[사이언스 샷] ‘보이지 않는 것을 보이게 한’ 제트기 초음속 돌파 장면

美 ‘붐 수퍼소닉’ XB-1 초음속機
NASA가 ‘슐리렌’ 사진 기술 통해
항공기 주변 공기밀도 변화 시각화

초음속기 'XB-1'이 시험비행에서 음속을 돌파하는 장면. /미 항공우주국(NASA)·붐 수퍼소닉(boom supersonic)

광선검을 쭉 뻗어 찌르는 듯한 이 사진의 정체는 무엇일까. 붉은 노을을 배경으로 한 커튼 모습 같기도 한 이 사진은 초음속 제트기가 음속을 돌파하는 순간을 담은 장면이다.

미 항공 스타트업 ‘붐 수퍼소닉’과 미 항공우주국(NASA)이 최근 공개한 이 사진은 초음속기 ‘XB-1’의 시험 비행을 지상의 특수 카메라로 촬영한 것이다. XB-1은 상업용 초음속기에 앞서 기술 검증용으로 시험 제작한 항공기다. 미국 민간 회사가 독자적으로 개발한 초음속기로는 최초 사례로 꼽힌다. 이를 만든 ‘붐 수퍼소닉’은 2003년 퇴역한 초음속 여객기 ‘콩코드’의 뒤를 잇는 초음속기를 상용화한다는 목표를 갖고 있다.

이번 사진은 XB-1이 음속을 돌파하는 순간의 충격파를 시각적으로 포착하는 데 성공했다. NASA의 슐리렌 사진술을 통해 초음속 비행 중 항공기 주변 공기의 밀도 변화와 충격파를 시각화했다.

붐 수퍼소닉은 이번 실험에서 비행기가 음속을 돌파하며 내는 굉음, 이른바 소닉붐(sonic boom·음속 폭음)이 지상에서 들리지 않았다고 밝혔다. 항공기가 음속을 돌파하면, 앞에서 밀려나는 공기가 압축되면서 강한 충격파(Shock Wave)가 형성된다. 이 충격파가 지면에 도달하면 순간적으로 압력이 급변하며 ‘쿵’ 하는 소닉붐이 발생한다.

소닉붐은 초음속기 콩코드가 운항을 중단한 주요 이유로 꼽힌다. 고질적 굉음으로 지상 주민들의 민원이 빗발쳐 영토 상공에선 저속 비행을 해야 하는 문제가 있었기 때문이다.

붐 수퍼소닉은 비행 고도를 15㎞ 이상으로 높이는 방법으로 소닉붐을 줄였다고 밝혔다. 높은 고도에서는 공기 밀도가 낮아 충격파가 대기 중에서 굴절된다. 이처럼 ‘마하 컷오프(Mach Cutoff)’로 불리는 현상 덕분에 굉음이 지면까지 전달되지 않는 것이다. 다만 이 경우 연료 소모가 커진다는 단점이 있다.

붐 수퍼소닉은 육상 초음속 비행이 가능해지면 일반 여객기보다 운항 시간을 최대 50%까지 줄일 수 있다고 밝혔다. 이 회사가 개발 중인 초음속기 ‘오버추어’가 상용화되면 마하 1.3(시속 1600㎞)으로 비행해 뉴욕~로스앤젤레스 구간을 약 3시간 만에 주파할 수 있다는 것이다.

붐 수퍼소닉은 “오버추어는 비행 속도가 최대 마하 1.7이고 64~80명이 탑승 가능하고, 이미 유나이티드항공, 아메리칸항공, 일본항공 등과 130대 주문 계약을 맺었다”며 “연간 66대를 생산할 수 있는 시설을 갖추고 있다”고 했다.