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공중급유기, 어디까지 알고 있니?

공중급유기에 대한 흥미로운 군사상식들
국방홍보원 작성일자2019.01.29. | 19,336 읽음

C-330 공중급유기가 비행하고 있는 모습. 공군 제공

공군은 다목적 공중급유기 1호기의 전력화 행사를 갖고 본격적인 공중급유기 운용에 나섰다. 


지난 해 11월 12일 우리나라에 도착한 다목적 공중급유기 1호기에 대한 공군의 수락검사가 문제없이 끝나고 드디어 전력화가 이루어진 것이다. 이제 공군은 다목적 공중급유기의 전력화를 통해 전투기의 작전반경 확대 및 체공시간 연장뿐만 아니라 다양한 국가전략 임무를 수행할 수 있는 기반을 마련했다. 


그래서 공군의 이번 공중급유기 전력화 행사를 계기로 우리가 그동안 잘 알지 못했던 공중급유기에 대한 다양하고 흥미로운 이야기들을 소개한다.


앞서 ‘공중급유기가 '전략자산'으로 분류되는 이유’를 통해 다목적 공중급유기가 갖는 전략적 의미와 탄생배경 그리고 역사에 대해 간단히 알아보았다.

[관련 기사] 다목적 공중급유기 1호기 도입의 기대효과

하지만 이것은 공중급유기에 대한 다양하고 흥미로운 이야기들 중 극히 일부일 뿐이다. 많은 사람들이 공중급유기를 ‘하늘의 주유소’ 정도로만 인식하고 있지만 실제로는 그 존재 유무만으로도 전쟁의 승패에 영향을 미칠 수 있는 중요한 변수로 인정받고 있다.


과거 역사를 살펴보더라도 공중급유기는 최초 등장 이후 지금까지 그 가치를 직접 입증해 보였으며 공중급유기의 지원은 불가능해 보이는 수많은 항공작전을 가능케 했다.


이처럼 공중급유기가 공군전력의 한 축을 담당하며 전략자산으로 인정받을 수 있었던 것은 최첨단 항공우주기술과 수많은 선구자들의 도전과 시행착오 덕분이었다. 높은 하늘을 빠른 속도로 비행하는 두 대의 비행기가 짧은 시간 동안 연료를 주고받는 것은 말처럼 쉬운 일이 아니다.


실제로도 미 공군의 전투기와 공중급유기 간의 공중 급유는 해발 8500m 이상의 고도에서 시속 540~640km의 속도로 비행하며 10분 이내에 완료되는 것이 보통이다.

이것은 공중급유 체계의 기술적 완성도와 검증된 안전성은 물론 공중급유기와 전투기의 조종사들, 연료보급을 담당하는 기술요원의 완벽한 팀워크를 전제로 한다.

1923년 미 육군항공단은 DH-4B 복엽기 2대를 사용해 현대적 개념의 공중급유에 처음 성공했다. 사진출처=위키미디어

어떻게 하늘 위에서 연료를 보급하지?



대부분의 항공기는 이륙과정에서 전체 연료의 1/4 정도를 소모한다. 빠른 속도로 높은 고도까지 상승해야 하거나 악천후 상황에서는 이륙과정에서 소모되는 연료는 더욱 증가할 수밖에 없다. 때문에 항공기의 체공시간과 항속거리에 직접 영향을 미치는 연료탑재량을 확대할 수 있는 다양한 아이디어가 등장했고 그 중 가장 먼저 실용화 된 것이 바로 보조연료탱크다.



하지만 보조연료탱크를 장착할 경우 항공기 자체의 중량과 항력 역시 증가해 이륙과정에서의 연료소모가 더 늘어나는 문제가 있었다. 보조연료탱크가 없는 것보다는 낫긴 했지만 그렇다고 완벽한 대안이라 하기에는 뭔가 부족했다.



이후 수많은 시행착오 끝에 찾아낸 최적의 방법은 바로 하늘에서 이륙과정에서 소모된 연료를 보충하는 것이었다. 문제는 빠른 속도로 하늘을 비행하는 상태에서 연료를 보충하는 것이 생각처럼 쉽지 않았다는 것이었다.



현대적 개념의 공중급유는 1923년 미 육군항공단 소속 DH-4B 복엽기에 의해 처음 실시되었다. 두 대의 항공기가 서로 근접한 다음 호스를 연결해 연료를 주고받은 것이었다.



