미국이 차세대 핵추진 항공모함인 제럴드 R 포드호(CVN-78)에 전투기의 발진 출력을 높이는 ‘레일건 사출 방식(Electro-magnetic Aircraft Launch System)’을 채택하기로 했다고 영국 군사전문지 제인스 디펜스가 27일 보도했다. 이 방식은 두 개의 레일 사이에 고압의 전류를 흘려 이때 발생한 자기력으로 함재기를 이륙시키는 시스템이다.
항모는 활주로가 짧아 무기를 탑재한 함재기를 발진시키기 위해선 순간 가속도를 최대한 끌어올리는 사출 시스템이 필요하다. 지금까지는 증기를 이용했다. 레일건 방식을 채택하면 함재기는 2초 만에 초음속에 도달할 수 있다고 한다. 함재기를 발진시키기 위한 전력은 항모에서 핵발전을 통해 공급한다. 해군의 레일건 개발 프로그램 책임자인 루이스 어퍼는 “함재기의 탑재 한계까지 무기를 실을 수 있고 롤러코스트에 탄 것처럼 부드럽게 발진할 수 있다는 게 장점”이라고 설명했다. F/A-18과 F-35 통합 전투공격기(JSF)가 포드호의 주전력으로 운용된다. 제인스 디펜스는 이 항모의 건조 비용이 105억 달러(약 10조원)에 달할 것으로 추산된다고 보도했다. 항모에는 여러 대의 비행물체를 추적할 수 있는 위상배열 레이더와 완전 자동화 운항 시스템 등 최첨단 탐지·제어 시스템이 탑재된다.
전자기 항공기 발사 시스템
전자기 항공기 발사 시스템 (EMALS)은 미국 해군을 위해 General Atomics에서 개발 한 항공기 발사 시스템 유형입니다. 이 시스템은 기존의 증기 피스톤이 아닌 선형 유도 모터를 사용하는 투석기를 사용하여 항공 모함 기반 항공기를 발사합니다. EMALS는 제럴드 R. 포드급 항공모함인 USS 제럴드 R. 포드의 선두 함선에 처음 설치되었습니다 .
주요 장점은 항공기를 더 부드럽게 가속하여 기체에 가해지는 스트레스를 줄인다는 것입니다. 증기 투석기에 비해 EMALS는 무게가 적고 비용이 적게 들고 유지 보수가 덜 필요하며 증기 피스톤 구동 시스템보다 무겁고 가벼운 항공기를 발사 할 수 있습니다. 또한 담수에 대한 캐리어의 요구 사항을 줄여 에너지 집약적 담수화에 대한 수요를 줄입니다.
목차
설계 및 개발[편집]
1950년대에 개발된 증기 투석기는 매우 신뢰할 수 있음이 입증되었습니다. 4 개의 증기 투석기가 장착 된 캐리어는 99.5 %의 시간 동안 적어도 하나를 사용할 수있었습니다. [1] 그러나 여러 가지 단점이 있습니다. 해군 엔지니어의 한 그룹은 다음과 같이 썼습니다: "가장 큰 결함은 투석기가 피드백 제어 없이 작동한다는 것입니다. 피드백이 없으면 기체의 수명을 손상 시키거나 단축시킬 수있는 견인력에 큰 과도 현상이 발생하는 경우가 많습니다." [2] 증기 시스템은 거대하고 비효율적이며(4–6% 유용한 작업),[3] 제어하기 어렵습니다. 이러한 제어 문제로 인해 Nimitz급 항공모함 증기 동력 투석기는 무거운 항공기를 발사할 수 있지만 많은 무인 항공기만큼 가벼운 항공기는 발사할 수 없습니다.
