F-35 스텔스 전투기
F-35 Lightning II, 미국의 5세대 스텔스 멀티롤 전투기. 명칭의 유래는 미국의 P-38 라이트닝과 공동개발국인 영국의 BAC 라이트닝으로서, 이 두 기종 모두를 계승하겠다는 의미로 Lightning II가 되었다.
1993년, JSF 사업(Joint Strike Fighter Program)이 시작되면서 본격적으로 시동되었다. 1996년 11월 16일에는 기술입증 단계에 참여한 3사 중 록히드 마틴과 노스롭 그루먼이 설계한 기체가 선정되었다. 이것은 미국의 록히드 마틴사가 개발하고 있는 전투기/공격기이다. 미국 공군/해군/해병대와 영국 해군의 요구조건에 부합하도록 설계/개발되었다. 단발기라 엔진도 큰데 무장창까지 안으로 구겨넣다 보니 크지 않은 미들급 기체에 비해 상당히 두꺼워진 모습이 특징이다. F-35A형은 미 공군의 F-16C/D형과 A-10을 대체, F-35C형은 미 해군의 F/A-18C/D을 대체하고 F/A-18E/F형을 보완, 수직이착륙형인 F-35B형은 미 해병대의 AV-8 해리어 II+와 F/A-18C/D, 영국/이탈리아/스페인의 AV-8 해리어, EA-6B 전자전기를 대체하기 위하여 개발되었다.
F-22 랩터가 F-15를 대체하는 기종이라면 F-35는 F-16/해리어/A-10 등 로우-미들급 전투기와 공격기를 모두 대체하는 기종이다. F-22의 가격이 워낙 천문학적으로 비싸기 때문에 좀 더 저렴하고 다양한 임무를 맡을 수 있도록 멀티롤 전투기/공격기로 설계되었다. 기존 F-15가 제공권 장악, F-16이 지상 공격 임무를 맡았던 것처럼 F-22가 제공권 장악, F-35가 지상 공격 임무를 맡는 식이다. 다만 F-22는 미군도 100여 기밖에 운용하지 못하고 있고 수출도 하지 않는 이레귤러의 성격이 강하기 때문에, F-35는 단독으로 제공권 장악과 요격도 실행할 수 있도록 제작되어 있다. 미군이 F-22를 출격시키지 않는 상황이나 F-35를 하이급 전투기로 사용하게 될 수입국 공군에서는 제공기로 운용하게 된다. 가격은 2018년 F-35A 기준 8천 920만 달러, 2015년 기준 유지비는 연간 200시간 기준 비행시간당 42,200달러. 비싸지만, 같은 5세대 전투기인 F-22는 더 비싸고 단종되었으며 한 세대 뒤처진 F-15E, 유로파이터, 라팔 등이 1억 달러에서 2억 달러 가까운 가격으로 팔리는 것을 보면 의외로 생각하는 것만큼 비싼 것은 아니다. 참고로 F-16의 기준 비행시간당 비용은 $22,514 달러이다.
처음 개발의 시작은 미 해병대와 영국 해군이 아음속 기종인 AV-8 해리어를 대체하여 쓸 초음속 비행이 가능한 단거리 이륙/수직 착륙형 전투기였다. 이 개발사업이 진행되는 동안 미 공군과 미 해군도 각각 자신들의 입맛에 맞는 스텔스 경전투기 사업을 진행하려 하였다. 하지만 예산 문제 때문에 이 사업들은 하나로 통합되었는데, 그것이 바로 JSF 사업이다.
하지만 아무리 그래도 미 공군, 미 해군, 미 해병대/영국 해군이 정말 똑같은 전투기를 쓸 수는 없었으므로 실질적으로는 3가지 버전의 전투기를 만들되 서로 부품이 최대한(80% 정도) 공통되도록 한 것이 JSF 사업의 실제 내용이다. JSF 사업에서 미 공군은 육상기지에서 통상적으로 이착륙하는 형태(CTOL), 미 해군은 항공모함(CV)에서 캐터펄트를 이용하여 이함, 어레스팅 와이어로 착함하는 CATOBAR 형태, 그리고 미 해병대/영국 해군은 단거리 이륙/수직 착륙(STOVL) 형태를 요구하였다.
