1. 공성무기
캐터펄트, 즉 사출기/투석기는 원래 화약 등의 폭발력 대신 장력을 이용하여 물체를 멀리 날리는 데에 쓰던 고대의 공성무기 중의 하나였다. 투석기, 발석거 등의 다른 표현도 있다. 이 표현은 그리스어로 아래로를 뜻하는 kata와 내던지다를 뜻하는 pallō의 합성어로서 거기서 유래해서 라틴어인 catapulta가 되었다.공성무기로서의 캐터펄트에 대한 자세한 설명은 투석기 문서로.
2. 항공기 사출 장치
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| 증기식 캐터펄트로 사출되는 F-14 |
| 갑판요원 시점에서 본 F/A-18E/F 슈퍼호넷과 EA-6B의 사출[1][2] |
| 영어 | Catapult |
| 독일어 | Flugzeugkatapult |
| 한자 | 射出機 |
역사상 최초의 항공기 캐터펄트는 1903년 새뮤얼 랭글리(Samuel Langley)가 발명한 탄성식 사출기였다. 그는 탄성식 캐터펄트를 설치한 선박을 포토맥 강에 띄워 놓은 후, 그가 발명한 유인 내연기관 탑재 비행기인 에어로드롬(Aerodrome)을 이륙시키려 했다. 그러나 1896년에 만든 증기기관 탑재의 무인기였던 5번기가 90초간 24~30m의 고도로 800m가량 자력비행에 성공하고 이후의 6번기도 1,500m가량 날았던 데에 비해 유인 실험기는 실패하고 말았고, 1903년 마지막 실험의 실패 이후 랭글리는 더 이상 항공기 실험을 하지 못했으며, 높으신 분들과 언론은 그의 실패를 까기 바빴다.[3]
이렇게 실패한 초기 캐터펄트 이륙 장치는 그 실패로부터 9년 뒤 미 해군에서 성공하였다. 미 해군은 압축 공기로 비행기를 이륙시키려고 실험을 했고, 그 실험기에는 당시 27세였던 미 해군 장교 시어도어 G. 엘리슨(Theodore G. Ellyson) 대위가 탑승했다. 그런데 7월 31일의 첫 실험에서 비행기가 사출되자마자 옆바람이 불어 그대로 물에 빠져 버렸고, 잘못하면 익사할 뻔했다. 그러나 같은 해 정지 상태의 석탄바지선 위에 설치된 캐터펄트에서 실시된 11월 12일 실험에서는 이륙에 성공하였고, 그는 역사 속에 미 해군 조종사 제1호로 기록되는 영예를 안게 되었다. 움직이는 배 위에서의 캐터펄트 이륙은 약 3년 뒤인 1915년 11월 5일 머스틴(H. C. Mustin) 중령이 탑승한 비행기로 달성되었다.
제1차 세계 대전 이후 많은 군함들이 정찰을 위해 수상기나 비행정을 장비하게 되었는데, 항공모함처럼 긴 비행갑판이 없었기 때문에 최단거리에서 이함시켜야 할 필요가 대두되었다. 그 이유는 수상기나 비행정은 수면을 이용해서 이함이 가능하긴 했으나, 수면이 거칠어지면 이함이 불가능해지고, 이런 방식의 이함을 하려면 수상기나 비행정을 크레인으로 수면 위에 내려놓아야 하므로 빠른 대응이 어려워지기 때문이다. 이에 비해서 착함은 일단 항공기의 목적을 달성한 후에 벌어지기 때문에 상대적으로 여유가 있었으므로 수상기나 비행정이 군함 근처의 수면에 앉으면 군함이 크레인으로 건져 올리는 방식을 채용했다. 그래서 영국 해군은 프린스 오브 웨일스 같은 전함에는 캐터펄트를 1기 장비하고 정찰 수상기나 비행정을 4대 배속하고, 더 작은 규모의 함선에는 수상기나 비행정을 1~2대 운용하거나 아예 크레인만 장비하여 비행정을 물 위에 내려놓고 자력으로 날도록 한 경우도 있었다.
제2차 세계 대전 중에 활약한 다수 군함이 캐터펄트를 이용하여 해군 함재기의 운용에 대거 활용하였다. 특히 미군의 경우 유압식 캐터펄트를 항공모함에 널리 사용하였고, 실제로 일본군보다 더 빠르게 함재기를 발진시키는 속도를 보였다. 반면 일본군은 1928년 실용시험 성공 이후 전함, 수상기모함, 중순양함 등은 화약식 캐터펄트를 이용하였으며, 경순양함이나 잠수항모 I-400의 경우는 공기식 캐터펄트를 채택하였다. 대략 3~5톤의 사출 능력을 지니고 있었다. 그러나 일본군은 유압식 캐터펄트를 실용화하지 못해서 가장 캐터펄트를 많이 필요로 하는 항공모함에는 캐터펄트를 채용하지 못했다.
이후 증기식 캐터펄트는 1950년 영국에서 본격적으로 처음으로 실용화되어, 현행 정규 항공모함의 대부분이 증기식 캐터펄트를 운용하고 있다. 그러나 역설적이게도 영국 해군에서는 1979년에 정규 항공모함 아크 로열[4]이 퇴역한 이후로는 운용하는 사례가 없고, 오히려 미국에서 널리 쓰이고 있다. 그리고 함재기도 크기가 커짐에 따라 중량이 늘어나자 캐터펄트의 출력 힘을 더욱더 높이기 위해 미국은 더더욱 캐터펄트 기술 개발에 몰두하였다.
