동북아시아 대륙 끝에 위치한 한반도는 남북 간 우주 항공기 개발로 인한 자존심 경쟁이 치열하다. 미·소 냉전시대의 양극화 현상을 극복하며 21세기로 재빠르게 진입했지만 여전히 남한과 북한은 이념과 갈등으로 대치하는 상황이고 종전이 아닌 휴전 상태로 세계 ‘악의 축’을 가르는 ‘전쟁 광풍의 핵’으로 자리하고 있다. 때문에 지구상 거주하는 전 세계인은 한반도의 군사적 움직임에 뜨거운 관심을 거두지 않고 있다.
그런 가운데 지난 해 말 북한은 장거리 미사일 로켓 발사를 발표했고 이어 1단 로켓 보종 발동기 계통의 기술적 결함이 발견됨에 따라 발사기간을 늦춰 연내 발사한다는 의지를 재천명하며 뜨거운 이슈를 낳았다. 1970년대부터 로켓을 개발해온 북한은 기술력만 놓고 보면 핵심 영역인 1단 추진체에서 월등한 기술력을 확보하고 있다.
남한 역시 전남 고흥군 나로호(KSLV-I) 발사로 커다란 국가적 명운을 걸고 있다. 안보 측면에서도 로켓 기술 확보가 무엇보다 시급한 남한은 2009년 첫 발사에 도전한 이후 10년간 5,000억 원이 넘는 예산을 쏟아 부으며 우주 개발에 대한 원대한 꿈을 접지 않고 있다. 무엇보다 세계에서 두 번째로 ‘틸트로터 항공기’를 개발하면서 한국의 위상은 매우 높아졌다. 또한 2012년 ‘스마트 무인항공기’ 개발 성공은 한국 항공산업기술의 경쟁력을 업그레이드 하는 데 공헌하고 있어 박수갈채를 받는다.
그 중심에 한국항공우주연구원(KARI, http://www.kari.re.kr)이 자리하고 있다. 특히 이곳의 ‘스마트무인기사업단’은 틸트로터 무인항공기 기술을 산업체에 기술이전하게 됨은 물론 수직이착륙 무인기의 세계시장을 개척하고 확보하는 계기를 마련해 한국 우주항공의 새로운 지평을 열고 있다. 한국항공우주연구원 스마트무인기사업단에서 각종 연구와 기술 개발 진행의 총책임을 맡고 있는 김재무(金載武·57) 단장은 “조선과 자동차산업은 국제 경쟁력이 우위에 있으나 항공산업은 미국과 유럽 등에 비해 현저히 낙후돼 있다. 하지만 이번 틸트로터 항공기 개발기술은 세계에서 2번째로 한국의 항공산업 위상을 한층 높여 놓는 전환점이 되었다”고 소개한다.
활주로가 필요 없는 ‘스마트무인항공기’ 시대 개막하다
스마트무인기사업단에서 개발한 ‘틸트로터(tilt rotor) 무인항공기’는 헬리콥터처럼 수직으로 이·착륙할 뿐 아니라 비행기처럼 빠르게 날 수 있도록 설계되어 있는 무인항공기 시스템이다. 특히 활주로가 필요 없을 뿐 아니라 항공기가 이륙할 때 로터를 위로 향하게 하여 수직으로 이·착륙할 수 있다. 또한 속도를 증가시키면 로터를 앞으로 기울여 일반 고정익 항공기로 변신할 수 있는 형태를 갖추고 있다. 일반 헬리콥터에 비해 약 2배의 속도와 고도에서 비행할 수 있는 성능은 물론 공중에서 제자리 비행이 가능하여 인명구조에도 활용도가 높다.
이러한 무인항공기 시스템은 1950년대부터 미국에서 본격적으로 연구가 시작돼 X-3, X-15, V-22의 세 차례 기술 시현기를 개발하여 2005년에야 비로소 V-22 Osprey로 양산에 성공할 수 있었던 고난이도 기술이다. 유럽 여러 나라에서도 1990년대부터 민수용 틸트로터 항공기 개발에 착수하였으나 아직까지 기초 설계 단계에 머무르고 있을 뿐 아니라 실제 비행까지 진전되지 않고 있다. 때문에 미국만이 틸트로터 항공기 개발기술을 독점하고 있음은 물론 해외로 기술 유출을 ‘수출금지’ 품목으로 지정하고 있다.
