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2025년 1월 말, 미국 기업 붐 슈퍼소닉이 캘리포니아 상공에서 첫 초음속 비행에 성공했다. 시범 항공기인 XB-1은 음속보다 10% 더 빠르게 비행하여 음속 장벽을 허물었다. 붐 슈퍼소닉은 이번 성과로 20여 년 전 콩코드가 취소된 이후 처음으로 초음속 상업용 여객기인 오버추어의 개발에 길을 열어줄 것으로 기대된다. 하지만 음속은 어느 정도이며 음속 장벽은 어떻게 깨지고 있을까?이 갤러리에서 보이지 않는 음속 장벽을 뛰어넘기 위해 시험 조종사들이 거쳤던 역사적인 시도들을 재조명해 보자.
2025년 1월, 미국 회사의 프로토타입 제트기가 음속 장벽을 허물고 콩코드 후속 기종의 길을 열어줄 것으로 기대되는 시범을 보였다.
XB-1은 캘리포니아 모하비 공항에서 이 성과를 달성했다. 시험 비행 동안 항공기는 고도 10,600m에 도달한 후 음속보다 10% 빠른 1,358km/p로 가속했다!
XB-1을 조종한 것은 미국 해군 시험 조종사 학교를 졸업한 수석 시험 조종사, 트리스탄 "제페토" 브란덴부르크였다. 그는 실험용 항공기의 감항성을 테스트하고 음속 장벽을 넘어서는 임무를 맡은 저명한 비행사 중 한 명일 뿐이다. 하지만 음속 장벽이 정확히 무엇일까?
기술적으로 말하자면, 음속 장벽은 항공기가 음속에 접근할 때 발생하는 공기역학적 항력의 급격한 증가이다.
음속은 해수면에서 약 1,236km/h 이다.
장거리를 비행하는 상업용 여객기의 평균 순항 속도는 약 880~925km/h이다.
반면에 현대 전투기, 예를 들어 F-16은 최고 속도가 시속 2,100km/h에 이른다.
이 속도는 음속 장벽을 허물기에 충분하다. 항공기가 음속 장벽으로 밀고 들어가면 음속 폭음, 즉 소닉 붐이 발생한다. 이는 항공기가 음속을 초과했음을 나타낸다.
소닉 붐은 천둥 소리처럼 들리는 소음이다. 초음속 충격파는 항공기 꼬리 주변의 기압과 온도가 낮아져 형성된 흰 구름으로 설명된다.
다시 말해, 항공기가 음속보다 낮은 속도로 비행할 때, 항공기가 생성하는 압력파(음파)는 그 원천보다 빠르게 퍼져나가며 항공기 앞쪽으로 확산된다.
그러나 항공기가 음속에 도달하면 압력파는 빠져나갈 수 없다. 공기 중의 수분은 음속 장벽을 뚫으면서 수증기로 응축된다.
소닉 붐을 일으키는 다른 것들로는 화산 폭발, 유성우, 지진과 같은 자연 현상이 있다.
총알같은 작은 물체나 채찍, 예를 들어 생가죽 채찍은 소리보다 빠르게 움직일 수 있다. 채찍의 날카로운 균열은 실제로 채찍 끝이 음속을 초과했음을 나타낸다.
소닉 붐은 대부분 항공기와 관련이 있다. 하지만 애초에 음속 장벽을 돌파하게 된 역사적 사건은 무엇일까?
"음속"이라는 용어는 제2차 세계 대전 중에 사용되기 시작했다. 이 용어는 고속 전투기 조종사가 겪는 압축성의 영향을 설명하는 데 사용되었다.
압축성은 압력 하에서 부피나 크기가 줄어드는 능력이다. 항공에서 이는 추가 가속을 방해하는 여러 가지 부정적인 공기역학적 영향을 의미한다.
연구자들은 이 현상이 음속에 가까운 속도의 비행을 방해하는 것처럼 보인다는 사실을 발견했다. 이러한 어려움은 더 빠른 속도로 비행하는 데 걸림돌이 되었고, 조종 비행기가 "음속 장벽"을 안전하게 돌파할 수 있는지에 대중의 논쟁을 촉발시켰다.
흐름이나 물체의 속도와 소리의 속도의 비율을 마하수라고 하며, 이는 오스트리아 물리학자 에른스트 마하를 기리기 위한 것이다. 시속 1,200km/h 이상의 속도를 나타내는 마하 1에 도달한 파일럿은 음속 장벽을 돌파하는 파일럿이 된다.