미국의 항공모함은 그 크고 아름다운 규모에 걸맞게 재래식 추진이든 핵 추진이든 상관없이 풍부한 고온 고압의 증기를 이용하여 함재기를 고속으로 쏘아 내는데, 2톤 무게의 캐딜락 승용차를 올려놓고 쏘면 2km를 날아가다 수면에 떨어진다는 비유로 그 위력을 짐작할 수 있다.
2017년 들어서 브라질 해군이 경제위기 때문에 정규 항공모함 운용을 포기하면서 현재 증기식 캐터펄트를 장비한 항공모함은 미국 해군과 프랑스 해군만이 운용하고 있다.
전자기식 캐터펄트는 기존의 증기식을 대체하여 제럴드 R. 포드급 항공모함 및 중국의 003형 항공모함에 채택될 예정으로, 증기식의 문제인 콜드 캣등의 압력관리 문제로 인한 함재기 가속 미달 추락, 증기관 설치에 따른 신뢰성 문제 등을 해결할 방안으로 주목받고 있다. 그러나 전자기식은 막대한 전력을 소모하는 단점이 있어서 연료를 석유로 쓰는 구식 항모는 꿈도 못 꾸는 시설이나 최소 20년간 무제한적으로 전기를 끌어다 쓸수 있는 핵 항모에 있어 전기 수급 문제는 그리 걱정할 만한 것이 아니다.
여담이지만 영화 에너미 라인스에서는 극 초반부에 주인공이 "역풍이 불 때 항공모함의 캐터펄트를 사용하여 럭비공을 높이 띄우면 다시 되돌아올까?"라는 실험을 한 적이 있었는데 절반 정도 성공하기는 했지만 바다로 떨어진다. 이때 주인공이 "윌슨!"이라고 외치는 장면이 나온다.
캐터펄트를 이용한 사출 장면이 무척 멋지기 때문인지 건담이나 배틀스타 갤럭티카 등의 SF에서도 우주항모가 캐터펄트로 모빌슈트나 함재기 등을 쏴서 이함시키는 장면이 자주 등장한다. 캐터펄트로 사출 할 필요가 없는 무중력 공간인 우주에서 왜 굳이 캐터펄트가 필요하냐는 의문이 들수도 있는데, 우주에서는 양력과 실속의 개념이 없어서 가속하면 가속 할 수록 속도가 계속 붙는데다가 함선의 속도 + 캐터펄트의 속도가 더해져 이함 한다면 초기 가속에 들어가는 에너지나 연료를 절약할 수 있으므로 함선에서 발진할 소형기들은 그 크기 때문에 추진제를 많이 넣지 못하는데 비해 고기동 병기 특성상 추진제를 쓸 일은 많으므로 약간의 추진제라도 아낄 수 있는 캐터펄트는 오히려 지구에서보다 더 쓸모가 있다고 할 수 있다.[5]
미 해군은 초창기에 정찰 등의 요소로 긴급발진이 필요할 때, 아니면 갑판 위가 혼잡스러울 때를 대비해서 격납고에 캐터펄트를 설치, 비행 갑판을 거치지 않고 곧바로 함재기를 띄우기도 했다. 에식스급 6번까지도 이 시설을 갖추고 있었다고. 그런데 기술이 발달하면서 굳이 이런 걸 달지 않아도 빠르게 함재기를 띄울 수 있게 되고, 레이더가 발달하면서 이렇게까지 긴급 발진을 해야 할 필요성도 줄어들고, 함재기가 이함 후 측풍을 직빵으로 얻어맞는지라 위험하기도 했던 데다가, 전투에 돌입하면 격납고도 혼잡하긴 마찬가지였던지라 1944년부터는 이미 설치된 항공모함에서도 제거하게 되었다.
현대의 함재기들은 모두 대전기보다 매우 고중량/대형이라 캐터펄트 없이는 제대로 이륙이 불가능하거나, 무장 장착에 제한이 크다. 아무리 스키점프대나 SVTOL 등으로 이륙 시 보조를 받는다고 해도 캐터펄트를 통해 사출하는 것보다 이륙중량에 제한이 크기 때문에 무장이나 연료를 덜어낼 수밖에 없다.
이 캐터펄트를 담당하는 인원을 캐터펄트 슈터(catapult shooter)라고 부른다. 미국 해군에서는 해당 인사가 제대해서 항모를 떠나게 될 때, 신고 있던 신발을 캐터펄트로 날려버리는 이벤트를 행한다고.영상
2.1. 작동방식
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| 캐터펄트의 작동방식 |
캐터펄트의 원리 자체는 투창기와 거의 같으며, 작동 방식은 크게 공기식, 화약식, 유압식, 증기식, 전자기식으로 나눌 수 있다.
