강갑생의 바퀴와 날개

강갑생의 바퀴와 날개

강갑생 지음

팜파스 / 2020년 11월 / 328쪽 / 18,000원



PART 01 하늘 길에는 이야기도 많다



2㎏도 안 되는 새가 64톤 흉기로, 버드 스트라이크의 공포

2018년 4월 미국 사우스웨스트항공의 B737기가 엔진 폭발을 일으켜 비상착륙을 했습니다. 승객 144명을 태우고 뉴욕 라과디어아항을 출발해 댈러스 러브필드공항으로 가던 길이었는데요. 당시 비행기 왼쪽 날개의 엔진이 폭발하면서 튄 파편에 기내 창문이 깨졌고, 40대 여성이 기체 밖으로 빨려 나갈 뻔했으며, 결국 크게 다쳐 사망했습니다.

사고 조사에 나선 미 연방교통안전위원회는 일단 엔진 속에 있는 팬 블레이드가 분리돼 사라진 점 등을 들어 ‘금속피로’를 의심했는데요. 금속피로는 고속으로 회전하는 기계 장치 등에서 지속적인 진동 때문에 금속이 물러지면서 균열을 일으키는 현상을 말합니다. 문제는 이 현상이 왜 생겼느냐는 것입니다. 일부 언론에서는 새와의 충돌, 즉 ‘버드 스트라이크’를 의심하고 있습니다. 비행기와 충돌한 새가 엔진에 빨려 들어가면서 고장을 일으켰을 가능성이 있다는 건데요. 물론 정확한 사고 원인은 상당 기간 정밀 조사를 거쳐야 밝혀질 겁니다.

그런데 이 같은 추정이 나오는 이유는 유사한 사고가 적지 않기 때문입니다. 2016년에 개봉한 영화 <설리>가 대표적입니다. 톰 행크스가 주연한 이 영화는 2009년 1월 15일에 발생한 US 에어웨이스 1549편의 불시착 상황을 다루었습니다. 당시 이 항공기는 승객과 승무원 155명을 태우고 뉴욕 라과디아공항에서 이륙한 직후 무게가 3.2~6.5kg이나 되는 캐나다 거위 떼와 충돌했습니다. 이로 인해 엔진에 불이 붙으면서 센트럴 파크 인근 허드슨강에 불시착했는데요. 이런 비상 상황에서도 전원이 생존하면서 ‘허드슨강의 기적’이라는 별칭이 붙기도 했습니다.

2018년 3월에는 중국 톈진을 출발한 에어차이나 CA103편이 홍콩으로 향하던 중 새와 정면으로 충돌해 기체 기수 쪽에 거의 1m에 달하는 구멍이 뚫린 사고가 있었습니다. 다행히 외벽에만 구멍이 뚫려 큰 피해는 없었다고 합니다. 국내에서도 버드 스트라이크로 인해 이륙했던 비행기가 회항해 긴급 점검을 받는 일이 종종 일어납니다. 2016년에만 288건의 조류 충돌이 보고됐습니다. 이러한 조류 충돌이 생기면 인명 피해는 물론, 경제적 손실도 적지 않습니다. 부품 교체와 수리, 항공기 지연에 따른 피해 등인데요. 버드 스트라이크로 인한 경제적 피해가 전 세계적으로 연간 12억 달러에 이르는 것으로 추정됩니다. 또 버드 스트라이크의 5%가량이 심각한 사고로 이어진다는 분석도 있습니다.

사실 얼핏 생각해보면 엄청난 크기의 항공기가 자그마한 새와 부딪친다고 무슨 충격이 있을까 하는 의문이 들 수도 있는데요. 연구 결과는 전혀 다릅니다. 무게 1.8kg짜리 새가 시속 960km로 날고 있는 항공기와 부딪치면 64톤 무게의 충격을 주는 것과 같다는 겁니다. 그야말로 엄청난 흉기로 변한다는 의미인데요. 다행히 순항 중인 경우에는 고도가 높아 버드 스트라이크가 일어날 가능성은 크지 않습니다. 문제는 이륙과 상승, 하강과 착륙 때인데요. 공항 인근에 서식하는 새 떼와 만날 확률이 높기 때문입니다. 시속 370km로 이륙하는 항공기가 채 1kg도 안 되는 새 한 마리와 부딪치면 약 5톤의 충격이 가해진다는 조사 결과도 있습니다. 실제로 외국의 버드 스트라이크 사고 중에는 대형 조류가 조종석 입구까지 뚫고 들어온 경우도 있습니다.

