향후 시스템 성능 업그레이드로 현재 냉각 시스템이 처리할 수 있는 것보다 훨씬 더 뜨겁게 작동하는 전투기가 될 것이라는 문제가 몇 년 동안 록히드 마틴의 F-35에 집중 제기되어 왔다. 

미 국방부는 단기적으로는 F-35 엔진의 대대적인 업그레이드를 통해 이러한 냉각 문제를 대부분 해결할 수 있을 것으로 예상하고 있다.

그러나 장기적으로, 군 당국은 수십 년 후의 위협 대응에 필요한 미래의 전투기 업그레이드가 열 계수를 더욱 높일 것을 우려하고 있으며, 최근 새로운 냉각 옵션을 모색하고 있다.

현재 하니웰 에어로스페이스사에서 만든 전투기용 전력 및 열 관리 시스템(PTMS)을 업그레이드하거나, 콜린스 에어로스페이스와 같은 경쟁사로부터 새로운 PTMS에 대한 솔루션을 찾는 것인데, 콜린스 에어로스페이스사는 이 가능성에 상당한 시간과 돈을 투자하고 있다.

콜린스 에어로 스페이스사는 PTMS를 대체할 새로운 F-35용 냉각 장치인 전력 및 냉각 시스템(EPACS)을 시연했다.

콜린스는 스텔스 전투기의 특정 작동 조건을 시뮬레이션하고 결과를 측정하기 위해 광범위하게 계측한 결과,

핵심 벤치마크인 80킬로와트의 냉각 용량을 입증했다고 1월 30일(현지시각)에 발표했다.

 콜린스의 환경 및 기체 제어 시스템 담당 부사장인 아이라 그리멧은 EPACS를 시연한 시설에서 "우리는 지난 5년 동안 이 기술을 개발하기 위해 투자해 왔으며,

첫째, 이 기술이 전투기에 적용될 준비가 되었다고 생각되는 시점까지 도달했다.

두 번째로, 우리는 향후 모든 유형의 프로그램의 EMD(엔지니어링 및 제조 개발) 단계에 대비하기 위해 필요한 대부분의 위험을 완화하고 제거했다."라고 밝혔다.

잠재적 경쟁이 임박한 가운데, 하니웰의 국방 및 우주 부문 사장 매트 밀라스(Matt Milas)는 기존 PTMS 아키텍처를 업그레이드하는 것이 "입증된 저위험" 옵션이라고 주장하며, 이를 대체하기 위한 경쟁은 동시 테스트에 대한 우려부터 현재 유지보수 인프라의 복잡성에 이르기까지 F-35에 상당한 비용과 위험을 초래할 것이라고 강조했다.

다른 어떤 방산업체도 공개적으로 냉각 시스템 경쟁에 뛰어들지 않았다.

스텔스전투기의 심각한 냉각 문제는 2008년으로 거슬러 올라가는데, 미회계감사국의 이전 보고서에서 록히드는 스텔스 전투기의 PTMS가 하위 시스템을 냉각하기 위해 원래 예상했던 것보다 더 많은 공기를 엔진에서 빼내야 했고, 엔진에 설계 사양을 초과하는 부하가 걸렸다는 사실을 발견했다.

열 신호를 감춰야 하는 스텔스 항공기의 핵심 기능인 냉각 외에도 PTMS는 비상 전력 공급과 같은 다른 중요한 역할도 수행한다.

스텔스 전투기의 열처리가 제대로 안되서, 적의 IRST(적외선추적시스템)에 포착이 되서 발각이 될수 있다는 의미다. 

엔진에서 더 많은 블리드 공기를 빨아들이기로 한 결정은 비용이 많이 들며, GAO는 프로그램 수명 주기 동안 380억 달러에 달하는 유지보수 비용이 발생할 것으로 추정하고 있다.

합동 프로그램 사무국 (JPO)은 블록 4 F-35 업데이트 세트는 Pratt & Whitney에서 만든 전투기용 현재 F135 엔진과 함께 작동하도록 설계되었지만 블록 4 업그레이드로 "냉각 요구"가 "프로그램 수명 기간 동안 운용 및 유지 보수 (O & S) 비용을 증가시킬 것"이라는 데 했다.

엔진 코어 업그레이드(ECU) 프랫의 향후 엔진 업그레이드는 "향상된 성능으로 블록 4 기능이 엔진에 가하는 요구를 충족하고 O&S 영향을 제거할 수 있을 것"이라고 한다.

F135 ECU와 결합된 현대화된 PTMS 솔루션은 블록 4 기능 그 이상을 가능하게 할 것이다."라고 프로그램 사무국 대변인 러스 고메어(Russ Goemaere)는 밝혔다.