2.1.1. 공기식
최초로 성공한 캐터펄트에 사용된 방식. 압축공기를 이용하여 피스톤을 이동시키고, 그에 연결된 항공기를 급가속시킨다.크기에 비해서는 성능이 미약해서 캐터펄트 방식으로는 빠르게 도태했으나, 소수의 함재기를 함체에 무리를 주지 않으면서 빠르게 날리는 목적에는 적합해서 일본군 해군의 경순양함이나 잠수 항모에서 사용했다. 이중 가장 큰 잠수 항모인 센토쿠급에는 5t의 사출능력을 가지고 1기의 함재기를 사출한 후, 압축공기를 재충전하는 데 4분이 소요되는 공기식 캐터펄트를 사용했다고 한다. 현대에는 정찰용 드론을 이륙시키는 용도로 간혹 사용된다.
또한 공기식 캐터펄트의 원리는 어뢰발사관에서 어뢰 발사시에 쓰인다. 이 방식을 사용하지 않는 어뢰발사방식은 잠수함에서 은밀성을 위해 어뢰를 처음부터 스스로 움직이게 해서 어뢰발사관을 빠져나가게 만드는 자주식 어뢰 발사방식이다.[6] 수상함의 경우 어차피 주포의 포성이 훨씬 크기 때문에 그냥 압축공기로 쏜다. 현대에는 VLS 등에서도 발사체가 소형인 경우 압축공기를 사용하기도 한다.
2.1.2. 화약식
1930년대에 등장한 후 주로 일본군 해군의 전함 및 중순양함, 수상기 모함 등의 군함에서 사용했던 방식. 말 그대로 화약을 추진력으로 사용하는 발사방식으로 내연식이라고도 한다.구조가 간단하고 좁은 공간에도 장비가 가능하다는 장점이 있다. 그러나 화약을 추진력으로 사용한다는 특성상 발사시 급격한 가속도가 붙기 때문에 기체와 탑승자에게 큰 부담을 주는데다가, 실용적인 사출능력은 5t 정도가 한계였기 때문에 무장을 단 공격기들보다는 수상정찰기 발진에나 사용할 수 있었다. 그 이상으로 사출능력을 늘리는 것은 이론적으로 가능했지만, 화약의 폭발력이 통제가 힘들어질 정도로 커져서 사고가 발생하면 캐터펄트와 기체는 물론이거니와 함체에도 타격을 줄 수 있는데다가 급가속이 너무 심하게 일어나므로 실용적이지 못했다. 게다가 1회 발사시마다 화약을 소모하기 때문에 화약을 재충전하는 과정이 들어가야 하므로 항공기를 연속으로 발사하는 일이 매우 힘들어지며, 화약의 폭발로 인한 충격 때문에 일정 회수 이상 사용하면 캐터펄트의 레일 등 중요 부위를 교체해야 한다. 이런 이유로 인해 정작 캐터펄트가 가장 많이 필요한 일본군의 항공모함에는 캐터펄트를 도입할 수 없었다.[7]
2.1.3. 유압식
제2차 세계 대전의 연합군 군함에서 널리 이용되었다. 압축 공기와 유압 장치를 이용해서 발사하는 방식으로 자동차의 브레이크 시스템을 생각하면 이해가 쉽다. 미국의 경우 1934년도에 이미 초기형이 항공모함 레인저급 항공모함나 요크타운급 항공모함에 설치된 적이 있으며, 에식스급 항공모함에는 좀더 발전된 개량형을 사용했다. 미국은 일찍부터 유압식 캐터펄트를 실용화하여 정규항공모함이면 죄다 캐터펄트를 달고 다녔고, 심지어 호위항모에까지 캐터펄트를 달고 다녔다. 덕분에 호위항모들도 함급에 비해 고중량의 강력한 함재기들 + 미군 함재기 특유의 잘 접히는 날개 덕분에 강력한 항공전력을 보유하는게 가능했다.구조가 복잡하며 캐터펄트의 자체 크기 또한 상당한 대형이며, 캐터펄트의 길이가 짧으면 출력이 크게 감소하는 단점이 있다. 그러나 화약식보다 강력한 7-8t의 사출능력을 보유하는데다가 급격한 가속을 하지 않기 때문에 발사시의 중력가속도도 화약식보다 오히려 줄어들게 되므로 기체와 탑승자의 부담이 줄어든다. 그리고 항공기의 연속사출도 가능하며, 정비나 교체, 충전을 받지 않고 항공기를 사출할 수 있는 횟수도 많다.
전쟁이 끝난 후에는 서서히 사라지게 되는데, 이는 함재기의 중량이 늘어나서 유압식으로는 감당하기 힘들 수준까지 도달한데다가 증기식 캐터펄트가 사출능력과 연속발사능력이 더 좋았기 때문에 대체제로 작용했기 때문이다.
2.1.4. 증기식
21세기 시점으로 대형 항공모함[8]에서 주로 사용하는 방식. 재래식 보일러 또는 원자로에서 만들어진 고온 고압의 증기를 이용하여 내부의 피스톤을 이동시켜 그에 연결된 항공기를 급가속시켜 날게끔 한다.증기식 캐터펄트의 실험이나 도입 자체는 여러 나라에서 진행되었다. 일례로 1933년에 도이체 루프트 한자(Deutsche Luft Hansa)가[9] 수상기모함에서 증기 캐터펄트를 사용하고 있었다.
