북미 XB-70 발키리: 마하 3의 꿈을 좇은 초음속 전략폭격기

개요

북미 XB-70 발키리(North American XB-70 Valkyrie)는 미국 공군 전략항공사령부(SAC)를 위한 B-70 전략 핵폭격기의 시제기다. 노스아메리칸 항공이 개발한 이 거대한 6발 항공기는 고도 21,000m(70,000ft)에서 마하 3 이상의 속도를 낼 수 있도록 설계되었다.

이러한 최고 속도와 고도 성능 덕분에 B-70은 당시 폭격기에 대한 유일한 실질적 방어 수단이었던 요격기들에게는 사실상 무적에 가까웠다. 초고속 비행으로 레이더 화면상 식별이 어려웠고, 비행 고도는 당시 소련 전투기의 작전 한계를 훨씬 뛰어넘었다. 설령 탐지되더라도 특정 레이더 기지의 탐지 구역 내 체류 시간이 극히 짧아, 지상통제요격(GCI) 관제사들이 경보 전투기를 동원해 성공적으로 요격할 시간적 여유가 없었다.

전략적 패러다임의 변화와 계획 취소

1950년대 말 소련 지대공 미사일(SAM)의 등장은 B-70의 '준무적' 신화를 무너뜨렸다. 이에 미 공군은 미사일 관제 레이더의 지평선이 지형에 의해 제한되는 저고도 침투 임무로 전환을 시도했다. 그러나 이 '침투' 역할에서 B-70은 대체 대상인 B-52보다 약간 나은 성능을 보일 뿐이었고, 비용은 훨씬 더 많이 들었으며 항속거리는 더 짧았다. 여러 대안 임무가 제안되었으나 제한적인 관심만 끌었다.

1950년대 후반 전략 임무의 축이 폭격기에서 대륙간탄도미사일(ICBM)로 이동하면서 유인 폭격기는 점차 시대착오적 존재로 인식되었다. 결국 미 공군은 양산 추진을 포기했고, 1961년 B-70 프로그램은 공식 취소되었다. 이후 개발 목적은 장시간 초음속 비행의 영향을 연구하는 연구 프로그램으로 축소되었고, 이에 따라 두 대의 시제기(XB-70A)가 제작되어 1964년부터 1969년까지 초음속 시험 비행을 수행했다. 1966년에는 한 대가 F-104 전투기와 공중 충돌로 추락했으며, 남은 한 대는 현재 오하이오 주 미국 공군 박물관에 전시되어 있다.

개발 배경

보잉의 MX-2145 유인 로켓 폭격기 프로젝트의 연장선상에서, 보잉은 1954년 1월 랜드(RAND) 연구소와 손잡고 당시 개발 중이던 각종 핵무기를 투발하기에 적합한 항공기 형상을 연구했다. 장거리와 대량 탑재능력은 당연한 요구사항이었으나, 핵폭탄 투하 후 폭풍을 피하기 위해 초음속 탈출 능력이 필요하다는 결론도 도출되었다. 또한 미국 본토와 소련 간 무보급 왕복 비행을 위한 충분한 연료와 폭장량을 탑재할 수 있는 대형 기체가 필요했다.

일정 기간 항공업계는 원자력 추진 항공기에 관심을 기울였다. 기존 제트엔진은 연료 연소로 공기를 가열해 추력을 얻지만, 원자력 엔진은 원자로가 열원을 제공한다(이착륙 및 고속 구간용으로 소량의 연료는 탑재). 대안으로는 붕소로 에너지 밀도를 약 40% 높인 고에너지 연료(지프 연료, Zip fuel)를 기존 엔진 개량형에 사용하는 방안이 검토되었고, 이것이 초음속 전략폭격기 실현에 충분한 성능 향상을 줄 것으로 기대되었다.

WS-110A 사업

미 공군은 이러한 동향을 주시하다 1955년, B-52의 탑재량과 대륙간 항속거리, 컨베어 B-58 허슬러의 마하 2 최고속도를 겸비한 신형 폭격기 개발을 위한 일반작전요구(GOR) 제38호를 발령했다. 신형 폭격기는 1963년 실전 배치 예정이었다. 원자력 추진형은 '무기체계 125A(WS-125A)', 재래식 제트 추진형은 '무기체계 110A(WS-110A)'로 분류되어 병행 연구되었다.

WS-110A에 대해 미 공군 항공연구개발사령부(ARDC)는 순항 마하 0.9, 표적 인근 1,852km(1,000해리) 구간에서 가능한 최고속도, 탑재량 22,670kg(50,000lb), 항속거리 7,400km(4,000해리)를 요구했다. 1955년 WS-110L(대륙간 정찰체계)로 유사 요구가 있었으나 1958년 더 나은 대안이 있다는 이유로 취소되었다. 1955년 7월, WS-110A 연구를 위해 6개 업체가 선정되었고, 보잉과 노스아메리칸 항공(NAA)이 제안서를 제출해 11월 8일 1단계 개발 계약을 체결했다.