가장 위험한 것은 앞선 불시착 사고들처럼 새가 엔진 속으로 빨려 들어갈 때입니다. 엔진 내부를 망가뜨리거나 심하면 엔진을 태워버릴 수 있기 때문입니다. 그래서 비행기 제작사들은 버드 스트라이크 위험을 줄이기 위해 조종석 유리창을 특별히 여러 겹으로 만듭니다. 또 엔진 개발 단계에서 새를 빨아들인 상황을 가정해 보완책을 마련하기도 합니다.

전 세계 공항별로 주변에 서식하는 조류의 종류가 다양한데요. 국내에서는 텃새인 종다리가 가장 골칫거리로 확인됐습니다. 2017년 국립생물자원관이 밝힌 연구 결과에 따르면 항공기와 충돌한 조류 가운데 종다리가 10.9%로 가장 많았습니다. 이어서 멧비둘기, 제비, 황조롱이 순이었는데요. 공항 주변에서 자라는 식물을 먹기 위해 곤충이 모여들고, 이를 잡아먹는 작은 새가 날아오고, 다시 이 새를 먹이로 삼는 맹금류과 찾아오다 보니 버드 스트라이크가 잦아진다는 설명입니다.

이 때문에 공항들은 조류 충돌 예방에 매우 신경을 쓰고 있습니다. 요즘에는 첨단기기까지 동원하고 있는데요. 인천공항은 2018년 조류 퇴치를 위해 첨단 드론을 도입했습니다. 공항 주변을 날아다니면서 새 떼가 발견되면 엽총 소리를 내고, 맹금류의 울음소리를 퍼뜨려 새들을 쫓아내는 겁니다. 나아가 아예 공항 주변에 새들이 서식하지 못하도록 환경을 바꾸는 경우도 있습니다. 호주에서는 공항 주변에서 새의 먹이가 되는 특정 식물을 조절함으로써 새들의 서식을 줄이는 대책을 마련 중이라고 합니다. 인천공항에서도 한때 공항 주변 소규모 하천을 모두 보도블록으로 메워버리는 ‘건천화’ 사업을 진행한 바 있습니다. 또 인근 골프장에는 새들이 날아들지 못하도록 큰 나무도 심지 못하게 했습니다. 이처럼 여러 방면에서 버드 스트라이크를 줄이고자 노력하고 있지만 좀처럼 사고가 근절되지는 않고 있는데요. 새도 보호하면서 항공기 안전을 담보할 수 있는 획기적인 방안이 개발되길 기대해봅니다.

‘쿵쾅’거리고 착륙하면 조종사 실력이 엉터리?

예전 출장 중 유럽 공항에서 겪은 일입니다. 당시 외국 국적의 항공기를 이용했는데 ‘쿵쾅’ 하는 굉음과 함께 기체가 심하게 흔들리며 둔탁하게 착륙했습니다. 대체로 부드럽게 착륙하는 우리 국적기에 익숙해 있다 보니 동행들도 꽤나 놀라는 눈치였습니다. 그래서 “조종사가 초보인가 보다” “조종사가 무슨 기분 안 좋은 일이 있나” 등의 불평을 쏟아낸 기억이 나는데요. 이후 착륙할 때 비행기가 많이 흔들리거나 둔탁한 소리가 들리면 ‘조종사 실력이 좀 떨어지나’라고 생각했습니다.

