F-35 업그레이드로 발열이 늘어나면서 콜린스는 새로운 냉각 시스템에 베팅

몇 년 동안, 록히드 마틴사의 F-35에 문제가 생겨나고 있다: 미래의 업그레이드는 제트기가 현재의 냉각 시스템이 감당할 수 있다고 믿어지는 것 이상으로 지금보다 훨씬 더 뜨겁게 달릴 것이다.

미 국방부 관리들은, 가까운 장래에, 이 비행기의 F135 엔진에 대한 세간의 이목을 끄는 업그레이드가, 이러한 냉각 문제들 대부분을 피할 수 있을 것으로 기대하고 있다. 하지만 장기적으로, 군 당국은, 수십 년에 걸친 위협에 발맞추기 위해 필요한 미래의 항공기 업그레이드가, 열 요인을 더욱 높일 것으로 우려하고 있으며, 최근에, 관리들은, 새로운 냉각 옵션들을 고려하고 있다고 제안했다.

그들의 선택은 다음으로 귀결된다: 허니웰 에어로스페이스가 만든 비행기의 현재 전력 및 열 관리 시스템(PTMS)을 업그레이드하거나, 아니면 콜린스 에어로스페이스와 같은 경쟁사들로부터 새로운 PTMS에 대한 해결책을 모색하는 것이다.

이번 주 초, '브레이킹 디펜스'를 포함한 소수의 언론사 기자들이 콜린스의 시설에 있는 연구실로 초대되었는데, 이곳에서는 수년간의 내부 투자가 콜린스의 PTMS 대체품이 될 F-35의 새로운 냉각 장치인 '강화된 전력 및 냉각 시스템(EPACS)'으로 절정에 달했다.

콜린스는 화요일 스텔스 전투기의 특정 운용 조건을 모의 실험하고 결과를 측정하기 위해 광범위하게 장비된 EPACS가 80킬로와트의 냉각 능력이라는 핵심 벤치마크를 입증했다고 발표했다.

콜린스사의 환경 및 기체 제어 시스템 부사장인 아이라 그리멧은 EMACS가 있는 시설에서 기자들과 가진 브리핑에서 "우리는 지난 5년간 이 기술을 개발하여 전투기를 위한 준비가 되어 있다고 느꼈다. 그리고 나서 2위는 EMD[엔지니어링 및 제조 개발] 단계가 다가오는 어떤 종류의 프로그램이든 간에 이것을 황금 시간대에 준비시키기 위해 필요한 대부분의 위험을 완화하고 태워버렸다"고 말했다.

잠재적인 경쟁이 다가오고 있는 가운데, 허니웰 국방우주국의 매트 밀라스 회장은 브레이킹 디펜스에 보낸 성명에서 기존의 PTMS 아키텍처를 업그레이드하는 것이 "검증되고, 저위험" 옵션이라고 주장하며, 이를 대체하기 위한 경쟁은 F-35에게 중대한 비용과 위험을 수반할 것이라고 강조했다. 다른 어떤 방산업체도 냉각시스템 대결 가능성에 대해 공개적으로 입장을 표명하지 않았다.

몇 년째 계속되고 있는 냉각 문제, 더 악화되고 있다

냉각 문제는 최소한 2008년에 이르러서야 드러났는데, 미 회계국의 이전 보고서에 따르면, 록히드사가 이 스텔스 전투기의 PTMS가 당초 예상했던 것보다 더 많은 양의 공기를 빼내 전투기의 엔진에서 배출시켜 엔진의 설계 사양을 넘어서는 것에 부담을 주는 것을 발견했다고 한다. 열 서명을 가려야 하는 스텔스 항공기들에게 중요한 특징인 냉각 이외에도 PTMS는 비상 전력 공급과 같은 다른 중요한 역할도 수행한다.

엔진에서 더 많은 블리딩 공기를 흡수하기로 한 결정은 비용이 많이 드는 절충안으로 입증되었으며, GAO는 프로그램의 라이프사이클 전체에 걸쳐 380억 달러의 비용이 들 것으로 추정하는 발전소의 더 큰 유지보수 위험을 초래한다.

