KF-21N 함재기도 개발해야

 한국형 항공모함 사업의 개념 변화는 이미 2022년부터 그 조짐이 드러나기 시작하였다.  9월 19일에 국회 국방위원회에서 김승겸 당시 합동참모의장은 함재기 국내 개발 방안에 대한 질의에 국산 함재 전투기 개발은 KF-21N 개발을 염두에 둔 것이라는 사실을 확인하는 답변을 하였다.

KF-21 시제 3호기가 격납고에서 시험비행을 위해 나오고 있다.(사진:디펜스타임즈)

 이미 KF-21N 개발 가능성에 대한 평가는 완료되었다. 2023년 2월 3일에 방위사업청이 국회에 보고한 바에 따르면, KF-21N 독자 개발 가능성을 평가하기 위한 연구 용역을 실시하여 2023년 1월에 마무리하였으며, 그 결과 KF-21N을 국내에서 항공모함 개발과 건조 일정에 맞추어 개발하는 것이 가능하다는 것이 확인되었다고 한다.

 해당 연구 용역 결과에 따르면 KF-21N 개발과 1조 8천억원이 소요되며, 제작에 필요한 사업 비용은 2조 3천억이며, 개발에 소요되는 시간은 8년 6개월이라고 한다.

 KF-21N은 KF-21과 날개 면적과 익폭, 날개 에어포일(airfoil) 등이 다르고 이에 맞춰서 비행제어 OFP(Operational Flight Program)도 재설계가 되어야 한다. 그리고 함상 운용을 해야 하기 때문에 한국형 항공모함과 연동하기 위한 인터페이스 개발도 필요하다. 방위사업청의 연구 용역 결과에 따르면 이러한 요소들에 대한 검증을 하기 위한 시험 평가에 소요되는 시간은 2년이라고 한다.

KF-21 시제 3호기가 시험비행을 나와서 택싱 전에 점검을 받고 있다.(사진:디펜스타임즈)

 그러므로 KF-21N 개발에 착수한 시점부터 동 기종의 양산과 배치까지 총 10년 6개월이 소요된다는 것이다. 이는 KF-21N을 항공모함 사업 일정에 맞춰서 개발을 할 수 있다는 것을 의미한다.

 그리고 2023년 3월부터 국방부는 KF-21N을 탑재하는 중형 항공모함 설계 및 건조 정책 연구에 착수하였다. 이 연구의 핵심은 기존의 CVX 사업 추진전략(5세대 STOVL 전투기 16 ~ 18대를 탑재하는 기준 배수량 3만톤급의 경항공모함)을 폐기하고 새로운 개념과 사업추진전략을 마련할 경우 사업 비용과 소요 기간 증가의 리스크가 있는지 여부를 확인하는 것이다.

 해당 연구는 원래 2023년 12월에 마무리 될 예정이었다고 한다. 그러나 2024년 연말로 완료 시기가 미루어졌으며 결국 2025년 6월 마덱스(MADEX)에서 한국형 항공모함 사업 재추진 여부와 사업추진전략이 드러나게 될 것으로 보인다.

시험비행을 위해 활주하는 KF-21 시제 3호기(사진:디펜스타임즈)

 KAI와 HD 현대 중공업은 새로운 사업추진전략이 마련되어도 기존의 사업추진전략과 비교하여 비용과 개발 소요 시간에 큰 변동은 없을 것이라고 확신하고 있다.

 이미 현대 중공업은 KF-21 파생 함재 전투기, 즉 KF-21N을 운용하는 항공모함 개발을 위해서 한국항공우주산업(이하 KAI)과 긴밀하게 협력을 하고 있다. 함재 전투기를 개발하려면 이를 탑재하는 배(항공모함)에 대한 이해가 필요하다. 그러므로 KAI는 현대 중공업과 협력하면서 KF-21을 항공모함에서 운용하는 전투기로 재설계하기 위한 설계 방향을 구체적으로 확립하였다.

 그리고 현대 중공업은 중형 항공모함 개념 설계를 하면서 KAI와 협력하여 KF-21N과 마린온 계열 헬리콥터(마린온 헬기, MAH, 마린온 계열 탐색구조헬기 등) 등의 함내 동선 최적화 설계와 격납 공간 할당 등을 항공모함 개념 설계에 반영 하고 있다.