하지만 제대로 된 실용화는 1950년 영국에서 이루어졌기 때문에 영국을 실질적인 개발국으로 본다. 그러나 영국은 1979년까지만 이 방식을 이용했고, 현재는 미국, 프랑스 해군에서만 사용되는 방식.
2014년의 시점에서는 가장 복잡하고 캐터펄트의 크기 자체도 가장 크고 무거우며, 작동에 대량의 증기가 필요한 방식이다. 게다가 가끔 증기압이나 온도가 부족한 채 사출되는 콜드 캐터펄트[10]가 발생하면 함재기는 실속으로 수면에 처박히게 된다. 그리고 이 역인 핫 캣은 과도한 압력으로 노즈기어 구조물이나 런칭 브라이들이 파손될 수 있다. 이에 대비해서 보통 이 경우는 연결이 풀리도록 설계된다. 과거에는 이 문제가 자주 발생했지만 최근에는 후자에 해당하는 사고는 거의 없다고 봐도 된다. 덤으로 증기 누출등의 사고가 일어날 수 있어서 정비소요도 높은 편이며 캐터펄트를 운용하는데 들어가는 인원도 많은 편이다. 그래서 일반적인 군함은 물론이거나와, 항공모함이라고 해도 중소형 항공모함에 채용하기에는 힘든 물건이다.
그러나 이 모든 단점을 강력한 사출능력으로 덮어버렸다. 최신형 증기식 캐터펄트는 사출능력이 40t에 육박하기 때문에 연료와 무기를 많이 탑재한 대형 함재기도 쉽게 사출이 가능하다. 또한 증기만 충분히 공급되면 항공기 연속 사출능력도 뛰어나기 때문에 최신형의 경우에는 37초에 1기씩 사출이 가능하다. 증기 캐터펄트를 사용하는 미국의 주력 함재기인 F/A-18E/F는 최대중량으로 이륙할 경우 30t가까이 무거운 만큼 캐터펄트 없이는 아예 함상 발진이 불가능하다. 그래서 포레스탈급 항공모함 이후의 미국의 대형 항공모함은 증기식 캐터펄트를 사용한다.
2.1.5. 전자기식
2022년 현재 제럴드 R. 포드급 항공모함의 1,2번함 제럴드 포드함과 존 F. 케네디함, 중국의 푸젠함만 운용 중인 차세대 사출 시스템이다. 선형 유도 전동기를 이용하여 가속 시키기 때문에 기존의 유체 작동식에서 벌어지는 신뢰성 문제가 없으며, 증기식 캐터펄트에서 가끔 일어나는 콜드 캣, 즉 증기압 미달로 인해 사출이 제대로 되지 않는 문제도 없다. 그리고 굵은 증기관을 길게 함수 부분에까지 끌고 올 필요가 없이 그냥 전선만 연결하면 끝이기 때문에, 증기배관 부근의 냉각대책 및 강도저하대책 등을 신경쓸 필요가 없어져 함선의 설계에도 그만큼 유리하다.
증기식 캐터펄트는 엄청난 양으로 축척된 고온고압의 증기를 지속적으로 빠르게 충전했다가 폭발시키듯 뿜어내야 하기 때문에 발사 시스템 자체에도 상당히 큰 부담이 가해지고, 금속 피로 등으로 파손될 경우 증기의 압력과 온도 때문에 매우 위험한 상황이 벌어질 수도 있다. 그러나 전기식 캐터펄트는 막말로 모터만으로 움직이는 셈이라 운용 피로도가 압도적으로 낮기 때문에 훨씬 더 안전하고 기계적인 신뢰도와 수명도 더 길다.
증기식 캐터펄트의 경우 마치 새총이나 화살을 쏘듯 사출이 시작된 시점에 가장 큰 힘이 가해지고, 사출이 시작되어 증기가 팽창할수록 압력이 약해져 비행기가 이륙하는 시점에서는 밀어주는 힘이 가장 약해진다. 즉, 캐터펄트의 막대한 에너지가 초반 가속에 집중되기 때문에 전투기와 캐터펄트 자체에 가해지는 기계적인 피로도가 상당하다. 하지만 전기식 캐터펄트는 전구간에 걸쳐 일정한 힘으로 정확하게 필요한 만큼의 부담만 주는게 가능하다. 덕분에 증기식 캐터펄트에 비해 전투기를 훨씬 더 부드럽게 사출시키는게 가능하고, 결과적으로 기계적 피로도도 감소해 전투기 수명에도 긍정적이다. 또한 초반 가속에만 집중된 증기식 캐터펄트와 달리 처음부터 끝까지 지속적으로 가속이 가능하다는 특성 덕분에, 최대 출력으로 가동할 경우 증기식 캐터펄트보다 더 강한 힘으로 사출하는것도 가능하다.
이는 요즘처럼 경량 무인기가 각광받는 시점에서 장점이기도 한데, 경량 기체에 큰 무리를 주지 않고 최소한의 힘만으로 사출하는 등의 미세 조정이 가능하기 때문이다.