JSF 사업은 요구조건이 워낙 까다로웠기 때문에, 록히드 마틴과 보잉은 자신들이 그 요구조건을 충족시킬 기술이 있다는 것을 JSF 사업단에게 증명하기 위해 기술개념 실증기부터 만들어야 했다. 보통 Y로 시작하는 다른 프로토타입과는 달리 실험기에 쓰는 X 넘버링이 붙은 것은 그 때문이다. 저렴한 가격에 중점을 두고 보수적으로 접근한 보잉은 X-32를 비교적 순조롭게 만들어 내놓았으나, 보다 고성능을 추구한 록히드 마틴 쪽은 숱한 난관을 뚫느라 일정이 계속 늘어졌다. 혹자는 '스텔스기도 만들 줄 알고, 초음속기도 만들 줄 알고, 수직이착륙기도 만들 줄 아는데 그 셋을 한꺼번에 다 하는 비행기를 만드는 것은 정말 어려웠다.'라며 푸념하기도 했다. 그동안 X-33과 34는 다른 시험기가 먼저 챙겨가서 록히드 마틴의 실증기는 X-35가 되었다.
앞서 나간 보잉이었지만, 먼저 만든 보람도 없이 미 해군이 함상 착함 속도를 제한하고 귀환 무장 탑재량을 9,000파운드로 늘려버리는 바람에 보잉은 오히려 불이익을 봤다. 록히드 마틴 측은 설계를 변경할 수 있었으나, 실증기를 벌써 거의 다 만들어버린 보잉은 어쩔 수 없이 만든 그대로 제출하면서 중량 감소와 수평미익을 추가하겠다는 재설계안을 동봉하는 선에서 정리했다. 물론 JSF 사업단 측이 뒤늦게 요구조건을 변경한 것이기 때문에 보잉에게 공식적으로 패널티가 주어진 것은 없었으나, 기체 형상이 크게 바뀌는 문제이기 때문에 불이익이 정말 없었으리라고 생각한 사람은 아무도 없었다.
사업 초반에는 먼저 실증기를 만들고 몇 차례의 시험 비행을 성공시키며 보잉이 우위를 점했지만, 수직이착륙에서 우위가 뒤집어지게 된다. 저렴함에 초점을 맞춘 보잉은 개발비를 줄이기 위해 이미 검증되었고 자기들이 만들어서 잘 알기도 한 해리어의 단일 엔진-직접 분사 방식을 응용했으나, 해리어의 문제점인 지면에 반사된 배기 가스가 에어 인테이크로 다시 들어가서 엔진 효율을 떨어뜨린다는 문제도 똑같이 일어났다. 물론 보잉도 예상했던 부분이라 재흡입되는 배기 가스를 찬 공기로 막아주는 제트 스크린 노즐을 설치하는 등의 조치를 취했으나, 이를 해결하느라 X-35보다 개발 일정이 뒤쳐졌다. 반면에 록히드 마틴의 X-35는 보다 복잡한 리프트 팬 시스템의 개발에 성공하면서 기세가 올랐고, 수직이착륙용과 초음속 비행용 부품을 갈아끼워야 했던 X-32와 달리 수직이착륙과 초음속 비행을 한 번에 해내는 기염을 토해냈다. 테스트 비행장에서 워싱턴 D.C.까지 왕복하면서 의원들의 환심을 샀던 것은 덤.
결국 이 초대형 사업은 2001년 10월 26일, 록히드 마틴의 X-35가 승리했다.
미 국방부에 제출한 최종적인 일정에 따르면 해병대에서 2015년 12월 초기 운용 능력을 획득한다고 한다. 이는 모든 F-35 시리즈를 통틀어 가장 빠른 것이다. 3군 통합기 중 가장 말이 많았다라는 것을 생각하면 참 신묘한 일이다. 사실 공군과 해군에 비해 강습상륙함이나 경항모에서의 운용을 전제한 B형은 상황이 더 절박한 편이고 이를 원하는 국가들이 많다. 미 해병 항공대와 영국, 이탈리아 해군이 여기에 포함된 것을 생각하면, 이들로서는 가장 절박한 일이기에 가장 관심 받기 좋은 것이다. 게다가 해병대가 보유한 AV-8B 해리어 II는 이미 한계 수명이 임박한 기체로 간주되고 있어서 해병대는 하루 빨리 이 기종들을 대체해야 하는 상황이기 때문이다.
한편 미 해병 항공대에게 또 다른 고민거리를 안겨주기도 했다. 미 해병 항공대에서는 F/A-18 또한 운용하고 있는데 이 중 항공모함전단에 파견된 F/A-18 운용 비행대대들이 문제였다. 해병 항공대에서는 AV-8B 해리어 II와 F/A-18을 F-35로 대체시키려 하려 하는데 이 중 해리어는 강습상륙함에서 운용되는 단거리 이륙/수직 착륙형으로 역시 강습상륙함에서 운용되는 F-35B와 운용 방식이 비슷하므로 크게 문제될 것이 없지만, 미 해군 항공대는 이미 F-35C를 도입하기 때문에 F/A-18을 F-35B로 전부 대체하면 이미 C형을 배치된 항공모함에서는 운용이 크게 불리해진다. 이런 사정 때문에 미 해병 항공대는 마침 B형의 개발이 지지부진한 점도 매우 크게 작용해서 C형 도입을 결정했다.
