나치의 ‘비밀무기’, 차세대 드론으로 환생한다? [고든 정의 TECH+]

2차 대전 당시 나치 독일은 연합군의 대규모 공습으로 인해 막대한 피해를 입었습니다. 히틀러는 연합군, 특히 영국에 보복하기 위한 무기 개발을 지시했는데, 그 1호 무기가 현대 순항 미사일의 원조로 평가받는 Vergeltungswaffe 1(보복 무기 1호), 줄여서 V1입니다.

V1의 정식 명칭은 피젤러 Fi 103으로 사실은 1933년에 이미 개발 제안이 들어간 무기였습니다. 제트 엔진 가운데 가장 간단하고 상용화가 쉬운 펄스제트 (pulse jet) 엔진을 탑재해 제조 비용이 매우 저렴하다는 장점이 있지만, 대전 중반까지 개발되지 않다가 보복 무기의 요구가 생기자 전쟁 말기에 상용화됐습니다.

V1은 전쟁 종료와 함께 더 이상 생산하지 않는 무기가 됐지만, V1의 후예라고 할 수 있는 순항 미사일은 현대전에서 맹활약하고 있습니다. 다만 독특한 소음을 만드는 펄스제트 엔진은 더 이상 사용되지 않고 대부분 터보팬 제트 엔진을 사용하고 있습니다. 구조가 복잡하지만, 터보팬 엔진의 장점이 명확하기 때문입니다.

펄스제트 엔진은 공기 압축을 위한 팬이 없고 연료를 엔진 내부에 분사해 폭발시켜 추진력을 만든 후 진공 상태가 된 엔진 내부에 공기를 수동으로 흡입하는 구조를 지니고 있습니다. V1에 사용된 아르구스 (Argus) As 109-014 엔진은 앞쪽의 흡기구가 크고 배기구는 작은 형태로 되어 있는데, 가장 일반적인 펄스제트 엔진이라고 할 수 있습니다. 움직이는 부품은 엔진 연소 시 배기가스를 한쪽 방향으로 나가게 하는 개폐식 차단막이 전부입니다.



하지만 단순한 구조 덕분에 가격이 저렴하고 고장 가능성이 낮다는 장점보다 부피가 크고 출력이 낮으며 연료 효율도 좋지 않다는 단점이 더 크게 부각되면서 펄스제트 엔진의 시대는 짧게 끝났습니다. 그런데 미국에서 V1가 유사하게 생긴 드론이 펄스제트 엔진의 부활을 예고하고 있습니다.

그 주인공은 미국의 웨이브 엔진(North American Wave Engine Corp)으로 미국방위고등연구계획국(DARPA), 미 공군 및 민간 투자자들로부터 초기 자금을 지원받아 펄스제트 엔진인 J-1을 개발했습니다.

미 공군이나 DARPA가 펄스제트 엔진에 관심을 보이는 이유는 간단합니다. 극단적으로 단순한 구조 때문에 생산 단가가 매우 저렴하기 때문입니다. 최근 우크라이나 전쟁에서 보듯 드론은 현대전의 필수적인 무기로 등장하고 있으나 다른 한편으로 쉽게 파괴되기 때문에 저렴한 가격에 대량으로 생산해서 손실을 만회할 필요가 있습니다. 사실 생존 기간이 짧은 드론에 굳이 비싼 엔진을 탑재할 이유가 없습니다. 바로 이 대목에서 2차 대전 때 사용했던 펄스제트 엔진을 다시 떠올린 것입니다.

J-1은 짧은 배기관과 트럼펫처럼 끝으로 가면서 넓어지는 긴 배기관을 이용한 독특한 J자형 펄스제트 엔진으로 연소와 흡기가 좀 더 효율적으로 이뤄지게 만든 디자인을 지니고 있습니다. J-1의 또 다른 장점은 V-1처럼 이륙을 위해 앞으로 밀어줄 필요 없이 정지 상태에서도 추력을 낼 수 있다는 것입니다.



J-1 펄스 제트 엔진은 크기 14 x 32 x 163 cm에 무게 8.2kg, 추력 245N 정도로 부피와 무게를 감안하면 성능은 높지 않지만, 그래도 45kg 정도의 드론을 이륙시킬 수 있습니다. 웨이브 엔진은 시터 – D (Scitor – D)라는 펄스제트 드론을 개발해 실제로 이착륙하는 모습을 공개했습니다. 제조사 측은 450kg급 드론이나 경비행기에 탑재할 수 있는 K-1 엔진 (추력 978.6 N)도 개발하고 있습니다.

여전히 지나치게 큰 부피와 상대적으로 낮은 효율이 문제이지만, 파이프를 구부린 것 같은 단순한 구조를 생각하면 펄스제트 엔진 드론은 손실 가능성이 높은 임무에 투입할 고정익 드론 엔진으로 최적의 선택일지도 모릅니다. 펄스제트 엔진이 21세기에 부활할 수 있을지 결과가 주목됩니다.

고든 정 과학 칼럼니스트 jjy0501@naver.com