50년 전인 1967년 10월 3일 로켓 비행기인 X-15가 유인 비행체로 세계 최고속도 기록을 세웠다. 마하 6.7. 현재까지도 가장 빠른 항공기 자리를 고수하고 있는 SR-71 정찰기의 최고속도 마하 3.3의 2배에 달하는 기록이다. 그 뒤에도 탄도미사일 등을 제외하곤 이보다 빠른 비행체는 30여년간 나오지 않았다. 2004년 11월 미 B-52 폭격기에서 투하된 초고속 비행체 X-43A는 고도 33.5㎞ 상공에서 마하 9.6을 기록, X-15의 기록을 깼다. 하지만 사람이 탔던 X-15와 달리 X-43A는 사람이 타지 않은 무인 비행체였다.
이처럼 마하 5(시속 약 6120㎞)가 넘는 비행체를 극초음속 비행체라 부른다. 미국, 러시아, 중국 등 군사 강국들이 최근 극초음속 순항미사일이나 글라이더, 극초음속 항공기와 같은 극초음속 무기 개발에 열을 올리고 있다. 극초음속 무기는 전 세계 어느 지역이든 1~2시간 내 타격이 가능하고 상대방의 요격이 어렵다는 게 장점이다. 미국의 경우 전 세계 분쟁지역에 ICBM(대륙간탄도미사일)과 같은 핵무기를 쓰지 않고 목표물을 신속하게 정밀타격하기 위해 극초음속 무기 개발에 주력하고 있다.
음속의 5배가 넘는 초고속을 내려면 기존 터보팬이나 터보제트 엔진으로는 불가능하며 새로운 기술이 필요하다. 극초음속 엔진에는 램제트 엔진과 스크램제트 엔진 두 종류가 있다. 두 종류 모두 터빈과 압축기가 없고 공기흡입구, 연소실, 배기구로 구조가 단순화돼 있다. 램제트 엔진은 최고속도가 마하 6 정도로 제한돼 현재 개발 중인 극초음속 무기들은 대부분 스크램제트 엔진을 사용한다. 스크램제트 엔진은 ‘초음속 연소 램제트’ 엔진을 줄인 말이다. 1950년대부터 미국, 구소련, 영국, 프랑스 등에서 연구되기 시작했으며 이론상 최고속도는 마하 15다.
극초음속 무기 중 순항미사일은 초기 가속에 단거리 로켓이 사용되며 항공기, 잠수함 등에서 운용될 차세대 대함미사일, 전술 지대지 미사일로 유용하다. 극초음속 글라이더는 적국의 미사일 방어망을 뚫기 위해 개발되고 있다. 로켓 부스터에 실려 100㎞ 정도 고도까지 올라간 뒤 분리, 성층권 내에서 궤도를 바꿔가며 비행해 목표물을 향한다. 탄도미사일은 포물선형 궤도를 그리며 높이 올라갔다 떨어지기 때문에 탐지와 요격이 가능하다. 하지만 극초음속 글라이더는 비교적 낮은 고도에서 궤도를 바꿔가며 비행하기 때문에 요격이 어려운 것이다. 이들 극초음속 순항미사일이나 글라이더가 1회용인 반면 극초음속 항공기는 여러 차례 사용할 수 있다.
극초음속 순항미사일 분야는 러시아가 앞서가고 있다. 러시아의 ‘지르콘’은 발사된 후 마하 6 이상의 속도로 250마일(402㎞) 밖의 표적을 정밀타격할 수 있다. 이타르타스통신 등에 따르면 러시아는 연내에 지르콘의 발사 시험을 끝내고 본격적인 생산 단계에 들어갈 예정이다. 러시아 국방부는 지난해 3월 지상 발사장을 이용해 차세대 잠수함 발사용 지르콘 미사일 시험발사를 시작했으며, 시험 결과 비행속도는 마하 5∼6 수준이었다고 발표했다. 지르콘은 내년에 재취역하는 2만8000t급 키로프급 핵추진 미사일 중순양함인 나이모프 제독함에 처음으로 80기가 장착될 예정이다. 오는 2022년 하반기에는 중순양함 표트르 벨리키함에도 80기가 장착된다. 수상함 외에도 전략폭격기와 잠수함 발사용 지르콘도 생산된다. 러시아 전문가들은 극초음속 무기 분야에서 러시아가 미국보다 최소 5년가량 앞섰다고 주장하고 있다.
