영국 항공모함 이야기입니다.
영국 해군만 다루는 포럼에 퀸 엘리자베스급 항공모함의 선체 설계 결정 과정 이야기가 있어 갈무리 해봅니다.
퀸 엘리자베스급 항공 모함을 (이하 "QEC" 로 합니다, Queen Elizabeth class Carriers) "과대한 허영심의 프로젝트" 라고 말하는 사고 방식을 가진 사람들이 있으며, 영국 해군이 더 작은 소형 함정을 건조 했어야 했다는 불만이 정기적으로 발생합니다.
이 장문에서 우리는 QEC 의 개발 맥락과 대형 항공 모함 조달에 대한 사례를 분석합니다.
QEC 는 공식적으로 영국 해군을 위해 건조 된 가장 큰 선박입니다.
항공모함의 기준 배수량은 65,000 톤이지만 일부에서는 이 수치를 초과 할 수 있다고 분석합니다.
연료, 항공기, 무기 및 사람을 가득 실으면 이 선박에 10,000 톤이 추가됩니다.
공식 간행물은 실제 효용에 앞서 규모, 엔지니어링 성과 및 전체 톤수 증가에 대한 기여도를 강조하는 경향이 있습니다. 그러나 대형함의 건조는 비평가들의 관심을 끌었고, 많은 사람들은 우리가 더 작은 "인빈시블급 플러스" 개념을 추구했어야 하거나 항공 모함을 완전히 포기했어야 한다고 비평합니다.
훨씬 더 잘못된 비평은 QEC 보다 우리가 더 작고 또는 더 많은 플랫폼에 투자함으로써 수십억 파운드의 비용을 절감할 수 있었다는 비평입니다.
해군이 정말로 "미친 짓" 을 벌인 것인지 이해하려면 21세기 초 영국 정부의 성격, 디자인 프로세스 및 의사 결정 과정을 돠돌아 볼 필요가 있습니다.
1998년 7월 국방 백서는,
"새로운 군사력 투사 전략의 핵심은 각각 최대 50기의 항공기와 헬리콥터로 구성된 2척의 대형 4만톤급 항공 모함을 확보하는 계획입니다”
라고 밝혔습니다.
2001년 Joint Strike Fighter (JSF / F-35) 가 항공 모함의 주력기가 될 것이라고 결정되기 전까지는 알려진대로 Future Carrier Borne Aircraft (FCBA) 가 어떻게 생겼는지 정확히 알 수 없었습니다.
항공 모함 설계에 대한 초기 연구에는 CATOBAR , STOBAR 또는 STOVL 변형과 다양한 CAG ( Carrier Air Group ) 모델이 포함 되었습니다 .
일찍이 1954년에 38기의 항공기를 운용할 수 있는 28,000 톤의 항공 모함 설계가 연구되었지만 해군 위원회는 이 배가,
"큰 항공 모함을 상대하기에는 너무 작고, 소형 항공 모함 상대로는 너무 크다"
라고 결론 지었습니다.
CVA-01 항공 모함 프로젝트 (1966 년 취소됨) 를 위해 수행 된 설계 작업은 QEC 사양에 큰 영향을 미쳤습니다.
저명한 선박 설계가 David K. Brown 은 CVA-01 에 대해 다음과 같이 말합니다.
"특히 문제는 배수량과 비용의 연관성이었는데, 합의 된 배수량 53,000 톤 이내로 선박을 유지하기 위해 중량을 줄이는 과정에서 복잡하고 값비싼 해결책들이 채택 되었기 때문에 오류가 입증 되었습니다."
CVA-01 설계자는 톤수를 40,000 톤에서 50,000 톤으로 늘리면 비용은 10% 증가하지만 항공기 운용 능력은 50% 증가한다는 사실을 이미 발견했습니다.
2001년 CVF 에 대한 연구에 따르면 두 선박의 건조 비용이 40억 파운드에서 30억 파운드로 25% 감소하면 항공기 출격률이 50% 감소할 것이라고 결론지었습니다.
인빈시블급은 원래 "비행 갑판 순양함" 으로 분류 되었으며 비용만큼이나 정치적 이유로 작게 유지되어 1966년 영국 해군에서 항공 모함을 없앤다는 결정에도 불구하고 영국 해군의 해군 항공대가 생존할 수 있도록 했습니다.
인빈시블급들은 기적을 행했고, 포클랜드 전쟁에서 항공 모함의 필요성을 입증했지만 인빈시블급의 작은 크기는 항상 작전과 수명 연장 개량 가능성을 제한했습니다. 영국 해군은 다시는 임의로 설정한 배수량 제한에 갇히지 않기로 결정했습니다.