공중급유 자체는 성공했지만 여러 기술적 한계와 문제점들이 발견되었다. 일단 연료를 주고받는 과정에서 시간이 오래 걸렸다. 기압과 온도가 낮다보니 생각처럼 연료가 빠른 속도로 흘러가지 않은 것이다. 공중급유가 높은 고도에서 이루어질 경우 결빙에 대한 문제도 해결해야 했다.



무엇보다도 공중급유가 사람에 의해 수동으로 이루어지다 보니 조종사가 1명뿐인 비행기에서는 공중급유 자체가 불가능한 상황이 벌어졌다. 1935년 A. D. 헌터에 의해 설계된 새지 않는(spill-free) 재급유 노즐을 프레드와 알 키(Fred and Al Key) 형제가 실용화에 성공하고 나서야 현대적 개념의 공중급유가 가능해진 것도 이러한 이유 때문이다.

붐 방식은 빨대처럼 생긴 붐을 급유가 필요한 항공기에 찔러 넣어 연료를 넣어주는 방식이다. 사진은 미 공군 KC-46A 공중급유기가 F-15E 전투기에 공중급유 훈련 중인 모습. 사진=미 공군 홈페이지 제공

같은 듯 다른 듯 공중급유 방식



공중급유기가 다른 항공기에 연료를 전달하는 방법은 크게 붐 방식(Flying boom type), 프로브 혹은 프로브&드래그 방식(Probe and drogue type)으로 구분할 수 있다. 쉽게 말하면 공중급유기에 펌프를 장착해 다른 항공기에 연료를 넣어주면 붐 방식, 반대로 연료를 공급받는 전투기에 펌프를 장착해 공중급유기의 연료를 흡입하면 드래그 방식이라는 뜻이다.

붐 방식은 빨대처럼 생긴 붐을 급유가 필요한 항공기에 찔러 넣어 연료를 넣어주는 방식이다. 사진은 KC-10 공중급유기에 부착된 급유용 붐의 확대 사진이다. 사진=미 공군 홈페이지 제공

<1> 붐 방식



먼저 붐 방식은 전략폭격기와 같은 대형 군용기에 짧은 시간 동안 많은 연료를 보급하기 위해 등장한 기술이다.



거대한 빨대처럼 생긴 붐은 공중급유기 동체 후방 하단에 설치되어 있으며 보통은 후방동체에 붙어 있지만 공중급유가 시작되면 동체 아래쪽으로 움직이며 길게 연장된다. 그 끝에는 연료주입을 통제하는 밸브와 압력센서, 미세한 위치 조정을 위한 2장의 날개(ruddevators) 등이 장착되어 있다.



붐 방식의 장점은 다음 2가지로 요약할 수 있는데 일단 공중급유기에 펌프가 장착되어 있어 빠른 연료보급이 가능하고 반대로 연료를 보급 받는 전투기나 폭격기의 공중급유관련 장치가 간단하다는 것과 다음으로 공중급유기에서 공중급유와 관련된 모든 과정을 주도적으로 진행하기 때문에 연료를 보급 받는 전투기나 폭격기 승무원의 부담이 상대적으로 적다는 것이다.

일례로 공중급유가 필요한 전투기가 공중급유기의 후방 아래로 접근하여 고도와 속도를 유지하면 공중급유기의 기술요원(boomer or boom operator)이 붐을 조작해 공중급유가 필요한 전투기의 동체 급유노즐에 끼워 넣고 적절한 압력을 유지하며 연료를 보급하게 된다. 연료보급이 완료될 때까지 공중급유를 받는 전투기 조종사는 속도와 고도만 유지하면 된다.



물론 붐 방식은 공중급유기의 대형화가 필수이며 한 번에 한 대의 항공기에만 연료보급이 가능하다는 단점이 있다. 그럼에도 불구하고 현재 대형 공중급유기를 대규모로 운용하고 있는 미 공군에서 채택하고 있는 방식이며 우리나라 공군 역시 이 방식을 따르고 있다.

