1. 서론
항공우주학은 유무인 고정익과 회전익 항공기, 발사체, 위성 등과 같이 대기권 및 우주공간을 비행하는 체계의 해석 및 설계를 연구하는 학문입니다. 때문에 항공우주학을 전공하는 학생들이라면 비행체의 해석 및 설게에 필요한 학문에 대한 지식을 갖추어야 합니다. 1편에서는 이러한 목적으로 고정익 항공기, 회전익 항공기, 우주발사체 및 위성 체계의 내부 구성도와 그 기능에 대해 기술하고자 합니다. 여기에 도시된 항공우주 체게는 모두 국내에서 개발된 것으로 최근 괄목할 만한 성장을 이룬 우리나라 항공우주산업의 결과물들입니다.
항공기의 부품 수는 자동차의 20배 이상으로 보잉 777의 경우 약 300만개의 부품으로 이루어져 있습니다. 그러므로 여기에서는 주로 부체계 중 극히 일부만 언급합니다. 또한 항공우주학의 특징은 다양한 학문 분야 연구의 결과가 종합되는 체계종합적 특징이 있으므로 항공우주학의 세부 연구분야의 역할과 각 연구분야 간 상호 관계에 대해 기술합니다.
2. 항공우주 시스템의 구성과 기능/고정익 항공기
국내에서 최초로 개발하여 생산한 고정익 항공기는 기본훈련기 KT-1(웅비)이며 이후, 고등훈련기인 T-5-을 거쳐 KC-100(나라온) 민수용 경 항공기를 개발 생산하였으며, 현재는 한국형 첨단 전투기(KFX)인 보라매를 개발 중에 있습니다. KT-1은 국방과학연구소의 주도로 한국항공우주산업과 대한항공, 엘아이지넥스원, 한국화이버, 위아 등 여러 국내 항공산업체가 공동으로 독자 개발한 항공기입니다. 이후 KT-1은 KA-1으로 개량되었으며 인도네시아 터기 등에 수출된 최소의 항공기입니다. KT-1은 저 아음속 항공기로 주날개에는 후퇴각이 거의 없으며 또한, 항공기의 자세를 바꿀 수 있는 엘리베이터(승강키), 에일러론(도움날개) 및 러더의 조종면을 볼 수 있습니다.
KT-1의 비행조종장치는 기계식으로 엘리베이터 조종봉, 에일러론 조종봉과 러더 조종케이블 등으로 구성되어 있습니다. 착륙 시 사용하는 전륜 착륙기어와 주륜 착륙기어도 있습니다. 날개의 좌우에는 연료 탱크와 연료 승압 펌프 및 연료 여과기를 볼 수 있고 배면비행 시에 연료를 엔진에 보급하는 곡예 탱크도 있습니다.
KT-1의 엔진은 캐나다 PW사의 PT6A-62 터보프롭엔진을 사용합니다. 이륙과 착륙 중 실속 속도를 낮추어 이착륙에 필요한 활주거리를 줄일 수 있는 고양력 장치인 스플릿 플랩도 있습니다. 동체 하방에는 스피드 브레이크가 설치되어 착륙거리를 줄일 수 있습니다.
다음으로 T-50은 한국항공우주산업과 미국의 록히드 마틴이 공동 개발한 우리나라 최소의 초음속 항공기로서 경공격 파생형인 FA-50의 개발로도 이어졌으며 이라크, 인도네시아 등에 수출되었습니다. T-50의 엔진은 미국 제너럴 일렉트릭사의 GE F404 엔진을 장착하고, 최대속력은 음속의 1.4배에 이릅니다. 초음속 비행을 위해 주날개의 후퇴각이 앞서 설명한 KT-1에 비해 매우 큽니다. 항공기 전두부에는 레이더가 장착되어 있으며 조종석에는 탈출좌석이 있습니다. 보조 동력장치는 항공기에 전원과 유압 등의 보조적인 동력을 제공하며, 비상 동력장치는 비행 중 엔진의 재시동에 사용하는 장치입니다. 고속으로 비행하는 T-50은 유압식 비행조종장치를 갖고 있는데, 여기에는 조종면을 움직이는 장치인 유압시스템의 일부인 액추에이터와 축압기를 볼 수 있습니다. T-50에는 고양력 장치인 플랩과 에일러론의 기능을 동시에 수행하는 플레퍼론이 장착되어 있으며, KT-1과 다르게 수평미익 전체가 움직일 수 있는 조종면인 수평미익을 갖추고 있습니다. 그러나 러더는 KT-1과 같은 수직꼬리날개의 일부로서 구성되어 있습니다. T-50의 스피드 브레이크는 항공기의 후방에 장착되어 있습니다.
