국방 기술 연구 개발에서 최근 가장 중요한 과제는 극초음속 무기와 지향성 에너지 무기다. 최근 이들 2가지를 결합해 레이저 등 에너지 무기를 전방에 조사해 극초음속 비행을 가능하게 하는 기술이 개발되고 있다.
극초음속 무기는 마하 5.0 그라니까 음속 5배 이상 속도로 비행하는 전투기와 미사일이다. 지향성 에너지 무기는 로켓과 미사일이 아니라 레이저와 마이크로 웨이브 플라즈마 빔 등 의도한 목표물에 높은 에너지를 조사해 파괴하는 무기다.
극초음속 무기는 발사에서 목표 도달까지 시간이 크게 단축되기 때문에 레이더로 파악해도 처리할 가능성이 낮다. 또 보통 탄도 미사일은 지상으로 낙하는 반면 엄청난 속도로 똑바로 떨어지는 극초음속 무기는 기존 탄도 미사일 요격 시스템에도 대응할 수 없고 미군의 미래 전략에 필수적인 무기로 적극적으로 연구 개발을 진행하고 있다.
예를 들어 미 공군과 록히드마틴이 공동 개발한 AGM-183A ARRW는 우주에서 발사되어 마하 20까지 가속하는 미사일이다. 이런 극초음속 무기는 개발이 어렵고 예산이 소요된다. 실제로 미 공군과 록히드마틴은 공중 발사형 미사일 HCSW도 개발 중이었지만 예산 문제로 중단됐다.
극초음속 무기를 실현하려면 2가지 벽이 있다. 하나는 공기 저항을 어떻게 줄이느냐다. 다른 하나는 대기와의 마찰열 영향을 어떻게 할 것이냐 문제다. 공기 저항에 대해선 무기 형상으로 대응할 수 있지만 극초음속을 실현하기 위한 장비를 탑재할 필요가 있고 재료공학 한계도 있기 때문에 자유롭게 모양을 변화시킬 수 없다.
또 극초음속으로 대기권을 비행하고 대기와의 마찰열로 온도가 비정상적으로 상승하고 내부에 탑재한 장비에 큰 영향을 미친다. 마찰열 문제는 내부 무기 표면에 단열재를 더하면 해결하 수 있지만 무기 무게가 증가하기 때문에 항속 거리와 최대 거리가 떨어진다.
극초음속 무기 연구가 난항인 반면 지향성 에너지 무기에 대한 기술 전보에 의해 출력 향상이나 장치 소형화가 실현되고 있다. 예를 들어 지난 5월 미 해군이 상륙함에 탑재한 레이저 무기로 드론을 격추시키는데 성공한 바 있다. 또 공격헬기 AH-64 아파치에 레이저 무기를 탑재하는 시험을 실시해 성공했다. 이런 지향성 에너지 무기 기술을 응용해 극초음속 무기 실현을 가로막고 2개 벽을 타파하려는 시도를 미 항공우주국 나사(NASA)와 미군이 실시하고 있다.
1983년 나사 자금 투입 이후 레이저를 사용해 추진력을 얻으려는 라이트 크래프트 연구가 짆애됐다. 이 비행체 내부에서 전방에 레이저 빔을 발사해 비행체 전방에 충격파를 생성해 대기를 밀어내고 공기 저항을 줄인다. 하지만 너무 급진적인 개념이었던 탓에 연구가 본격적으로 무기에 전용되지는 않았다.
1999년 이 같은 연구와 유사한 연구 논문이 발표됐다. 이는 극초음속기 끝에서 전기 아크, 레이저 또는 마이크로파를 방사해 플라즈마를 형성하고 추진력을 향상시키는 것이다. 지향성 에너지에 의한 극초음속 무기 실현 연구는 계속되어 2005년에는 DEAS 실증 실험이 이뤄졌다. 극초음속 풍동에서 실제로 테스트했는데 반구형 테스트 모델 전반 공기가 레이저 플라즈마화된다.
여기에서 지향성 에너지로 전투기와 미사일이 받는 공기 저항을 낮추려는 아이디어는 나사와 미군이 적극적으로 연구하게 됐다. 2019년에는 초단 펄스 레이저를 이용해 전투기 주위 공기를 이온화해 과열 에너지 축적이라는 기술에 대한 연구도 시작했다. 아직 개발 초기지만 지향성 에너지 무기와 극초음속 무기라는 첨단 기술 연구 2가지를 융합해 에너지 축적이라는 기술로 전혀 새로운 형태 비행기를 설계할 수 있게 되고 대기권 내에서의 속도를 추구한다는 점에서 새로운 혁신이 일어날 수도 있다. 관련 내용은 이곳에서 확인할 수 있다.