그런데 부드럽게 착륙하는 조종사는 실력이 좋고, 둔탁하게 착륙하는 조종사는 초보이거나 실력이 미흡한 걸까요? 이런 의문에 대해 아시아나항공의 훈련 교관에게 물어봤습니다. 답변은 ‘아니다’였습니다. 부드럽거나 둔탁한 착륙 모두 정상적인 착륙 기술이라고 설명했습니다. 매끄러운 착륙은 ‘소프트랜딩’이라고 하는데요. 활주로가 길고, 기상 여건이 좋을 때 사용하는 방식입니다. 상당히 조용히, 별 흔들림 없이 내려앉기 때문에 승객들은 편안함을 느끼게 되는데요. 다만 완전히 멈출 때까지 활주로를 달리는 거리가 길어진다는 단점이 있습니다. 또 자칫 활주로를 벗어나 잔디밭까지 내달리는 오버런이 생길 가능성도 있습니다.

반면 둔탁한 착륙은 펌랜딩이라고 합니다. 활주로가 짧거나, 뒷바람이 많이 불거나, 비나 눈이 와서 활주로가 미끄러운 경우에 사용합니다. 항공기 바퀴가 활주로를 찍듯이 세게 부딪혀 마찰을 일으키면서 속도를 크게 떨어뜨려 정지할 때까지 활주 거리를 줄이는 방식입니다. 활주로가 짧은 공항에 대형 항공기가 내릴 때 대부분 이 방식을 사용하는데요. 정상적인 착륙 방식이긴 하지만 소프트랜딩에 비하면 승객 입장에서는 불편을 느낄 수밖에 없습니다. 활주로가 짧은 항공모함에 함재기가 착륙할 때도 펌랜딩을 주로 활용합니다.

하지만 흔히 소프트랜딩의 반대 개념으로 사용하는 하드랜딩은 의미가 약간 다릅니다. 펌랜딩이 조종사가 의도한 착륙이라면 하드랜딩은 조종사의 실수나 급격한 기상악화 등의 변수에 의해 의도치 않게 강하게 내려앉는 경우인데요. 승객들로서도 펌랜딩보다도 훨씬 강한 충격과 진동, 불쾌감을 느끼게 됩니다. 특히 항공기 내 어느 좌석에 앉아 있느냐에 따라 느껴지는 충격이 다른데요. 비행기는 착륙할 때 항상 뒷바퀴가 먼저 활주로 지면에 닿고, 앞에 있는 바퀴가 나중에 살짝 닿습니다. 따라서 앞쪽에 앉은 승객보다는 뒷바퀴 부근에 앉은 승객이 더 큰 충격을 받을 가능성이 높습니다.

그런데 사실 모든 조종사가 펌랜딩과 소프트랜딩을 교범대로 지키는 건 아니라고 합니다. 대체로 외국인 조종사, 특히 유럽 지역은 기상 조건이나 활주로 상태와 관계없이 펌랜딩을 선호하는 경향이 있다고 합니다. 반면 우리나라 조종사들은 소프트랜딩을 많이 시도합니다. 여러 여건이 맞기 때문이기도 하고, 승객들이 상대적으로 편안하게 느끼는 것을 고려해서입니다. 또 펌랜딩을 할 경우 승객들이 불만을 제기하거나, 다소 부정적인 탑승 후기를 쓰는 경우도 있기 때문에 이를 조종사들이 의식한 측면도 있는 게 사실이라고 하네요.

하지만 무엇보다 중요한 것은 항공기 안전입니다. 펌랜딩이나 소프트랜딩 모두 안전을 담보할 수 있을 때, 또는 담보하기 위한 조치라는 겁니다. 때로는 다소 불편하더라도 안전을 위해 이해하는 자세도 필요합니다.

‘순풍에 돛 단’ 비행기, 제트기류 타면 3시간 빨리 도착

2015년 1월쯤 외신에 이런 소식이 전해졌습니다. 미국 뉴욕을 출발한 영국 브리티시항공의 여객기가 당초 예정시간 보다 무려 1시간 30분이나 빨리 영국 런던에 도착했다는 내용이었는데요. 일반적으로 뉴욕→런던은 6시간 50분가량 소요됩니다. 그런데 이 여객기는 5시간 16분을 기록했습니다. 비결은 이례적으로 강한 ‘제트기류’ 덕분이었는데요. 당시 제트기류는 서쪽에서 동쪽으로 시속 320km 이상의 속도로 움직였다고 합니다. 보통은 시속 100~200km 정도이니 당시 속도가 얼마나 예외적이었는지 알 수 있습니다. 시속 900km 안팎으로 비행하는 여객기가 이 세찬 기류까지 등에 업었으니 속도가 훨씬 빨라진 건데요. 시속 1,200km의 속도였다고 전해집니다.