웨스팅 하우스의 전기 인 EMALS와 다소 유사한 시스템은 1946 년에 개발되었지만 배치되지 않았습니다. [4]
리니어 인덕션 모터[편집]
EMALS는 교류 (AC)를 사용하여 항공기를 발사하기 위해 트랙을 따라 캐리지를 추진하는 자기장을 생성하는 선형 유도 모터 (LIM)를 사용합니다. [5][6] EMALS는 네 가지 주요 요소로 구성되어 있다:[7] 선형 유도 전동기는 종래의 유도 전동기의 원형 고정자 코일과 동일한 기능을 가진 고정자 코일 행으로 구성된다. 전원이 공급되면 모터가 트랙을 따라 캐리지를 가속합니다. 캐리지를 둘러싼 코일 섹션에만 주어진 시간에 전원이 공급되어 반응 손실을 최소화합니다. EMALS의 300피트(91m) LIM은 100,000파운드(45,000kg) 항공기를 130kn(240km/h, 150mph)까지 가속할 수 있습니다. [6]
에너지 저장 서브시스템[편집]
발사 중에 유도 전동기는 선박 자체의 연속 전원이 제공 할 수있는 것을 초과하는 많은 전력 서지가 필요합니다. EMALS 에너지 저장 시스템 설계는 45 초의 재충전 기간 동안 선박에서 전력을 끌어오고 4 개의 디스크 교류 발전기의 로터를 사용하여 에너지를 동역학적으로 저장함으로써이를 수용합니다. 그런 다음 시스템은 2-3초 안에 해당 에너지(최대 484MJ)를 방출합니다. [8] 각 로터는 최대 121MJ(34kWh)(약 1가솔린 갤런 환산)를 제공하며 발사 후 45초 이내에 재충전할 수 있습니다. 이것은 증기 투석기보다 빠릅니다. [6] 각 디스크 교류 발전기에서 121MJ의 에너지를 사용하여 최대 성능을 발사하면 로터가 6400rpm에서 5205rpm으로 느려집니다. [8][9]
전력 변환 서브시스템[편집]
발사 중에 전력 변환 하위 시스템은 사이클로 컨버터를 사용하여 디스크 교류 발전기에서 저장된 에너지를 방출합니다. [6] 사이클로컨버터는 LIM에 제어된 상승 주파수와 전압을 제공하여 주어진 순간에 발사 캐리지에 영향을 미치는 고정자 코일의 작은 부분에만 전원을 공급합니다. [8]
제어 콘솔[편집]
작업자는 폐쇄 루프 계통을 통해 전력을 제어합니다. 트랙의 홀 효과 센서는 작동을 모니터링하여 시스템이 원하는 가속을 제공하는지 확인할 수 있습니다. 폐쇄 루프 시스템을 통해 EMALS는 일정한 견인력을 유지할 수 있으므로 비행기 기체의 발사 응력을 줄이는 데 도움이 됩니다. [6]
프로그램 현황[편집]
항공기 호환성 테스트(ACT) 1단계는 해군 항공 엔지니어링 기지 레이크허스트에 설치된 EMALS 시연기를 사용하여 134회의 발사(F/A-18E 슈퍼 호넷, T-45C 참매, C-2A 그레이하운드, E-2D 어드밴스드 호크아이 및 F-35C 라이트닝 II로 구성된 항공기 유형)를 거쳐 2011년 말에 종료되었습니다. ACT 1이 완료되면 시스템은 USS Gerald R. Ford에 탑재된 실제 선박 구성을 더 잘 대표하도록 재구성되었으며, 이 시스템은 여러 에너지 저장 장치 및 전력 변환 하위 시스템을 공유하는 4개의 투석기를 사용합니다. [10]
- 2010년 6월 1–2일: 맥도넬 더글러스 T-45 참매의 성공적인 발사. [11]
- 2010년 6월 9-10일: 그루먼 C-2 그레이하운드의 성공적인 발사. [12]
- 2010년 12월 18일: 보잉 F/A-18E 슈퍼 호넷 발사 성공. [13][14]
- 2011년 9월 27일: 노스롭 그루먼 E-2D 어드밴스드 호크아이 발사 성공. [15][16]
- 2011년 11월 18일: 록히드 마틴 F-35 라이트닝 II의 성공적인 발사. [17]
ACT 2단계는 2013년 6월 25일에 시작되어 310번의 추가 발사(보잉 EA-18G 그라울러 및 맥도넬 더글러스 F/A-18C 호넷 발사 포함, 1단계에서 이전에 발사된 항공기 유형에 대한 또 다른 테스트 포함) 후 2014년 4월 6일에 종료되었습니다. 2단계에서는 중심에서 벗어난 발사 및 계획된 시스템 결함을 포함한 다양한 항공모함 상황을 시뮬레이션하여 항공기가 최종 속도를 충족하고 발사에 중요한 신뢰성을 검증할 수 있음을 입증했습니다. [10]
- 2014년 6월: 해군은 두 번의 항공기 호환성 테스트(ACT) 캠페인 동안 McGuire-Dix-Lakehurst 합동 기지의 USN 인벤토리에 있는 모든 고정익 항공모함 탑재 항공기 유형을 포함하는 450대의 유인 항공기 발사에 대한 EMALS 프로토타입 테스트를 완료했습니다.
