JMR 사업
미국 국방부가 현재 진행하고 있는 차세대 회전익 항공기 개발 및 대체 계획이다.
1. 개념
JMR이란 원래 JMR/FVL의 약칭으로, '''통합 다목적 미래형 수직이착륙기 계획'''(Joint Multi-Role/Future Vertical Lift : JMR/FVL)을 의미한다. 미국 국방부이 막대한 예산을 투입하여 미군이 현재 운용하고 있는 군용 헬리콥터 중에서 몇 가지를 완전히 대체하는 야심적인 프로젝트이다. 각종 센서 체계, 항공 공학, 애비오닉스, 신형 엔진 및 결함 대책 등을 모두 포함하는 공통 하드웨어 뿐만 아니라 운용 기술과 훈련, 임무 분석 등을 아우르는 소프트웨어를 공유하는 5종류의 차세대 회전익기에 관한 소요 제기에 따른 사업이며, 우선 미 육군이 선두로 2004년부터 사업 검토를 개시해 현재까지 여러가지 가능성을 모색하고 있다.
2. 교체 후보 기종
미래형 수직이착륙기 계획(FVL)은 미 육군의 범용 헬리콥터인 UH-60 블랙 호크와 공격헬기 AH-64 아파치, 그리고 중수송 헬기인 CH-47 치누크, 마지막으로 대체기 개발에 2번이나 실패하고 노후화가 심각한 문제점으로 떠오르고 있는 정찰 및 관측 헬기인 OH-58 카이오와 워리어를 대체할 차세대 VTOL기를 개발하고 있다. 이 프로젝트는 결국 '''미래형 수직이착륙기 계획(Future Vertical Lift : FVL)'''과 통합되었고, 현재 펜타곤이 진행중인 선행 계획은 2017년과 2018년에 기술 개념 증명을 위한 시범기 롤아웃을 앞두고 있는 '''통합 다목적 헬기 계획'''(Joint Multi-Role : JMR)이다.
3. 소요 제기
미국 국방부는 2003년 3월 19일 개시된 "이라크 자유 작전(Operation Iraqi Freedom)" 부터 최근 소말리아의 "항구적 자유 작전(Operation Enduring Freedom)"까지 총 12년을 넘도록 현재까지 계속 소기의 전투보고 분석 결과에서 미군의 회전익기 비행단은 거듭되는 공중기동작전에 참가하는 동안 헬리본 부대의 각종 위협 요소에 의해 지속적인 타격을 받고 피해 또한 커지는 현상을 발견했다.
전투 결과, 헬기는 평시보다는 작전비행 시간이 약 5배나 늘어나고 지금까지의 짧은 비행 시간에는 드러나지 않던 각종 고장이나 운용상의 불편함이 점차 밝혀지면서 전통적인 설계 개념에 근거한 회전익기가 특히 비행 시간과 항속거리, 결론적으로 전투행동반경을 포함하여 향후 기동 작전을 소화하기에는 명백히 능력이 부족하다는 결론을 내리게 된다. 느린 순항 속도와 기체 연속 사용에 따른 내구성 문제, 정비 소요 또한 고정익기 보다 더 높았고, 무엇보다 육군의 경우는 A-10 선더볼트 II 같은 공군의 CAS 전용기에 비해 공격력이 지나치게 낮다는 점도 해묵은 불만이었다.
JMR 사업이 떠오르기 이전에는 기존 헬리콥터의 개발 ･ 제작사들은 전장 요구 변화에 따라 재래식 헬기를 개수해 파생형 또는 개량형을 만들어 재생산하는 관행을 너무 오랫동안 반복해왔고 또한 이런 신형기 아닌 신형기들은 능력이 딸려 업그레이드만을 반복하며 비용은 줄이지도 못하면서 성능은 제자리 걸음을 하고 있었던 사실을 지적하며 반성하는 의견에 힘이 실리게 된다.
이에 따라 '''미래형 수직이착륙기 계획'''(FVL) 개념을 세우게 되었는데, 신기술과 신소재, 새로운 디자인을 도입해 기존의 헬기보다 훨씬 더 빠르고 멀리 비행이 가능하고 더 많은 탑재량을 가지며, 보다 안정적이고 유지 보수의 필요성을 낮춰 정비에 들어가는 시간과 운용비를 절감하여 궁극적으로는 작전 공헌도를 끌어올리는 동시에 장래에는 군수지원 축소까지 요구하게 되었다.
