NASA가 개발한 극초음속 미사일 개발을 돕는 AI - 2022.04.29

미국 NASA(National Aeronautics and Space Administration)는 미국의 극초음속 프로그램에서 돌파구가 될 극초음속 미사일 개발에 도움이 되는 인공지능을 개발했다고 한다. 

 

미국에서 개발 중인 극초음속 미사일은 ‘scramjet’ 또는 ‘supersonic combustion ramjet’이라 알려진 기술을 사용하며 이 기술을 이용하여 극초음속의 속도에 도달하기까지 최적의 연료 효율을 확보한다.

 

Scramjet은 훨씬 빠른 속도에 도달하기 위해 최대 효율의 추력 메커니즘을 사용하며 더 작고 가볍게 제작되어 기존의 로켓에 비해 더 긴 운용 거리를 가질 수 있다.

여기 극초음속 미사일을 개발하는 부분에 인공지능의 역할이 있다.

 

NASA는 최대 거리와 파괴력을 위해 미사일을 최적하는 능력을 갖춘 인공지능을 개발했다고 한다.

개발된 AI는 전산유체역학(CFD, Computational Fluid Dynamic) 결과를 사용하여 scramjet 미사일 설계를 최적화한다. 

(미국에서 개발중인 극초음속 미사일 개념)

 

이 인공지능은 독보적으로 빠르고 세계에서 가장 넓은 운용 거리를 갖는 극초음속 미사일 개발을 가능하게 할 것이며 무기개발 경쟁에서 미국을 선두에 서게 만들 것이다.

 

기술 작가인 Will Lockett에 따르면 이제 남은 것은 이 최근에 테스트 된 극초음속 공기 흡입 무기 개념에 적용하고 폭탄을 장착하고 이륙하는 것만 남았다고 한다. 

그는 다음과 같이 설명한다.

“일반적인 제트기에서 터빈은 들어오는 공기를 압축하고 이후 연료가 주입되고 점화되며 제트기 밖으로 공기가 나가면서 추력을 만든다.

그러나 scramjet는 이러한 터빈을 없앴다.

대신에 최적의 연소를 얻기위해 항공기의 속도를 이용하여 램 공기를 적당한 압력과 함께 연소실로 보낸다.

이것은 일반적인 제트기보다 훨씬 더 효율적이며 강력함을 만들어낸다.”

 

(중국의 극초음속 항공기로 보이는 영상)

중국은 지난 1월 24일에 scramjet으로 보이는 새로운 엔진에 대한 비행 시험을 수행했다고 한다.

전문가들은 향후 중국의 극초음속과 근거리 우주 제트기의 동력을 공급하는 데 사용될 것으로 믿고 있다. 

 

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[Scramjet 기술을 통한 극초음속]

시속 21,000 마일의 속도로 비행하는 극초음속 미사일은 핵미사일을 탑재할 수 있으며 scramjet으로부터 추력을 얻는 미사일은 아주 높은 정확도로 표적을 파괴할 수 있다.

중국과 러시아는 극초음속 미사일을 운용하고 있으나 미국은 아직 실전 배치를 못하고 있다. 

극초음속 미사일은 빠른 속도로 오늘날의 대공 방어와 탄도 미사일 방어 시스템을 통과할 수 있다.

또한, 많은 폭탄을 탑재하지 않고도 운동 에너지만으로 두꺼운 방호 시설을 뚫고 들어가 표적을 파괴할 수 있다.

 

그러나 미사일이나 항공기가 음속 장벽을 넘게되면 뜨겁고 밀집도가 높은 충격파가 생성되고 주면의 공기보다 더 높은 압력이 생성된다.

공기 마찰은 극초음속 영역에서 극한에 도달하며 일반적인 상업용 항공기의 특정 부위는 녹기 시작한다. 

대형 민항기에서 볼 수 있는 것과 같은 기존의 “공기-순환” 제트 엔진은 연료를 연소하기 위해 적극적으로 산소를 흡입하고 압축한다.  

그러나 제트기나 무기가 음속의 세배에 달하는 속도에 도달한 후에는 제트기나 무기가 공기 중에서 이러한 일을 자체적으로 수행하게 되기 때문에 더 이상 필요치 않게 된다.

이러한 기술을 이용하여 scramjet 엔진은 기존 로켓이 가질 수 없는 연료 효휼성을 확보할 수 있게 된다.

  

그러나 이러한 엔진이 엔진 내부와 주변에서 유체 힘에 어떻게 작용할지 유체역학 모델을 생성하는 것은 기본적으로 어려운 문제이다.

 

 

[인공지능이 이를 발전시킬 수 있을까?]

이번 달 초, NASA는 아음속과, 초음속, 그리고 극초음속의 속도 조건에서 엔진의 난류성 공기 흐름에 연소가 어떻게 움직이는지를 시뮬레이션하는 VULCAN-CFD 극초음속 전산 유체역학 코드를 개발했다고 한다.

 

이 소프트웨어는 거대한 다중 차원의 테이블의 각 항목에 ‘flamelet’이라 불리는 일차원 화염 이미지를 저장하여 동작한다. 

NASA와 ANL(Argonne National Laboratory) 연구원들로 구성된 팀은 최근에 초음속과 극초음속의 속도에서 연료 연소의 CFD를 실행하는데 필요한 메모리와 비용을 줄일 수 있는 기계 학습 기법에 대한 상세한 내용을 논문으로 발표했다. 

CFD 시뮬레이션은 비행 중 항공기 주변의 수많은 힘들과 이들의 상호 작용을 확인하기 위한 항공기 시험을 하기 전에 사용된다.

CFD는 공기나 물과 같은 유체의 행동을 모델링 하는 수치적 방법으로 표현한 것이다.  

NASA와 ANL의 연구원들은 인공지능을 통해 메모리 요구 사양과 프로세싱 부담을 낮춤으로써 CFD 시뮬레이션을 단순화하여 혁신적인 항공기 개발을 더 빠르게 할 수 있는 방법에 대한 연구를 수행하고 있다.

 

미국은 극초음속 무기 개발에 투자를 늘리고 있다.

앞서서 미국은 극초음속 시험을 조용히 수행하여 성공을 거두었다.

동유럽과 인도-태평양 지역의 긴장이 고조되는 시기에 미국은 이 지역의 적국들과의 극초음속 능력의 차이를 줄이기 위해 노력하고 있다.

 

 

출처 : The EurAsian Times