 이미 2023년 마덱스에서 현대 중공업은 KF-21N 운용 항공모함 개념 설계를 공개한 바 있다. 2021년 마덱스에서 F-35B 탑재 경항공모함 개념 설계안을 공개하여 널리 주목을 받았던 현대 중공업은 2023년에도 마덱스에서 F-35B를 운용하는 3만톤급 항공모함 개념 설계안을 KF-21N 탑재 중형 항공모함 개념 설계안과 함께 제시한 바 있다.

.KF-21 블록3에 적용될 첨단항공엔진은 개발기간을 11.5ㅕ으로 단축을 검토하고 있으며, 개발소요비용은 3.7조원으로 예상하고 있다.(사진:디펜스타임즈)

 다만 2023년 마덱스에서 KF-21N 탑재 항공모함 개념 설계 형상은 큰 모형으로 구현되어 전시되어 언론의 주목을 받은 반면, F-35B 탑재 경항공모함 개념안은 그림으로 전시되었기 때었기 때문에 이를 인지한 사람이 거의 없었다.

 2021년에 공개한 개념 설계와 2023년에 제시했던 개념 설계는 서로 사뭇 달랐다. 2021년 마덱스에서는 F-35B 탑재 3만톤급 스키점프대 항공모함 개념 설계 모형이 이목을 끌어모으는 핵심 전시물이었으며, 2019년부터 시행한 LPX-II 개념 설계(2019년 10월 ~ 2020년 12월) 결과 도출된 F-35B 탑재 대형 수송함 형상 모형은 3만톤급 항공모함 개념 모형 앞에 작은 크기의 모형으로 함께 전시되었다.

 반면 2023년 마덱스 당시 현대중공업 부스에서는 KF-21N 탑재 항공모함 개념 설계 모형이 전시되었으며, F-35B 탑재 3만톤급 항공모함 개념 설계는 그림으로만 제시되었다. 당시 그림으로 제시되었던 F-35B 탑재 3만톤급 경항공모함의 개념 설계안은 2021년 마덱스에서 현대 중공업이 제시했던 그것과 달리 전방 스키점프대와 후방 드론 발진구역 등이 모두 생략된 모습이었다. 이는 해당 형상이 2021년 마덱스에서 현대 중공업이 공개했던 경항공모함 개념 설계 형상 중 3만톤급 스키점프대 항공모함 개념 설계 형상이 아니라 LPX-II 개념 설계 형상의 그것을 발전시킨 것이었기 때문이다.

KF-21블록3는 16,000lbs를 기본으로 최대 20,000lbs까지 개발을 하여, 함정용 함정용가스터빈엔진으로 응용개발을 고려하고 있다.(사진:디펜스타임즈)

 2023년에 마덱스에서 현대가 공개한 KF-21N 탑재 중형 항공모함 개념 설계 형상이 2021년에 공개되었던 스키점프대 경항공모함 개념 설계 형상을 기반으로 도출된 것이다. 

 KF-21N을 탑재하는 항공모함은 그 기본 개념이  EMALS(Electromagnetic Aircraft Launch System)가 통합되는 항공모함으로 기획이 되어 있기 때문에 스키 점프대는 없지만 2개의 아일랜드 구조물이 2021년에 공개되었던 현대 중공업의 3만톤급 스키점프대 항공모함의 그것과 흡사하고 비행 갑판도 예전의 스키점프대 항공모함의 그것을 재설계한 것이다.

 2021년에 현대 중공업이 3만톤급 스키점프대 항공모함 개념 설계 모형을 처음 공개했을 때 일각에서는 과도하게 설계되었다는 지적을 받기도 하였다. 그러나 당시 경쟁업체가 이탈리아 업체와 협력하여 만든 개념 설계가 3만톤급 경항공모함 개념에 거의 정확하게 부합하여 이를 기반으로 KF-21N 탑재 항공모함 개념 설계는 어려운 반면, 현대 중공업이 2021년에 제시했던 개념 설계안을 기반으로 KF-21N을 운용하는 중형 항공모함을 개념 설계가 도출되었다는 점에서 마진이 더욱 큰 현대 중공업의 초기 개념 설계 형상이 결과적으로 미래 지향적인 것으로 판정이 된 셈이다.

항공엔진과 파생형 엔진개발로 60조원 이상의 경제적 파급효과를 달성할 수 있다.(사진:디펜스타임즈)

 현대 중공업이 2023년 마덱스에서 선보인 중형 항공모함 개념 설계는 KF-21N 16 ~ 24대를 탑재하는 항공모함으로 기획되었다. 한국형 항공모함 사업이 다시 시작되면 이처럼 KF-21N 1개 비행대대(16대) 또는 최소한의 규모로 편성된 2개 비행대대(24대)를 운용하는 항공모함 사업으로 이전의 CVX 사업과 전혀 다른 사업이다.