그러나 "현대화된" PTMS에 도달하기 위해 특허청은 아직 기존 하니웰사제  PTMS를 업그레이드할지, 아니면 경쟁을 통해 전면 교체할지 발표하지 않았다.

하지만 국방부는 23년 12월 의회 청문회에서 F-35의 현대화 과제를 논의할 때 프로그램 책임자 마이크 슈미트 공군 중장이 더 광범위한 업계 참여에 열려 있다고 밝혔다. 

"전력 및 열 관리 시스템을 공급하는 훌륭한 공급업체들이 많이 있으며, 저는 이 토론에 참여하고 싶고 앞으로도 참여할 것이다. 하지만 이 모든 것을 통합하기 위해서는 먼저 정말 훌륭한 엔지니어링 작업을 해야 한다."라고 장군은 밝혔다. 

미국방부가 PTMS를 경쟁시키기 전에 특허청이 시장 조사를 완료할 것으로  보인다.

시장 조사가 완료되면 전투기에 더 큰 냉각과 전력을 제공하는 최선의 방법을 결정할 것이다.

F-35 프로그램은 업계에 요청했으며, 가장 최근에는 62 킬로와트의 최소 냉각 목표와 80 킬로와트의 목표를 설정 한 정보 요청 (RFI)을 발표했다.

F-35의 하위 시스템에서 80킬로와트의 열이 발생하면 PTMS 솔루션이 이를 충분히 냉각할 수 있는 용량을 갖추고 있다.

콜린스 에어로스페이스사의 연구팀은 EPACS 프로토타입이 설치되어 있는 시스템의 테스트가 진행되는 동안 가상 그래프는 전투기에서 항공 전자 시스템에 생성되는 시뮬레이션 열, 조종석으로 펌핑되는 공기의 온도, 액체 냉각수가 열원으로 전달되기 전과 후의 온도 등 네 가지 주요 요소를 측정했다.

실험실의 모의 항공 전자 장치에서 더 많은 열이 발생하자 그래프에서 온도 수치가 급상승하지만, EPACS가 반응하여 온도를 목표 범위로 안정화시켰다.

조종석 공기의 경우 화씨 40도, 전투기의 항공 전자장치에 공급되는 냉각수 액체의 경우 화씨 59도 정도다. 

모의 시연에서 EPACS는 실제로 80킬로와트 목표를 약간 초과하여 약 83킬로와트의 용량을 제공했다.

EPACS가 기존 PTMS보다 블리드 에어를 덜 사용하도록 설계되었으며 세 가지  F-35와 모두 호환될 수 있다.

새로운 냉각 기술 개념이 등장하고 있지만,  EPACS가 상업용 및 군용 전투기에 일반적으로 사용되는 전통적인 공기 순환 기술을 기반으로 하고 있다. 

에비이이션 위크의 보도에서 하니웰은 더 높은 냉각 용량 범위를 달성하려면 변경이 필요하다고 주장하고 있다.

예를 들어, 액체 냉각수용 튜브를 확대하고 튜브가 통과하는 뚫린 구멍을 넓혀야 할 수도 있다.

하니웰의 밀라스 부사장은 PTMS는 '플러그 앤 플레이' 시스템이 아니라 F-35의 심장이자 순환계이며, 14가지 작전 모드에서 작동하도록 설계 초기부터 F-35 항공기의 설계에 고도로 통합되어 있다며 이 시스템이 현재 요구 사항을 충족한다고 강조했다.

하니웰 에어로스페이스는 기존 PTMS 아키텍처를 업그레이드함으로써 군이 핵심 기능의 재개발과 항공기 테스트를 동시에 진행해야 하는 기술 및 일정상의 위험을 피할 수 있다고 주장했으며, 현재의 공급업체 기반을 유지하고 더 쉽게 개조할 수 있을 것이라고 주장하고 있다.

콜린스사 측은 새로운 PTMS가 항공기에 다른 중대한 변경을 요구할 가능성에 대해 묻는 질문에 "나머지 통합은 록히드가 결정해야 할 문제라고 공을 넘겼다.

하니웰은 자회사 콜린스와 프랫 사이의 불공정한 조정을 시사하며 RTX의 부적절성을 추가로 고발했다. .

 콜린스가 현재 PTMS의 무게가 얼마나 되는지 알지 못한다고 하지만, 콜린스는 성능을 유지하면서 무게를 줄일 수 있는 방법을 찾고 있다.

하니웰 에어로스페이스와 콜린스 에어로스페이스의 F-35용 열냉각시스템의 싸움은 시작되었고, 미국방부와 록히드마틴의 결정에 달렸다.

냉각시스템이 제대로 작동하지 못하면, F-35 라이트닝-II는 값비싼 스텔스전투기로서의 가치를 상실하기 때문에 새로운 경쟁입찰로 갈 공산이 크다. 

[디펜스투데이]