최 최신 시험에서 음속을 돌파한 XB-1에 대한 사전 주문 증가

초음속 부활

Since the beginning of air travel, the industry has always looked at ways to move more people quicker and/or cheaper. When supersonic flight was invented shortly after World War II, it was expected to progressively take over the industry, at least for long-distance flights, where the extra speed converted into a much superior user experience.

하지만 실제로는 그렇지 않았습니다. 초음속 비행기는 군사 분야에서는 매우 중요하지만, 민간 항공은 오늘날까지도 대부분 아음속이며 대륙 간 비행에 반나절 이상이 걸립니다.

이는 과도한 비용과 인구가 밀집된 지역 위에서 발생하는 소닉 붐을 처리하기 어려운 점 등 여러 요인이 복합적으로 작용했기 때문입니다. 그 결과, 마지막 민간 초음속 비행은 2003년에 이루어졌습니다.

하지만 상황이 바뀔 수도 있습니다. 적절히 명명된 새로운 회사인 Boom Supersonic이 최근 시험 비행에서 최초의 초음속 비행에 성공했기 때문입니다. 그리고 초음속 항공기에 대한 주문이 상용화되기도 전에 이미 쌓이고 있습니다.

초음속 비행

The term supersonic means that an object moves quicker than the speed of sound. This results in a phenomenon where the plane flies quicker than the noise it is generating. As a result, the noise (compressed air) accumulates until it creates a shock, the so-called supersonic boom.

출처: Every CRS Report

이러한 속도에서는 기압이 훨씬 강해지기 때문에 초음속 비행은 아음속 비행에서는 나타나지 않는 일련의 문제들을 다루어야 합니다:

• 공기와의 마찰로 인한 과도한 열. 이로 인해 일반 알루미늄 합금 대신 티타늄이나 스테인리스강과 같은 더 강한 재료가 필요합니다.
  • 예를 들어, Lockheed의 SR-71 블랙버드 제트가 마하 3.1로 비행할 경우 항공기 일부 부품이 315 °C 이상에 이를 수 있습니다.
• 공기 저항이 증가하면 필요한 에너지도 늘어나고 연료 소비도 증가합니다.
• 저속에서는 충분한 양력을, 고속에서는 낮은 항력을 확보해야 하므로 엔지니어들은 종종 날개나 다른 부품에 가변 형상을 적용하게 되며, 이는 엔지니어링 복잡성을 증가시킵니다.
• 로켓 엔진 없이 초음속 속도에 도달하기 위해서는 터보팬과 같은 특수 엔진이 필요합니다.

민간 초음속 비행

Progress in turbofan engines and supersonic flight led to the development of two supersonic jetliners for passenger transportation: the Soviet Tupolev Tu-144 in 1968 and the Anglo-French Concorde in 1969.

출처: Airspace Review

신뢰성 문제, 해결되지 않은 기술적 문제, 그리고 소련 경제의 수요 부족(주당 한 번만 운항) 때문에 Tu-144의 상업적 전망은 초기에 좌절되었습니다. 반면 콘코드는 더 성공적인 경험을 누렸습니다.

비행기 주변에 많은 정치적 갈등이 있었음에도 불구하고(초기에 뉴욕 운항이 금지되었음), 콘코드는 영국항공과 에어프랑스에 합류하여 대서양 횡단 비행에 성공적으로 집중했으며, 빠르고 고급스러운 비행 경험을 원하는 다수의 비즈니스 고객을 확보했습니다.

콘코드 역시 초음속 비행에 대한 여러 우려와 싸워야 했습니다. 예를 들어, 몇 년 동안 잘못된 믿음으로 초음속 항공기가 너무 많으면 오존층을 손상시킬 수 있다고 여겨졌습니다. 또한 인구가 거주하는 지역 위에서 초음속 속도를 사용하는 것이 금지되어, 대서양 횡단 비행이 대부분의 여행에서 초음속 속도를 활용할 수 있는 유일한 실현 가능한 옵션이었습니다.

매우 길어진 공기역학적 형상과 연관된 낮은 탑승 인원 때문에, 콘코드는 동등한 아음속 항공기 대비 승객 수가 1/3에 불과했으며, 이는 승객당 연료 소비가 3배 더 높아지는 결과를 초래했습니다.