마지막으로 증기식 캐터펄트의 경우 증기 압축 과정에서 많은 열손실이 일어나고, 물리적으로 증기를 생산하고 채울수 있는 속도의 한계 때문에 투입되는 에너지에 비해 시간당 사출할 수 있는 횟수가 떨어질 수 밖에 없다. 그에 반해 전기식 사출장치는 직접적으로 전기 에너지를 운동 에너지로 변환하는 특성 덕분에 에너지 손실이 훨씬 더 적어, 낭비되는 에너지가 없이 대부분의 에너지가 사출 그 자체에 집중될 수 있다. 또한 증기의 충전과정이 생략되어 시간당 사출할 수 있는 횟수도 증기식 캐터펄트에 비해 높아진다.
다만 전자기식 캐터펄트의 가장 큰 단점은 해당 군함의 발전능력이 대단히 높아야 하기 때문에 핵항모가 아니면 거의 불가능에 가깝다는 것이다.
미 해군의 제럴드 포드함이 탑재하여 실전배치에 들어갔고, 포드급 2번함 존 F 케네디 함이 시범 운용중이다. 2022년에 중국 해군이 이 캐터펄트를 장착한 003형 항공모함의 1번함인 푸젠함을 진수하였다. 또한 프랑스의 차기 항공모함인 PANG이 채택 예정이다.
여담으로 각종 창작물,특히 건담 시리즈나 마크로스 시리즈같이 모함에서 탑재기를 발진시키는 장면이 들어가있는 대부분의 SF 창작물에서 발진시 스파크를 튀기는 묘사와 함께 이 방식으로 꼭 나온다.
2.2. 캐터펄트와 기체의 연결
사진의 함재기는 F-4J. F-4 팬텀 II의 해군형 모델이다.
1960년대에 개발된 항공기들까지는 항공기 기체 하부에 달린 갈고리에 브라이들[11]이라고 하는 와이어를 걸고 이를 다시 캐터펄트의 셔틀에 연결하는 식으로 캐터펄트와 기체를 연결했다.
기체가 사출되어 캐터펄트 끝에 도달하면 셔틀은 멈추므로 브라이들은 더이상 가속을 받지 않지만 항공기는 엔진에 의해 계속 가속되므로 브라이들이 기체의 갈고리에서 분리되는데, 그냥 놔두면 당연히 브라이들은 바다를 향해 날아가 1회용이 되므로 값비싼 와이어를 되도록 회수하기 위해 이 브라이들에 추가적인 와이어[12]를 달고 이를 다시 캐터펄트 옆에 난 케이블 가이드에 연결해서 바다로 떨어지기 전에 이 와이어가 브라이들이 튀어 나가는걸 막는다. 이 때 항공모함 비행갑판 끝에 뿔처럼 튀어나온 부분이 있어 분리된 브라이들은 선체 밖으로 걸리지 않고 그 부분에서 멈추게 된다.[13] 와이어를 반복해서 사용하면 점점 강도가 저하되기 때문에 결국 언젠가는 교체시기가 오기 마련이고 항공기의 센터라인에 페이로드를 장착한 경우엔 페이로드에 충돌할 가능성이 높아 회수용 와이어를 달지 않고 그냥 사출했기에 이런 장치가 있음에도 와이어의 소모는 상당했다.[14] 사실 브라이들은 브라이들 캐칭 시스템으로 어느정도 회수 및 재활용이 가능했지만 진짜 소모품은 개뼈다귀[15]란 별명의 텐션바 역할을 하는 금속 장치로 캐터펄트 발사 직전까지 항공기의 전진을 막는 홀드백 펜던트라는 장치가 있는데 이게 펜던트와 항공기 후크 사이를 연결하고 엔진출력을 최대로 올려도 항공기가 튀어나가지 않게 막는다. 그런데 항공기 사출 타이밍과 펜던트 분리 타이밍을 기계적으로 맞추는게 어렵기 때문에[16] 그냥 그상태로 캐터펄트를 강제 사출해버린다. 그럼 이 개뼈다귀는 강도 한계를 넘어서 가운데가 똑 하고 부러지고 항공기는 브라이들에 끌려 사출되는 것. 파손을 전제로 만든 장치라 이 텐션바는 무조건 1회용이다. 항공기의 임무별 중량 및 엔진 출력, 사출 설정에 맞춰 정밀하게 가공되었기 때문에 이 역시 비용이 만만찮았다. 비용을 넘어서 아무리 항공기 연료와 무장이 많아도 브라이들과 텐션 바가 부족하면 항공기 운용 자체를 못한다. 100소티를 소화하면 텐션바 100개 브라이들 수~수십개를 소모하는 상황이므로 이들이 꾸준히 보급되어야 전투력을 유지할 수 있는 것.