이 계획에 따르면 신형 회전익기는, 현재 사용되고 있는 대부분의 미군 헬기의 전통적인 모델을 대체하는 제품군을 창출하게 될 것으로 보고 있다.
4. 전망
미군은 육군을 시작으로 FVL 프로젝트를 통하여 최소한 4000대나 되는 막대한 숫자의 차세대 헬기를 획득할 원대한 계획을 세우고, 2016년부터는 FVL 프로젝트에 필요한 엔진 개발을 시작했다. FVL 계획은 2009년에 제창되어 예산이 반영되기 시작했고, 장기적으로는 근래 들어 부쩍 쇠퇴하고 있는 첨단 항공기 설계 능력을 보존할 뿐만 아니라 미국으로 하여금 장래의 수직이착륙기에 필수적인 기술을 선도하는 것에 촛점을 맞출 것이다.
2011년 10월, 당시 미국 국방부 차관 애슈턴 카터는 전체군 항공 작전을 위한 차세대 수직이착륙기 합동 계획안을 소개하는 FVL 계획을 공식적으로 발표했다. 전략 계획 이후 약 25~40년간 수직이착륙 · 수송기를 꾸준히 진보시켜, 현재 사용되는 구식의 회전익기 및 비행단을 21세기 후반의 항공기술 수준에 맞게끔 고성능 기체로 바꾸기 위한 토대를 제공한다는 내용이었다. 또한, 이 자리에서 미국 국방부 관할의 수직이착륙 및 수송 비행단의 약 80%가 기체 수명 연장 조치를 취해가며 쓰고 있는 기존 헬기를 퇴역시킨 다음 8~10년 이내에 새로운 솔루션으로 완전한 신규 설계에 의한 차세대 기종으로 대체할 것을 희망한다고도 말했다.
향후 50년 이상 수직이착륙 및 수송 비행단의 운항에 큰 영향을 끼칠 FVL 프로젝트는 미 해군과 육군이 공조하며 상호 협조할 것이며, 개발 이후 첫번째 파생형은 MH-60 S/R의 후계로, 이 기체는 먼저 미 해군이 추진하고 있는 MH-XX 프로젝트를 따게 될 것이다.
5. 후보 기종 구성
미래형 수직이착륙기 계획은 2009년에 처음 세 가지 기체 규모를 책정하고 2017년 현재 총 2종류를 포함해 장차 6종류 이상의 회전익기를 대체하기 위하여 아래의 후보에서 중량급과 초중량급이 새로 추가되었다.
- JMR-Medium Light (준경량급) / 2020년 현재 대체 기종과 도입 일시 미정.
- JMR-Medium (중형급) / 범용 헬기 UH-60 블랙 호크, 공격헬기 AH-64 아파치를 대체하고, 그후로는 AH-64D 롱보우 아파치도 교체에 들어갈 예정이다.(2027~2028년 도입 예정)
- JMR-Heavy (중량급) / CH-47 치누크의 파생형을 포함한 전체 계열을 대체하는 VTOL 수송기 세그먼트 / 보잉은 2060년을 예상하고 있으나 미 육군은 2035년까지로 못박고 있으며 막후에서 스케줄 조정에 들어가 있다.
- JMR-Ultra (초중량급) / C-130J 허큘리스, 에어버스 A400M 아틀라스 등 고정익 전술 수송기와 동등한 성능을 갖춘 VTOL 수송기에 관한 세그먼트.(2025년 도입 예정)
6. 개발 순서
본 프로젝트는 준비 단계로 구성된 기술 실증기의 제안 → 승인 → 프로토타입 제작 및 테스트 실용기 개발 단계, 이하 2개의 계획으로 분할하여 순차적으로 진행되고 있는 중이다.