전환점: 고고도 폭격기의 종언

B-70은 초도 비행 전부터 구시대 유물이 되었다. 1960년 게리 파워스의 U-2 격추에서 입증되었듯, 소련의 지대공 미사일은 성층권 비행체를 격추할 능력을 보유했다. 이로 인해 전략 전력의 축은 ICBM 개발과, 레이더 빔과 대공 미사일망을 피해 저고도로 적 영공에 침투하는 항공기 개발로 이동했다. 1962년 로버트 맥나마라 국방장관의 결정으로 고고도 3배음속 폭격기 계획은 폐기되었다. 한때 전략 정찰/공격형(RS-70) 전환이 검토되었으나 역시 취소되었다. 다만 미 공군과 NASA의 공동 연구 목적으로 XB-70 두 대가 제작되어 1964~1969년 120회 이상 시험 비행을 수행하며 마하 3.08, 고도 23,000m를 기록, 초음속 여객기 개발 관련 이슈들을 검증했다.

제작된 시제기

1호기 (AV-1)

첫 번째 XB-70은 1964년 5월 11일 팜데일의 제42공군플랜트에서 출고되었다. 태양열 복사 흡수를 막기 위해 흰색 도장으로 마감했고, 콕핏 앞부분은 검은색으로 칠해 고고도 비행 시 조종사의 눈부심을 방지했다. 9월 21일 조 코튼 대령의 조종으로 초도 비행을 했다. 초기 아음속 비행에서 도장 박리 현상이 나타났으나 금방 해결되었다. 3차 비행(10월 12일) 마하 1, 8차 비행(1965년 3월 24일) 마하 2를 돌파했다.

시험 속도가 올라가자 더 심각한 문제가 발생했다: 허니컴 패널이 이탈하며 파편이 엔진에 유입되어 3기 엔진을 완전 손실시키는 사고가 났다(나머지 3기 엔진으로 귀환). 17차 비행(10월 14일) 마침내 마하 3에 도달해 '이 속도로 비행한 가장 무거운 항공기' 기록을 세웠으나, 2분 뒤 거대 날개 구조물이 탈락하는 사고가 재발했다. 미 공군은 AV-1의 한계 속도를 마하 2.5로 제한하기로 했다. 특히 AV-2가 투입되었기 때문이다.

2호기 (AV-2)

두 번째 시제기는 레이더 없는 전방 레이돔과 추가 항전장비를 탑재했다. 1호기 운영 경험을 반영해 일부 강철 부품을 티타늄으로 교체, 경량화에 성공했으며 비행 중 구조물 이탈 문제는 발생하지 않았다. 마하 3.07을 기록하고 이 속도를 30분간 유지하는 데 성공했다.

AV-2 추락 사고

충돌 직후: F-104가 화염구로 변하는 동안 발키리는 수직미익이 파괴되었음에도 비행을 유지하는 듯 보인다.

1966년 6월 8일, AV-2는 에드워즈 공군기지를 이륙해 NASA와 FAA를 위한 소닉붐 측정을 수행했다. 복귀 중 제너럴 일렉트릭(엔진 제조사)의 홍보 사진 촬영을 위해 F-4B 팬텀 II, F-104N 스타파이터, F-5A 프리덤 파이터, T-38 탈론 등 동사 엔진 탑재기들과 편대 비행을 했다.

복귀 비행 중 F-104N이 XB-70의 후류 난기류에 휘말려 충돌, 좌측 수직미익을 파괴했다. F-104 조종사 조셉 워커는 즉사했다. 16초간 비행을 지속하던 폭격기는 플랫 스핀에 빠지며 추락했다. 조종사 알 화이트는 탈출에 성공했으나 부조종사 칼 크로스는 원심력 탓에 탈출 캡슐을 작동하지 못해 순직했다. 마하 3 지속 비행이 가능한 유일한 기체였던 AV-2의 상실은 고비용 프로그램에 큰 타격이었다. 이 편대 비행이 군 수뇌부 정식 승인 없이 진행된 사실이 드러나 관련자들이 엄중 문책되었다. 그럼에도 프로그램은 지속되어 잔존 기체로 30여 회 추가 비행이 수행되었다.

프로그램 종료 후 남은 시제기는 1969년 마지막 비행을 마친 뒤 미 공군 박물관에 전시되었다.

파급 효과와 유산

• 미국 초음속 여객기(SST) 개발 포기: XB-70 시험에서 대륙간 비행 시 대형 항공기가 생성하는 소닉붐(음폭) 피해 문제가 해결하기 어렵다는 점이 드러나며 SST 개발도 함께 중단되었다.
• B-52의 장수: B-70이 대체하려던 B-52는 저고도 침투 임무에 완벽히 적응해 B-1B와 B-2가 등장할 때까지 전략항공사령부의 주력으로 남았다.
• 소련에 미친 영향: 발키리 프로그램은 소련에도 충격을 주어 초음속 폭격기 수호이 T-4(마하 3 미달로 포기)와, 발키리급 3배음속 폭격기를 요격할 전투기 미그-25 '폭스뱃' 개발을 촉진했다. 미그-25는 현존 최속 작전기록을 보유하고 있다.

주요 제원 (XB-70A)

일반 특성

엔진

크기

중량

성능