아니었다. 현재 쓰이는 증기 캐터펄트는 피스톤에서 뻗어나온 연결대를 금속성 띠로 만들고, 이 연결 금속띠에는 山 형태로 된 도구를 붙여 이것이 실린더 홈에 딱 들어맞는 금속띠를 밀어올리고 다시 뒤쪽의 도구가 다시 홈으로 되돌아 가도록 하는 방식을 쓴다. 그럼에도 이 연결대가 있는 곳에서는 증기가 어느정도 새어나오기 때문에 왼쪽 사진과 같이 함재기가 사출된 직후에는 새어 나온 수증기가 보이게 된다.
 
니미츠級 항모의 경우 1기당 1,500톤의 무게를 갖는 C-13-1이라는 증기 캐터펄트를 4개 사용하고 있는데, 76m의 짧은 활주로에서도 30톤의 함재기를 2초만에 시속 0Km에서 이륙에 필요한 충분한 양력(揚力)을 얻을 수 있는 속도인 256Km로 가속시켜 밀어낼 수 있다. 이를 2톤 정도의 고급 대형 승용차로 환산하면 2,400m까지 날릴 수 있다는 뜻이 된다. 주간에는 37초마다, 야간에는 1분 간격으로 함재기 2대를 발진시킬 수 있으므로, 최초 발진을 포함하여 1분 수초만에 4대의 함재기가 이륙할 수 있다.

현재 전자기 캐터펄트(Electro Magnetic Aircraf launching System)도 고안되어 있는데, 이 캐터펄트는 피스톤 직선 왕복 운동으로 구동되는 증기 캐터펄트와는 달리 이함 갑판에 일정한 간격으로 전자석(Electro Magnetic)을 깔아서 전류를 흐르게 하면 전자석이 되어 반발력이 생기는데 이 반발력을 이용하여 발진하는 방식으로 이러한 방식은 이미 자기부상열차에서 성공적으로 실험되고 있다.

전자기 케터펄트를 쓰면 증기 캐터펄트와 같은 증기 파이프나 고압 탱크가 필요 없으므로 적은 공간에서도 설치가 쉽다는 이점이 생긴다. 그러나 각 국의 차세대 항모에서 채택될 지는 알 수 없다.

캐터펄트가 없이 S/VTOL(Short/Vertical TakeOff and Landing 단거리 이착륙) 방식의 Harrier기를 사용하는 경항모의 경우 이륙에 필요한 거리를 30%정도 줄이는 효과가 있도록 활주로 끝부분을 위로 솟구치게 만든 스키 점프대를 이용한다.

함재기가  이륙할 때에는 충분한 양력을 주기 위하여 캐터펄트를 이용하는 외에도 항모가 어느 정도의 속도로 항주하게 되는데, 완전 무장을 한 CTO (Conventional Take Off)기인 경우 28노트 이상, STO(Short take off)인 경우 25노트 이상을 필요로 한다.

현재 취역 중인 항모들의 캐터펄트 운용 현황은 다음과 같다.

   Nimitz급 - 4기 설치
   Kitty Hawk급 - 4기 설치
   Enterprise급 - 4기 설치
   Charles De Gaulle  - 2기 설치
   São Paulo - 2기 설치
   Minas Gerais - 1기 설치

착함 유도등

착함 갑판에는 Meatball이라고 불리는 착함 유도등은 항시 켜져 있으며, 빨간색과 노란색의 Fresnel 렌즈로 되어 있어 동시에 번쩍이면서 조종사가 보는 각도에 따라 불빛은 바뀐다. 

수평 Bar는 만약 기체가 너무 높게 착함하는 상태이면 초록색으로, 너무 낮게 착함하는 상태이면 빨간색으로 나타내며, 빨간색 수직등이 노란색으로 반짝이거나 켜지면 착함은 거절된다.

어레스트 와이어 (Arrestting Wire)

캐터펄트가 제한된 공간인 갑판에서 함재기의 이함을 돕는 장비라면, 어레스트 와이어는 마찬가지로 제한된 공간에서 함재기가 착함하는 것을 돕는 장치이다. 함재기들의 엔진이 제트화 되므로써 증가한 착함속도를 줄여 제한된 공간의 갑판에서 제동시키기 위한 장치로 착함제동 장치와 활주 제지 장치가 고안되었으며, 어레스트 와이어는 바로 착함제동 장치에 해당 된다.