이는 마치 육상 100m 달리기에서 매우 강한 뒷바람을 맞고 뛰는 것과 마찬가지인데요. 그래서 100m 달리기에서는 뒷바람이 초속 2m를 초과하는 경우 기록을 인정하지 않는다고 합니다. 반대로 런던에서 뉴욕으로 갈 때 이 제트기류를 만났다면 상당히 고전했을 겁니다. 일반적으로 8시간에서 8시간 30분 정도 걸리는 비행시간이 아마도 훨씬 길어졌을 것이란 예상이 가능합니다.

이처럼 장거리 비행을 하게 되면 갈 때와 올 때의 비행시간이 제법 차이 나는 경우가 많습니다. 여러 요인이 있겠지만, 제트기류로 대표되는 바람의 영향이 상당히 크다는 게 항공 업계의 설명인데요. 제트기류는 중위도 지방의 고도 9~10km 대류권과 성층권 경계면인 대류권계면 부근에서 형성돼 북반구를 기준으로 서쪽에서 동쪽으로 흐르는 강한 바람대를 일컫습니다. 제트기류는 1926년 일본의 기상학자인 오이시 와사부로가 후지산 근처의 높은 하늘에서 처음 그 존재를 발견한 것으로 전해집니다. 공간적으로는 길이가 수천 km에 달하고 두께도 수백 km나 됩니다. 북반구에서는 제트기류가 여름철보다 겨울철에 강하고, 위치도 다소 남쪽으로 내려오는 경향이 있는데요. 공교롭게도 이 제트기류가 흐르는 높이가 여객기의 순항 고도와 비슷합니다. 이 때문에 여객기의 비행시간에 상당한 영향을 끼치게 되는 것입니다.

제트기류의 영향을 많이 받는 경우는 인천~미국 하와이 노선이 대표적입니다. 인천공항을 출발해 동쪽에 있는 하와이로 갈 때는 8시간 정도에 도착 가능합니다. 하지만 반대로 하와이를 떠나 서쪽에 있는 인천공항으로 올 때는 3시간이 더 걸려 11시간가량이 소요됩니다. 인천~미국 샌프란시스코 노선도 갈 때는 10시간 25분, 올 때는 13시간으로 2시간 반가량 차이가 생깁니다. 반면 인천~런던 노선은 갈 때 12시간 30분가량이 걸리지만 올 때는 이보다 짧은 11시간 안팎이 소요되는데요. 간혹 강한 제트기류를 만나게 되면 10시간이 채 안 걸릴 수도 있다고 합니다. 이렇게 제트기류를 여객기 운항에 이용한 건 1950년대 초 미국 항공사가 처음이라고 알려져 있습니다.

항공사들은 매일매일 기상과 공항 여건 등 다양한 요소를 고려해 여객기의 최적 항로를 짜는데요. 제트기류가 뒷바람일 때는 가급적 이용하지만 맞바람일 땐 이를 피해가도록 하고 있습니다. 맞바람을 맞으면서 오면 비행시간도 더 걸리고 연료 소모도 많이 경제성이 크게 떨어지기 때문인데요. 그래서 장거리 노선에서는 오갈 때 항로가 다른 경우가 많습니다. 미주 왕복 노선을 예로 들면 갈 때는 제트기류를 탈 수 있는 태평양 항로를, 올 때는 제트기류를 피해 북극 항로를 이용하는 방식입니다.