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 전투기 개발 능력의 유지와 발전

 5세대 STOVL 전투기를 한국형 항공모함의 함재 전투기로 규정했던 과거의 CVX 사업 기본 개념을 뒤엎고 새로운 한국형 항공모함 기본 개념과 사업추진전략을 마련하려는 것은 다섯가지 이유 때문인 것으로 보인다.

 첫번째로 국산 전투기 개발 역량 보존과 발전이다. FA-50 경전투기와 KF-21 전투기를 개발하면서 대한민국도 국산 전투기 개발 국가 반열에 올랐다. 이제 국산 전투기 개발 역량은 국가적인 무형 전략자산인 것이다.

 장기적으로 KF-21의 후속 프로그램으로 6세대 전투기 개발 사업이 예정되어 있다. KF-21 프로그램을 블록 3 개발과 제작, 그리고 각종 파생형 개발까지 성공적으로 완수하고 이후 6세대 전투기 개발 프로그램을 시작하려면 KF-21의 개발을 통해서 구축한 항공기 구조 개발과 비행제어 설계, 형상 설계, 각종 시험 평가, 각개적인 항전 체계 개발과 체계 통합의 인적 자원과 인프라 등을 후속 프로그램이 시작되기 전까지 지속적으로 유지해야 한다. 인적 자원의 안정적인 유입을 통한 기술 유지와 관리가 되어야 단계적인 프로그램 발전을 통해서 더욱 수준 높은 후속 프로그램을 시행할 수 있는 역량을 갖추게 되는 것이다.

독자적인 16,000lbs KF-21블록3 및 무인 전투기용 엔진 목업을 전시했다.(사진:디펜스타임즈)

 6세대 전투기 개발에 착수하게 되는 2040년대까지 KF-21의 항공전자 추가 개발과 국산 유도무기 통합, FA-50의 성능 개량 등 각종 항공전자장비와 국산 항공무기체계 개발과 체계 통합 사업들은 있지만 초음속 전투기 구조와 형상, 비행제어 개발 사업은 무인 전투기 개발 사업을 제외하면 없다.

 그러므로 KF-21의 체계 종합 업체인 KAI가 2040년을 전후하여 6세대 전투기 개발에 착수하는 시점까지 초음속 전투기 구조와 형상, 비행제어 분야의 인력 유입 지속을 통한 기술 유지와 발전을 위한 사업이 필요하다. KF-21의 구조와 형상, 비행제어 재설계 소요가 발생하는 KF-21N 개발 프로그램이 6세대 전투기 개발 착수 시점까지 해당 분야의 기술 인력 유입 소요를 유지할 수 있는 일종의 브릿지 프로그램으로 기능할 수 있다.

 KF-21N 개발이 장래에 6세대 전투기 개발을 위한 필수적인 중간 단계 프로그램 중 하나가 된다는 것이다.

 KF-21의 후속 사업으로 한국형 6세대 전투기를 개발한다는 것은 각종 국산  터보팬 엔진 개발 사업 로드맵 등에서 확인되고 있다. 국산 터보팬 엔진 개발 로드맵에 KF-21의 터보팬 엔진 개발,무인 전투기의 저바이패스(low bypass) 터보팬 엔진 개발, 다목적 전익형 스텔스 무인기의 고바이패스(high bypass) 터보팬 엔진 개발 등과 함께 6세대 전투기의 엔진 개발이 포함되어 있다.

 F414-GE-400 엔진을 굳이 대체할 필요가 없다. 그럼에도 불구하고 KF-21의 터보팬 엔진을 국산화를 하려는 것은 6세대 전투기의 엔진 개발을 위한 준비 작업일 가능성이 높다. 5세대 전투기의 엔진인 F119 엔진과 F135 엔진이 오직 F-22A와 F-35에만 장착되는 것에서 짐작할 수 있는 것처럼 6세대 전투기의 엔진을 해외에서 도입하여 국산 전투기에 통합하는 것은 어려울 것이다.