다만 미 해병 항공대의 C형은 어디까지나 항공모함전단에 파견되는 F/A-18 운용 비행대대들이 쓰던 기존의 F/A-18을 대신하기 위해서 비교적 소수의 수량만이 도입되기 때문에, 미 해병항공대의 F-35 전력은 상당수가 강습상륙함에서 AV-8B 해리어 II를 대신하여 운용될 B형으로 채워질 예정이다. 실제로 B형은 AV-8B 해리어 II의 후계로서 340대가 도입되지만, C형은 F/A-18의 후계로서 80대를 도입하는 데에 그친다. 물론 80대도 사실 그렇게까지 적은 수량은 아니지만, 340대를 도입하는 B형에 비하면 많다고는 할 수 없는 양이다.
장착되는 엔진은 F135-PW-600을 장착하고 있고. 본래 F135 엔진은 1986년에 시작한 신형 수직 이착륙기에 탑재할 목적으로 개발이 시작되었기 때문에 F135-PW-600이 F135 엔진 시리즈의 시초이다.
해군용 함재기로 CATOBAR(캐터펄트/어레스팅 와이어) 방식의 중대형 항공모함에서 뜨고 내릴 때 필요한 저속 비행 능력을 위하여 다른 버전에 비하여 큰 주날개와 수평 꼬리날개를 가지고 있다. 연료 탑재량 역시 타 버전에 비하여 가장 많지만, 항공모함은 착함 시 대기 시간이 길기 때문에 여유 연료를 많이 가지고 귀환해야 하므로 실질적인 체공 시간 및 항속 거리는 다른 버전과 비슷한 것으로 알려져 있다.(물론 C형을 항모가 아닌 육상 기지에서 운용하게 된다면 A, B형보다 더 오랜 시간 체공이 가능하겠지만) 한편 이렇게 많은 연료를 탑재하기 위한 내부 공간 확보를 위하여 F-35C형도 기관포를 내장하지 않았다. 이 때문에 B형과 C형은 외장 기관포 포드를 장착한다.
장착 엔진은 F135-PW-400으로 해병대용과 해군용은 공군형과 비교할때 해당 군종과 이용되는 장소 등이 고려되어 같은 엔진을 공유하기 어렵다.
미 국방부에 제출한 최종적인 일정에 따르면 해군에서는 2019년 2월에 되어서야 초기 운용 능력을 획득한다고 한다. 이는 3군 통합기 중 가장 늦게 운용된다는 것이다. 이는 C형을 구입하는 나라가 미국뿐이기 때문이다. 그것도 A형 미 공군 도입분 6분의 1 수준이며, 미 해군이 도입하는 수량은 C형을 도입하는 미 해병대 수량의 4배이지만, 미 해병대가 도입하는 B형과 맞먹는 수량이며, 영국과 이탈리아까지 합친 B형 수량은 미 해병대 C형 수량과 합치면 동등할 정도로 너무나도 적다. 더욱이 미 해군항공대를 상대할 전력을 지닌 공군력을 가진 적대국도 드물며, 굳이 스텔스로 쓰는 타격보다는 장거리 미사일을 이용한 수상 전력과 수중 전력이 탄탄해서, 항공 전력은 말 그대로 공군이나 해병대처럼 육상전력 지원 및 공세적 임무보다는 함대 제공권 장악 임무 비중이 크기에 도입을 서두를 이유가 없다.
기존에 F/A-18 같은 전투기를 써본 경험이 있는 캐나다에서는 C형이 아니라 A형에 C형의 성능을 적절히 섞은 기종으로 도입하고자 했다. 얼음이 얼어버린 활주로에서 A형을 운용하기 곤란하지만 C형을 도입하기엔 예산이 부족하여 궁여지책으로 A형에다 감속용 낙하산을 달고 급유구도 붐 방식이 아닌 프로브 & 드래그 방식 급유구를 장착한 형태로 도입할 의사를 내비치기도 했다. 그러나 새로 부임한 총리가 이를 백지화해버려 더이상 CF-35가 거론되는 일은 없을 것이다.