- 2015년 5월: 최초의 전속 선상 테스트가 수행되었습니다. [18]
배달 및 배포[편집]
2017년 7월 28일, 제이미 "코치" 중위 제이미 "코치" 스트라이크 23 항공 시험 및 평가 비행대대(VX-23)는 F/A-18F 슈퍼 호넷에서 USS 제럴드 R. 포드(CVN-78)에서 첫 번째 EMALS 투석기 발사를 수행했습니다. [19]
2021년 4월까지 USS Gerald R. Ford에 탑재된 EMALS 및 AAG 피뢰기 시스템으로 8,000번의 발사/복구 주기가 수행되었습니다. USN은 또한 이러한 주기의 대부분이 이전 18개월 동안 발생했으며 351명의 조종사가 EMALS/AAG에 대한 교육을 완료했다고 밝혔습니다. [20]
장점[편집]
증기 투석기에 비해 EMALS는 무게가 적고 공간을 덜 차지하며 유지 보수 및 인력이 덜 필요하고 신뢰성이 높으며 더 빨리 재충전되며 에너지를 덜 사용합니다. 발사 당 약 1,350lb (610kg)의 증기를 사용하는 증기 투석기에는 광범위한 기계, 공압 및 유압 하위 시스템이 있습니다. [8] EMALS는 증기를 사용하지 않으므로 미 해군이 계획한 순수 전기 선박에 적합합니다. [21]
증기 투석기에 비해 EMALS는 발사 성능을 더 정밀하게 제어 할 수있어 무거운 전투기에서 가벼운 무인 항공기에 이르기까지 더 많은 종류의 항공기를 발사 할 수 있습니다. [21] 최대 121메가줄을 사용할 수 있는 EMALS 시스템의 4개 디스크 교류 발전기는 각각 증기 투석기의 약 95MJ보다 29% 더 많은 에너지를 전달할 수 있습니다. [8] 계획된 90%의 전력 변환 효율을 가진 EMALS는 5%의 효율만 달성하는 증기 투석기보다 더 효율적일 것입니다. [6]
비판[편집]
2017 년 5 월 도널드 트럼프 대통령은 Time과의 인터뷰에서 EMALS를 비판하면서 전통적인 증기 투석기와 비교할 때 "디지털은 수억 달러 더 많은 비용이 들고 좋지 않다"고 말했다. [22][23][24][25]
트럼프 대통령의 비판은 EMALS의 신뢰성이 많이 요구되고 치명적인 실패의 평균 비율이 해군의 임계 값 요구 사항보다 9 배 높다는 펜타곤의 매우 비판적인 2018 년 보고서에 의해 반향을 일으켰습니다. [26]
신뢰성[편집]
2013 년 뉴저지 주 레이크 허스트 테스트 사이트에서 1,967 개의 테스트 발사 중 201 개가 실패하여 테스트 시리즈의 실패율이 10 %였습니다. . 시스템의 당시 상태를 고려할 때 2013 년에 사용 가능한 가장 관대 한 수치에 따르면 EMALS의 평균 "고장 간격"비율은 1 분의 240입니다. [27]: 188
2015 년 3 월 보고서에 따르면 "예상 신뢰성 증가를 기준으로 마지막으로보고 된 치명적인 고장 사이의 평균 사이클에 대한 고장률은 예상보다 5 배 높았습니다. 2014 년 8 월 현재 해군은 Lakehurst 테스트 사이트에서 3,017 회 이상의 발사가 수행되었다고보고했지만 DOT&E [Director, Operational Test and Evaluation]에 실패 업데이트를 제공하지 않았습니다. [28]
테스트 구성에서 EMALS는 외부 드롭 탱크가 장착 된 전투기를 발사 할 수 없었습니다. "해군은 이러한 문제를 해결하기 위해 수정 사항을 개발했지만 수정 사항을 확인하기 위해 유인 항공기로 테스트하는 것은 2017 년으로 연기되었습니다." [29]
2017년 7월 이 시스템은 USS Gerald R. Ford에서 해상에서 성공적으로 테스트되었습니다. [30]
