우리나라 방산업계에 희소식이 전해졌습니다.
그동안 전투기 엔진 개발의 가장 큰 걸림돌 중 하나였던 초고온 환경에서 버틸 수 있는 특수 코팅 기술을 국내 연구진이 독자적으로 개발해낸 것입니다.
섭씨 1,300도라는 극한 온도에서도 견딜 수 있는 이 혁신적인 기술은 KF-21을 비롯한 우리나라 전투기 엔진 개발에 새로운 전환점을 마련할 것으로 기대됩니다.
머리카락보다 얇은 나노 단위의 정밀한 코팅 기술로 구현된 이번 성과는 단순히 기술적 진보를 넘어 우리나라가 항공 선진국 대열에 한 걸음 더 다가서는 중요한 이정표가 될 것입니다.
전투기 엔진이 극한 온도와 싸워야 하는 이유
전투기 엔진은 일반적인 민항기 엔진과는 차원이 다른 극한 환경에서 작동해야 합니다.
무인기에 비해 훨씬 빠른 기동과 급기동이 필요한 전투기는 순간적으로 막대한 힘을 내야 하죠.
이를 위해 엔진 내부에서는 연료를 대량으로 분사해 태우게 되는데, 이 과정에서 발생하는 온도는 상상을 초월합니다.
문제는 이런 극한 온도에서도 엔진 부품들이 녹지 않고 견뎌내야 한다는 점입니다.
특히 전투기 엔진은 최소 수천 시간 동안 정비 없이 운영되어야 하는 장수명 엔진이어야 하므로, 내열성에 대한 요구 수준이 매우 높습니다.
이것이 바로 전 세계 항공 선진국들이 50년 이상 국가적 차원에서 내열 기술 연구에 매진하고 있는 이유인 것입니다.
두산그룹의 도전과 코팅 기술의 중요성
두산그룹이 가스터빈 개발을 통해 1,100도 이상에서도 버틸 수 있는 핵심 소재 기술을 확보하면서 엔진 개발 분야에서 경쟁력을 인정받고 있습니다.
하지만 특수 금속만으로는 한계가 있었습니다.
아무리 우수한 내열 합금을 개발해도 금속의 특성상 1,800도 이상에서는 녹지 않는 것이 불가능하기 때문이죠.
여기서 코팅 기술의 중요성이 부각됩니다.
선진국에서는 10여 가지 이상의 특수 코팅을 더해가며 부품을 완성하고 있으며, 코팅을 일정하게 도포하기 위해 플라즈마 공정까지 도입하고 있습니다.
두산그룹이 내열 부품 제조에서는 앞서나가고 있지만, 이러한 코팅 기술에서는 아직 부족한 상황이었던 것이 사실입니다.
대학 연구팀이 이뤄낸 기술적 돌파구
이런 상황에서 한밭대학교 연구팀이 이뤄낸 성과는 정말 의미가 큽니다.
연구팀은 특수 합금인 보론과 실리콘 소재를 이용해 이중 코팅하는 과정에서 나노 결정립을 가지는 코팅층을 새롭게 개발했습니다.
이렇게 완성된 나노 코팅층은 고온에서도 안정적으로 오랜 시간 유지되는 놀라운 성능을 보여주었죠.
더욱 흥미로운 점은 이 기술이 우연히 발견된 결과물이라는 것입니다.
여러 원소를 결합하는 과정에서 예상하지 못한 결과가 나왔고, 연구팀은 이를 체계적으로 분석해 새로운 기술로 발전시켰습니다.
한밭대뿐만 아니라 세종대, 한국생산기술연구원이 추가로 참여해 3년 동안의 시행착오 끝에 완성한 결과물인 것입니다.
5개 원소가 만들어낸 혁신적인 합금 기술
이번 연구에서 가장 주목할 점은 5개 원소를 혼합한 새로운 코팅 소재 개발입니다.
티타늄, 지르코늄, 리오늄, 몰리브덴, 탄탈럼까지 다섯 개 원소를 혼합해 지금까지 알려지지 않은 현상까지 발견했다고 합니다.
이는 기존 선진국에서 개발한 코팅 기술과는 완전히 다른 새로운 방식이라는 점에서 더욱 의미가 있습니다.
연구팀은 이 기술을 1,300도에서 시작해 더 발전시킬 경우 섭씨 1,700도 이상에서도 작동할 수 있는 코팅 기술까지 개발할 수 있는 핵심 역량을 확보했다고 평가받고 있습니다.
다른 원소를 추가하거나 배합비를 달리할 경우 더 높은 온도에서도 버틸 수 있는 코팅 기술 개발이 가능할 것으로 예상되는 것이죠.
미사일부터 전투기까지, 다양한 활용 가능성
현재 1,300도 수준의 코팅 기술은 미사일 엔진이나 무인기에서 바로 활용할 수 있습니다.
한화나 두산그룹에 이 기술이 이전될 경우 관련 부품의 성능이 크게 향상될 것으로 예상됩니다.
특히 해성 대함 미사일에 적용된 수백 파운드급 터보팬 엔진을 개량하거나, 무인기용 5,500파운드급 엔진 개발에 직접 적용할 수 있을 것입니다.
미사일 엔진의 특징은 한 번 사용하고 소모된다는 점입니다.
해성 대함 미사일의 경우 실전에서 한번 점화되면 수십 분을 날아가 폭발하기 때문에 단수명으로 개발되죠.
따라서 비싼 특수 금속을 사용하지 않아도 코팅 기술만으로 충분한 성능을 확보할 수 있게 됩니다.
이는 기당 5억 원이었던 비싼 엔진을 저렴하게 양산할 수 있는 길을 열어주는 것입니다.
중국을 앞서는 원천 기술 확보의 의미
이번 성과는 중국보다 앞설 수 있는 원천 기술을 확보했다는 점에서도 중요한 의미를 갖습니다.
중국이 최근 신형 전투기와 무인기를 공개하며 서방을 압박하고 있지만, 엔진 기술에서는 여전히 따라오지 못하고 있습니다.
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러시아 AL-31 엔진을 카피한 중국 WS-10엔진
그 이유 중 하나가 바로 서방에 비해 낮은 합금 기술과 코팅 기술 때문이죠.
중국은 대부분 선진국에서 확보한 기술을 탈취하는 방식으로 엔진을 개발하고 있지만, 원천 기술은 철저하게 보호되기 때문에 성장하는 데 한계가 있습니다.
반면 우리나라는 이번에 중요한 내열 코팅 기술을 새로 개발함으로써 독창적인 원천 기술을 추가로 확보한 것입니다.
미국의 경우 1,800도 이상에서도 가동이 가능한 엔진을 완성했지만, 차세대 코팅 기술을 확보하기 위해 매년 수조 원의 연구 자금을 투입하고 있습니다.
이런 상황에서 우리나라가 독창적인 코팅 기술을 처음으로 확보하면서 자체적인 엔진 개발 핵심 기술 연구에 탄력을 받게 된 것이죠.
머리카락 굵기보다 얇은 표면을 코팅하는 미세 기술에서 의미 있는 성과를 보이면서, 냉각 기술과 합금 기술과 함께 균형적인 연구가 진행되고 있다는 점에서 엔진 기술 확보 기간을 크게 단축할 수 있을 전망입니다.