‘초음속’은 시끄럽다고? 여기 있네, 뾰족한 수!…‘저소음 초음속 비행’ 도전하는 X-59

초음속 시험기 X-59가 지난 3월26일 미국 캘리포니아주 모하비 사막 상공을 시험비행하고 있다. 미국 항공우주국(NASA) 제공

초속 340m 돌파 때 폭발음인 ‘소닉붐’ 줄이려 송곳 모양 기체 설계 마하 1.4, 고도 1만6700m로 날며 ‘진공청소기 수준’ 75dB 목표 성공 땐 초음속 여객기 부활 청신호…‘인천~LA 6시간30분’ 가능

비행기를 타고 떠나는 해외여행은 즐겁기 그지없는 일이다. 좌석에 앉은 뒤 이륙 전까지 놀러 갈 곳, 하고 싶은 일을 상상하는 것만큼 설레는 일은 없다. 하지만 그런 기쁨도 잊게 하는 일이 있다. 장시간 비행이다. 10시간 이상 좁은 기내 공간, 귓전을 때리는 엔진 소음에 노출되면 몸은 지치게 마련이다.

이런 일은 여객기 속도를 높이면 해결된다. 목적지에 일찍 도착하면 여독은 적게 쌓인다. 하지만 여객기는 50여년째 마하 0.85(시속 1040㎞)의 벽을 넘지 못하고 있다.

인류가 더 빠른 여객기를 만들 실력이 없던 건 아니다. 1976년 초음속 여객기 ‘콩코드’가 등장한 적 있다. 마하 2(시속 2440㎞)로 날았다. 문제는 소음이었다. 초속 340ｍ의 음속을 돌파하고 나면 ‘소닉붐’이 생겼다. 소닉붐이 만든 소음은 105㏈(데시벨), 천둥만큼 시끄러웠다. 콩코드가 2003년 퇴역한 주요한 이유다.

그렇게 사라진 초음속 여객기 시대가 최근 부활 조짐을 보이고 있다. 초음속으로 비행하면서도 소닉붐 강도를 확 떨어뜨리는 기술 개발에 속도가 붙었다. 팔을 걷어붙인 것은 미국 항공우주국(NASA)이다.

지난주 NASA는 자체 개발 중인 초음속 시험기 ‘X-59’의 비행 중 소음 측정을 올해 말부터 시작할 계획이라고 밝혔다. 장소는 캘리포니아주 모하비 사막이다. 길이 50㎞짜리 가상 직선 위에 다수의 음향 감지 센서를 일정 간격으로 깔아서 운영한다.

X-59는 지난해 10월 첫 시험비행을 한 신생 비행기다. 길이 30ｍ, 폭 9ｍ짜리 1인승이다. 여기까지는 특별할 것이 없지만, 눈길을 사로잡는 점은 따로 있다.

개발 목표다. 바로 ‘조용한 초음속기’의 현실화다. X-59는 마하 1.4(시속 1710㎞), 비행 고도 1만6700ｍ로 날면서 초음속기가 일으키는 굉음인 소닉붐을 줄이기 위해 만들어지고 있다. 소닉붐을 콩코드가 내는 천둥(105㏈) 수준보다 훨씬 낮은 진공청소기(75㏈) 수준으로 찍어누를 예정이다. 이는 과학적 한계에 대한 도전이다. 인간이 초음속기를 처음 만든 것은 1947년이지만, 그동안 소닉붐을 막을 뾰족한 방법은 없었다.

이런 상황에서 X-59가 호기롭게 소닉붐 감소라는 목표를 자신 있게 꺼낸 데에는 이유가 있다. 바로 이상한 기체 모양이다. 딱 송곳처럼 생겼다. 동체의 3분의 1이 원뿔이다. 전방으로 갈수록 얇고 뾰족하다. 이런 모양으로 기체를 만들면 초음속 비행 때 발생하는 소닉붐이 줄어든다. 소닉붐은 초음속기 주변의 공기 흐름이 만든 충격파가 하나로 합쳐지면서 생기는데, 뾰족한 기수는 충격파 일부를 찢는다. 이러면 충격파가 온전히 ‘합체’되지 않아 소닉붐이 약해진다.

사실 NASA는 소닉붐을 측정할 때 기준으로 삼을 X-59의 속도와 고도를 이미 지난 6월12일 달성했다. 상식대로라면 석 달 전부터 지상에서 소음 측정기를 돌렸어야 한다. 하지만 NASA는 그러지 않았다. 이유가 있다.

X-59는 새로 만든 기체이기 때문에 하늘에서 제대로 날 수 있을지 꼼꼼히 살피는 일이 우선 중요했다. 기체 이상 여부를 확인할 관측용 비행기가 필요했다. 관측용 비행기는 가깝게는 X-59의 수ｍ 옆에서 함께 날았다.

관측용 비행기는 NASA가 연구용으로 개조했지만, 태생은 군용 제트기다. 엔진 소음이 너무 컸다. X-59의 소닉붐을 가려버릴 정도였다. 소닉붐이 어느 정도로 낮아졌는지 알 도리가 없었다. 이 때문에 X-59의 비행 속도와 안전성을 확인하면서 동시에 소닉붐 크기를 측정하는 일이 불가능했다. NASA는 소닉붐 측정이 본격 시작되는 올해 말부터는 관측기를 X-59에서 일정 거리 이상 떼어낼 예정이다.

사막의 음향 감지 센서에서 “소닉붐이 약하다”는 결과가 나오면 시험비행 무대는 미국 도시로 바뀐다. 주민들에게 “하늘 위에서 나는 비행기 소음이 어떻게 느껴지느냐. 듣기에 불편하냐”와 같은 질문을 던져 답을 수집한다. 2028년부터 2029년까지 이어질 것으로 예상된다.