2021 년 1 월 DOT & E 보고서는 "3,975 개의 투석기 발사 중 [...] EMALS는 작전 임무 실패 (MCBOMF) 사이의 181 평균 사이클의 달성 된 신뢰성을 입증했습니다. 이 신뢰성은 4,166 MCBOMF의 요구 사항보다 훨씬 낮습니다." [31] EMALS는 자주 고장나고 신뢰할 수 없다고 펜타곤의 테스트 책임자인 Robert Behler는 2019년 11월부터 2020년 9월까지 USS Gerald R. Ford에서 3,975주기를 평가한 후 보고했습니다. [32]
2022년 4월, 해군 항공 시스템 사령부의 Shane G. Gahagan 소장은 반대 보고에도 불구하고 시스템이 잘 작동하고 있으며 지난 2년 동안 USS Gerald R. Ford에서 8,500개의 "고양이와 함정"을 달성했다고 말했습니다. [33]
2022년 6월 25일, USS Gerald R. Ford에 탑승한 10,000회의 성공적인 투석기 발사 및 정지 착륙이라는 주요 이정표가 달성되었습니다. [34][35]
2022년 6월 GAO 보고서에 따르면 "해군도 신뢰성에 계속 어려움을 겪고 있습니다. 전자기 항공기 발사 시스템 및 요구 사항을 충족하는 데 필요한 고급 어레스팅 장비 항공기를 신속하게 배치하기 위해." 이 보고서는 또한 해군이 EMALS와 AAG가 "2030년대"까지 신뢰성 목표에 도달할 것으로 기대하지 않는다고 밝혔습니다[36]
일반 원자 시스템의 다른 사용자[편집]
프랑스[편집]
프랑스 해군은 미래의 항공 모함과 새로운 기함을 적극적으로 계획하고 있습니다. 프랑스어로 Porte-avions de nouvelle génération (차세대 항공 모함) 또는 약어 PANG로 알려져 있습니다. 이 우주선은 원자력으로 구동되며 EMALS 투석기 시스템을 갖추고 있습니다. PANG의 건설은 2025년경에 시작될 것으로 예상되며 항공모함 샤를 드골이 퇴역할 예정인 2038년에 취역할 예정입니다. [37]
인도[편집]
인도 해군은 계획된 CATOBAR INS Vishal 항공모함에 EMALS 시스템을 설치하는 데 관심을 보였습니다. [38][39][40] 인도 정부는 제너럴 아토믹스의 도움을 받아 전자기 발사 시스템을 현지에서 생산하는 데 관심을 보였다. [41]
영국[편집]
컨버팀 영국은 퀸 엘리자베스 급 항공 모함을위한 전자기 투석기 (EMCAT) 시스템을 연구하고있었습니다. [42] 2009년 8월, 영국이 CTOL F-35C 모델을 위해 STOVL F-35B를 떨어뜨릴 수 있다는 추측이 고조되었는데, 이는 항공모함이 영국이 설계한 비증기 EMCAT 투석기를 사용하여 기존의 이착륙 항공기를 운용하도록 건조되었음을 의미했을 것입니다. [43][44]
2010년 10월, 영국 정부는 당시 결정되지 않은 CATOBAR 시스템을 사용하여 F-35C를 구매할 것이라고 발표했습니다. 2011년 12월 샌디에이고의 제너럴 아토믹스와 퀸 엘리자베스급 항공모함용 EMALS 개발 계약이 체결되었습니다. [42][45] 그러나 2012년 5월 영국 정부는 예상 비용이 원래 추정치의 두 배로 상승하고 인도가 2023년으로 다시 이동한 후 결정을 번복하여 F-35C 옵션을 취소하고 STOVL F-35B를 구매하기로 한 원래 결정으로 되돌렸습니다. [46]
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