자동차는 주유소에 서야 기름을 넣습니다. 비행기도 보통은 땅에 내려야 연료를 채웁니다. 그런데 군용기 가운데에는 하늘을 나는 채로 다른 비행기에서 연료를 받을 수 있는 것이 있습니다.
이 일을 공중급유(aerial refueling)라고 합니다. 연료를 넘기는 길은 크게 두 가지입니다. 급유기가 단단한 관을 꽂아 주는 붐 방식과, 받는 비행기가 호스 끝의 바구니를 찾아 들어가는 프로브·드로그 방식입니다.
두 방식은 무엇이 다를까요? 그리고 미국 전투기가 모두 프로브·드로그를 쓰던 때에, 미 공군은 왜 붐을 표준으로 골랐을까요?
날면서 연료를 받는다는 것
연료를 주는 비행기를 급유기(tanker), 받는 비행기를 수유기(receiver)라고 부릅니다. 두 비행기는 하늘에서 관 하나로 이어져야 합니다.
나란히 달리는 두 사람이 물병을 건네는 모습을 떠올리면 됩니다. 실제로는 손으로 건네지 않습니다. 정해진 장치끼리 맞물려야 하고, 그 장치가 방식마다 다릅니다.
공중급유가 바꾸는 것은 무엇일까요? 첫째는 거리입니다. 1952년 7월 미 공군 F-84G 전투기 세 개 대대는 조지아에서 캘리포니아로, 다시 태평양을 건너 하와이로 날면서 여러 번 공중에서 급유를 받았습니다. 같은 해 10월의 두 번째 작전에서는 미국 본토에서 일본까지 내내 급유를 받았습니다.
둘째는 무게입니다. 미 공군 항공기동사령부(AMC) 역사실은 1930년대 영국의 목적을 이렇게 적었습니다. 비행시간을 늘리려는 것이 아니라, 이륙할 때 싣는 연료를 줄여 그만큼 폭탄을 더 실으려는 것이었습니다. 연료를 하늘에서 채울 수 있으면 땅에서는 가볍게 떠도 된다는 생각입니다.
급유기의 일이 급유만은 아닙니다. 2001년 뒤 아프가니스탄과 이라크 작전에서 미국 급유기는 승객과 화물도 나르고 환자를 공중으로 후송하는 데에도 쓰였습니다.
붐 방식: 급유기가 관을 꽂아 준다
붐(boom)은 급유기 꼬리 가까이에 달린, 늘였다 줄였다 하는 단단한 관입니다. 급유기에는 붐 조작사(boom operator)가 타고 있습니다. 급유할 때 이 조작사가 관의 끝을 움직여, 수유기 위쪽에 있는 받는 구멍인 리셉터클(receptacle)에 꽂습니다.
연결을 이끄는 쪽이 급유기라는 점이 이 방식의 특징입니다. 미 공군의 고정익 항공기가 이 방식을 써 왔습니다. 2006년 CRS 보고서 기준으로 KC-135, KC-10 같은 붐 급유기는 붐이 하나여서, 이 장치로는 한 번에 한 대만 급유할 수 있습니다.
프로브·드로그 방식: 받는 쪽이 찾아 들어간다
이번에는 급유기가 유연한 호스를 뒤로 길게 풀어 냅니다. 호스 끝에는 깔때기 모양의 바스켓, 곧 드로그(drogue)가 달려 있습니다. 드로그는 작은 바람자루처럼 생겼고, 날고 있는 호스를 안정시키면서 수유기가 찾아 들어갈 입구 노릇을 합니다.
수유기의 앞쪽에는 프로브(probe)라는 관이 달려 있습니다. 급유할 때 수유기의 조종사가 직접 날아가 프로브를 바스켓에 꽂습니다. 붐 방식과 달리 연결을 이끄는 쪽이 받는 비행기입니다.
