판세 바뀌는 ‘군용헬기’ 시장···한국도 뛰어들 채비

현재 시코르스키가 시험 중인 X-2 기술실증기. [사진=록히드마틴]

[이뉴스투데이 김재한 항공·방산 전문기자] 세계 군용헬기 시장의 판세가 조만간 바뀔 것으로 보인다. 1942년 세계 최초의 양산형 헬기가 등장한 이후 지금까지 견고하게 유지돼 온 전통적인 헬기 설계가 80여년 만에 대전환을 앞두고 있기 때문이다. 이러한 변화에 국내 항공업계도 뛰어들 채비를 하고 있다.

◇ 설계 전통 깬 헬기 속속 등장

10일 관련 업계에 따르면 최근 세계 군용헬기 시장에서 이목을 끄는 추세는 새로운 형태를 갖춘 헬기의 등장이다. 동체 위의 큼직한 메인로터와 꼬리날개 격인 테일로터로 구성된 전통적인 헬기가 아닌 새로운 설계로 제작된 헬기들이 등장하고 있다는 것. 이들 헬기는 기존 헬기보다 더 빨라진 속도와 길어진 비행거리, 그리고 더 민첩한 기동성을 자랑한다.

현재 전 세계 헬기제작사들이 시험 중인 이러한 새로운 형태의 헬기는 동축반전로터와 틸트로터, 그리고 복합형로터 방식 등 3가지다. 이 가운데 동축반전로터(Coaxial Rotor)는 위아래로 나란히 설치된 로터가 서로 반대 방향으로 회전하는 방식의 헬기다.

이 방식은 메인로터가 회전하면서 기체가 따라 회전하려는 힘을 상쇄해 주고, 기존 메인로터와 같은 면적에도 추진력을 더욱 증가시킬 수 있는 장점이 있다. 여기에 더해 앞쪽으로 추진력을 만들어내는 푸셔 프로펠러(Pusher propeller)가 동체 뒤쪽에 장착돼 속도를 더욱 높여준다.

현재 이러한 방식으로 제작된 대표적인 헬기가 미국 시코르스키가 시험 중인 X2 헬기. 기술 실증을 위해 개발된 X2는 비행시험 과정에서 시속 약 468km의 최대 순항속도를 기록했다. 전통적인 설계 방식으로 제작된 헬기의 최대속도가 시속 300km 내외인 것과 비교해 시속 170km가량 더 빠르다.

틸트로터(Tiltrotor)도 세계 군용헬기 시장에서 차세대 헬기 중 하나로 주목받고 있다. 틸트로터는 로터 방향을 이착륙 시에는 헬기처럼 위로 향하게 하고, 비행 시에는 비행기처럼 앞쪽으로 향할 수 있도록 한 설계가 특징이다. 한 마디로 비행기의 장점인 빠른 속도와 헬기의 장점인 수직이착륙 기능을 모두 잡았다.

향후 미 육군이 운용할 V-280. [사진=벨 헬리콥터]

이러한 틸트로터 방식으로 이미 실전에 배치된 기종도 있다. 현재 미 공군·해군·해병대와 일본 육상자위대가 운용하고 있는 V-22 오스프리(Osprey)다. 대신 현재는 성능이 더욱 개선된 차세대 틸트로터인 벨의 V-280 밸러(Valor)가 미국에서 개발 중으로, 비행시험에서 시속 560km를 기록한 바 있다.

주목할 만한 것은 개발이 완료되면 미 육군이 현재 운용 중인 블랙호크 헬기를 V-280으로 대체한다는 점이다. 이는 많은 국가가 도입한 블랙호크들도 현재 노후가 진행되고 있는데다 미 육군의 주력 헬기라는 후광에 힘입어 향후 세계 군용헬기 시장에서 많은 판매로 이어질 수 있다.

복합형로터(Compound rotor)는 기존 메인로터와 고정식 날개, 그리고 추진용 프로펠러로 구성된 방식이다. 이착륙 시에는 기존 헬기처럼 메인로터를 사용하고, 비행 시에는 날개와 프로펠러를 이용해 헬기보다 더 빠르게 비행할 수 있도록 설계된 것이 특징이다. 장점은 틸트로터와 같지만, 기존 메인로터를 사용한다는 점이 차이다.

현재 복합형로터 방식을 채택한 헬기는 에어버스 헬리콥터가 개발 중인 레이서(Racer)다. 특히 레이서는 이산화탄소 배출을 줄이기 위해 유럽 13개국이 참여하는 ‘클린 스카이 2’ 프로젝트의 일환으로 개발되고 있는 헬기로, 현재 운용 중인 헬기 중 동일한 최대이륙중량을 가진 헬기와 비교해 연료소모량을 약 20%로 줄이는 게 목표다. 특히 속도는 지난해 7월 가진 비행시험에서 시속 420km를 기록했다.

에어버스 헬리콥터가 시험 중인 레이서 헬기. [사진=에어버스]

◇ 한국도 개발 채비…2040년부터 양산 목표

이런 가운데 국내에서도 차세대 헬기 개발이 진행 중이다. 현재 육군이 운용 중인 블랙호크의 수명이 곧 도래할 예정인 가운데 지난 2020년, 방위사업청이 이들 헬기에 대한 대체 방안으로 차세대 기동헬기로 전환하기로 결정했다.

현재 국방부가 목표로 구상 중인 성능은 시속 463km, 항속거리 500km로, 한 번 급유로 독도를 포함한 한반도를 왕복할 수 있고, 전기신호로 기체를 조종하는 플라이-바이-와이어(FBW), 자동비행제어시스템(AFCS), 하이브리드 추진시스템, 그리고 경량복합재를 적용한다는 구상이다.

개발 절차는 핵심기술 개발과 검증을 우선 추진하고, 이후 실제로 항공기를 개발하는 체계개발 순으로 추진한다는 계획이다. 계획대로라면 2030년부터 2032년까지 개념연구 격인 탐색개발을 진행하고, 이를 기반으로 2033년부터 2038년까지 실제 체계개발에 착수해 2040년부터 차세대 고기동헬기를 양산한다는 일정이다.

업계 관계자에 따르면 현재 로터 형태는 결정되지 않은 상황. 한반도 전장환경에 적합한 로터 형태를 선정하는 과정이 아직 남아 있다. 대신 육군이 의뢰해 작성된 ‘차세대 고속중형기동헬기 전력화를 위한 정책방안 연구’에 따르면 비용, 일반성능, 생존성, 운용적합성, 항공산업 육성정책 부합성 등을 고려한 평가 결과, 동축반전이 가장 높게 평가를 받았고 이어 틸트로터와 복합형로터 순으로 평가됐다.

◇ 개발 성패, 핵심기술 확보가 관건

관건은 미국과 유럽, 소위, 항공강국들이 개발 중인 차세대 헬기를 국내 기술로 개발할 수 있는지다. 특히 기술이전이 까다로운 핵심기술 확보는 개발 성패에 중요한 요소로 꼽힌다. 이와 관련해 연구보고서에는 로터 형태별 전체 기술 대비 핵심기술 비중이 틸트로터가 578건 중 27%, 동축반전이 590건 중 28%, 그리고 복합형이 565건 중 26%를 차지하고 있는 것으로 나타났다.

특히 체계개발을 위해 시급히 확보해야 할 부족 기술로 연료·추진·비행제어 계통과 주로터 및 동력전달 계통인 것으로 분석됐다.