프로브 방식은 급유에 시간이 오래 걸리고 조종사의 높은 기량을 요구하는 단점에도 불구하고 악천후 상황에서도 회전익 항공기를 포함한 거의 모든 항공기에 급유가 가능하다는 장점이 있다. 사진출처=미 국방성 홈페이지

프로브 방식은 급유에 시간이 오래 걸리고 조종사의 높은 기량을 요구하는 단점에도 불구하고 악천후 상황에서도 회전익 항공기를 포함한 거의 모든 항공기에 급유가 가능하다는 장점이 있다. 사진출처=미 국방성 홈페이지

<2> 프로브 방식



다음으로 프로브 방식은 가장 기본적인 공중급유 방식으로 연료공급을 받는 항공기에 연료펌프와 빨대 형태의 프로브(probe)를 장착한 것이 특징이다. 반대로 공중급유기에는 연료보급을 위한 복잡한 기계장치는 물론 붐 방식과 같은 별도의 기술요원이 불필요하다. 드로그 또는 바스켓으로 불리는 급유 연결장치가 부착된 연료 공급용 호스만 뒤로 길게 늘어뜨리기만 하면 된다.


반대로 연료를 보급받는 기체의 경우 공중급유에 필요한 프로브는 동체 측면에 고정되어 있거나 사용할 때만 돌출되는, 수납 가능한 형태로 되어 있다. 


다만 별도의 조종 장치가 없기 때문에 조종사는 기체를 직접 움직여 프로브를 드래그에 찔러 넣고 연료펌프를 작동시켜야 한다. 이러한 이유로 드래그 방식은 붐 방식에 비해 연료를 보급 받는 과정에서 조종사의 높은 기량을 필요로 한다. 공중급유 과정에서 자칫 조종을 잘못할 경우 드래그가 찢어지거나 심할 경우 파손될 수도 있기 때문이다.


여건상 대형공중급유기를 운용할 수 없는 미 해군과 서유럽국가를 중심으로 널리 사용되고 있는 공중급유 방식이며 미 공군도 초창기에는 이 방식으로 폭격기와 전투기에 공중급유를 했다. 러시아와 중국 역시 이 방식을 채택하고 있다.  


붐 방식에 비해 급유 속도가 느리고 공중급유를 필요로 하는 모든 항공기에 별도의 프로브를 장착해야 하는 번거로움이 있지만 동시에 여러 대의 항공기에게 연료보급이 가능하고 시스템이 간단하며 악천후 상황에서도 급유가 가능하다는 장점이 있다.

프로브 방식의 공중급유 포트는 일반 항공기를 급유기로 변신시킬 수 있으며 동일 기종 혹은 서로 다른 기종의 항공기들이 서로 연료를 주고받을 수 있도록 한다. 사진은 1964년 미 해군에 의해 A-3 스카이워리어 폭격기 2대와 A-4 스카이호크 공격기 1대가 공중급유 포트를 활용해 연속 공중급유 시험 중인 모습이다. 사진출처 : 위키미디어

프로브 방식의 공중급유 포트는 일반 항공기를 급유기로 변신시킬 수 있으며 동일 기종 혹은 서로 다른 기종의 항공기들이 서로 연료를 주고받을 수 있도록 한다. 사진출처 : 위키미디어

이것만 있으면 누구나 공중급유를 할 수 있다?



최근 등장하고 있는 다목적 공중급유기의 경우 동시에 붐 방식과 드래그 방식으로 공중급유가 가능한 것이 특징이다. 한편 붐 방식과 드래그 방식 외에도 공중급유가 가능한 방법이 있다.



바로 피어 투 피어 리퓰링(Peer-to-Peer Refueling) 또는 윙 버디포트 방식(Buddy store or buddy pod type)으로 기술적으로는 프로브 방식과 동일하지만 전용 급유기가 아닌 동일 기종의 항공기들이 서로 연료를 주고받는 급유방식을 말한다. 물론 공중급유를 위한 별도의 급유포트 또는 보조 장치가 준비되어야 하며 이 보조 장치를 활용해 공중급유기가 아닌 일반 항공기도 공중급유능력을 확보할 수 있다는 것이 가장 큰 특징이다.



이 분야에서 단연 독보적인 기술과 경험을 갖고 있는 것은 바로 미 해군이다. 미 해군은 항공모함이라는 운영상 제약조건으로 인해 미 공군과 같은 대형 공중급유기 운영에 제약이 있었다. 이러한 이유로 미 해군은 함재기를 개조해 공중급유기로 운영해 왔는데 이 때 활용된 것이 바로 급유포트다.