합동 프로그램 사무소(JPO)는 블록 4로 알려진 다음 중요한 F-35 업데이트 세트가 프랫 앤 휘트니가 만든 비행기의 현재 F135 엔진과 함께 작동하도록 설계되었지만 블록 4 업그레이드로 인해 제기되는 "냉각 요구"는 "프로그램의 수명 동안 운영 및 유지(O&S) 비용을 증가시킬 것"이라고 동의했다

ECU(Engine Core Upgrade)로 알려진 프랫(Pratt)이 제공하는 다가오는 엔진 업그레이드는 "성능이 향상됨에 따라 블록 4 기능이 엔진에 미치는 요구를 충족시키고 O&S 영향을 제거할 수 있을 것이다. 프로그램 사무실 대변인 러스 괴마이어는 브레이킹 디펜스에 보낸 성명에서 "F135 ECU와 짝을 이루는 현대화된 PTMS 솔루션은 블록 4 기능 이상을 가능하게 할 것"이라고 말했다.

그러나 JPO는 "현대화된" PTMS에 도달하기 위해 현재의 허니웰 PTMS가 경쟁을 통해 업그레이드 될 것인지 아니면 도매로 교체될 것인지에 대해 아직 공식적으로 발표하지 않았다.

하지만 미 국방부가 그런 방향으로 기울고 있다는 징후들도 있다. 예를 들어, 마이크 슈미트 공군 중장은 12월 의회 청문회에서 F-35의 현대화 과제를 논의할 때, 산업계의 참여를 확대할 용의가 있음을 시사했다.

장군은 의원들에게 "전력과 열 관리 시스템의 훌륭한 공급자들이 많이 있는데 이 토론에 참여하고 싶고 이 토론에 참여할 것"이라고 말했다. 그러나 이 모든 것을 하나로 모으려면 먼저 정말 좋은 엔지니어링 작업을 해야 한다.

괴마이어는 "미 국방부가 PTMS 경쟁을 벌이기로 했느냐"는 질문에 "JPO는 시장조사를 완료하고 있다"며 "조사가 완료되면 전투기에 더 큰 냉각력과 전력을 제공하는 최선의 방법을 결정할 것"이라고 말했다

F-35 프로그램은 업계에 입력을 요청했으며, 가장 최근에는 62 킬로와트의 최소 냉방 목표와 80 킬로와트의 목표를 설정한 정보 요청서(RFI)를 발표했는데, 콜린스 통계청은 이번 주에 입력을 받았다고 말했다. 일반인의 말로 하자면, F-35의 하위 시스템에서 80 킬로와트의 열이 발생하면, PTMS 솔루션으로 열을 충분히 식힐 수 있는 능력이 있다는 뜻이다.

EPACS Lab 내부

EPACS 시제품이 들어 있는 두꺼운 벽돌담 밖에서 수석 엔지니어 Matt Pess와 그의 팀은 시험 운행을 위해 시스템에 불을 붙였다. 테스트가 진행되는 동안 가상 그래프는 제트기의 항공 전자 장치에서 발생하는 시뮬레이션 열, 조종석으로 펌핑되는 공기의 온도, 액체 냉각수가 열원으로 전달되기 전과 후의 온도 등 네 가지 주요 요소를 적극적으로 측정했다.

실험실의 모의항공전장치가 더 큰 열을 발생시킴에 따라, 그래프는 온도 판독값이 급등하기 시작하는 것을 보여주었다. 그러나 EPACS는 반응하여 온도를 목표 범위에 두었다. Pess에 따르면, 그것은 조종석 공기의 경우 약 화씨 40도이고 제트기의 항공전장치에 공급되는 냉각수 액체의 경우 약 화씨 59도이다.

EPACS의 진공과 같은 굉음에 대해 말하면서, 페스는 그 시스템이 F-35의 비행 외피의 모든 요소들에 걸쳐 80 킬로와트 용량으로 무한정 작동하도록 설계되었다고 말했다. 모의 실험 동안, EPACS는 실제로 약 83 킬로와트 용량을 제공하면서, 그 80 킬로와트 목표를 약간 능가했다.

Pess는 EPACS는 현재의 PTMS보다 적은 양의 공기를 사용하도록 설계되었으며 F-35의 세 가지 변형 모두와 호환되도록 설계되었다고 말했다. 새로운 냉각 기술 개념은 있지만 그는 EPACS가 상업용 및 군용 항공기에서 일반적으로 사용되는 전통적인 공기 순환 기술에 기초하고 있다고 강조했다.

그는 "정말로 특별한 것은 없다"며 "그것은 우리가 이전의 [프로그램]에서 했던 것을 적용한 것일 뿐"이라고 말했다

JPO의 RFI는 정부가 대략 2032년 안에 해결책을 내놓을 준비가 될 것으로 기대한다고 말한다. 페스는 EPACS가 "이르면 2030년에" 생산을 중단할 준비가 될 수 있다고 말했다

통합 '도전'

현재 공급업체인 허니웰사의 경우, 회사 관계자들은 새로운 PTMS를 통합하려고 시도하는 것은 F-35 프로그램 전반에 문제를 야기할 수 있다고 경고했다. 허니웰사의 경영진들은 작년 '브레이킹 디펜스'와의 인터뷰와 이번 주에 발표한 성명서에서, 받아들일 수 없는 개발상의 위험뿐만 아니라, 수십억 달러가 더 드는 비용에 대해 설명했다.

