불과 20년 전만 해도 항공에는 몇 가지 규칙이 있었습니다. 대기권 내에서 빠르게 비행하고 싶다면 제트 엔진을 사용했습니다. 여기서 챔피언은 록히드 마틴이 설계한 SR-71 블랙버드였지만 마하 3이 최고였습니다. 더 빨리 가고 싶다면 로켓이 필요했습니다. 그러나 그것은 또한 자신의 산소를 운반하고 비행기라기보다는 우주선처럼 작동한다는 것을 의미했습니다. 이것은 NASA의 X-43A가 출시되기 전이었습니다.
X-43A는 2004년에 음속의 10배로 비행할 수 있었던 12피트 길이의 기체를 갖춘 무인 항공기였습니다. 이것은 급진적인 새로운 유형의 엔진인 스크램제트가 실제로 실험실 밖에서 작동할 수 있음을 증명하기 위해 고안된 약 2억 3천만 달러 규모의 연구 이니셔티브인 Hyper-X의 결과였습니다. 이전에는 과학자들이 컴퓨터 시뮬레이션과 풍동을 통해서만 숫자를 계산했습니다.
X-43A는 스스로 이륙할 수 없었습니다. 대규모 B-52B 폭격기는 X-43A를 최대 약 40,000피트까지 운반하면서 초기 추진력을 제공합니다. 거기에서 개조된 페가수스 로켓의 코에 묶인 우주선을 떨어뜨릴 것입니다. 그런 다음 로켓이 발사되어 X-43A를 시험 고도까지 폭파합니다.
테스트는 큰 성공을 거두지 못했습니다. 2001년 6월의 첫 번째 시도는 실제로 부스터가 실패한 후 남쪽으로 향했습니다. 이로 인해 팀은 접근 방식을 재설계하는 데 2년을 소비해야 했습니다. 그들은 2004년에 복수를 하고 돌아왔습니다. 3월에 이 우주선은 엄청난 마하 6.8을 기록했습니다. 그러다가 2004년 11월 16일에 두 번째 차량이 약 110,000피트의 고도에서 놀라운 마하 9.6, 즉 시속 거의 7,000마일의 속도로 하늘을 가르며 비명을 질렀습니다. 엔진은 약 10초 동안만 연소되었지만 그 작은 창문을 통해 공기를 흡입하는 극초음속 비행이 가능하다는 것이 입증되었습니다.
스크램제트가 중요한 이유
이러한 불가능한 속도를 달성하는 데 도움이 되는 것은 기본적으로 “초음속 연소 램제트”를 의미하는 스크램제트라는 기술입니다. 팬 블레이드를 사용하여 공기를 밀어내는 일반 제트 엔진과 달리 스크램제트의 작동 원리는 움직이는 부품이 없다는 것입니다. 대신, 들어오는 공기를 압축하기 위해 항공기의 속도를 사용합니다. 놀라운 점은 연료가 주입되고 연소될 때 공기가 엔진 전체에 걸쳐 초음속으로 유지된다는 것입니다. 소리보다 빠르게 이동하는 기류에서 화염을 유지해야 하기 때문에 이는 중요한 엔지니어링 과제입니다. 이는 또한 스크램제트가 저속에서 작동할 수 없고 “켜질” 수 있을 만큼 빠르게 이동하려면 로켓이 필요한 이유이기도 합니다.
하지만 이 모든 문제가 헛된 것은 아닙니다. 스크램제트의 가장 큰 장점은 자체 중산화제를 운반해야 하는 로켓과 달리 대기에서 산소를 호흡한다는 것입니다. 이는 더 작고, 가벼우며, 더 많은 페이로드를 운반할 수 있음을 의미합니다. 이 모든 것이 정말 흥미롭지만 Hyper-X 프로그램은 결코 양산 항공기를 생산하거나 지속적인 임무를 수행하기 위한 것이 아닙니다. 오히려 처음부터 3개 비행 연구 프로젝트로 범위가 지정되었습니다. 2004년 두 번의 성공적인 비행 이후 NASA는 필요한 모든 중요한 데이터를 확보하고 모든 작업을 마무리했습니다.
X-43A의 생존 방식
하지만 Hyper-X 프로그램은 완전히 죽지 않았습니다. 배턴은 미 공군에 넘겨졌고, 미 공군은 다음에 무엇이 올지 알아내는 임무를 맡았습니다. 그 다음 단계는 X-43A가 시작한 것을 그대로 계승한 기록적인 보잉 X-51 웨이브라이더(Boeing X-51 WaveRider)로 밝혀졌습니다. 2013년 X-51은 무려 210초 동안 지속되는 스크램제트 구동 비행을 달성하여 기술이 얼마나 멀리 발전했는지 보여주었습니다.
하지만 실제 이야기는 작은 우주선이 가져온 파급효과입니다. 비행에서 가져온 데이터는 이후의 모든 미국 극초음속 프로그램의 플레이북이 되었습니다. 엔지니어들은 전체 차량이 엔진과 일체로 설계되어야 한다는 사실과 같은 몇 가지 중요한 교훈을 얻었으며 극초음속 비행의 열을 처리하는 방법에 대한 귀중한 정보를 얻었습니다.
오늘날에도 20년 된 비행 데이터는 여전히 엔지니어들이 새로운 차량을 설계하기 위해 최신 컴퓨터 시뮬레이션을 다시 확인하는 데 사용하는 ‘답변’입니다. 또한 비행기를 타고 궤도로 곧장 날아가는 꿈이 순수한 환상이 아닌 이유이기도 합니다.