더 많은 항공기를 지원하기 위해 인빈시블급 경항모에 다양한 개량이 진행 됐음에도 불구하고, 1990년대 중반 보스니아에서 작전을 수행하는 동안 8기의 함재 해리어기들은 높은 신뢰성에도 불구하고 하루에 한번만 출격할 수 있었습니다.
해리어는 보스니아 작전을 지원하기 위해 2,200 회 이상의 출격을 수행했으며 이는 매우 유용한 공헌이었지만 작전 분석에 따르면 중강도 시나리오에서 결정적인 타격 능력을 제공하려면 약 50기의 항공기가 필요하다고 결론 내렸습니다. 더 많은 수의 항공기를 운용하면 개별 기체에 대한 부담이 줄어들어 계획된 유지 보수가 가능하고 더 많은 횟수의 지속적인 출격이 가능합니다.
2002년 9월, 영국은 JSF 의 STVOL F-35B 변형을 구매하기로 결정했지만 CVF 는 필요한 경우 나중에 CATOBAR 작업을 위한 재구성을 허용하도록 제작 되었습니다.
이로 인해 선박의 크기가 약 10,000 톤 증가했을 수 있지만, 적응 능력이 유연한 항공모함은 미래에 큰 이점이 될 수 있습니다.
F-35 의 대체기는 거의 확실하게 장거리 무인 항공 시스템이 될 것입니다.
QEC 는 틈새 시장의 대형 STOVL UAV 를 새로 개발하는 것보다 기존에 출시 된 항공 모함용 UAV 를 구입하는 것이 더 저렴하고 기술적으로 덜 도전적일 수 있습니다.
2001년의 최초 사양에서는 24시간마다 최대 150기의 고정익기 출격을 할 수있는 항공모함을 요구했지만 2002년 말에는 110기로 줄여야한다는 것이 받아 들여졌습니다.
설계안은 "크기가 두 배" 가 아니었지만 대신 경쟁과 여러 배수량 옵션을 포함하는 반복적인 개선 과정을 통해, 원래의 '골드 스탠다드' (알파안) 개념은 73,000 톤의 선박을 만들었지만 부분적으로 장갑재 개량, Aster 미사일 및 매우 높은 수준의 자동화를 포함했기 때문에 비용상의 문제로 거부 되었습니다.
이후 55,000 톤의 '최소 실행 가능한 기술 설계' (브라보안) 은 데미지 컨트롤 및 안정성 표준을 충족하지 못했습니다.
찰리안은 더 크게 세분화 되어 개발되었지만 내부 체적이 감소 했습니다. 찰리안의 타협은 건조에 기술적 위험과 복잡성을 추가하는 것으로 보여졌으며, 영국 해군은 약간 더 큰 선박에 대해 약간의 예산 증가를 성공적으로 주장했습니다.
그 결과 65,000 톤급의 델타안이 나왔고, 이 안이 오늘날 우리가 알고 있는 QEC 의 기준으로 채택 되었습니다.
QEC 가 JSF 를 중심으로 설계 되었기 때문에 해리어를 교체하는 F-35B 는 훨씬 더 크기에 더 많은 갑판 공간, 더 큰 격납고 및 더 강력한 엘리베이터가 필요하다는 점에 유의해야 합니다.
F-35B 의 날개 길이는 해리어 GR.9 보다 1.5m 이상 크고, 높이 또한 1m 이상 크며, 최대 이륙 중량은 거의 두배입니다. 1998년에 꿈꿨던 40,000 톤급의 경항모라면 해리어 50기는 비좁지만 운용할 수 있었겠지만, F-35B 는 아예 운용이 불가능 합니다.
더 큰 선박은 분명히 더 많은 재료와 내부 부속품이 필요합니다. 직관적으로 더 큰 선박은 실제로 건조하기가 더 쉬울 수 있으며 내부 시스템 및 장비 설치에 더 나은 접근성을 제공하기 때문에 비례적으로 더 적은 노동 시간이 필요할 수 있습니다.
접근성에 대한 재료 비용과 업그레이드를 위한 공간간의 절충은 아래에서 고려할 훨씬 더 중요한 총 소요 비용에서 고려할 사항입니다.
현대 전투함의 주요 지출 비용은 무기, 센서 및 전자 제품에 대한 것이며, 일반적으로 철강 제품은 비용의 5%에 불과합니다.
항공모함의 경우 선체 크기에 비해 장비 밀도가 약간 낮기 때문에 이 수치는 비례적으로 약간만 높습니다.
