KF-21, 국산화 성공 눈앞…남은 퍼즐은 ‘엔진’

"KF-21은 떴다. 하지만 심장은 아직 미제다." 한국형 전투기 보라매(KF-21)의 성공적인 시험비행은 항공강국을 향한 첫걸음으로 평가받고 있다. 그러나 정작 핵심 동력장치인 엔진은 여전히 미국산이다. 전투기의 자립은 완전한 독립 생산으로 완성되며, 항공엔진은 그 최종 관문이다. 한국 기업들은 지금 이 '엔진 국산화 전쟁'에 본격적으로 돌입하고 있다.

엔진 독자기술 보유국, 세계 6개국뿐

항공엔진은 항공기 기술의 집약체다. 수만 개의 부품이 1500도 이상의 고온을 견디며 수만 시간 작동해야 한다. 이 복잡한 조건을 충족하는 기술을 보유한 국가는 미국, 영국, 프랑스, 러시아, 중국, 우크라이나 등 단 6개국뿐이다. 이들은 단순히 엔진을 생산하는 수준을 넘어, 설계와 시험평가, 양산 능력을 모두 갖춘 ‘완전체 기술국’이다. 한국은 아직 그 문턱에 서 있다.

정부는 2023년부터 3조 원 이상을 투입해 KF-21 전투기에 탑재할 항공엔진의 국산화에 속도를 내고 있다. 방위사업청과 국방과학연구소(ADD)는 2030년대 초반까지 완전한 엔진 자립을 목표로 로드맵을 추진 중이다. 이는 단순한 기술 확보를 넘어, 수출 경쟁력과 군사 안보를 위한 전략 자산 확보 차원이다.

KF-21 엔진, GE 설계 기반 조립이 현실

KF-21에 탑재된 F414-GE-400K 엔진은 미국 제너럴일렉트릭(GE)의 설계를 기반으로 한화에어로스페이스가 국내에서 조립 생산하고 있다. 이는 설계도면을 제공받아 국내 부품으로 조립하고, 최종 시험을 거치는 방식이다. 겉보기에는 국산화된 듯하지만, 실질적으로는 핵심 기술 대부분이 외국에 의존하고 있다. GE의 수출통제 규정에 따라 정비 범위나 해외 수출 시 제약이 따르는 점도 문제다. 군용 장비의 전략적 독립성이 필요한 이유다.

기업들도 전열을 가다듬고 있다. 한화에어로스페이스는 GE의 F414 엔진을 조립해 한국항공우주산업(KAI)에 납품하고 있다. 반면 두산에너빌리티는 대한항공, KAI와 협력해 독자 항공엔진 개발에 착수했다. 발전·원자력 중심 기업이 항공엔진 산업에 도전한 배경에는 중장기 성장동력 확보와 방산 전략사업화 의지가 깔려 있다.

두산 측은 “자체 소재기술과 터빈 경험을 바탕으로 항공기용 고온 부품 생산에 도전하고 있다”고 밝혔다. 대한항공은 축적된 항공정비(MRO) 노하우를 엔진 설계 역량으로 전환하고 있으며, KAI는 완성기 제작 기술을 총동원해 ‘심장 자립’의 기반을 다지고 있다.

1500도 고열 견디는 냉각기술이 관건

항공엔진 개발의 가장 큰 장벽은 소재 기술이다. 엔진의 핵심 부품인 터빈 블레이드는 니켈합금으로 제작되며, 단결정 공정이라는 초고난도 기술이 필요하다. 블레이드는 1500도가 넘는 열을 견디며 고속 회전해야 하며, 미세한 균열 하나도 치명적일 수 있다. 냉각 기술, 열처리 정밀도, 마이크로 가공 등 복합 기술이 총동원된다.

현재 한국은 미국과 프랑스 등 선진국에서 정밀 블레이드와 냉각 채널 설계 기술을 일부 도입한 상태다. 몇몇 부품은 국산화에 성공했지만, 독자 설계 능력은 아직 확보하지 못했다.

고온 환경을 견디는 열차폐코팅(TBC) 기술도 핵심 과제다. 이는 금속 산화를 방지해 엔진 수명을 늘리는 동시에 유지보수 비용에 직결된다. 내열합금 소재의 입자 제어, 표면 균일성 확보 등 고도의 금속공학 기술이 요구된다. 이 분야는 GE, 롤스로이스, 사프란 등이 30년 이상 축적한 기술력으로 주도하고 있다. 한국은 현재 항공우주연구원과 일부 대학을 중심으로 원천기술 개발에 나서고 있다.

항공 자립 위한 10년 과제, 이제 시작이다

그렇다면 GE 의존에서 벗어날 수 있을까. 현재 KF-21 엔진은 GE가 개발한 F414를 국내에서 조립하는 수준이다. 진정한 자립은 설계부터 시험평가, 내구성 입증까지 독자 기술로 해내야 한다. 이는 단기간에 가능한 일이 아니다.

일본 IHI는 독자 엔진 XF5 개발을 시도했지만 내구성과 출력 문제로 양산에 실패했다. 독일도 항공기용 엔진 독자 생산을 포기하고, 유럽 합작체인 MTU를 통해 공동 개발 체제로 전환했다. 한국 역시 시험평가 인프라 구축, 고온 내구 시험 장비 확보, 설계 인력 양성 등 해결해야 할 과제가 적지 않다.

김윤철 한국항공대학교 항공기계공학과 교수는 “항공엔진 분야는 기초설계부터 피로시험, 반복 실험까지 모든 단계에서 수십 년의 경험이 축적돼야 한다”며 “한국이 지금처럼 정책적·산업적 의지를 유지한다면 10~15년 내 중추적인 기술 기반을 확보할 수 있을 것”이라고 내다봤다.

최명진 한국기계연구원 항공기계연구실장도 “항공엔진 개발은 실패를 감내할 수 있는 시스템을 함께 만드는 일”이라며 “현재는 시험환경과 예산, 인력 양성에서 불균형이 크지만, KFX 사업을 통해 일부 인프라 기반은 마련되고 있다”고 말했다.