하지만 한국에서는 2002년에 ‘21세기 프론티어 연구개발사업’의 일환으로 무인항공기 틸트로터 항공기 개발을 시작하였고 2011년에 드디어 비행시험을 성공해 개발을 입증하였다. 지식경제부가 지원하고 한국항공우주연구원(이하 항우연)이 주관하여 산학연 총 36개 기관이 참여한 이번 개발은 2012년까지 총 10년간 약 970억 원의 예산을 투입해 개발의 성공신화를 이루었다. 처음 틸트로터 비행체는 회전익 항공기로 로터의 개발이 필수적이었으나 당시에는 그러한 기술이 축적되지 않아 항우연의 열정적인 노력이 필요했다. 이곳의 전문 분야인 헬리콥터 설계/시험 기술을 적용해 개발 초기에는 미국의 중소기업과 공동으로 개발에 나섰고 나중에는 기술을 완전 국산화해 로터 비행시험을 수행했다.
이러한 성과로 스마트무인항공기는 한국의 항공기 개발기술을 세계 수준으로 격상시켜 놓았다. 그동안 군수 위주로 T-50 훈련기, 수리온 헬리콥터가 개발되었으나 해외기술에 의존할 수밖에 없었고, 전통적으로 선진국이 점유한 해외시장 개척에 어려움이 많았다. 하지만 이번 스마트무인항공기 개발로 획득한 ‘틸트로터 항공기 개발기술’은 무인기는 물론 자가용 비행기(PAV)의 미래 해외시장 점유율을 높일 수 있는 전기를 마련하였다.
국익에 빛나는 틸트로터 항공기 파급효과
틸트로터 항공기는 헬리콥터 비행과 고정익 비행을 동시에 수행하고 회전익에서 고정익으로 천이비행을 한다. 따라서 현존하는 가장 난이도가 높은 항공기 기종으로 정평이 나 있다. 특징으로는 제어가 복잡하고 난이도가 가장 높으나 전술적으로는 축소기 비행과 안전줄 비행 등의 한국 특유의 독창적 기법을 사용해 비행시험에 성공하므로서 틸트로터 항공기 개발 기술의 우위를 입증하였다.
이러한 틸트로터 항공기는 현재 무인기 시스템을 갖춰 민수/공공용으로 해역 정찰감시, 불법어로 감시, 해상 수색과 구조, 산불 감시와 방사능 탐지, 국가 재난 대비 등으로 사용할 수 있다. 무엇보다 군사용으로는 함상 운용무인기와 지상무인기로 사용하여 감시 정찰에 필수적이다. 또한 이러한 무인기의 기체개발기술과 자동비행제어기술을 유인기에 적용하면 약 15년 후에 도래할 자가용 비행기(PAV: Personal Aerial Vehicle) 개발을 앞당길 수 있다. 특히 한국은 활주로가 부족해 주차장이나 옥상에서 이·착륙할 수 있어 최적이며 고속비행이 가능하여 ‘빨리 빨리’를 외치는 한국인에게 제격이다.
여기에 무인기용으로 개발된 기술을 적용하면 자동차 운전면허 정도의 기술로 자동화된 틸트로터 PAV를 조종하여 원하는 곳으로 이동할 수 있는 장점이 있다. 무엇보다 20인승 급의 틸트로터 항공기에 적용하면 허브 공항 필요 없이 소규모 도시에서 다른 소규모 도시로 빠른 시간에 이동할 수 있어 항공 교통수단으로 유리하다. 미국에 이어 비행시험에 성공한 한국의 기술력이 해외에 알려지면서 20인승 규모의 민수용 틸트로터를 개발하려는 유럽 국가들의 공동개발 제안이 쇄도하고 있다.
또한 한국의 틸트로터 항공기는 활주로 시설을 개발할 시 광대한 면적의 자연환경 파괴가 불가피 한 것을 줄여줌으로 환경 파괴를 최소화하고 편리한 point-to-point 운송수단을 가능하게 한다. 특히 미국은 유인무인 틸트로터 비행시험에 실패하여 미 정부의 지원이 중단됨으로 실용화가 중단되었지만 한국은 독자적인 틸트로터 무인기 개발 성공으로 ‘수직이착륙 무인기’ 세계시장을 점유할 수 있는 기회를 활짝 열어 놓았다.
