왜 비행기는 우주로 나갈 수 없는 것일까

우리나라 공군의 최신 주력 전투기는 F-15K로 현존하는 F-15계열 전투기 가운데 가장 상위 버전으로 가장 강력한 공격력을 자랑한다.

F-15K는 자체 무게 45,000lb (20.411kg)이며 이륙할 수 있는 가장 무거운 중량은 81,000lb (36,700kg)이며 F-15K의 최대 속력은 소리의 2.3배인 시속 2,815km로 비행할 수 있다.

그런데 이렇게 빠르고 강력한 비행기가 왜 하늘에서만 날고 우주로는 나갈 수 없는 것일까?

비행기가 우주로 나갈 수 없는 것은 2가지 이유 때문이다.

그 첫번째 이유는 제트기에서 사용하는 엔진 때문이다.

비행기의 제트 엔진은 외부의 공기를 흡입하여 연료를 연소시키며 추진력을 얻기 때문에 외부의 공기가 없으면 엔진의 시동이 걸리지 않는다.

보통 비행기는 대류권과 성층권 부근을 비행하는데 성층권 이상을 넘어가게 되면 공기의 밀도가 희박해 제트 엔진의 연료를 연소시킬 수 없다.

이 때문에 성층권 이상의 고도에서는 외부 공기가 아닌 별도의 산소 탱크가 있어야 비행이 가능하다.

이 때문에 미국에서는 별도의 산소 탱크가 있어야지만 비행할 수 있는 한계 고도인 80km를 넘어야지만 우주비행사라는 칭호를 부여한다.

두 번째 이유는 제트비행기가 우리가 보기에는 엄청나게 빠르지만 지구의 인력을 벗어나기 위한 탈출 속도에 비해서는 너무 느리기 때문이다.

우주선이 지구 궤도에 안착하기 위해서 내야 하는 평균 속도는 대략 28,000km/h다.

이 수치를 마하로 환산하면 마하 22.3 정도 된다.

현재까지 개발된 가장 빠른 비행기는 미 항공우주국(NASA)에서 제작한 스크램젯 엔진 테스터기인 X-43A인데 X-43A도 겨우 10초 동안 겨우 마하 9.8로 비행한 기록이 최고의 기록이다.

비행기를 기준으로 본다면 X-43A의 마하 9.8 이란 속도는 엄청난 속도이며 제트 엔진의 최정점에 도달한 속도이지만 우주선을 기준으로 본다면 여전히 지구의 인력권을 탈출하기에는 마하 9.8도 너무나 느린 속도인 셈이다.

완벽한 편대 비행의 비밀

TV나 영화 속에 등장하는 전투기를 보면 멋진 대형으로 편대 비행을 하는 모습을 볼 수 있다.

음속에 가까운 속도로 비행하면서도 흐트러짐 없이 3~4대의 비행기가 다이아몬드 또는 쐐기형태로 비행하는 모습은 감탄을 자아내게 한다.

그런데 각종 복잡한 계기 조작을 하면서 어떻게 편대의 형태를 유지하며 비행할 수 있을까?

이런 편대 비행의 마술은 바로 전투기의 조종석에 달려있는 캐노피의 백미러에 있다.

아니 비행기에도 자동차와 같이 룸미러가 있다고?

생소하게 들릴지 모르지만 일부 전투기의 캐노피에는 뒤를 볼 수 있는 백미러가 달려 있다.

캐노피에 장착된 백미러의 기능은 자동차와 마찬가지로 고개를 돌리지 않고도 후방을 볼 수 있도록 하기 위한 것이며 편대 비행을 할 경우 백미러를 통해 상대 비행기와의 간격 또는 형태 등을 확인하며 조종한다.

그렇다면, 모든 비행기에 이런 백미러가 달려 있는 것일까? 우리나라의 경우 F-4, F-5 전투기에는 백미러가 달려 있지만 F-16, F-15K 전투기에는 백미러가 달려 있지 않다.

비교적 구형 전투기에만 백미러가 달려 있는 이유는 조종석 유리창 즉 캐노피의 형태 때문인데 F-16이나 F-15K와 같은 물방울 모양의 캐노피는 고개를 살짝만 돌려도 후방이 보이기 때문에 별도의 백미러가 필요하지 않다.

하지만, F-4, F-5와 같이 캐노피의 뒷부분이 막혀 있는 경우 고개를 돌려도 후방이 보이지 않기 때문에 별도의 백미러를 달아 후방 시야를 확보하는 것이다.