‘SR-72’ 2030 배치 목표
미국의 경우 보잉사의 X-51 웨이브라이더(Waverider)가 2010년 5월 마하 5 이상으로 200초 이상 비행했다. 2015년 미 공군 연구소 AFRL은 X-51 연구성과를 활용하는 HSSW라는 실용 극초음속 순항미사일을 2020년대 중반까지 배치하겠다고 밝혔다. 사상 최고속 항공기인 SR-71의 뒤를 잇는 극초음속 전략정찰기 SR-72도 개발되고 있다. 록히드마틴은 오는 2030년까지 실전배치를 목표로 20년 가까이 추진해온 마하 6의 차세대 극초음속 전략정찰기 ‘SR-72’ 개발이 정상적으로 추진 중이라고 밝혔다. 록히드마틴 측은 특히 SR-72가 탑재하는 스크램제트 엔진 부문에서 큰 기술적 진전을 이뤄 2년 뒤쯤이면 본격적인 개발 작업이 시작될 수 있을 것으로 내다봤다. SR-72는 터보팬 엔진과 스크램제트 엔진으로 구성된 ‘이중 모드’ 엔진을 통해 로켓 부스터 등의 도움을 받지 않고 스스로 이륙해 극초음속으로 비행할 수 있다. 2030년까지 배치를 목표로 개발 중이다.
또 2010년 4월 지상에서 로켓에 실려 발사된 HTV-2 시험기는 마하 20을 기록하고 하와이 인근 해상에 낙하했다. 미 방위고등연구계획국(DARPA)과 록히드마틴은 HTV-2를 더욱 발전시켜 HCV를 개발할 계획이다. 미국의 이런 극초음속 비행체 개발계획은 ‘팰컨’ 프로젝트라는 명칭 아래 진행되고 있다.
극초음속 무기 개발 경쟁 대열에 중국도 무시하지 못할 존재로 부상했다. 중국은 우리나라에 배치된 사드(THAAD)와 일본 자위대의 패트리엇 PAC-3 미사일, 이지스 구축함 등에 배치된 SM-3 요격미사일 등 미 MD(미사일방어) 체계를 뚫을 수 있는 단거리 극초음속 무기 개발에 주력해왔다. 캐나다에서 발간되는 중국어 군사전문지 ‘칸와디펜스리뷰’는 ‘극초음속 활공 비상체’로 불리는 마하 5~10의 이 무기가 개발되면 일본의 방위 시스템이 무력화될 가능성이 크다고 내다봤다.
중국이 개발 중인 극초음속 글라이더는 WU-14 또는 DF-ZF로 불린다. DF-ZF는 2014년 1월 첫 비행을 한 뒤 2016년 4월까지 7번의 시험비행을 했으며 이 중 한 차례만 실패한 것으로 알려져 있다. 2020년쯤 DF-ZF를 실전배치할 가능성이 제기된다. 일본 언론은 중국 국유기업인 ‘중국항천과학기술집단’이 ‘089 프로젝트’라는 극초음속 무기 개발 계획을 추진하고 있으며, 미 본토에 배치된 지상배치 요격미사일 체계(GMD)를 타격할 수 있는 능력 배양에 주력하고 있다고 보도했다.
이밖에 인도가 HSTDV, 브라모스-Ⅱ 등 극초음속 순항미사일을 개발하고 있으며, 프랑스는 1993년부터 우주발사체용 스크램제트 엔진 개발에 착수해 1999년 마하 7.5급 극초음속 연소시험에 성공했다.