- JMR-TD(Technology Demonstration) : 목업이 아닌 실제 항공기로, 항공기술 개념 실증기를 제작한다. 다음 단계에서 만들어질 실제 항공기의 성능을 추정하고 데이터를 수집하는 용도인 관계로 실용기의 대략 75%의 95% 수준의 작은 프로토타입인 셈이다. 탑재 엔진도 실용기의 것이 아니라 기존에 판매되고 있는 작고 싼 터보샤프트 엔진을 채용하였다.
- JMR Phase I : 실용기와 같은 크기의 프로토타입이지만 계측 장비를 제외한 에비오닉스는 최소한만 장비한다.
7. 계획의 특징
JMR 계획은 과거 F-22를 낳은 ATF(Advanced Tactical Fighter) 사업이나 F-35를 탄생시킨 JSF(Joint Strike Fighter) 사업과도 비견되는 방대하고 야심적인 사업이지만, 과거의 전철을 그대로 밟는 것은 피하고 있어 몇 가지 특징이 있다.
첨단 전투기 개발비가 너무 많이 들자 리스크를 분산시키기 위해 삼군(미국 공군, 미국 해병대, 미국 해군)이 함께 공유하기 위하여 1종류의 전투기와 각 파생형을 만들어낸 JSF 계획과는 달리, 미 공군에서만 채택했던 ATF 계획처럼 현재로서는 미 육군이 먼저 채용을 계획하고 있다.
과거 ATF 계획과 JSF사업에서는 "Winner Take it All" 즉 사업 선정자가 모든 생산 물량을 가져가는 방식이었으나 JMR 사업은 경량급부터 초중량급까지 5가지 종류의 기종을 각 사업 후보업체가 차례차례 개발해나가야만 하며, 그중에서 4종류는 기존 회전익기를 대체하고 새로 신설된 초중량급 클래스는 기존의 헬기 중에서는 해당되는 기종이 없는 관계로 완전히 무에서 유를 창조하는 작업이 될 것이다.
경량급에서 중량급까지 3종류는 기동성이나 비용 절감 측면에서 복합 헬리콥터 설계를 도입한 개발업체들에게 유리하며, 중량급부터 초중량급 클래스는 공학적으로 보면 헬리콥터의 비행 범위나 한계를 넘어서는 큰 규모인 탓에 틸트로터 디자인을 채용한 그룹에 메리트가 있다. 따라서 각 개발 기업에게는 미 육군의 예산만으로는 제약을 받기 때문에 개별적인 계약금은 F-22나 F-35처럼 가격이 폭등하는 것을 막을 수 있고, 가격을 낮추고 입찰에 참가할 것을 강요당할 것이 틀림없다. 이처럼 5종류의 기종을 장기간에 걸쳐 지속적으로 수요를 차근차근 채워나가는 형태로 진행되면 손실 또는 계약의 해지나 취소로 인한 그때까지 퍼부은 개발비를 날려버리는 리스크를 낮출 것이 기대된다.
계획의 5종류 세그먼트의 운용 기체의 총합계는 21세기 말까지 장기간에 걸쳐 4,000대의 수요가 예상되고, 또한 점진적으로 개발과 채용이 진행되기 때문에 오랜 기간에 걸쳐 제작 수요가 꾸준히 이어질 것이며 동시에 운영 유지나 보수 서비스 등 사후관리 비용도 상당한 규모의 시장이 창출될 것이 예상되기 때문에 침체일로를 걷던 미국내 항공산업의 활성화에 이바지할 것이다.
이런 계획의 특성 덕분에, 업체의 제안이 수용되는 경우에는 미 육군에서 시제기 개발 및 제작비 7500만 달러가 주어지는 방식으로 시작되고 있다.
미 육군에서 2023년까지 두 가지 공격, 정찰용 헬리콥터 프로토타입을 가질 것을 목표로 하고 있다고 한다.
https://www.defensenews.com/land/2018/06/22/us-army-shoots-to-get-future-attack-recon-helicopter-prototype-flying-by-2023/
7.1. 작전 요구사항
현재까지 펜타곤과 미 육군이 요구하고 있는 항목은 다음과 같다.