1993년 미 회계감사원(GAO) 보고서는 미 해군, 해병대와 대부분의 미국 동맹국 전투기가 이 방식을 쓴다고 적었습니다. 2006년 미 의회조사국(CRS) 보고서도 미 공군 헬기와 해군·해병대의 모든 항공기, 그리고 NATO 나라들과 다른 동맹국이 호스·드로그로 급유한다고 설명합니다.
무엇이 다른가: 속도, 동시 급유, 호환
먼저 빠르기입니다. 연료의 양은 흔히 무게 단위인 파운드(lbs)로 셉니다. 2006년 CRS 보고서에 적힌 값으로 붐 하나는 분당 약 6,000 lbs를, 호스·드로그 하나는 분당 1,500~2,000 lbs를 넘깁니다. 붐이 훨씬 빠릅니다.
그런데 받는 쪽이 그만큼 빨리 받을 수 있어야 의미가 있습니다. 같은 보고서는 그 무렵의 전투기가 붐이든 호스·드로그든 분당 1,000~3,000 lbs로 연료를 받는다고 적었습니다. 전투기를 급유할 때는 붐의 큰 장점이 사라지는 셈입니다.
폭격기 같은 큰 항공기는 어떨까요? 2006년 CRS 보고서는 이 대목에서 붐을 지지하는 쪽의 논거를 소개합니다. 그쪽은 미 공군에 붐 급유기를 넉넉히 두는 것이 신중하다고 봅니다. 큰 항공기는 붐의 최대 빠르기로 20분까지 급유하기도 하고, 이런 항공기를 호스·드로그로 채우는 것은 할 수 없다는 것이 그 까닭입니다.
다음은 한 번에 몇 대를 채우느냐입니다. 날개 아래에 드로그 포드 두 개를 단 다중(multipoint) 급유기는 전투기 두 대를 동시에 급유할 수 있습니다. 붐 급유기는 한 대씩입니다.
1993년 GAO 보고서가 소개한 다중 급유 계획의 근거에는 연료 이야기도 있었습니다. 다중 급유기는 연료를 더 빨리 넘기므로 급유기 자신이 쓰는 연료가 줄고, 그만큼 전투기에게 줄 연료가 더 남는다는 것입니다.
세 번째는 호환입니다. 프로브를 단 전투기도 KC-135의 붐에서 급유받을 수 있습니다. 이륙 전에 붐에 드로그 어댑터 키트를 달면 됩니다. 그러나 키트를 단 동안에는 프로브를 단 항공기만 급유할 수 있어, 일정을 짜고 조율하는 데 문제가 생길 수 있습니다.
붐을 지지하는 쪽은 붐 급유기가 어떤 면에서는 더 융통성이 있다고도 주장합니다(CRS, 2006). 붐 급유기는 필요하면 현장에서 프로브 항공기를 받도록 바꿀 수 있지만, 호스·드로그 급유기는 리셉터클을 단 항공기를 받도록 바꿀 수 없다는 것입니다. 또 붐 급유기는 전투기에 맞춰 연료를 넘기는 빠르기를 줄일 수 있어도, 호스·드로그 급유기는 큰 항공기에 맞춰 빠르기를 올릴 수 없다고 봅니다.
장치를 다는 품도 다릅니다. 상용 항공기에 붐을 달려면 호스·드로그 장치를 달 때보다 구조를 크게 고쳐야 합니다. 붐 자체도 더 비싸고 더 복잡합니다.
그래서 어느 쪽이 나을까요? 1993년 GAO는 어느 한쪽의 손을 들어 주지 않았습니다. 그때의 정보로는 공군이 프로브·드로그로 바꿔야 한다는 쪽도, 공군을 전환에서 빼기로 한 결정도 충분히 받쳐지지 않는다고 보았습니다. 지금 방식에 대한 만족과 바꾸는 데 드는 비용·노력처럼 공군의 걱정에도 정당한 면이 있다고 했습니다.
