미국 국방고등연구기획국(DARPA)이 마하 5 이상의 속도로 움직이는 극초음속 비행체의 ‘공력가열 효과 완화’를 해결하기 위해 새로운 소재와 설계를 찾고 있다. DARPA는 이 기술적 난제를 풀기 위해 ‘극초음속용 소재·아키텍처·특성(MACH: Materials, Architectures and Characterization for Hypersonics) 사업’을 개시했다. 

극초음속 비행체는 음속의 5배가 넘는 속도로 움직여야 한다. 그 때문에 DARPA는 형태가 안정적이고 높은 열 흐름을 견딜 수 있는 첨두부체계에 적용할 새 설계·소재 솔루션을 개발·시연하는 중이다. DARPA는 열 공학·설계, 첨단 전산 소재 개발, 구조화된 소재 설계·제작·시험, 극초음속 전단 설계·성능, 첨단 열 보호 체계 등에 대한 전문기술을 찾고 있다. DARPA는 “기존 실용 기술에 획기적 개선을 가져오는 연구를 원하는 것은 아니다”라고 밝혔다.

 MACH 사업은 두 가지 기술 영역으로 구성될 예정이다. 첫째로 확장 가능한 그물형 제작 및 첨단 열 설계를 기반으로 첨두부를 냉각시키는 완전 통합형 수동 열 관리 체계를 개발하고 기술 성숙도를 높일 계획이다. 

둘째로 차세대 극초음속 소재 연구에 중점을 둘 예정이다. 이를 통해 최신 고충실 전산 능력을 새로운 능·수동 열 관리를 위한 개념, 코팅, 소재 개발에 활용해 차세대 냉각 극초음속 첨두부에 적용한다는 방침이다. DARPA 국방과학실(DSO) 소속 사업 관리자인 빌 카터는 “수십 년간 많은 이들이 극초음속 비행체의 뜨거운 전단을 냉각할 방법을 연구해 왔으나 비행에서 실용적 개념을 시연하지는 못했다”고 지적했다. 그는 “핵심은 방열(放熱)을 위한 질량수송을 가능케 하는 확장성 있는 소재구성을 개발하는 것”이라며 “최근의 열 공학 및 제조분야에서의 발전으로 인해 과거에는 불가능했던 매우 복잡한 재료구조의 설계와 조합이 가능하게 됐다”며 “성공을 거둔다면 전단에서의 공력가열 효과 완화에서 혁신을 이뤄 극초음속 성능을 높일 수 있을 것”이라고 덧붙였다.

 DSO는 지난 22일 ‘제안자의 날(Proposers’ Day)’ 행사를 열고 잠재 제안자들에게 MACH 사업의 목표를 소개했다. DARPA는 현재 업계와 협력해 여러 건의 극초음속 무기 개발사업을 추진 중이다. 극초음속 기술은 1970년대와 1980년대에 DARPA가 스텔스 기술 연구개발에 쏟은 투자가 가져온 것과 같은 전략적 이점과 우위를 제공할 수 있는 잠재력이 있다. ( * 출처 : 국방일보 2019.1.28)