여기에 더하여 최근에는 무인기(UAV) 관련 기술과 전술이 급속한 진보를 보이는 상황을 감안하여, 조종사없이 자율 비행기능까지 추가되었다. 항법 및 정찰용 애비오닉스 추가로 화물 운용요원만 태운 기체를 멀리 떨어진 F-35 라이트닝 II에서 사용되는 헤드 마운트 디스플레이(HMD)를 이용하여 원격 제어하는 놀라운 기능까지 요구하고 있다. 심지어 인공지능에 의한 완전 자율 비행이 가능한 수준까지 발전 가능성을 희망하고 있다. 2013년 3월, 미 육군은 대체 엔진 개념 설계 및 분석(The Alternative Engine Conceptual Design and Analysis)을 통해서 이 기능에 대한 제안서를 제출하도록 각 항공기 개발 및 생산업체에게 회람을 돌린 바 있다.(1) 수평 비행속도 430km/h (260mph) 이상.
(2) 운용 요원 이외에 12명 이상의 완전무장 병력을 공수 가능.
(3) 고도 1,800m / 기온 35 °C 이상의 고온 상황에서 전투 행동반경은 424 km (263mile) 이상.
(4) 무급유 항속거리는 최소한 848 km (527mile) 이상.
(5) 항공기 작전임무의 구분으로 화물 수송, 범용기, 무장 정찰, 공격, 인명 구조 및 병력 철수 지원, 의료 구호/반송, 대잠 전투, 대함 공격, 해상 수색과 구조 및 전투 수색/구난(Combat Search And Rescue), 특수부대 지원, 수직 보급, 기뢰 소해, 기타 잡다한 임무를 소화할 수 있는 플랫폼이어야만 할 것.
이같은 주요 작전요구사항 외에도 하부 항목으로는 호버링(공중 정지) 능력이나 자기 방어에 필요한 최소한의 무장 탑재량 및 연비 특성을 현재 사용되고 있는 헬리콥터들을 능가하는 수준을 유지해야만 한다고 못박고 있다. 즉, 개발 업체들이 현재의 요구사항만 만족시켜 장차 일어날 수 있는 성능 하락까지도 원천 차단하겠다는 의도를 읽을 수 있다.
여기에는 국제표준대기(International Standard Atmosphere), 즉 섭씨 15도에서 해면 대기압 1013.25hPa를 기준으로 분당 상승률 1만 피트(3,048m) 및 해당 고도에서의 호버링, 그리고 고도 3만 피트(9,144m)에서 순항 비행을 유지하는 능력을 가져야만 한다는 항목도 들어가 있다. 그외에도 고공에서 호버링을 위한 기동 비행 능력이 추가 요구로 포함되었는데, 아마도 공중 급유나 정찰 같은 임무를 위한 요구로 보인다.
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7.2. 엔진과 기타 장비
JMR/FVL에 사용될 엔진은 항공 기지에서 작업 시간 개선, 전투 행동반경 증가와 더불어 저소음 가스터빈 엔진으로 향상된 항공 작전 능력을 가능하게 할 대체 엔진과 발전기 및 보조 동력 장치(Auxiliary Power Unit : APU)를 비롯한 동력 시스템 구성을 필요로 한다.
요구사항을 만족시키고 기존 회전익기와는 다른 비행 특성을 위해, 터보샤프트 엔진에 관해서는 최소 40 축마력에서 최대 1만 축마력까지 다양한 출력을 연구 중이다. 엔진 디자인은 2017년 롤아웃되는 페이즈 2의 개시에 따라 준비가 될 예정이었다. 각 후보 중에서 4개사는 18개월 이내에 개념 실증기를 완성시키는 조건으로 생산 제조 계약을 미 육군과 맺을 수 있었다.
벨(Bell) 사의 개발 파트너인 록히드 마틴은 미래형 수직이착륙기 프로그램의 각 체급에 통합할 수 있는 하나의 공통 항공임무 시스템을 개발하고 있다. 이 체계는 계획의 방향성 결정이 같아 성공만 한다면 미 육군이 본 프로그램에 투자해야만 하는 비용을 수십억 달러나 절약할 수 있으므로 여러 개의 비슷한 내용에 체급만 다른 기종에서 운용에 필요한 조종 교육과 정비 교육을 할 필요가 없어지고 군수지원 요소도 통합시킬 수 있어 임무 즉응태세 또한 크게 높일 수 있다.