GAO가 권한 것은 다시 따져 보는 일이었습니다. 국방장관이 이 계획을 한 군이 아니라 군 전체의 눈으로 다시 평가하라는 것입니다. 그 평가의 주된 목표는 공군 전투기에 프로브를 달아야 하는지, 다중 급유기가 몇 대 필요한지를 정하는 것이었습니다.
오늘의 급유기는 두 방식을 함께 싣기도 합니다. 보잉은 KC-46A에 붐과 함께 동체 가운데와 날개에 단 호스·드로그 장치가 모두 있다고 소개합니다.
하늘의 주유가 걸어온 길
첫 공중급유는 1923년 6월 27일이었습니다. 특수하게 꾸민 DH-4B 두 대가 날아, 한 대는 6시간 38분을 날았고 다른 한 대는 중력으로 연료가 흘러내리는 호스로 급유기 노릇을 했습니다.
1948년 5월 미 공군은 영국 비행가 앨런 코범(Alan Cobham)이 개발한 프로브·드로그 방식을 시험하기 시작했습니다. 1950년 9월까지 보잉은 플라잉 붐(flying boom)을 개발했습니다. 새 붐은 궂은 날씨와 밤 급유, 빠른 항공기를 더 잘 견뎠고, 항공기가 더 빠르고 안전하게 급유하게 했습니다.
1957년 미 공군은 보잉 KC-135 급유기 29대를 사들였고, 이 수는 그 뒤 20년 동안 830대로 늘었습니다. 그 무렵까지 미국 전투기는 모두 프로브·드로그를 썼습니다. 1950년대 후반 공군이 붐을 표준으로 정하면서 공군 전투기가 붐으로 옮겨 갔습니다.
붐을 고른 까닭은 장거리 전략 폭격기였습니다. 많은 연료가 필요한 폭격기는 붐으로 더 빨리 채울 수 있었습니다. 공군 안의 전술 부대는 반대했습니다. 전투기는 훨씬 적은 연료를 훨씬 느리게 받는다는 이유였고, GAO 보고서는 이를 "벌컥이 아니라 한 모금(a sip as opposed to a gulp)"이라는 말로 옮겼습니다.
어려운 점과 앞으로
호스와 드로그는 여러 조건에 따라 다르게 움직입니다. NASA 드라이든 비행연구센터는 2005년 보고서에서 호스·드로그에 영향을 주는 요인으로 비행 조건, 호스·드로그의 종류, 급유기의 종류와 무게, 수유기의 종류, 두 비행기의 움직임을 들었습니다.
이 연구는 F/A-18 두 대와 해군의 호스·드로그 급유 장치로 비행 자료를 모았습니다. 목적은 자동 공중급유 체계를 만드는 데 쓸 호스·드로그의 움직임 모델이었습니다.
자동화는 쉽지 않습니다. 같은 보고서는 공중급유 같은 조종사의 일상적인 일도 자율로 하려면 훨씬 어려워진다고 적었고, 보고서를 쓸 때까지 자동 공중급유가 비행으로 시연된 적은 없었습니다.
그래도 연구가 이어진 까닭이 있습니다. 자율 공중급유가 되면 무인기가 더 멀리 가고 더 오래 하늘에 머물 수 있기 때문입니다.
두 방식을 함께 써야 하는 문제를 풀려는 계획도 있었습니다. 1993년 GAO 보고서가 소개한 다중 급유 계획은 붐을 그대로 둔 채 날개 포드를 더하자는 것이었습니다. 그 근거 가운데 하나는 KC-135가 한 번의 임무에서 리셉터클 항공기와 프로브 항공기를 모두 급유할 수 있다는 점이었습니다.
다음에 읽을 글
- 무게와 탑재: 차량, 함정, 항공기에 싣는다는 것: 항공기에 레이저 같은 장비를 실을 때 무엇을 따지는지 봅니다.
- 조기경보통제기: 하늘 위의 관제탑: 같은 군용 항공기 묶음의 글입니다.
- 스텔스기: 정말 보이지 않는 비행기일까: 같은 군용 항공기 묶음의 글입니다.