3. 회전익 항공기
우리나라는 70년대 후반부터 500MD 헬기 면허 생산과 90년대 UH-60 기동헬기 기술도입 생산을 통해 헬기 생산기술을 축적한 후, 2000년대에 이르러 한국형 기동헬기인 수리온을 국책사업으로 개발하였고, 현재 경공격헬기/민수헬기를 개발 중에 있습니다. 수리온은 우리 군의 헬기 노후화에 대한 대책으로 정부합동 사업단의 국책 사업으로 개발한 최초의 국산 헬리콥터입니다. 한국항공우주산업이 기체 개발 및 총조립을 담당하고, 국방과학연구소와 항공우주연구원이 항공전자 장비 및 로터 등의 개발을 담당하였습니다.
수리온에는 양력과 추력을 발생시키는 메인로터가 있습니다. 두 개의 GE T700-701K 터보샤프트 엔진과 엔진에서 나온 동력을 메인 로터에 전달시키는 메인 기어박스를 볼 수 있습니다. 또한 메인 로터의 고속 회전으로 발생하는 토크를 상쇄하기 위한 테일 로터와 엔진의 동력을 테일 로터에 전달하는 구동축과 중간 기어박스 및 테일 기어박스도 있습니다. 엔진에 연결된 교류발전기가 탑재장비에 전을 공급합니다. 보조 동력장치는 지상에서의 엔진 시동, ECS(환경제어시스템)용 고압공기 공급, 비상발전기의 역할과 비행 중 주 엔진의 재시동, 여압 조절 및 비상발전 등에 사용됩니다. 수평 안정판은 항공기의 안정성을 확보하기 위한 장치입니다. 군용 헬기인 수리온은 CDMS, MWR, LWR, RWR 등의 각종 방어 장비를 장착하고 있습니다.
4. 로켓
미사일이나 우주발사체용으로 사용되는 로켓은 연료의 종류에 따라 고체로켓과 액체로켓으로 구분할 수 있습니다. 우리나라에서 최초로 개발된 고체로켓은 국방과학연구소가 1987년에 개발한 백곰 미사일이며 액체로켓은 항공우주연구원이 과학로켓 3호와 나로호 발사체 개발을 거쳐 2010년부터 개발중인 한국형 발사체 등이 있습니다.
한국항공우주원에서 개발 중인 한국형 발사체 누리호는 3단 구성으로 액체산소와 케로신을 사용하는 액체로켓엔진을액체로켓 엔진을 사용합니다. 1단에는 75톤의 추력을 낼 수 있는 엔지 4기를 묶어 사용하고, 2단에는 같은 엔진 1기를 사용합니다. 탑재체를 목표 궤도에 진입하게 하기 위해 7톤의 추력을 낼 수 있는 액체로켓 엔진을 사용합니다. 각 단에는 산화제인 액체산소와 연료인 케로신을 적재할 수 있는 액체로켓 엔진을 사용합니다. 1단과 2단을 연결하는 1/2단 인터스테이지, 2단과 3단을 연결하는 2/3단 인터스테이지와 탑재체를 감싸고 있는 페어링 등은 발사체와 위성을 보호하고 발사체의 외형을 유선형으로 만들어 공기저항을 감소하기 위해 사용합니다.
5. 위성
우리나라의 인공위성 개발은 92년 발사된 카이스트의 우리별 1호가 그 시작이었으며, 한국항공우주연구원이 개발한 실용위성 아리랑위성 1호를 시작으로 본격적인 우주시대를 열게 되었습니다. 우리나라의 인공위성은 KT가 확보한 정지궤도 통신 방송위성인 무궁화 위성과 함께 항공우주연구원이 개발한 실용위성의 기상/환경 관측 및 실용 영상 확보를 통해 상활의 편리성을 획기적으로 상승시키고 있습니다. 현재 항공우주연구원에서는 정지궤도 인공위성 천리한 2B 위성으로 천리안 2A는 2018년 12월 5일에 성공적으로 발사되었습니다. 천리안 2B는 해양탑재체와 환경탑재체를 싣고 2020년 발사 예정입니다. 태양전지판과 배터리 모듈은 태양으로부터 위성에 전원을 생성하여 저장하는 장치이며, LAE는 위성이 발사된 후 정지 천이궤도에서 정상작동 궤도인 정지궤도를 이동할 때 사용하는 장치입니다. 지상과 통신에 사용하는 여러 안테나도 도시되어 있으며, 위성의 자세를 감지하는 외부의 패널은 방사선과 태양으로부터 나오는 복사열과 우주공간을 떠도는 여러 우주파편들로부터 위성과 탑재체를 보호합니다.