카운터 스텔스 기술에 대한 고려가 없는 대부분의 4세대 전투기들은 원거리에서 압살해버릴 수 있는 수준이며, 전자전 장비를 보강하고 스텔스 / 카운터 스텔스 능력을 제한적으로 구현한 4.5세대기들도 학살당할 가능성이 높다. 사실 4.5세대기들이 선전하는 카운터 스텔스 능력마저도 F-35가 한 세대는 앞서 있다고 보는 것이 좋을 것이다. F-35의 기동성이, 특히 가속성능이 상대적으로 약하기는 하지만, 도그파이트에서도 전 세대 전투기들에게 우위를 점할 수 있는 조치들이 구석구석 적용되어 있다. F-35와 맞붙은 4.5세대기들은 F-35를 찾지도 못하고 요기를 잃은 후 이탈하거나, 수가 줄어든 상태에서 WVR에 돌입하지만 고전을 면치 못할 가능성이 높다. F-35는 유리한 상황에서만 WVR에 참가할 게 뻔하기 때문.
동세대 전투기들 간의 싸움을 가정할 경우, 맞수로 개발이 진행 중인 Su-57이 멀티밴드 레이더를 적극적으로 활용해 자신의 위치를 드러내는 위험을 감수하면서라도 스텔스기를 찾아내겠다는 컨셉이라면, F-35의 카운터 스텔스는 진보된 ESM과 은엄폐가 가능한 데이터 링크 기능으로 자신을 찾기 위해 위치를 드러내는 Su-57을 은밀하게 찾아내는데 특화되어 있어서 컨셉으로는 가히 창과 방패의 대결이라 할만하다. 비행 성능은 으레 Su-57쪽이 더 우수할 것이라고들 보고 있지만, 정작 스텔스기 운용의 핵심인 전자전 역량이나 실전 경험이 미국에 비해 훨씬 뒤처져 있는 점을 감안하면 일반적으로는 F-35가 Su-57을 먼저 발견하고 우세를 점할 것이라고 봐도 무방할 것이다. 미국의 스텔스 관련 기술이나 운용 경험은 그야말로 독보적으로, 최초의 스텔스기 F-117을 1989년 파나마 침공 시 실전 투입했으며, 최초의 5세대 전투기인 F-22를 2005년에 실전 배치한 바 있다. F-35는 그 노하우의 결정체이며, 첫 5세대 전투기인 Su-57이나 J-20이 그 노하우 차이를 따라잡는 데에는 많은 시행착오가 뒤따를 것이라는 것은 쉽게 짐작할 수 있다. 공개된 컨셉을 놓고 봤을 때 Su-57이 교전 전에 어떤 식으로든 자신(이나 다른 연계된 방공자산들)의 존재를 직접적으로든 간접적으로든 먼저 드러내게 된다는 불리함은 덤. 물 론Su-57이 어떤 식으로든 F-35를 먼저 탐지해낸다면 우위가 뒤바뀔 여지는 얼마든지 있다. 또 Su-57이 거꾸로 공세에 나서 노출되어 있는 조기경보기나 기지 등을 공격한다면 F-35를 충분히 궁지로 몰 수도 있을 것이다.
하지만 동세대의 스텔스 전투기에 맞설 '카운터 스텔스'를 위한 항공 전자 장비 분야에서는 F-35가 오히려 F-22보다 앞서 있는 상태다. F-22의 경우 개발 당시 맞상대할 스텔스기가 없었기 때문에 카운터 스텔스에 상대적으로 신경을 덜 썼지만, 최신 기종인 F-35는 러시아와 중국이 개발 중인 5세대 전투기들에 대항하기 위해 對스텔스기 전투를 고려한 시스템도 두루두루 갖추고 있다. 근미래 5세대 전투기의 기본 패러다임인 '카운터 스텔스가 가능한 스텔스'에 현재 가장 걸맞는 방향의 기종이라고 할 수 있다.
F-35 엔진은 F-22에 탑재된 F119의 추력 향상형으로 현존하는 전투기 엔진 중 가장 강력한 엔진이다. 그러나 단발이라는 점과 기체 자체의 무게 때문에 F-35는 슈퍼 크루징은커녕 가속력이 떨어져 근접전은 물론 시계 외 교전조차도 힘들 것이라는 우려가 있다.