그 결과, 콘코드의 항공권은 항상 다소 비쌌으며, 이는 시장 규모를 제한했습니다. 하지만 결국 영국항공에게는 수익성을 확보했습니다.

그럼에도 불구하고 2000년 7월 이륙 직후 발생한 충격적인 추락 사고로 탑승자 109명 전원이 사망하면서 비행기는 운항이 중단되었습니다.

출처: Aviation A2Z

그 마지막 비행은 2003년에 이루어졌으며, 사고와 더불어 비행기가 틈새 시장을 넘어서는 데 실패해 설계자들의 기대에 미치지 못했기 때문입니다.

Boom Supersonic

Since the last flight of the Concord, the dream of mainstream supersonic flight has lived only in the minds of ambitious engineers.

2016년 Boom Supersonic이 40명 승객용 초음속 제트를 개발하고 있다고 발표하면서 회사에 대한 관심이 집중되었습니다. 이 회사는 2014년에 설립되었으며, 그 이후 총 1억 5천만 달러를 모금했습니다.

Boom은 자체 설계 및 제작한 초음속 엔진을 시험하기 위한 기술 시연기를 개발하고 있으며, 미국에 기반을 둔 Overture 항공기와 제조 역량도 동시에 개발하고 있습니다.

출처: Boom Supersonic

Boom Supersonic의 주장

Boom은 엔지니어링과 공기역학 이해의 진보 덕분에 항공기가 발생시키는 소닉 붐을 ‘완화’할 수 있다고 주장합니다. 그럼에도 초음속 속도는 주로 개방된 해상 위에서만 발생할 것으로 예상됩니다.

Boom이 개발 중인 차세대 항공기는 콘코드보다 30% 더 효율적이며, 로스앤젤레스에서 시드니까지 6시간에 운항할 수 있을 것으로 기대됩니다.

상업 운항을 시작할 첫 번째 비행기는 2029년에 예정되어 있으며, 최고 속도는 마하 1.7(음속의 1.7배)입니다.

가능할까?

큰 그림에서 보면, Tupolev와 Concord가 기술적 진보에서 실패한 점을 Boom이 어떻게 극복할 수 있을까요?

이전 초음속 항공기들은 1960년대 설계에 기반해 알루미늄을 사용했으며, 엔진 기술과 제조 기술도 지난 60년간 크게 발전했습니다.

또 다른 측면은 회사가 SpaceX의 수직 통합 및 모든 것을 처음부터 설계하는 접근 방식을 채택한 것으로 보이며, 이는 창업자 Blake Scholl이 설명했습니다.

출처: Boom Supersonic

Boom의 2025년 이정표

2025년 1월, Boom 테스트 플랫폼 XB-1이 미국에서 만든 최초의 민간 초음속 제트기로 음속 장벽을 돌파했습니다 (Mach 1.122), 모하비 사막 상공에서 연속 세 번 성공했습니다.

이 항공기는 세 개의 General Electric J-85-15 터보젯 엔진으로 구동되며, 미국 해군 시험 조종사 학교와 TOPGUN 적대자 과정을 졸업한 Tristan “Geppetto” Brandenburg가 조종했습니다. 그는 30종 항공기에서 총 2,500시간 비행 및 200회 이상의 항공모함 착륙 경험을 보유하고 있습니다.

XB-1 시연기 이후 단계는 이를 확대하여 Overture 초음속 항공기로 만드는 것입니다.

오버튜어

오버튜어는 마하 1.7, 고도 60,000피트에서 비행하도록 설계되었으며, 육상에서는 일반 항공기보다 전체적으로 20% 빠르고 해상에서는 두 배 빠릅니다. 승객 64~80명을 수용할 수 있으며, 항속 거리는 4,888마일(7,867킬로미터)입니다.

오버튜어는 4엔진 설계로 각 엔진의 크기와 무게를 줄이는 데 도움이 됩니다. 이는 각 엔진에 대한 신뢰성 요구사항을 낮추어 항공기의 전체 소음 수준을 감소시킵니다.

출처: Boom Supersonic

오버튜어는 세계 최초의 자동 소음 감소 시스템을 적용하여 이착륙 시 기존 장거리 항공기와 소음이 조화되도록 할 것입니다.

독수리 날개 형태는 소음 감소에 기여함과 동시에, 군용 초음속 비행기에 선호되는 전통적인 델타 날개보다 아음속 비행 시 효율성이 높습니다.

