일본 항공우주 탐사국(JAS)은 최근 여러 대학과 협력하여 마하 5 극초음속 항공기의 램제트 엔진에 대한 획기적인 지상 연소 테스트를 성공적으로 완료했습니다. 이는 태평양을 사이에 두고 2시간 비행의 비전이 현실에 한 발 더 다가섰다는 의미다.
일본 항공우주 탐사국, 와세다 대학, 도쿄 대학, 게이오 대학의 엔지니어 팀이 공동으로 수행한 테스트는 쓰노다에 있는 우주 센터에서 수행되었습니다. 이는 음속의 5배 속도로 비행 환경을 시뮬레이션하고 극한 조건에서 항공기의 열 보호 시스템, 조종면 및 엔진의 성능을 검증하는 데 중점을 두었습니다.
테스트의 핵심 기술은 움직이는 부품이 없는 공기 호흡 제트 엔진인 램제트(ramjet)입니다. 작동 원리는 고속 전진으로 생성된 램 효과에 의존하여 들어오는 공기를 압축한 다음 연료와 혼합하고 점화하여 추력을 생성합니다. 이 설계로 무거운 회전 압축기가 필요 없어 기존 터보팬 엔진보다 훨씬 빠른 속도로 작동할 수 있지만 램제트는 정지 상태에서 시작할 수 없으며 작동하려면 먼저 초음속으로 가속해야 합니다.
일본에서 실시된 이번 테스트에서는 실험용 항공기를 풍동에 설치하여 고도 약 25km의 환경 조건을 시뮬레이션했습니다. 이 고도의 대기 밀도는 해수면의 대기 밀도의 1%에 불과합니다. 마하 5의 고도에서 기수와 앞쪽 가장자리 주변의 공기 온도는 섭씨 1,000도 이상에 도달할 수 있습니다. 이러한 고온에 대응하여 엔지니어들은 항공기 내부 온도를 정상 작동 온도에 가깝게 유지하여 탑재된 항공 전자 장치 및 제어 전자 시스템이 정상적으로 작동할 수 있도록 고급 열 보호 시스템을 구축했습니다. 동시에 센서는 표면 온도 프로필을 매핑하여 열 구조 계산을 검증합니다. 이는 대형 여객기로 확장하는 데 중요합니다.
분명히 해야 할 점은 이번 예비시험이 실제 시험비행과는 거리가 멀고, 축소모형에 대한 지상검증만 완료되었다는 점이다. 일본 항공우주탐사국은 다음 단계에서 실험용 항공기를 측심 로켓에 장착해 마하 5의 실제 비행 시험을 시도할 계획이다. 순조롭게 진행되고 규제 및 기술적 장애물을 극복할 수 있다면 2040년대까지 상용 극초음속 여객 서비스를 가능하게 하는 것이 목표이다.
이러한 진전이 계속된다면 기존 민항기의 약 2배의 고도를 비행할 수 있는 고도 25km에서 마하 5 속도로 비행하는 항공기는 완전한 궤도에 진입하기 위한 복잡한 조작 없이도 이론적으로 도쿄에서 로스앤젤레스까지 현재 약 10시간에서 약 2시간으로 비행 시간을 단축할 수 있다. 이는 미국에서 일본까지의 항공편이 혁신적으로 변화되어 원래 일주일이 걸렸던 여행이 단 몇 시간 만에 당일 왕복 여행으로 변모할 것임을 의미합니다.