2016년 실제로 제트기류가 비행시간과 연료비 증가에 미치는 영향을 분석한 연구 결과가 발표되었는데요. 영국 레딩대학 연구팀이 지난 40년간 런던 히스로공항과 뉴욕 JFK공항을 오간 130만 개의 비행 노선을 분석했다고 합니다. 그 결과 제트기류와 순방향인 뉴욕→런던 비행시간이 평균 4분이 빨랐고, 반대로 역방향인 런던→뉴욕은 5분 18초가 더 걸렸다고 합니다. 제트기류로 인해 왕복 비행에 평균 1분 18초가 더 소요된 건데요. 이를 하루 300편인 운항 편수에 대입하면 비행시간이 연간 2,000시간, 연료비는 약 260억 원가량이 더 든다고 계산된다고 합니다. 연구팀은 또한 ‘제트기류는 전 세계 모든 곳에 있기 때문에 다른 비행 노선들도 비슷한 영향을 받고 있을 것’이라고 밝혔습니다.

이처럼 최첨단을 걷는 항공기도 바람을 이겨내기는 쉽지 않아 보입니다. 아마도 여객기의 순항고도가 더 높아지고, 속도 역시 음속을 돌파하는 수준이 되면 바람의 영향이 최소화되지 않을까 기대합니다.

PART 02 오늘도 철마는 달린다



나폴레옹 때문에 철도 폭이 달라졌다?

수원~인천을 오가던 추억 속의 수인선 협궤열차는 1995년 말에 운행을 중단했습니다. 이 열차는 국내에서는 보기 드물게 철도 폭이 762mm로 다른 철도(1,435mm)의 절반밖에 되지 않습니다. 그래서 좁은 철로라는 뜻을 담은 ‘협궤’라는 이름이 붙어 있는데요. 열차 내부도 다른 기차에 비해 꽤 좁습니다. 국내의 다른 철도는 폭이 국제 표준(1,435mm)에 맞는다고 해서 ‘표준궤’라고 부릅니다. 그런데 러시아, 스페인 등에는 국내에는 낯선 ‘광궤’라는 철도가 있습니다. 폭이 넓은 철로라는 의미인데요. 한 가지로만 통일되면 열차가 서로 다니기 편할 텐데, 왜 이렇게 철로 폭을 다르게 했을까요?

우리나라 주변 국가 중 협궤를 많이 이용하는 나라는 단연 일본입니다. 지금도 고속열차인 신칸센과 사철(민간 철도) 등을 제외하면 철도 폭이 1,067mm인 협궤가 많습니다. 협궤는 건설비용이 적게 드는 데다 곡선 구간 등의 범위가 작기 때문에 험준한 산골짜기가 수풀이 우거진 험지 등을 개척할 때 유용해서 광산에서 채굴한 광석이나 현지 산물을 운송할 때 자주 사용했다고 합니다.러시아는 대표적인 광궤 철도(1,520mm)의 나라이지만 툰드라의 늪지대나 우랄의 산간 오지 등에서는 아직도 협궤가 운행되고 있습니다. 용어는 협궤로 통일돼 있지만, 철도 폭은 400~1,400mm까지 다양합니다. 하지만 협궤는 대부분 구조적으로 기관차나 화차가 작기 때문에 운송 능력이 떨어진다는 한계가 있습니다.

그런데 자신의 나라에는 협궤를 많이 건설한 일본이 일제강점기에 우리나라에는 왜 표준궤를 깔았을까요? 바로 중국이 표준궤를 쓰기 때문입니다. 열차를 이용한 중국 진출과 원활한 수탈물 운송을 염두에 뒀다는 설이 유력합니다. 실제로 철도를 통해 각 항구로 막대한 수탈물이 운반되기도 했습니다. 표준궤 철도가 침략과 수탈의 수단이 된 셈인거죠.

그럼 1,435mm의 국제 공인 표준궤는 어떻게 탄생했을까요? 사실 유래가 정확하게 밝혀진 것은 없습니다. 다만 말 두 마리가 끄는 마차의 폭, 즉 마차의 궤간에서 유래했다는 설이 가장 유력합니다. 최초로 이 궤간을 표준화한 나라는 영국으로 알려져 있습니다. 영국 스톡턴~달링턴 구간에 처음 적용됐고, 1825년 이 구간을 달린 역사상 최초의 증기기관차가 조지 스티븐슨이 만든 ‘로코모션 1호’입니다.