기체 각부에 심어진 통합 센서를 이용하여 조종사가 조종실에 있는 동안, 항공기 자체 구조 - 동체, 주익, 미익, 캐노피 프레임에 기타 헬멧의 사각까지 - 로 인하여 가려지는 시야를 투명하게 모두 시인하게 해주는 노스롭 그루먼 사와 BAE Systems가 공동으로 개발한 전자광학 구체 분산 시스템(Electro Optical Distributed Aperture System)인 AN/AAQ-37과 F-35가 사용중인 HMD가 채택되었다. 이것은 스트라이크 아이(Strike Eye)라고 불리는 HMD 헬멧이다.
8. 파생 계획
8.1. FLRAA
'''F'''uture '''L'''ong-'''R'''ange '''A'''ssault '''A'''ircraft, 미래형 장거리 강습 헬리콥터
미 육군에서 운용하는 UH-60과 미 해병대에서 운용하는 UH-1Y, AH-1Z를 대체할 다목적 헬리콥터.
8.2. FARA
'''F'''uture '''A'''ttack '''R'''econnaissance '''A'''ircraft, 미래형 공격 정찰 헬리콥터
2017년에 미 육군에서 완전히 퇴역한 OH-58 카이오와와 같은 임무를 수행하게 될 정찰/공격 헬리콥터.
8.3. FVL MS
'''F'''uture '''V'''ertical '''L'''ift '''M'''aritime '''S'''trike, 미래형 해상작전용 수직이착륙기
미 해군에서 운용하는 MH-60, MQ-8B/C를 대체할 해상작전 헬리콥터.
9. 참가 업체
9.1. 시코르스키, 보잉
FARA 사업에는 '''S-97 Raider-X''', FLRAA 사업에는 '''SB-1 디파이언트'''로 참가했다. 이 설계안은 복합 헬리콥터 개념 실증기인 시코르스키 X2를 기본으로 설계 개념을 공유하며 2015년 5월 22일에 처녀 비행에 성공했다. 이들은 5톤(11,000 lb)급 무장/정찰 헬기인 S-97 Raider를 2018년 현재까지 3대를 제작해서 실험 중이다. 이 기체는 13.6톤(30,000 lb)까지 대형화될 전망이라고. '''기체 제어 시스템으로 FBW를 채택'''했다는 특징을 지니고 있다.[1]
9.2. 벨 헬리콥터, 록히드 마틴
틸트로터 디자인을 도입한 '''벨 V-280 밸러'''로 FLRAA 사업에 참가하고 있다. 또한 FARA 사업용으로는 기존의 일반 헬리콥터 디자인에 스텔스 설계를 도입한 '''벨 360 인빅터스'''를 제시하고 있다.
2021년 현재 FARA 및 FLRAA 사업은 시콜스키와 벨의 2파전이 된 상태이다. 양 모델에서 주요 특성을 공유하는 시콜스키 쪽이 약간 유리하지 않을까 예상하는 의견도 있고 실제로 개발비 지원도 벨보다 10% 정도 더 얻어낸 상태이나 상대적으로 개발 진척이 느리고 최종적으로 가성비를 고려해야 하기 때문에 현 단계에서는 어떻게 될지 예측하기 힘들다.
특이하게도 록히드 마틴은 현재 FLRAA 사업의 후보 기종인 밸러의 개발 과정에서 항전장비와 센서, 무기체계를 제공하고 있지만 시코르스키 항공이 2015년 7월 록히드 마틴에 매각되었기 때문에 동시에 디파이언트를 개발하고 있는 상황이기도 하다. 록히드 마틴이 군용 헬리콥터를 개발하는 것은 AH-56 샤이엔 이후 거의 50년만의 일이다.
9.3. AVX 에어크래프트
이중반전 로터와 쌍발 덕티드팬을 도입한 유니크한 디자인을 채택한 초안을 제안했다. 이 그룹은 JMR-TD 단계에서 75% 크기의 프로토타입을 제작하고 있으며, 채택에 이르기까지 실용기를 완성시킬 계획이다.