그래서 1970년대부터는 와이어 대신 항공기의 노즈기어에 '런치 바'라는 튼튼한 바를 장치하고 이 런치 바를 이용해 노즈기어가 직접 셔틀에 연결되는 방식으로 바뀌어 현재까지 사용되고 있다. 와이어를 사용하던 항공기들이 다 퇴역하면서 2000년대부터는 미국 항공모함 비행갑판 끝부분의 브라이들 캐처도 철거되었다.[17] 홀드백 펜던트 역시 노즈기어 후방에 직접 연결하고 1회용 개뼈다귀를 사용하는 대신 노즈기어 후방에 스프링으로 작동하는 릴리즈를 장치하면서 유지비를 절감시켰다. 이 두가지로 인해 70년대 이후 함재기는 노즈기어 무게도 조금 늘고 구조도 조금 더 복잡해지긴 했지만 훨씬 원활한 운용이 가능해졌다. 항공기 출력과 성능 자체도 향상되었기에 이런 단점은 거의 문제되지 않는 편[18]
2.3. 통합 캐터펄트 관제소(ICCS)
캐털펄트 사이에 튀어나온 6각형 모양의 구조물을 본적있을것이다 이걸 통합 캐터펄트 관제소라고 한다 아마도 캐터펄트의 사출을 여기서 하는듯
2.4. 어레스팅 기어
현대식 캐터펄트를 채택한 항공모함에서 빼 놓을 수 없는 것이 어레스팅 기어(Arresting gear), 즉 강제착함 시스템이다.육상기지에 비해 극도로 짧은 항공모함 비행갑판은 자력으로 함재기가 뜰 수도 내릴 수도 없기 때문에 뜰 때에는 항공모함 자체의 추진력으로 맞바람 맞으면서 양력을 만드는 것으로도 모자라[19] 캐터펄트를 이용해서 고속으로 날려야 하고, 내릴 때는 비행갑판에 가로질러 놓은 와이어에 함재기에서 내린 갈고리(훅)가 걸리게 해서 강제로 잡아당겨 운동에너지를 흡수해 버려야 한다. 위의 사진에서 F/A-18 전투기의 엔진 배기구 아래로 튀어나와 있는 훅에 걸려있는 와이어가 바로 어레스팅 기어의 주요 구성품인 어레스팅 와이어(arresting wire)이다.[20] 이 와이어는 바로 아래에 완충 유압 피스톤들과 연결되어 있으며, 항공기 무게나 속도에 따른 과도한 유압 이동으로 인한 온도상승과 압력을 체크하는 인원이 항상 상주하고 있다.
위 사진에서 착함한 함재기가 애프터 버너를 켠 것이 보이는데, 이는 어레스팅 기어가 제대로 걸리지 않았거나, 기타 다른 여러 이유로 인한 볼터[21]에 대비하고자 함이다. 워낙 활주 거리가 짧다 보니 볼터를 하기가 힘들다고 한다. 따라서 비행 갑판에 랜딩기어가 닿는 순간 어레스트 훅에 와이어가 걸리든 안 걸리든 무조건 출력을 올리고 본다. 훅이 제대로 걸렸다면 자연스럽게 감속이 될 것이고, 만에 하나 걸리지 않았다면 이미 착함은 물 건너간 상태이니 바로 터치 앤 고 하듯 재상승해야 하니까. 물론 항공기에 무리가 가는 행위이긴 하나 그 값비싼 전투기와 조종사를 바다에 꼴아박는 것보다야 훨씬 낫다.
간혹 비행 중 착륙계통에 이상이 생겨[22] 정상적인 착함이 불가능할 땐 바리케이드를 설치하고, 항공기를 그물망으로 막아 물리적으로 멈추게 한다.[23] 해당 움짤은 S-3 바이킹의 비상 착함.[24]
어레스팅 기어는 대체로 캐터펄트와 짝을 이루며, 이것을 Catapult Assisted Take Off But Arrested Recovery, 약칭 CATOBAR라고 한다. 그러나 러시아 해군의 어드미럴 쿠즈네초프급 항공모함의 STOBAR, 즉 캐터펄트 없이 스키점프로 이함시키고 어레스팅 기어로 착함시키는(Short take off but arrested recovery) 예외적인 경우도 있다.[25]
의외로 지상공군기지에서 운용되는 항공기들도 이 기능을 가지고 있는 경우가 많다. 특히 미 공군 전투기들에는 모두 탑재되어 있다. 이는 연료 부족, 엔진 이상등의 긴급상황에 대처하기 위한 것으로 짧은 활주로에 비상착륙하거나, 활주로를 벗어나는 오버런 상황에서 최후의 제동수단으로 쓰기 위해서다. 물론 함재기에 비하면 강도도 약하고 쓰는 걸 보는 건 매우 힘들다. 항공기 초과저지 문서로.
가상매체의 예시에선 의외로 기동전사 건담의 화이트 베이스가 있다. 작중 코어 파이터가 정찰 등을 위해 단기로 나갔다 오는 일이 많은데, 격납고에 착함하기 좋게 어레스팅 기어가 달려 거기에 걸고 멈추는걸 볼 수 있다. 우주공간인 만큼 기체 하부보다는 기체 상부, 즉 수직미익 쪽에 작용하는걸 더 자주 보게 된다. 전방 격납고 아랫부분에서 어레스팅 와이어가 튀어나오면 거기에 수직미익의 어레스팅 훅을 걸어 제동하고, 기체가 멈추면 기계팔을 통해 격납고에 집어넣는 식.