단적인 예로, 2008년 미국 싱크 탱크인 RAND연구소에서 실시한 컴퓨터 시뮬레이션에서, 중국의 Su-27 계열 4세대 전투기들을 상대로 처참하게 패배한 적이 있다. 그야말로 전멸. RAND 측 평가는 "이 비행기는 속도, 선회, 상승 중에 잘 하는게 하나도 없다"는 것이었다. 첨부 자료의 79~81쪽을 참조. 당연히 록히드 마틴은 발끈하며 반박 성명을 냈고, 결국 RAND 분석가인 존 스틸리언과 해롤드 퍼듀가 RAND를 사직하였다. 그러나 F-35에 대한 걱정의 목소리는 잠재워지지 않고 있는데, 그도 그럴 것이 이 비행기는 JSF이므로 만약 F-35가 정말 형편없다면 미국의 공군, 해군, 해병대 모두가 결함품인 비행기 말고는 다른 비행기가 하나도 없는 상황에 봉착하는 것이다.
하지만 4.5세대기 전투기들이 자랑하는 비행 성능은 외부 무장을 장착할 시 공기 저항에 의해 기하급수적으로 저하되는데 반해 F-35는 내부 무장을 하므로 외부 항력 증가가 없어 기동성이 저하되지 않는다는 점을 감안해야 한다. 이 때문에 전투에 필수 불가결한 '무장된 상태'를 기준으로 F-35를 확실히 제압할 수 있을만한 비행 성능을 갖춘 전투기는 그리 많지 않으며, 기동 능력의 지향점을 과거의 가시거리 내 전투에서 (꼬리물기에) 중요했던 지속 선회력이 아니라, 고개를 빨리 틀어 미사일을 먼저 발사할 수 있도록 순간 선회력을 중시하는 쪽으로 잡고 있다.
또한 F-35의 가속력과 상승 능력이 떨어지므로 원거리 BVR전에서 미사일 발사에 필요한 고고도를 점하기 어렵다는 지적이 있으나 이는 일반적으로 전투기가 순항 고도에서 고고도까지 상승하는데 소모되는 시간을 간과한 분석이다. 통상 4~5만 피트 순항 고도에서 비행 중에 적기를 발견한 뒤 6만 피트 고고도로 상승하는 데에는 수분 이상의 시간이 소요되는데, 이 시간이면 필요 충분한 고도에 도달하기 전에 이미 상호 교전 거리에 들어가고 만다. 결국 F-35를 상대로 BVR에서 고고도 발사 위치를 선점해 실질적인 이득을 보려면 F-35보다 먼저, F-35가 모르게, 최소 300km 이상의 원거리에서 F-35를 발견해야 한다는 전제 조건이 붙는데, F-35는 5세대 VLO 스텔스 전투기이며 이를 위해 단순한 스텔스 외형 설계 외에도 가장 선진적인 스텔스 일변도의 항전 시스템들을 덕지덕지 도배하고 있다. 호적수로 거론되는 러시아의 Su-57이라고 할지라도 Su-57의 카운터 스텔스 수단인 L밴드 레이더를 가동할 경우 멀티 밴드의 특성상 F-35의 항전 장비에 들킬 수밖에 없는데, 하물며 그보다 저평가되는 4.5세대 및 5세대 기종들이 F-35에게 들키지 않고 F-35를 원거리 탐지하여 일방적으로 고고도 우위를 선점한다는 가정은 현실적으로 어려운 일이다. 그럼 조기 경보기의 지원을 받으면 되지 않느냐 반론할 수 있지만 F-35는 조기 경보기의 탐지 영역을 검출해 최적의 침투 경로까지 조종사에게 제공한다. 그리고 조기 경보기의 지원은 오히려 F-35가 받을 가능성이 높다. 주 운용국만 생각해봐도. 다만 가속력과 상승 능력의 부족은 수세적인 방공 작전에서는 단점이 될 수 있다.
따라서 종합적으로 봤을 때 F-35의 기동력은 이전 세대의 전투기들에 비해 지속 선회력은 부족하지만 AOA가 50도에 달할 정도로 순간 선회력은 탁월하며, 이 능력이 최신예 미사일 및 EO-DAS의 사각이 없는 전방위 탐지 능력과 조합될 경우, 근접전에서도 First Look, First Shoot이 이뤄지게 된다. 다시 말해 근접전에서 지속적인 꼬리 물기 기동으로 공격의 기회를 노리는 것이 아니라 EO-DAS로 전방위를 감시해서 적기가 어느 방향에 있더라도 미사일을 발사할 수 있는 싸움에 특화되었기 때문에 지속 선회력이 우위인 타이푼이나 Su-27 후기형들 등의 4.5세대기들과의 WVR에서도 뒤쳐지지 않는 셈이다. 기동성이 처지긴 커녕, 근미래 항공전에 가장 적합한 형태로 개발된 것이다. 2015년에는 무려 110도 고받음각 기동을 선보이면서 근접전 기동성 부족 논란은 앞으로 사그러들 듯하다.