미국의 6세대 전투기의 엔진은 물론이고 GCAP(Global Combat Air Program)의 터보팬 엔진은 일본이 개발에 참여하기 때문에 도입 가능한 대상이 될 수 앖으며, FCAS(Future Combat Air System)의 터보팬 엔진도 단일 국가의 단일 기업이 참여하는 것이 아니라 프랑스의 사프란(Safran)과 스페인 업체(ITP Aero)등이 공동 개발하는 시스템이기 때문에 E/L을 받는 것이 쉽지 않을 것이다.

 무엇보다 FCAS에게 경쟁자가 될 한국산 6세대 전투기 개발에 필요한 6세대 전투기 엔진과 기술을 제공하려고 하지 않을 것이라는 점은 자명하다.

 KF-21에 통합된 F414-GE-400 터보팬 엔진과 MIDS-JTRS(Multifunctional Information Distribution System - Joint Tactical Radio System), AN/ARC-232A SDR(Software Defined Radio), EGI(Embedded GPS and INS) 등에 대한 미국 정부의 E/L을 받을 수 없는 수출 대상국들은 어차피 처음부터 KF-21의 잠재 수출 대상국들이 아니다. 그러므로 그저 KF-21 수출 문제 때문에 KF-21의 엔진을 국산화를 하려는 것은 아닐 것이다.

 F414-GE-400 엔진보다 출력이 더욱 증가하고(MIL 추력 기준 최대 3,000 파운드 이상 증가) 동일한 조건에서 SFC(Specific Fuel Consumption)와 저속에서 가속 성능 등이 더욱 향상된 국산 터보팬 엔진을 개발하여 미래에 KF-21에 통합하려는 것은 좀 더 장기적인 안목이다.

 KF-21에 통합하는 국산 터보팬 엔진을 먼저 개발해야 독자적으로 한국형 6세대 전투기의 첨단 엔진을 독자적으로 개발할 수 있게 되는 것이다. 그러므로 KF-21의 F414 엔진을 대신하는 첨단 엔진을 독자 개발을 하려는 것은 장차 6세대 전투기 개발 사업까지 이어지는 장기적인 비전을 기반으로 하는 것이다.

 앞서 이야기를 한 것처럼 미국제 고성능 엔진(F414-GE-400)을 국내 방위산업체 한화 에어로스페이스가 면허 생산하여 도입한 KF-21과 달리

한국형 6세대 전투기 사업은 터보팬 엔진도 국산 개발을 해야 하기 때문이다.

 KF-21의 국산 터보팬 엔진 설계 방향을 정립하고 소요 기술을 파악하기 위한 탐색 개발은 이미 국방과학연구소(ADD)에서 완료하였으며, 한화 에어로스페이스와 두산 에너빌리티가 협력하여 ADD와 함께 국산 터보팬 엔진 개발을 담당하게 될 것이다. 한화 에어로스페이스는 과거 삼성의 계열사였던 시절부터 F-15K와 KF-16의 엔진(F100-P&W-229), F-15K 1차 도입분 엔진(F110-GE-129A), T-50 계열 훈련기와 경전투기 엔진(F404-GE-102), 수리온 계열 헬기의 터보샤프트 엔진(T700-701K), LAH의 터보샤프트 엔진(Ariel 2L2), 그리고 KF-21의 터보팬 엔진(F414-GE-400)등 다양한 군용 항공기 엔진을 기술 도입 면허 생산하였다.

그러나 독자적인 가스터빈 엔진을 설계한 적이 없는 것이 흠이다.

 두산 에너빌리티는 독자적인 가스터빈 엔진을 설계, 제작하는 업체이지만 항공기에 통합되는 터보팬 엔진 사업에 진출하려면 이미 군용 항공기 터보팬 엔진 제작과 MRO(Maintenance, Repair, Overhaul)를 하고 있는 한화 에어로스페이스와 협력할 필요가 있다.

 한화 에어로스페이스와 두산은 국산 군용 항공기 엔진 개발을 위해서 서로에게 필요한 것을 갖고 있는 것이다. 그러므로 두 업체가 협력하여 함께 한국형 전투기(KF-21, 6세대 전투기, 무인 전투기 등) 공동 개발하는 방향으로 가야 한다.

 T-50 계열 고등훈련기와 전술입문기(LIFT : Lead-In Fighter), 경전투기 개발을 거쳐서 KF-21을 개발하면서 각종 항전체계(FLCS, AESA, 모듈형 임무 컴퓨터, IRST, 전자전체계, LAD, ETU, SMC, RALT 등)와 OFP(Operaional Flight Program), 그리고 MHI(Machine-Human Interface)등을 독자적으로 개발하였으며 이들의 체계 통합도 자체적으로 완수하였다.