XB-1과 마찬가지로 오버튜어의 본체는 전적으로 탄소 섬유 복합재로 제작될 예정이며, 초음속 조건에서 금속보다 팽창·수축이 훨씬 적어 이전 세대 초음속 항공기에서 겪었던 많은 문제를 해결합니다. 또한 무게가 가벼워 연료 효율성이 향상됩니다.

회사는 전 세계에서 600개 이상의 수익성 있는 노선을 운영할 수 있을 것으로 추정합니다.

Boom은 이미 미국항공, 유나이티드, 일본항공 등 전 세계 항공사로부터 오버튜어 130건의 주문 및 사전 주문을 확보했습니다.

생산

오버튜어 슈퍼 팩토리는 17개월 만에 건설을 마치고 2024년 6월에 개장했으며, 연간 33대의 항공기를 생산할 목표를 가지고 있습니다. 계획된 두 번째 조립 라인은 연간 생산량을 66대로 두 배 늘릴 예정입니다.

Boom의 제조 프로그램은 향후 20년 동안 노스캐롤라이나 주 경제에 최소 323억 달러를 성장시키고, 2,400개 이상의 일자리를 창출할 것입니다.

이 공장은 LEED 인증(에너지 및 환경 설계 리더십)을 받을 예정이며, 유사 공장 대비 40% 더 에너지 효율적입니다. 이는 도시 열 완화 재료, 고효율 LED 조명, 물 절약을 통해 달성됩니다.

전반적으로 오버튜어 생산 및 운영은 탄소 순배출 제로를 목표로 하며, 100% 지속 가능한 항공 연료(SAF) 사용이 가능하도록 하고, 사용된 공구 재활용 및 현장 부품 재활용에 중점을 둘 계획입니다.

첨가제 제조(3D 프린팅) 역시 엔진 생산을 포함한 제조 공정의 핵심 요소가 될 것입니다.

Symphony

XB-1 테스트에서는 GE 엔진을 사용했지만, 오버튜어는 회사 자체 Symphony 엔진을 사용할 예정입니다.

72인치 팬은 35,000파운드의 추력을 제공하며, 다른 엔진에 비해 운영 비용이 10% 낮고, 날개에 25% 더 오래 머무르며, 3D 프린팅으로 제작될 예정입니다.

각 엔진은 고효율 축대칭 인렛으로 공급됩니다. 이러한 인렛은 뛰어난 압력 일관성을 제공하여 엔진이 초음속 속도에서도 아음속 기류로 작동하도록 합니다.

출처: Boom Supersonic

산업 파트너

엔진의 일부 측면은 F-22와 F-35 엔진 설계에 참여한 FTT 엔지니어들에 의해 개발되고 있습니다. FTT는 항공우주 방위 기업 Kratos의 일부입니다 (KTOS ).

“그들은 비용이 낮고 유지보수 성능이 뛰어나며 연료 효율이 크게 향상된 설계를 구현할 수 있습니다. 또한 Boom이 이미 설정한 마일스톤을 달성할 수 있는 일정에 맞춰 이를 완성할 수 있습니다.”

Liz Stein – 전 FTT 공기역학 엔지니어이자 현재 딥테크 투자자

Standard Aero (SARO )는 Boom의 엔진 유지보수 및 서비스 파트너가 될 것입니다.

“우리는 Boom과 전략적 엔진 MRO 파트너로 협력하게 되어 기쁘며, 회사의 밝은 미래에 기여하고 항공기가 업계 최고의 엔진 MRO 서비스를 받도록 보장할 수 있는 기회를 갖게되었습니다.”

Russell Ford – Chairman & CEO of Standard Aero.

Colibrium Additive, GE Aerospace 회사의 자회사 (GE ),는 엔진 생산을 위해 Boom에 3D 프린팅 및 설계 컨설팅을 제공할 것입니다.

ATI (ATI )는 Symphony의 고압 압축기 통합 블레이드 및 디스크 단계, 그리고 터빈 디스크에 사용되는 고온 재료를 제공할 것입니다.

기타 기술 혁신

이전 세대 상업용 초음속 항공기가 직면했던 해결되지 않은 문제는 좋은 초음속 공기역학을 위해 매우 긴 코가 필요하다는 점이었습니다. 이는 착륙 및 이륙 시 시야가 매우 제한되는 결과를 초래했습니다.