2.5. 캐터펄트를 채용한 항공모함
굵은 글씨는 원자력 추진 함선이다. 항공모함 이외에도 대전기의 순양함급 이상 함선은 대부분 캐터펄트를 장비하여 수상기를 운용하였으며 일부 대형 잠수함 역시 캐터펄트를 탑재하였다.- 미국
- 보그급 호위항공모함 - 유압식. 퇴역
- 생가몬급 호위항공모함 - 유압식. 퇴역
- 카사블랑카급 호위항공모함 - 유압식. 퇴역
- 커먼스먼트 베이급 호위항공모함 - 퇴역
- 인디펜던스급 경항공모함 - 유압식. 퇴역
- 랭글리 - 압축공기->화약+플라이휠. 최초로 함재기를 캐터펄트로 이륙시킨 항공모함
- 렉싱턴급 항공모함 - 화약+플라이휠. 퇴역
- 레인저급 항공모함 - 유압식. 퇴역
- 요크타운급 항공모함 - 유압식. 퇴역
- 와스프급 항공모함 - 유압식. 퇴역
- 에식스급 항공모함 - 유압식→증기식. 퇴역
- 미드웨이급 항공모함 - 유압식→증기식. 퇴역
유나이티드 스테이츠급 항공모함- 유압식, 취소- 포레스탈급 항공모함 - 증기식. 퇴역
- 키티호크급 항공모함 - 증기식. 퇴역
- 엔터프라이즈급 항공모함 - 증기식. 퇴역
- 니미츠급 항공모함 - 증기식
- 제럴드 R. 포드급 항공모함 - 전자기식. 1번함 취역, 2번함 건조완료
- 소련/러시아
프로젝트 1160 오렐- 증기식, 취소프로젝트 1143.7 울리야놉스크- 증기식, 취소- 프로젝트 23000E 슈토름 - 타당성 검토단계
- 프로젝트 11430E 라만틴 - 타당성 검토단계
- 영국
- 오데이셔스급 항공모함 - 유압식. 1979년 아크 로열을 마지막으로 퇴역
퀸 엘리자베스급 항공모함- 2012년 영국이 결국 F-35B를 도입하기로 결정함에 따라 다시 스키점프대 방식으로 회귀했다. 물론 함선 자체는 차후 캐터펄트로의 개조를 염두에 두고 설계되었긴 하지만...
- 프랑스
- 클레망소급 항공모함 - 증기식, 퇴역
- 샤를 드골급 항공모함 - 증기식
PA2-타당성 검토단계결국 취소되었다.- PANG - 샤를 드골급을 대체하고 PA2를 계승한 사업이다. PA2와 달리 원자력추진을 채용하는 것이 확정되었고 캐터펄트도 미국으로부터 전자기식 캐터펄트를 공급받아 장착할 예정이다.
- 중국
- 003형 항공모함 - 전자기식, 건조 완료
- 076형 강습상륙함 - 전자기식, 건조 시 세계 최초로 캐터펄트를 장착한 강습상륙함이 된다.
- 독일
그라프 체펠린급 항공모함- 유압식, 취소베저급 항공모함- 유압식, 취소에우로파- 유압식, 취소
- 브라질
- 상파울루[26] - 퇴역
- 일본
- 카가 - 유압식, 실험용
- I-400급 잠수 항공모함 - 공기식
2.6. 캐터펄트로 사출 가능한 항공기
항공모함에서 운용하는 항공기들만 기재되어 있다.- 미국
2.7. 관련 문서
3. 대중매체
3.1. 배틀테크의 배틀메크
3.2. 온라인 게임 RF온라인의 원거리 기갑
벨라토 종족만이 사용할 수 있는 기갑으로, 근접형 기갑인 골리앗과는 다르게 원거리형이다. 본디 단일 대상에게만 공격이 적중했으나 주변의 상대에게도 데미지가 들어가도록 패치되었다. 원거리에서 공격할 수 있는 만큼 방어력이 약하고 피통도 낮다. 다만 캐터 한 파티가 몰려다니면 순간 화력은 장난 아니게 좋다. 다만 기갑에는 버프가 적용되지 않으니 버프로 인한 방어력 증가는 적용되지 않으니 알아둘 것.3.3. 명일방주의 오퍼레이터
[1] 6분부터.[2] 해당 함선은 미 해군 소속의 니미츠급 항공모함 2번함 CVN-69 USS 드와이트 아이젠하워다.[3] 실패해서 까이긴 했지만 이후 랭글리의 이름은 미 해군의 첫 번째 정규 항공모함인 CV-1 랭글리의 기원이 된다. 이후에는 경항공모함인 CVL-27 랭글리에도 계승된다. 게다가 경쟁자 라이트 형제가 처음 비행에 성공한 키티호크는 마지막 재래식 항공모함 키티호크급 항공모함의 이름이 되었다.[4] 인빈시블급 항공모함 3번함 아크 로열과는 다른 군함.[5] 발열 문제까지 생각하면 캐터펄트를 사용하는 것이 이득이다. 우주에서는 냉각을 할 방법이 제한적이기에 캐터펄트로 속도를 주면 그만큼 추진제를 쓰지 않으니 추가적으로 추진으로 생기는 열이 나오지 않으니 여러모로 이득이다.[6] 압축공기로 어뢰를 쏘면 당연히 엄청난 기포와 소음이 발생해 발각되기 쉽다. 이를 개선하기 위해 발사관 직경을 어뢰보다 크게 만들고 물을 채운 다음, 어뢰가 혼자 빠져나가게 하는 자주식 발사방식이 개발되었다.