통상적으로 항모의 뒤쪽 갑판위에는 지름 30∼40mm두께의 금속으로 된 밧줄 형태의 어레스트 와이이어가 3 ~5개 정도 깔려 있으며, 함재기는 동체 뒤쪽 아래에 어레스트 와이어에 걸리도록 고안된 고리(Arrester Hook)를 어레스트 와이어에 걸어 제동하게 된다. 어레스트 와이어에 함재기의 고리가 성공적으로 걸리면 어레스트 와이어에 연결된 제동기가 작동해서 어레스트 와이어를 잡아당겨 착함한 함재기의 전진을 막고 멈추게 한다. Nimitz급 항모의 경우 시속 150마일의 속도로 착함한 항공기를 97.5m의 거리에서 완전히 멈추게 한다.

Nimitz級의 경우 통상적으로 100회 사용한 어레스터 와이어는 안전을 위하여 새 것으로 교체하여 사용한다.

함재기의 고리에 어레스트 와이어가 제대로 걸리지 않을 경우나 착함에 실패했을 경우에는 다시 고도를 높인 후 선회하여 착함을 시도하게 된다. 착함한 함재기가 제동장치인 어레스트 와이어에 의해서도 멈추어지지 않았을 때를 대비하여 착함갑판의 앞쪽에는 수축성이 강한 합성 수지로 된 초과저지망을 쳐서 활주를 제지시키도록 하고 있다. 

Nimitz급,  Enterprise급 - 5기 설치
Kitty Hawk급 - 4기 설치
Admiral Kuznetsov號 - 4기 설치
Charles De Gaulle號 - 3기 설치
Minas Gerias - 4기 설치
São Paulo - 4기 설치

자체 무장

일반적인 전투 함정들이 많은 무기들로 무장하는데 비해 항모는 그 큰 덩치에 어울리지 않는 가벼운 무장만을 하는 경우가 많다. 이는 함재기의 운용을 통하여 다른 전투 함정들이 갖는 무력 이상을 발휘할 수 있기 때문이다. 물 속의 유령처럼 은폐되어 활동하는 적대 잠수함은 항모에게 매우 위험스런 존재이지만, 함재기 가운데 대잠수함용 항공기는 특히 가장 위험스럽게 느껴지는 적의 잠수함을 꼼짝할 수 없게 만든다.

그렇다고 해서 항모의 자체 무장이 아예 없다는 뜻은 아니며, 일반적으로 항모가 작전에 들어갈 때 함께 움직이는 방공 순양함이나 구축함은 함대 방공망을 만들어 주기 때문에 주로 CIWS(Close In Weapon Systems)라고 불리는 근접방어무장만을 주로 갖춘다.

 

대표적인 CIWS로는 골키퍼(Goalkeeper), 팔랑스(Phalanx)가 있다. 그 CIWS보다 원거리 방어를 위하여 단거리 대공 미사일인 시 스패로우(Sea-sparow) RIM-7도 사용도 많이 채택하고 있다.

항모의 호위 세력이 없는 경우에는 어쩔 수 없이 스스로 어느 정도의 무장을 할 수밖에 없는데, 러시아의 쿠즈네쵸프 항모와 이탈리아의 가리발디 항모가 그 대표적인 예에 속한다.

그러나 태국의 경항모인 샤크리 나우레벳號는 자체 무장도 빈약함에도 불구하고, 호위 세력도 없이 운영하는 독특한 경우인데, 공격 전술 체계인 항모를 자체 함재기를 통하여 방어전술체계로 운영하는 경우라고 할 수 있다.

승무원 복장

항모에서 근무하는 승무원들은 그 숫자도 많으며 정비요원, 무장장착요원 등 주어진 고유의 임무가 다양하다. 각자 고유한 업무를 승무뭔 서로와 함재기의 파일럿이 손쉽게 식별할 수 있도록 하기 위하여 임무에 따라 각기 다른 색의 복장을 하고 있다.

특히 활주 갑판에 근무하는 승무원들은 이착함하는 함재기의 엔진 소음 때문에 헬멧에 방음용