콘코드는 가변형 코를 사용해 이를 ‘해결’했지만, 유지보수가 매우 복잡하고 무게도 추가되었습니다.

대신 Boom은 헤드 착용 장치와 조종사의 기본 비행 디스플레이에 증강 현실 비전 시스템을 도입하여 조종석을 재구성했으며, Honeywell Anthem (HON ) 항공 전자 장비를 활용했습니다.

출처: Military Aerospace

오버튜어 조종석에는 상업용 항공기 최초로 힘 피드백 사이드스틱, 고해상도 17인치 터치스크린, 그리고 지속적인 OTA(Over-The-Air) 소프트웨어 업그레이드가 포함될 것입니다.

출처: Military Aerospace

시장 개선

신기술 외에도, 콘코드와 비교했을 때 초음속 비행 시장 자체가 급격히 변했다는 점이 있습니다.

세계는 이제 훨씬 더 글로벌화되었으며, 런던-뉴욕 노선보다 수익성이 높은 초음속 노선이 고려되고 있습니다. 예를 들어 북극 위, 태평양 상공, 아시아 등에서의 노선이 있습니다.

• 전 세계 프리미엄 여행자의 97%가 장거리 국제 여행에서 초음속 비행에 관심이 있습니다.
• 그들은 아음속 비즈니스 클래스보다 55% 더 높은 요금을 지불할 의향이 있습니다.
• 87%는 초음속 여행 이용을 위해 선호 항공사를 바꿀 준비가 되어 있습니다.
• 기업 여행 영향력자 중 64%가 항공사로부터 초음속에 대한 이야기를 들은 적이 있습니다.

경쟁사

Boom은 XB-1 비행으로 선두를 잡았지만, 21^st century 최초의 초음속 항공기 경쟁에서 혼자가 아닙니다. 가장 심각한 경쟁사로는 다음이 있습니다:

• Spike Aerospace: 이 회사는 18명 승객용 S-512 Diplomat을 통해 소규모 항공편을 목표로 하며, 거의 소닉 붐이 발생하지 않아 대륙 내 초음속 비행이 가능하도록 하는 것이 핵심입니다.
• EON Aerospace: Boom과 유사한 사양의 항공기 설계를 목표로 하고 있습니다.
• NASA와 Lockheed는 2024년 1월에 소닉 붐을 억제하도록 설계된 독특한 실험기인 X-59를 발표했습니다.
• JAXA(일본 우주항공연구개발기관)도 30~50명 승객용 저소음 설계 항공기를 개발 중입니다.
• Exosonic은 이전에 경쟁에 참여했지만 2024년 11월에 자금이 바닥나 폐쇄한다고 발표했습니다. 또 다른 ‘무붐’ 초음속 기업인 Aerion도 2021년에 문을 닫았습니다.

극초음속 비행

초음속 비행이 유망하다면, 극초음속은 어떨까요? 이러한 비행은 뉴욕에서 파리까지 90분 미만으로 이동할 수 있을 정도로 빠릅니다.

이는 Hermeus가 추진 중인 미래의 Halcyon 항공기로, 마하 5로 비행합니다.

출처: Hermeus

이 회사는 미국 공군용 극초음속 UAV인 (Dark Horse)도 설계하고 있으며, 두 항공기 모두 회사의 Chimera 엔진으로 구동될 예정이며, Quarter Horse 시험기에서 테스트될 것입니다.

극초음속 기술은 일반 아음속 또는 초음속 비행기와 다른 엔진, 보통 램젯 설계를 사용합니다.

출처: Tech Brief

극초음속 속도에 도달하기 위한 또 다른 가능한 기술은 폭발을 연소 대신 사용해 추력을 생성하는 디테네이션 엔진입니다.

최근 중국 과학자들이 시뮬레이션에서 디테네이션 램젯, 즉 Ram-Rotor Detonation Engine (RRDE)을 테스트했으며, 곧 프로토타입 단계에 진입할 수 있습니다.

출처: Chinese Journal of Aeronautics

전반적으로 아직 검증이 덜 된 기술이지만, 극초음속 비행은 초음속 상업 비행의 약속을 뛰어넘는 차세대 단계가 될 수 있습니다.