 장차 AGCAS(Automatic Ground Collision Avoidance System)와 국산 타게팅 포드, 지향성 대용량 데이터 링크 등 추가적인 국산 항전 체계 통합과 국산 유도무기(천룡 공대지 크루즈 미사일, 국산 공대공 유도탄, 공대함-II 초음속 공대함 유도탄 등) 통합도 한국항공우주산업이 한화 시스템, LIG 넥스원 등과 협력하여 자체적으로 시행할 것이다.

이는 전체 OFP의 70% 이상이 국산(그리고 OFP 국산화 비중은 장차 더욱 늘어날 것이다)이며 체계 통합 설계를 KAI에서 국내 업체들과 협력하여 자체적으로 완수했기 때문이다.

 블록 2와 블록 3 개발 프로그램이 있으며 FA-50에 통합될 국산 임무 컴퓨터와 AESA 레이더 자체 개발도 하기 때문에 각종 항공전자장비와 국산 유도무기 개발에 필요한 인적 자원 확보와 인프라는 유지될 것이다.

 문제는 6세대 전투기 개발에 착수하기 전까지 초음속 전투기 구조와 형상, 비행제어 설계 소요가 발생하는 사업이 무인 전투기 개발 사업을 제외하면 없다는 것이다.

 T-50과 KF-21의 체계 종합 업체이며 장차 6세대 전투기 개발을 담당하게 되는 KAI는 KF-21을 개발을 하면서 국방과학연구소가 탐색개발을 통해 도출한 기본 형상 중 C103을 활용하여 상세 형상 설계와 구조 설계, 비행제어개발 등을 담당하였다.

이 과정에서 3차원적인 RCS(Radar Cross Section)를 예측하기 위한 도구(X 밴드 ISAR를 활용한 3차원적인 RCS를 측정하고 주파수와 입사 각도 변화에 따른 RCS 변화 예측)와 구조 해석, 픙동 실험 등 중간 단계 설계와 최종 형상을 검증하고 평가하기 위한 다양한 도구가 사용되었다.

 그러나 KF-21 개발 이후 6세대 전투기 개발 착수 시점까지 초음속 전투기 구조와 형상 설계, 비행제어 개발 소요가 있는 사업이 KF-21 체계 종합 업체에 보장된 것이 없다.

 그러므로 6세대 전투기 개발 착수 시점까지 KAI에서 초음속 전투기 구조와 형상 설계, 비행제어 개발을 담당할 수 있는 프로그램, 즉 KF-21과 한국형 6세대 전투기 사이에 위치한 브릿지 프로그램이 필요하다.

 KF-21의 항공전자개발과 체계통합은 6세대 전투기 개발 착수 이전에도 KF-21 블록 2와 블록 3, FA-50 업그레이드 등의 프로그램이 브릿지 프로그램이 되지만 초음속 전투기 구조와 형상 설계, 비행제어 개발 등은 (KF-21의 체계 종합 업체 입장에서) 6세대 전투기 개발 착수 시점까지 확정된 것이 없다. 해당 분야의 기술 인력들이 승진과 퇴사, 부서 이동 등의 인사 문제로 이동을 할 경우 대체 기술 인력이 유입되고, 대체 인력에게 기술이 이전됨으로써 초음속 전투기 형상과 비행제어 등을 개발할 수 있는 역량을 지속적으로 유지하려면 해당 분야의 부서들이 존속하여 고용을 유지할 수 있는 근거가 있어야 한다. 그리고 그 '근거'는 해당 부서들이 필요한 개발 사업이다.

 간단히 말해서 T-50 계열 항공기(T-50, T-50B, TA-50, FA-50)와 KF-21을 개발하면서 확보한 현대적인 전투기 개발 인프라가 6세대 전투기 개발 착수 시점까지 단절되지 않도록 보존하려면 브릿지 프로그램이 필요하다는 것이다.

 KF-21을 성공적으로 개발하면서 갖추게 된 역량 중에서 항공전자개발과 체계통합 등은 이미 브릿지 프로그램이 있기 때문에 형상 설계와 비행제어 등의 분야에서 브릿지 프로그램이 필요하며 그것이 KF-21 파생 함재 전투기 개발이라는 것이다.

 이는 KF-21N을 개발하려면 KF-21의 형상을 재설계를 해야 하고 여기에 구조와 비행제어 재설계가 수반되기 때문이다.

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