[7] 물론 일본 해군도 항공모함에 캐터펄트를 얹으려고 노력했으며 1941년경 카가에 실험적으로 유압식 캐터펄트를 장착하기도 했다. 문제는 이 캐터펄트 성능이 개발 명령이 내려진 당시의 주력기인 복엽기에 맞추어 졌기에 무거운 단엽기를 사출하기에는 버거웠다는 점으로, 결국 일본군은 급박한 전쟁 돌입 등의 사정으로 인해 더 이상 항모용 캐터펄트의 개발을 포기하고 말았다.[8] 대표적으로 니미츠급 항공모함, 엔터프라이즈급 항공모함에서 사용한다.[9] 오늘날의 루프트한자와는 별개의 회사이긴 하지만, 현행 루프트한자가 이 회사의 이름과 로고를 매입하였다.[10] 줄여서 보통 콜드 캣이라 부른다.[11] 말의 머리에 다는 굴레를 지칭하는 단어다.[12] 브라이들 어레스트 랜야드, 셔틀쪽에 걸린 브라이들 중간부분에 슬라이드 랜야드를 추가로 달기도 한다.[13] 이 튀어나온 부분을 브라이들 캐처라 부른다. 이부분이 살짝 아래로 꺾여 있는데 이는 브라이들이 캐처에 닿은 후 되튀어 항공기에 충돌하는것을 막기 위해서이다.[14] 프랑스는 아예 브라이들 캐처를 사용하지 않았다. 31초 경에 잘 보면 해수면에 브라이들이 떨어져 물보라가 일어나는 것이 보인다. 갑부 프랑스의 위엄 제일 큰 이유는 기존에 쓰던 F-8과 슈페르 에텡다르 두 기체 모두 양력을 위해 후방랜딩기어가 짧아 받음각을 높이도록 설계되어 기체 후방이 워낙 낮아서 브라이들 캐칭을 했다간 항공기에 되튀어 맞을 확률이 높았기 때문. 라팔은 F/A-18 처럼 노즈기어에 런치바를 채용해서 이제 이런 걱정은 없다.[15] 가운데가 얇게 깎인 아령처럼 생긴 금속원통형태이다. 생긴것 때문에 붙은 별명.[16] 캐터펄트는 증기압 올려놓고 사출 버튼을 누르는건데 이보다 조금이라도 빠르면 항공기가 앞으로 저절로 움직여 브라이들이 느슨해져 사출할때 연결없이 셔틀만 튀어나가게 된다. 그렇지 않더라도 느슨해진 브라이들이 당겨지면서 충격을 가해 브라이들이 끊어지거나 항공기의 브라이들 후크를 파손시켜버리게 된다.[17] 건조시부터 브라이들 캐처를 장착한 채로 건조된 마지막 항공모함은 칼 빈슨이다. 마크로스 제로, 전투요정 유키카제 등 일본 애니메이션에는 와이어를 사용하는 항공기가 없는 근미래의 항모인데도 비행갑판 끝부분에 매우 큰 뿔이 달린 항모들이 등장하는데 고증오류이다.[18] 게다가 기존엔 브라이들과 홀드백 펜던트 설치에 최소 각각 2명 이상이 필요했고 설치 역시 F-8 같은 경우엔 아예 바닥에 드러누워 설치해야 할 만큼 고역인데다 사출후 전방에 브라이들 회수 타이밍에 맞춰 커버해야할 인원도 별도로 필요하기 까지 했다. 유지 및 운용의 편의성이 어마어마하게 차이난다.[19] 그나마 2차대전 시절 프로펠러기는 비교적 가볍고 이륙거리가 짧아서 캐터펄트 없이도 어찌어찌 가능은 했다.[20] 보통 120번 사용 후 완전히 떼내어 바꾼다고 한다.[21] Bolter. 보통 항공기는 착륙을 포기하고 다시 이륙하는 것을 고 어라운드라 하는데, 미 해군에서는 항공모함에서의 이런 비행술을 볼터라고 부른다.[22] 어레스팅 훅이 내려오지 않거나 브레이크 계통, 착륙장치 계통에 이상이 생겼을때.[23] 탑건: 매버릭에서 이런 장면이 잘 나온다. 매버릭과 루스터가 타고 온 F-14의 랜딩기어와 테일 훅이 파손되었음을 인지한 항모에서 바로 그물망을 준비시킨 것.[24] 좌측 메인기어가 내려앉은 것을 볼 수 있다. 바리케이드 때문에 손상되어서 그런 건 아니고, 이미 착함 전에 좌측 메인기어가 손상되어 있어 정상적인 착륙이 불가능한 상황이라 바리케이드로 비상착함을 한 것. 착함 직전의 프레임을 보면 이를 알 수 있다.[25] 다만 이 경우는 함재기인 Su-33이 수직이착함 기능이 없는 관계로 캐터펄트 방식에 비해 이함 시 최대중량이 더 제한받게 된다. 즉 그만큼 무장이나 연료를 덜 탑재해야 뜰 수 있다는 소리다. 때문에 어드미럴 쿠즈네초프급은 차후 비행갑판을 확장하고 캐터펄트를 설치하는 등의 개수를 거쳐 PAK-FA와 MiG-29K를 탑재할 예정이다.[26] 프랑스 해군의 클레망소급 항공모함 2번함 포슈였던 함선이다.[27] 영국 해군용.[28] 이곳의 롤러코스터인 '도 도돈파'는 캐터펄트를 이용해 가속한다.