그리고 Aviation Week에 의해 보도된 바와 같이, 허니웰은 더 높은 냉각 능력 범위에 도달하기 위해서는 항공기에 침습적인 변화가 필요하다고 주장한다. 예를 들어, 그것은 액체 냉각제를 운반하는 관을 확대하는 것뿐만 아니라 관이 통과하는 항공기에 뚫린 구멍을 넓히는 것을 의미할 수 있다.

허니웰의 밀라스는 이번 주 브레이킹 디펜스와의 인터뷰에서 "PTMS는 '플러그 앤 플레이' 시스템이 아니며, F-35의 심장과 순환 시스템이며, 14개의 다른 작동 모드로 작동하도록 설계된 초기부터 F-35 항공기 디자인에 고도로 통합되어 있다"며 시스템이 현재 요구 사항을 충족한다고 강조했다.

밀라스는 기존의 PTMS 구조를 개선함으로써 군이 "재개발과 중요 기능에 대한 항공기 시험을 동시에 수행하는 기술적, 일정적 위험"을 피할 것이라고 주장했다. 또한 그렇게 함으로써 기존의 공급자 기반을 유지하고 더 쉽게 개조할 수 있을 것이라고 주장했다.

콜린스의 페스는 새로운 PTMS가 항공기에 다른 중대한 변화를 요구할 가능성에 대한 질문에 "나는 우리가 이 시스템이 무엇을 제공할 수 있는지 구체적으로 말할 수 있을 뿐이라고 생각하며, 그 통합의 나머지 부분은 록히드사에게 질문이 되어야 할 것"이라고 머뭇거렸다. 그는 록히드사가 항공기에 어떤 다른 변화가 이루어져야 하는지 "아직도 이해하려고 노력하고 있다"며 "그것은 우리의 것이 아니라 그들의 범위 내에 있는 것일 것"이라고 말했다

페스는 "EPACS 시제기는 PTMS 주변의 경계 조건을 가지고 시뮬레이션되고 있다"며 "이 조건들은 록히드사와의 이전 연구를 통해 알 수 있다"고 말했다.

페스는 통합이 실험실에서 보여준 성능에 어떻게 도전할 것인가를 묻는 질문에 "통합에 들어갈 때 진짜 질문은 비행기에서 무엇을 더 바꿔야 하는지, 그리고 그것이 경계 조건에 영향을 미치는가 하는 것이라고 생각한다"고 말했다.

허니웰은 이전 인터뷰에서 RTX의 부당성을 추가로 고발해 자회사 콜린스와 프랫 사이의 부당한 조정을 시사했다. 당시 프랫 관계자들은 혐의를 부인했고, 페스는 프랫이 이전 연구에 관여했지만 허니웰의 우려가 드러났을 때 그와 콜린스 사이에 '방화벽'이 놓였다고 말했다. 페스에 따르면 PTMS에 필수적인 인터페이스 정보는 프랫이 아닌 비행기 제조사 록히드에서 나온다.

콜린스는 EPACS가 실험실에서 주요한 기능들을 입증했다고 말하지만, 많은 고려 사항들이 그것을 비행기에 싣는 데 방해가 된다. 많은 것들 중 한 가지 요인은 그것의 무게이다: 회사가 JPO가 평가하기 위해 그 정보와 EPACS에 대한 더 많은 정보를 제공했지만, 콜린스는 현재 PTMS의 무게가 얼마인지 알지 못한다고 말했다. 그는 "이 정도의 능력을 갖추면서도 무게를 줄일 수 있는 방법을 찾을 수 있다면 매우 놀랄 것"이라고 말했다.

페스는 "통합 작업에 어려움을 겪을 것"이라며 "시스템에 변화를 줘야 한다"고 말했다. 록히드 팀과 함께 이 같은 노력을 하고 플랫폼에서 그 어려운 점들이 정확히 어디에 있는지 이해할 때 우리는 이를 흡수할 수 있을 것이며 여전히 동일한 기능을 제공할 수 있을 것"이라고 말했다.

그는 "록히드사가 EMD(엔지니어링 및 제조 개발) 프로그램을 시작한다면 우리는 해야 할 일이 많다"며 "우리는 그것이 가능한 한 적게 문제가 되도록 하고 싶다"고 덧붙였다