버나드 그레이 전 국방 장관은 QEC 내부 장비의 추가 비용을 다음과 같이 지적합니다.
"… 수백 마일의 추가 광섬유 케이블, 추가 화재 안전 격벽 및 데미지 컨트롤 승무원, HVAC 등은 말할 것도 없습니다. 35,000 톤급 함정의 비용은 27억 파운드의 건조비가 필요했고, 65,000 톤급 함정은 37억 파운드가 필요했습니다." (건조 지연 전 예산입니다)
다시 말해 건조 비용이 27% 증가하면, 46% 더 커진 항공모함을 건조할 수 있었고, 더 커진 항공모함은 잠재적인 능력이 약 250% 증가한다는 엄청난 이점이 있었습니다.
“미국인들에게 깊은 인상을 주기 위해” 대형 선박을 건조했다는 불만은 명백히 터무니 없습니다.
미 해군은 또 다른 대형 갑판의 가용성을 높이 평가하고 있으며, 가장 중요한 국제 동맹과의 상호 운용성은 분명히 엄청난 가치입니다.
미국은 많은 유럽인들이 직면하고 싶지 않더라도 2차 세계 대전과 다른 NATO 국가들이 부담을 공유해야하기 때문에 유럽 방어를 효과적으로 인수했습니다.
미 해군은 모든 종류의 항공 모함 프로젝트를 가능하게 했으며 첫 번째 작전 배치에서는 HMS 퀸 엘리자베스함에서 비행하는 미해병대의 제트기를 보게 될 것입니다. 2024년까지 최대 24기의 영국 F-35B 가 운용 되더라도 미국 해병대의 F-35B 는 최대 36기까지 수용할 수 있습니다.
2003년 10월 노동당 정부는 방위 백서 “변화하는 세계에서 안보 제공”을 발표 했습니다.
2003년 3월에 시작된 이라크 전쟁에 자금을 지원하기 위해 기본적으로 돈을 아낀다는 정책이었습니다.
이에 따라 3척의 23형 프리깃이 칠레에 팔렸고, 45형 구축함 조달 계획은 12척에서 8척으로 줄었습니다.
공격 원잠 2척, 42형 구축함 3척, 소해함 6척은 조기 퇴역 당했습니다.
앨런 웨스트 제독이 "자신의 초대형 항공 모함" 에 자금을 지원하도록 해군 함대를 버리는 것을 허용했다는 신화는 오늘날까지도 회자되고 있습니다.
사실, 세가지 모두 텔릭 작전 운영에 자금을 지원하기 위해 크게 삭감 되었습니다.
노동당은 몇 년 후 아프가니스탄 분쟁에 자금을 지원하기 위해 꼼수를 되풀이 했지만, 더 미묘하게 대처 했습니다.
초기 건조 가격이 중요하지만 건조비는 일반적으로 군함의 총 수명 비용의 20%에 불과하며, 50년이라는 매우 긴 계획 서비스 수명을 가진 QEC 의 경우에는 더 적을 것입니다.
아무도 50년이라는 오랜 기간동안 기술과 항공기가 어떻게 변할지 예측할 수 없으며, QEC 에는 시간이 지남에 따라 업그레이드 및 수정을 위한 충분한 여유 공간이 있습니다.
여유 공간이 있더라도 작업 공간이 더 비좁기 때문에 소형 선박을 수정하는 작업은 더 까다롭고 비용이 많이 들 수 있으며 새로운 장비에 대한 접근 경로를 만드는 데 복잡한 작업이 필요할 수 있습니다.
설계 수명이 긴 대형 함정을 건조하려면 초기 비용이 약간 더 많이 지불 될 수 있지만, 바꿔 말하면 25 ~ 30 년 내에 함정을 완전히 교체하는데 드는 비용보다 훨씬 더 많은 자금을 절약할 수 있습니다.
어쨌든 우리가 어떤 형태로든 구입했을 항공기 비용은 제쳐두고, 항공모함의 가장 큰 운용 비용은 인건비입니다.
선원 모집, 훈련, 급여, 복리 후생 및 연금이 가장 큰 간접비를 형성합니다.
QEC 설계는 이러한 대형 함정의 선원수를 놀라울 정도로 낮게 유지함으로써 이미 큰 성공을 거두었습니다.
QEC 의 핵심 운용 선원은 800 명으로 배수량 81톤당 1명으로, 해군의 수상함 중 가장 낮은 인원 밀도 입니다.
인빈시블급 경함모의 선원은 685 명으로 38톤당 1명었습니다.