9.4. 카렘 에어크래프트
JMR에 TR36TD이란 이름의 최적 속도 틸트로터(Optimum-Speed Tilt Rotor)라는 개념의 시제기를 건의했다. 이것은 터보샤프트 엔진으로 구동되는 직경 11 m의 가변 속도 로터를 좌우로 2개 설치하는 구조이다. 개발진에 따르면, TR36 생산형은 모든 후보기 중에서 가장 빠른 무려 670 km/h의 수평 비행 속도를 발휘할 것이라고 한다. 카렘 개발진들은 자사의 OSTR은 가볍고 공기 역학적으로 우수하며 공학적인 면에서 가장 뛰어나기 때문에 효율성에서 큰 이득을 가져올 것이라고 큰 소리치고 있다. 2019년 7월 노스롭 그루먼과 레이시온과 제휴하여 설계했다고 발표했다.#
카렘 사는 미 해군 JHL 프로젝트에서도 후보로 채택되었고, 이 시제기를 미 해군 특수부대인 네이비 씰 작전 전개에 필요한 함상 VTOL기로 확장하는 방안이 연구되고 있다. 작전 지역에 투입되는 특수부대 작전에 필요한 M2 브래들리나 스트라이커 장갑차 같은 중장비를 임무 지역으로 예상되는 내륙 깊숙한 오지까지 직접 실어나를 수 있고 동시에 민간의 상선 규격의 선박에서도 발착함할 수 있는 대형 수직이착륙기를 개발하겠다는 것. 이 조건은 지상군이 함선이나 민간 선박을 이용하여 중장비를 공수하는 경우에도 마찬가지로 적용되므로 미 육군에서도 내심 반기고 있는 요구사항이다.
9.5. 참가했었던 업체
최근까지도 에어버스 그룹의 후보였던 유로콥터 X3에서 비롯된 시제기를 JMR의 페이즈 I에 필요한 데몬스트레이터를 제공할 예정이었다. 그런데 X3의 지적 재산권을 미국에 양도해야 할 수 있기 때문에, 2013년 5월 하순에 프로젝트에서 빠지겠다는 의사를 표명했다. 그 대신, 경무장/정찰 헬기(Armed Aerial Scout) 프로젝트로 관심을 옮겼지만 현재는 이쪽의 입찰도 취소한 상태이다. 미 육군으로부터 다른 후보들과 마찬가지로 7500만 달러를 받았던 에어버스 사는 적어도 시제기 제작비는 손해보지 않았으나 시스템 개발비를 충당하기에는 턱없이 모자란다며 불만을 제기하기도 했었다. 유로콥터는 X3에 적용된 기술을 활용하는 상이한 기종을 제안했었지만, 결국 현재로서는 JMR 사업에서 완전히 떨어져 나간 상태이다.
한때 회전익기의 명가를 자처했던 피아제키 사는 PA61-4라고 불리는 선진형 날개 복합 헬리콥터(Advanced Winged Compound)로 입찰했었다. X-49 스피드호크로 알려진 이 기체는 432 km/h의 속도를 기록하는데 결정적으로 공헌한 추력편향 덕티드 프로펠러(Vectored-Thrust Ducted Propeller)를 채용했지만 사실 이건 과거 미 육군의 공격 헬기 사업에서 아파치에게 밀려나버린 AH-56 샤이언에서 이미 적용되었던 낡은 개념이다. 이 프로펠러는 추진력만 제공할 따름이며, 로터의 회전 토크를 상쇄하는 구실은 테일 로터 대신 긴 주날개가 대신하게 되는 탓에 호버링 안정성이 심각하게 부족했다.
마치 고정익기처럼 긴 스피드호크의 날개는 받음각을 바꿔 추가적인 비행 제어에도 이용되며, 호버링 중에는 거의 수직에 가깝게 꺾어내려 하강 기류를 조절하지만 역시 그것만으로는 불안했던 모양이다. 이에 따라 JMR 채택은 불발로 끝나버렸고 2016년 기준으로 X-49를 업그레이드하여 다시 재도전할 계획이었지만 이 역시 무산되었다.
[1] 사실상 '''헬리콥터 역사 최초로 FBW를 채택'''하는 셈이다.