1941년 초, 영국은 음속 장벽을 뚫을 가능성을 확인하기 위한 극비 프로젝트를 시작했다. 하지만 그해 11월 사전 제작된 록히드 YP-38 라이트닝으로 이를 시도한 사람은 랄프 버든이라는 미국 비행사였다. 버든은 음속 장벽을 통과하는 데 필요한 가속도를 얻기 위해 비행기를 급강하했다. 그는 시속 860km/h의 속도로 비행했고, YP-38이 부서지면서 즉사했다.
1946년 9월, 영국 공군 조종사 에드워드 도널드슨은 글로스터 유성 F.4를 타고 시속 989km/h의 세계 기록을 세우며 근접했다.
영국의 항공 개척자이자 항공기 설계자인 제프리 드 하빌랜드의 아들인 제프리 드 하빌랜드 주니어는 같은 달에 꼬리가 없는 스웹드윙 드 하빌랜드 DH 108 스왈로우를 조종했고, 비행기가 추락하기 전까지 마하 0.9로 비행하여 거의 성공할 뻔했다. 그의 시신은 열흘 후 바다에서 수습되었다.
이듬해, 미국 공군 장교 척 예거는 수평 비행에서 음속을 돌파한 역사상 최초의 조종사가 되었다.
예거는 1947년 10월 14일, 아내의 이름을 딴 글래머러스 글레니스, 벨 X-1을 조종했다.
시험 조종사는 캘리포니아 모하비 사막 상공 13,700m 고도에서 마하 1.05로 음속 장벽을 돌파했다. 항공은 초음속 시대에 접어들었다.
예거의 성과 이후 고속 비행에 대한 과학이 더 널리 이해되면서 적절한 조건에서 음속 장벽을 쉽게 뚫을 수 있다는 인식이 생겼다. 1950년대까지 많은 전투기가 수평 비행에서 음속 장벽을 일상적으로 돌파할 수 있었다.
초음속 여객기의 개발은 1960년대에 본격적으로 시작되었다. 1968년 12월, 소련은 최초의 초음속 여객기인 투폴레프 Tu-144를 공개했다. 1970년 5월에는 세계 최초로 마하 2를 초과한 상업용 수송기가 되었다.
콩코드의 첫 비행은 1969년 3월 2일 툴루즈에서 이륙했다. 영불 초음속 여객기는 음속의 두 배 이상으로 비행할 수 있었으며, 뉴욕과 런던을 2시간 52분 59초 만에 비행하여 세계 신기록을 세웠다.
1973년 파리 에어쇼에서 항공기가 추락한 후 Tu-144의 감항성에 의문이 제기되었다. 여섯 명의 승무원이 사망했다. 1978년 5월, 두 번째 Tu-144는 연료 누출로 인한 기내 화재로 불시착했다. 이 사고로 두 명이 사망했다. 신뢰성과 승객 편의성에 대한 불만으로 인해 Tu-144에 대한 관심이 급감했고, 이는 결국 Tu-144 프로그램의 중단으로 이어졌다.
콩코드의 항공 안전 기록은 2000년 7월 25일, 에어프랑스 4590편이 파리 샤를 드골 공항에서 이륙 직후 추락했을 때까지 완벽했다. 이 사고로 인해 3년 후 콩코드 항공은 결국 취소되었고, 초음속 여행의 미래에 의문이 제기되었다.
파리에서 비극이 일어난 지 20여 년이 지난 지금, 붐 슈퍼소닉의 XB-1 프로토타입 제트기가 성공적으로 시연된 후 초음속 여행이 다시 시작될 예정이다.
출처: (Boom Supersonic) (AP News) (Air Force) (San Diego Air & Space Museum) (National Geographic)
음속 장벽이란? 그리고 그것을 돌파하는 방법!
음속을 뛰어넘는 비행
라이프 스타일 과학
2025년 1월 말, 미국 기업 붐 슈퍼소닉이 캘리포니아 상공에서 첫 초음속 비행에 성공했다. 시범 항공기인 XB-1은 음속보다 10% 더 빠르게 비행하여 음속 장벽을 허물었다. 붐 슈퍼소닉은 이번 성과로 20여 년 전 콩코드가 취소된 이후 처음으로 초음속 상업용 여객기인 오버추어의 개발에 길을 열어줄 것으로 기대된다. 하지만 음속은 어느 정도이며 음속 장벽은 어떻게 깨지고 있을까?이 갤러리에서 보이지 않는 음속 장벽을 뛰어넘기 위해 시험 조종사들이 거쳤던 역사적인 시도들을 재조명해 보자.