거대한 미국 니미츠급 원자력 항공모함은 28톤당 1명으로 3,500 명의 선원이 필요합니다.
더 큰 선박은 분명히 더 작은 선박보다 더 많은 연료를 소비하지만 연료 소비 증가는 크기에 비례하지 않습니다. 엔진이 극복해야하는 저항은 수중 표면적의 함수이지만 내부 부피가 두배인 선박이 수중 표면적이 두배가 되는 것은 아닙니다.
QEC 는 또한 선박 추진 기술의 발전으로 인해 크기와 관련된 연료 비용을 더욱 줄일 수 있습니다. 디젤과 최신 MT30 가스 터빈은 인빈시블급의 Olympus GT 보다 훨씬 효율적입니다.
대형 항공 모함이 피할 수없는 골칫거리가 하나 있다면 적절한 항만 도크 인프라를 제공하는 것입니다.
QEC 는 데번포트에 들어가기에는 너무 커서 영국에 접안할 수 있는 장소가 제한되어 있습니다.
포츠머스에는 새롭게 확장된 부두와 지원 건물이 건설 되었으며, 로치 롱에는 탄약 부두가 건설되었습니다.
이러한 투자는 항공모함의 운용 수명에 비하면 적은 투자이지만, 항공모함의 드라이 도크 문제는 제대로 다루어 지지 않았습니다.
포츠머스에 있는 특수 부두의 건설비는 약 5억 파운드로 책정 되었으며, 현재로서는 Rosyth 의 이상적인 부두와는 거리가 먼 부두를 사용하고 있습니다.
항공 모함이 작전에 배치되면 큰 비행 갑판의 이점이 더 명확하게 입증됩니다.
그들의 크기는 그들이 작은 함정보다 더 긴 범위에서 더 긴 시간 동안 지원받지 않고 작전을 수행 할 수 있게 합니다.
설계시 고려 사항은 아니지만 이는 현재 함대에 지원 선박이 부족한 것을 완화시키는데 부분적으로 도움이 될 수 있습니다.
QEC 는 약 400 회의 출격을 지원할 수 있는 탄약고 용량을 가지고 있으며, 첫날에 최대 110 번의 지상 공격 출격을 한 다음 하루에 약 50회의 출격을 추가로 5 ~ 6 일 동안 지속하는 작전 운용을 가정합니다.
이 도상 연습처럼 운용이 잘 되지 않을 수도 있지만, 대형 항공모함은 특유의 작전 유연성을 가지고 있습니다.
대형 비행갑판은 또한 중요한 헬리콥터 작업을 동시에 편안하게 실행할 수있는 공간을 제공합니다. 고정익 함재기들의 비행 프로그램과 병행해 함재 헬리콥터들은 24시간 ASW 및 조기 경고 범위를 유지하여 항공모함을 보호 할 수 있습니다.
갑판이 작을수록 격납고, 비행 갑판과 이착함 지점 사이의 항공기 운용이 더 복잡해 집니다.
또한 많은 할당되지 않은 공간과 예비 숙박 시설이 있으며, 이를 통해 배는 승선한 병력, 전문가, 의료진 및 기타 사람들을 포함한 많은 추가 인원을 편안하게 흡수하여 까다로운 임무에 유연하게 대응할 수 있습니다.
브리핑 룸, 사무실 공간 및 레크리에이션 공간을 사용할 수 있는 것은 단지 편안함의 문제가 아니라 보다 효율적인 운영에 기여할 것입니다.
오래된 항공모함의 경우 과부하 상태로 배치되었을 때 사람들은 통로의 캠프 침대에 수용되고, 욕실이나 기타 어색한 공간의 사무실에 즉흥적으로 수용 되었습니다.
큰 배가 쉬운 목표라는 인식이 있습니다. 이것은 사실이기도 하지만, 반대로 더 큰 배는 가라 앉기가 더 어렵습니다.
QEC 는 스텔스 함정이 아니지만 레이더 및 적외선 신호를 줄이기 위한 조치가 있으며, 많은 사람들이 상상하는 것보다 감지하기가 더 어렵습니다. QEC 의 크기는 또한 이중 선체를 포함하여 더 큰 수준의 수중 보호를 허용합니다. QEC 는 여러 개의 중복 시스템을 가지고 있으며, 추진 시스템은 특히 탄력적으로 엔진 룸은 넓게 분리되어 있습니다.
"큰 것" 이 본질적으로 더 나은 것은 아니지만, 영국 해군의 새로운 항공 모함의 무거운 배수량 뒤에는 매우 좋은 이유들이 있습니다.