초음속 엔진 회사

GE Aerospace

General Electric Company (GE +0.27%)

Boom Supersonic은 여전히 비상장 기업이지만, 투자자들은 주요 아음속 및 초음속 엔진 제조업체의 주식을 구매할 수 있으며, 그 중 선두는 GE Aerospace입니다.

General Electric Aerospace는 2024년에 GE 대기업이 3개 부문으로 분할된 결과물이며, GE Aerospace, GE HealthCare (GEHC -0.89%), 그리고 GE Vernova(에너지) (GEV -3%)를 포함합니다.

이는 수십 년간의 금융화가 결국 순손실을 초래한 후, 핵심 역량에 집중하기 위해 이루어졌습니다.

이 회사는 항공 산업의 핵심 공급업체로, 매년 약 30억 명이 GE Aerospace 기술을 이용해 여행하고, 언제든지 약 90만 명이 GE 엔진을 장착한 항공기를 이용하고 있습니다(상업 항공기의 4분의 3). 이는 모든 항공기 규모와 용도에 맞는 다양한 엔진 시리즈를 기반으로 합니다.

출처: GE Aerospace

장기적으로는 이 엔진 라인이 연료 효율이 높은 차세대 엔진으로 교체될 것으로 예상되며, 이는 장기 R&D를 통해 달성됩니다. 민간 항공기의 경우 연료 효율이 10~15% 향상되고, 군용 항공기의 경우 최대 25%까지 개선될 수 있습니다.

출처: GE Aerospace

엔진 외에도 이 회사는 전력 시스템용 실리콘 카바이드 기술과 항공 전자(항공기 전자 및 컴퓨터)도 제공하고 있습니다.

이 회사는 오랫동안 항공 추진 시스템 분야의 선두주자였으며, 그 활동은 압도적으로 민간 부문($23.9B 매출, 2023년)과 그 다음으로 방위 부문($9B)에 의해 주도됩니다.

회사 매출의 70%는 서비스, 특히 엔진 유지보수 및 수리에서 발생하며, 이는 매우 안정적인 수입을 보장합니다.

출처: GE Aerospace

이 회사는 미래 기술에 투자하여 경쟁력을 유지하고 있으며, 특히 GE Additive와 함께하는 3D 프린팅은 금속 적층 제조 분야에서 완전한 엔드‑투‑엔드 솔루션을 제공하는 유일한 OEM입니다.

앞서 언급했듯이, GE는 Boom Supersonic의 자체 초음속 엔진 3D 프린팅에 있어 핵심 파트너입니다.

출처: GE Aerospace

GE’s Rotating Detonation Engine

GE는 또한 초음속 흐름에서 회전 디테네이션 연소(RDC)를 이용한 세계 최초의 하이퍼소닉 듀얼 모드 램젯(DMRJ) 장비 테스트를 성공시켰습니다.

이는 GE가 고온 세라믹 매트릭스 복합재(CMC), 실리콘 카바이드 전력 전자, 적층 기술 및 고급 열 관리에 대한 전문성을 갖추었기 때문입니다.

“지금까지 얻은 의미 있는 결과는 우리가 올바른 방향으로 나아가고 있다는 확신을 줍니다.

팀은 매우 빠르게 진행했으며, RDC를 적용한 DMRJ 시연은 시작부터 완료까지 단 12개월이 걸렸습니다. 팀은 내년에 규모화된 전체 DMRJ와 RDC를 시연하는 목표를 향해 순조롭게 진행 중입니다.”

Mark Rettig – Vice President & General Manager, Edison Works Business & Technology Development, GE Aerospace

이와 같은 극초음속 엔진은 전투기에서 미사일까지 고급 군사 적용 분야에 최초로 사용될 수 있습니다. 그러나 언젠가 민간 극초음속 항공기에도 적용될 가능성이 높으며, GE가 양 시장에 존재함으로써 이 신흥 기술을 활용할 수 있을 것입니다.

전반적으로, 방향성을 잃은 대기업으로 오랜 기간 재무 엔지니어링에 집중해 온 후, 현재 재산업화와 재배치가 강한 추세인 시점에서 GE는 미국 엔지니어링 및 제조의 중심으로 다시 자리매김하고 있는 것으로 보입니다.

Boom의 엔진 제조에서부터 이미 극초음속 엔진 기술에 진입한 것까지, GE Aerospace는 군용 및 상업용 항공 모두에서 차세대 항공 분야에 적절히 위치하고 있는 것으로 보입니다.