미 해군의 공중급유기 중 가장 유명한 것은 S-3 바이킹 대잠초계기를 공중급유기로 개조한 KS-3A/B이며 윙 버디포트 방식으로 다른 함재기에게 약 16,600L의 항공연료를 보급할 수 있었다. 



2009년 S-3 및 파생형 기체가 모두 퇴역한 이후에는 F/A-18이 공중급유기의 역할을 대신하고 있지만 한 번에 급유할 수 있는 항공기의 숫자와 보급 가능한 연료량의 한계로 인해 대규모 군사작전 시에는 미 공군 공중급유기의 지원을 받고 있다.

현재 미군은 주야간 및 악천후 상황에서도 전천후 공중급유 능력을 갖추고 있다. 사진은 KC-135R 공중 급유기에서 다양한 군용기에 야간 공중급유 중인 모습. 사진출처=미 공군 홈페이지

공중급유기를 가장 잘 활용하는 국가는?



현재 공식적으로 공중급유기를 보유한 국가는 무려 32개국이나 된다. 



하지만 실제로 공중급유기를 운용하고 있는 국가는 18개국에 불과하며 이 중에서도 공중급유기의 가치를 100% 이상 활용하고 있는 국가는 손가락으로 꼽을 정도다. 현재 자타공인, 공중급유기를 가장 독보적으로 활용하고 있는 국가는 바로 미국이다. 



최초의 공중급유기를 실전배치한 것도 미국이며 현재 가장 많은 숫자의 공중급유기를 보유하고 있는 국가 역시 미국이기 때문이다.

현재 미군은 주야간 및 악천후 상황에서도 전천후 공중급유 능력을 갖추고 있다. 사진은 KC-135R 공중 급유기에서 다양한 군용기에 야간 공중급유 중인 모습. 사진출처=미 공군 홈페이지

미 공군과 해군, 해병대는 주야간은 물론 악천후 상황에서도 공중급유를 실시하고 있으며 공중급유를 통한 최장시간, 최장거리 비행기록을 갖고 있다. 주야간 악천후를 불문한 공중급유기의 완벽한 임무지원 덕분에 미군의 모든 군용기들은 전 세계 어디에서든 맡은 바 임무를 완수할 수 있다.


참고로 1991년 1월 16일과 17일, 미국 루이지애나의 박스데일 공군기지에서 이륙한 7대의 B-52H 폭격기들은 공중급유기들의 지원을 받으며 무려 35시간 동안 비행했다.


공중급유기들의 성공적인 지원 덕분에 B-52 폭격기들은 이라크와 쿠웨이트 내 전략목표를 성공적으로 타격해 걸프전 승리를 이끌었다. 참고로 당시 수립된 기록은 아직도 깨지지 않고 있는데 최근 미 공군에서 원거리 폭격임무를 담당하고 있는 B-2 폭격기의 최장 임무수행 시간은 23~26시간 수준이며 비행거리 역시 과거 B-52 폭격기가 수립한 기록에는 약간 부족한 수준이다.


현재 미군은 주야간 및 악천후 상황에서도 전천후 공중급유 능력을 갖추고 있다. 사진은 KC-135R 공중 급유기에서 다양한 군용기에 야간 공중급유 중인 모습. 사진출처=미 공군 홈페이지

공중급유기 운용의 선구자라 할 수 있는 미국은 날개 달린 모든 것에 대한 급유가 가능한데 최초 폭격기에서 전투기, 공격기, 정찰기 같은 고정익 군용기는 물론 회전익 군용기에 대한 공중급유도 가능하며 시대 변화에 따라 이제는 무인항공기에 대한 급유는 물론 무인항공기를 기반으로 한 공중급유기까지도 등장하고 있다.


지난 2018년 8월 30일(현지시간), 미국 국방부는 보잉과 미 해군 항모에서 사용될 4대의 무인 공중급유기를 8억500만 달러(8967억원)에 도입하는 계약을 체결했다고 발표했다. 보잉은 무인 공중급유기 'MQ-25A 스팅레이' 4대를 2024년 8월까지 미 해군에 인도할 예정이다.

현재 미군은 주야간 및 악천후 상황에서도 전천후 공중급유 능력을 갖추고 있다. 사진은 KC-135R 공중 급유기에서 다양한 군용기에 야간 공중급유 중인 모습. 사진출처=미 공군 홈페이지

스텔스 기능이 있는 무인 공중급유기의 개발 및 전력화는 현재 미 해군이 역점을 두고 추진하고 있는 주요 사업 중 하나다. 무인 공중급유기가 도입되면 함재기들의 작전 반경이 확대되는 것은 물론 F-35C 스텔스 전투기와 짝을 이룰 경우 보다 은밀하고 치명적인 임무수행이 가능해 지기 때문이다.


