미국 항공모함의 세대교체 엄청난 전력!

미국이 항공모함 세대교체에 나섰는데요. 차세대 핵추진 항모 ‘제럴드 R. 포드함’(Ford, CVN-78)이 2017년 7월 취역을 하기도 했습니다. 미국이 해양전력을 키우는 이유는 팽창하는 중국을 의식하기 때문인데요. 미ㆍ중 대결이 심화하는 가운데 미 해군의 차세대 항모가 성능을 얼마나 올렸는지에 관심이 모여졌었습니다.

미 해군이 전력화 준비에 들어간 포드함에 이어 동급의 항모가 추가로 만들어질 예정입니다. 이들 함정은 포드급(Ford class)으로 불리게 되는데요. 해군에서는 같은 종류의 함정을 만들면 가장 먼저 건조된 함정을 그 종류의 기준 함정으로 분류를 합니다.

미 해군은 지난 1975년 니미츠함을 건조했습니다. 현재는 니미츠급 항모를 10척 운용하고 있는데요. 니미츠급의 마지막 항모는 2009년 취역한 ‘조지 H.W. 부시함’(CVN-77)입니다. 니미츠급 항모는 새로 건조될 때마다 크기가 조금씩 커지기도 했는데요. 만재 배수량을 보면 1번 함인 니미츠는 9만1400t, 4번 함인 루즈벨트는 9만 6400t, 5번 함인 에이브러햄 링컨은 10만t까지 올라갔습니다. 항모의 길이는 333m, 폭은 78m 수준을 유지했습니다. 

포드급 항모의 기본 골격은 니미츠급을 바탕으로 설계가 됐는데요. 하지만 규모면에서는 일부 변화도 있습니다. 배수량은 1000t 증가했고 길이는 4m 늘렸습니다. 규모가 커진 만큼 함재기를 더 많이 탑재하게 되었는데요. 기존 항모보다 10대 많은 80대까지 싣고 이동할 수 있습니다. 비행 갑판의 면적도 확장됐는데요. 함장이 지휘하는 곳인 함교가 갑판에서 차지하던 면적을 축소해서라고 하네요. 함교의 높이는 6m 키우고 차지하는 넓이를 줄여서 가능했다고 합니다. 

단순히 크기만 늘린 건 아닙니다. 차세대 항모로 불릴 만큼 중요한 변화가 있는데요. 포드급 항모의 혁신은 원자로부터 시작됐습니다. 우선, 원자로의 출력이 커졌는데요. 니미츠급은 열출력이 550MWt, 전기출력이 32MWe 수준인 웨스팅하우스 ‘A4W’ 원자로 2개를 탑재했습니다. 포드급은 열출력은 40% 늘린 700MWt, 전기출력은 4배 키워 150MWe 에 달하는 백텔의 신형 원자로 ‘A1B’를 2개 달았습니다.   

포드함에 탑재한 원자로는 간단한 연료 교환작업만 거치면 향후 50년 동안 사용할 수 있습니다. 그러나 원자로의 성능이 커졌다고 크기도 늘어난 건 아닌데요. 기존보다 단순하면서도 효율적인 설계가 적용된 효과입니다. 전자제어감시기술도 적용돼 원자로의 크기는 오히려 작아졌습니다.   

항모의 소음도 줄었는데요. 신형 원자로는 발전용 터빈을 돌려 전기를 만들어낸다고 합니다. 여기서 만들어진 전기로 모터를 작동하는데요. 기존 항모는 가압경수로 증기터빈으로 추진했습니다. 증기(스팀)로 스크류를 돌려 배를 움직이는 구조입니다. 포드함은 전기모터를 사용하면서 소음이 줄어 잠수함에 발견되거나 공격받을 확률도 낮아졌습니다. 

포드함이 원자로의 출력을 키운 이유는 더 많은 전기가 필요해서인데요. 항모는 ‘사출기(catapult)’ 를 달고 있는데 전투기의 속도를 순간적으로 시속 250㎞로 가속시켜 최대한 짧은 거리에서 이륙시키는 장치입니다. 포드함은 기존의 증기 사출기에서 발전된 전자기식 사출장치(EMALS)를 가동해 더 많은 전기가 필요합니다.

기존의 니미츠급 항모는 원자로에서 생산된 에너지로 만든 고온ㆍ고압의 증기로 사출기를 작동합니다. 포드함의 EMALS은 기존의 증기 사출기보다 힘이 더 강력한데요. 기존 증기 사출기의 힘은 95MJ이지만 EMALS은 122MJ에 달합니다. 이 덕분에 포드함이 니미츠급과 같이 4개의 사출기로 탑재하고도 전투기 이착륙 횟수가 30% 이상 늘어납니다.

EMALS은 구조가 단순해 정비가 쉽고 부피와 무게도 크게 줄어드는데요. 니미츠급 항모의 증기 사출기는 무게가 1500t 수준이며, 병력은 1200명이나 동원됩니다. 신형 항모는 보다 좋아진 어레스팅 기어(AAG: Advanced Arresting Gear)를 탑재했습니다.

어레스팅 기어는 항모에 착륙하는 함재기를 잡아주는 체인인데요. 함재기는 매우 강한 힘과 속도로 항모에 착륙합니다. 함재기가 착륙에 실패하면 다시 곧바로 이륙해야 하는데 속도를 낮추면 바다에 떨어질 수 있습니다. AAG를 도입한 이유는 무인기 때문인데요. 기존의 유압식 어레스팅 기어(Mk7)는 무인기 회수가 어려웠습니다.

이유는 힘이 부족해서인데요. AAG는 워터터빈으로 에너지를 흡수해 착함시키는 방식입니다. 이런 원리로 더 강하게 착륙하는 전투기를 잡아 멈추게 합니다. 포드함은 신형 위상배열 레이더도 달아 감시능력도 키웠는데요. 위상배열 레이더를 항모에 탑재한 건 처음입니다. SPY-4 S밴드 광역수색 레이더와 스텔스 구축함 줌왈트에 장착한 SPY-3 X밴드 다기능 레이더를 함께 묶어 설치했습니다.

포드함은 아직 본격적인 활동을 시작하지는 않고 있습니다. 2017년 미 해군에 인도된 이후 성능 실험과 평가 작업을 하고 있는데요. 작전 수행 능력을 나타내는 초도작전능력(IOC)을 확인하면 작전배치될 예정인데요. 2020년께 전력화가 마무리될 것으로 보입니다.