10년 하루같이 ‘한 우물 파기’에 매진한 김재무 단장의 열과 성
1974년 서울대학교 항공공학과를 졸업한 김재무 단장은 1978년 3월 국방과학연구소에 입사해 삼중음속풍동실험실에서 미사일, 포탄, 무인 항공기 등을 시험한다. 이후 1982년경 ‘McDonnell Douglas 항공사 삼중음속풍동 Exchange Engineer로 연구를 지속하다가 1986년 미국 텍사스 주립대학 항공우주공학에서 ‘저속풍동실험을 통한 회전익과 와류의 간섭현상 연구’ 논문으로 석사학위를 취득한다. 이어 1988년에는 미국 조지아 공과대학 항공우주공학에서 ‘회전익 와류와 헬리콥터 동체의 유체역학적 간섭에 관한 실험적 연구’란 논문으로 공학박사를 취득한다. 그리고 1994년 3월 국내 한국항공우주연구원에 입사해 기술연구부와 항공사업부 책임연구원을 거친 후 2002년 3월에는 항구연 스마트무인기사업단을 발족해 팀장으로 임명된다. 그는 이곳에서 28년 동안 중형 아음속 풍동 개발(시험부: 4 × 3m)과 쌍발 복합재 항공기 모델 풍동시험, 다목적 회전익기 예비 설계와 풍동시험, 중형 항공기 설계 검증과 풍동시험, 고속전철 선두부 설계와 풍동시험, 6분력 풍동저울 개발, 항공기 고양력 장치설계를 위한 풍동시험기법 개발과 시험 수행, 다목적 회전익기 핵심기술연구 수행, 축소 로우터 시험장치 설치와 시험기술 개발, 해상 작전 헬기 절충교역 기술이전 프로그램을 통한 헬리콥터, 로터 공력설계 기술 획득과 한국형 로우터 설계, 차세대 로터 시스템 개발 사업 추진, 스마트 무인기 개발 등 각종 연구와 개발을 진행하며 사업단장으로 선출된다.
그리고 국내특허 등록 10-0555176 틸트로터 항공기, 국내특허 등록 10-0602408 짐발 허브장치 및 이를 구비하는 로터장치, 10-0822366 틸트로터-윙 항공기, 10-0898488 틸트로터 허브용 인장-비틀림 스트랩의 시험장치, 10-10299320000 목표물 자동추적시스템의 검증장치 등을 통해 2005년 4월에는 국가과학기술발전에 공헌한 바가 인정되어 과학기술부 장관표창을 수상했다.
그리고 지난 2012년 12월, 국민에게 기술의 중요성을 알리고 학계와 산업계 연구자들 간의 최신 기술과 산업 정보를 공유하기 위해 한국공학한림원 주관으로 발간한 ‘한국을 빛낸 분야별 과학기술 및 산업성과’ 책자에 수록되었다. 또한 산업기술의 중요성에 대한 국민적 공감대를 확산하고 산업기술인의 사기를 높이기 위해 수여된 산업기술진흥 유공자로 인정되어 정부로부터 동탑산업 훈장의 포상을 받았다.
이에 김재무 단장은 “기술자는 기술로써 자기 삶의 미션을 수행하고 사회에 공헌을 한다. 이것이 넘버원이다. 또한 개인적으로 이러한 연구가 기술개발로써 끝나는 것이 아니라 적극적으로 활용되어서 비행기가 해안 감시와 산불 예방 등에 쓰이기를 바란다. 군용으로도 국경 감시와 안보, 전장 상황 시찰 등에 두루 쓰이면 좋겠다. 필수다. 이러한 기술개발의 전초를 선배들이 마련했으니 앞으로 이 분야의 후배들은 더욱 자가용비행기인 PAV시대를 앞당겼으면 좋겠다. 그럼으로 막막한 한국의 경제 상황에 무한대의 고부가가치를 창출할 수 있는 산업으로 끝없이 발전시켜 나갔으면 한다”고 바람을 나타낸다.
이제 올 2013년에 3차 발사될 나로호 프로젝트를 기대하며 한국의 우주개발은 국가 미래를 위해 결코 중단할 수 없는 과제임을 다시 한 번 확인한다. 또한 2021년 ‘한국형 발사체(KSLV-Ⅱ)’를 쏘아 올릴 그날을 위해 항우연의 지대한 노력을 주시함은 물론 세계 2위로 등극한 ‘틸트로터 무인항공기’의 사세 확장과 자가용비행기 시대를 위해 고군분투 열정을 불사를 스마트무인기사업단 김재무 단장의 활동을 기대해 본다.