이것은 결과적으로 미 해군 항공모함과 함재기의 전략적 활용도가 확장되는 것을 의미하며 공중급유기 운용개념의 획기적인 변화를 의미하기도 한다.

현재 미 국방성과 미 해군은 새로운 개념의 무인공중급유기의 실전배치를 서두르고 있다. 사진은 2024년 8월까지 미 해군에 4대가 인도될 예정인 최초의 무인공중급유기인 MQ-25A 스팅레이다. 사진출처 : 미 국방성 홈페이지

현재 미 국방성과 미 해군은 새로운 개념의 무인공중급유기의 실전배치를 서두르고 있다. 사진은 2024년 8월까지 미 해군에 4대가 인도될 예정인 최초의 무인공중급유기인 MQ-25A 스팅레이다. 사진출처 : 미 국방성 홈페이지

현재 미 국방성과 미 해군은 새로운 개념의 무인공중급유기의 실전배치를 서두르고 있다. 사진은 2024년 8월까지 미 해군에 4대가 인도될 예정인 최초의 무인공중급유기인 MQ-25A 스팅레이다. 사진출처=미 국방성 홈페이지

우리나라 공군의 공중급유 기록들



우리나라 공군의 공중급유 기록은 지난 2011년이 되어서야 겨우 시작되었다. 공중급유를 위해서는 관련 자격 취득 및 주기적인 재교육이 꼭 필요하지만 우리 공군이 보유한 공중급유기가 없어 그동안 훈련은 물론 자격 취득 자체가 불가능했기 때문이었다.


하지만 유사시 미 공군 공중급유기의 지원을 받기 위해서는 평시 우리 공군 조종사들의 꾸준한 공중급유 훈련 및 관련자격 취득이 꼭 필요하다는 우리 공군의 주장을 미 공군이 받아들이면서 2011년 9월부터 서해 상공에서 6개월 주기로 정기적인 공중급유 훈련이 진행되고 있다.


당시 약 2주간 실시된 공중급유 훈련에서는 우리 공군이 보유한 F-15K 및 KF-16 조종사 16명과 미 공군 교관 조종사 9명이 참가했다. 미 공군의 협력을 통해 2013년에는 총 42명의 조종사가 공중급유 자격을 획득했으며 그 숫자는 꾸준히 늘어나고 있다.

2014년 레드플레그 참가를 앞두고 최차규 공군참모총장이 KF-16D 전투기 후방석에 직접 탑승해 공중급유훈련 상황을 공중에서 지휘하고 있다. 사진출처=국방일보 DB

공중급유를 통한 최초의 공군 전투기 해외 전개는 2013년 레드플레그 훈련에 참가한 F-15K 전투기에 의해 수립되었으며 F-15K 전투기는 최초 도입 시에도 공중급유를 통한 자력비행으로 인도된 기록을 갖고 있다. 공군참모총장이 직접 전투기에 탑승해 공중급유 훈련 과정을 지휘한 기록도 있다.


지난 2014년 9월 3일, 당시 최차규 공군참모총장은 공군20전투비행단에서 직접 KF-16D 전투기 후방석에 탑승, 미 공군 KC-135R 공중급유기와의 공중급유훈련을 지휘했다.


이날 참모총장 지휘비행은 공중급유기 도입을 앞둔 공군이 운용 능력을 얼마나 잘 갖추고 있으며 제대로 준비하고 있는지 현장에서 점검하고, '레드플래그 알래스카(Red Flag Alaska) 훈련'에 참가하는 조종사와 지원요원들을 격려하기 위해 실시됐다.


2014년 레드플래그 훈련에 참가한 KF-16 공군조종사들은 훈련 종료 후 알래스카에서 우리나라까지 10시간 동안 공중급유를 받으며 비행해 그간 공군이 보유한 최장비행시간 기록을 갱신하기도 했다. 이러한 기록들은 공군이 그동안 공중급유기 도입을 위해 얼마나 많은 준비를 했는지 확인할 수 있는 대목이다.

글=계동혁 전사연구가

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