먼저 이번 참사로 인해 안타깝게 세상을 떠난 분들을 애도하며,
형언하기 어려운 상심에 빠진 희생자 유족 분들에게 깊은 위로의 메시지를 보냅니다.
여전히 내란이 진행 중인 엄중한 상황에서 무안공항 제주항공 비행기 항공 참사라는 믿기 힘든 재난으로 인해 지금 대한민국은 참담한 분위기에 빠져 있다.
안타깝게도 구조 가능한 생존자의 확인 여부는 불가능한 상태라서 빨리 신원을 수습하는 것과 피해자 가족들에 대한 대책이 시급히 마련되어야 하는 것이 우선이겠지만, 추후 이번 사건의 원인을 정확히 파악하는 것은 매우 중요한 문제일 것이다.
이번 사고의 원인과 관련하여 가장 많이 회자되었던 것이 바로 '버드 스트라이크'이다.
그래서 오늘은 항공기 주요 사고 원인 중 하나인 이 버드 스트라이크, 즉 '조류 충돌'과 관련한 이야기를 하고자 한다.
버드 스트라이크의 원인과 특징
버드 스트라이크란,,
운항 중인 항공기가 새와 충돌하여 발생하는 항공 사고를 의미하는 것이다.
이 사고는 이착륙 과정이나 저고도 비행 시 주로 발생하지만, 고고도에서도 드물게 발생할 수 있으며, 항공기 구조물, 엔진, 레이돔(radome) 등 여러 부위에 심각한 영향을 미칠 수 있다.
1. 원인
- 조류 서식지와 공항의 근접성 : 공항은 평지가 많고 먹이가 풍부한 지역에 위치한 경우가 많아 조류 서식지가 공항 주변에 형성되는 경우가 많다.
- 철새 이동 경로 : 철새가 이동하는 경로가 공항 상공과 겹칠 경우 충돌 위험이 증가한다.
- 공항 주변 환경 관리 부족 : 쓰레기 매립장, 습지 등 조류를 유인하는 환경이 공항 근처에 존재하면, 유인 효과로 인해 조류 활동이 활발해질 수 있다.
- 회피 기동의 어려움 : 항공기의 속도가 빠르면서도 기체가 매우 크기 때문에 비행기와 조류가 상호 회피 기동하기가 어려운 것 충돌 가능성을 높이는 원인이 된다.
2. 특징
- 대부분 저고도에서 발생 : 버드 스트라이크의 약 90%는 고도 3,000피트(약 1km) 이하에서 주로 발생한다.
- 새 떼의 위험성 증가 : 대형 새나 무리가 함께 충돌할 경우 피해는 매우 더 심각해진다.
- 이착륙 시 발생 : 낮은 고도에서도 발생할 위험이 높기 때문에 이착륙 직전 새 떼의 출현을 사전에 차단하는 시스템이 필요하다.
- 엔진 피해 : 새가 엔진 내부로 빨려 들어가면 팬 블레이드 손상, 엔진 화재, 출력 저하 등을 심각한 위험, 즉 메이데이 상황을 유발할 수 있다.
새가 비행기와 충돌할 때의 충격 강도
작은 새가 날아와 부딪힌 것 때문에 비행기가 위험해지는 것에 대해 실감이 잘 나지 않을 수도 있어서 구체적인 수치를 들어 다음과 같이 소개하고자 한다.
(이 부분에 나오는 수식 등의 내용이 이해하기 어렵거나 너무 구체적이라고 여겨질 경우 이번 소제목은 그냥 넘어가고 다음 목록부터 참고해도 됨)
1. 새의 무게와 관련된 상황 가정
비행기에 새가 충돌할 때 가해지는 충격은,,
새의 질량, 비행기의 속도, 그리고 충돌하는 시간(Δt)에 따라 달라진다.
이를 계산하기 위해 충격력을 간단히 설명하면,,
충격력(𝐹)은 운동량의 변화(Δ𝑚𝑣)를 충돌 시간(Δ𝑡)으로 나눈 값으로 구할 수 있다.
𝐹 = Δ𝑚𝑣/Δ𝑡
2. 상황별 충격 계산
만약 500g의 체중의 새가 비행기에 충돌한다면, 비행기에 가해지는 충격 수치는 어느 정도인지 상황 별로 정리해 보고자 한다.
(다음과 같은 전제 조건에 따라 고고도, 저고도, 착륙이나 이륙 시 가해지는 충격을 산출해 봄)
- 새의 무게 : 500g (0.5kg)
- 충돌 시간(Δt) : 일반적으로 충돌은 0.01~0.02초 사이로 매우 짧은 시간 동안 발생한다고 가정.
- 이륙 속도 : 약 250km/h (70m/s)
착륙 속도 : 약 240km/h (66.6m/s) - 저고도 비행 속도 : 약 400km/h (111m/s)
- 고고도 비행 속도 : 약 900km/h (250m/s)
2-1. 이륙 시 충격
- 속도 : 250km/h = 70m/s
- 새의 운동량 변화(Δmv) : 𝑚 × 𝑣 = 0.5 × 70 = 35kgㅣcdotpm/s
- 충돌 시간(Δt) : 0.01초로 가정.
- 𝐹 = 35/0.01 = 3,500N
충격력 : 3,500N (약 357kgf). 이는 약 357kg의 물체가 순간적으로 가하는 충격과 비슷
2-2. 착륙 시 충격
- 속도 : 240km/h = 66.6m/s
- 운동량 변화 : 𝑚 × 𝑣 = 0.5 × 66.6 = 33.3kgㅣcdotpm/s
- 충돌 시간(Δt) : 0.01초.
- 𝐹 = 33.3/0.01 = 3,330N
충격력 : 3,330N (약 340kgf). 착륙 시 충격은 이륙과 유사하지만 조금 낮다.
2-3. 저고도 비행 시 충격
- 속도 : 400km/h = 111m/s
- 운동량 변화 : 𝑚 × 𝑣 = 0.5 × 111 = 55.5 kgㅣcdotpm/s
- 충돌 시간(Δt) : 0.01초.
- 𝐹 = 55.5/0.01 = 5,550N
충격력 : 5,550N (약 566kgf). 이는 저고도 비행 중 충돌 시 항공기에 상당한 피해를 줄 수 있는 수준이다.
2-4. 고고도 비행 시 충격
- 속도 : 900km/h = 250m/s
- 운동량 변화 : 𝑚 × 𝑣 = 0.5 × 250 = 125kgㅣcdotpm/s
- 충돌 시간(Δt) : 0.01초.
- 𝐹 = 125/0.01 = 12,500N
충격력 : 12,500N (약 1,275kgf). 이는 1.2톤의 물체가 순간적으로 가하는 충격과 유사하며, 항공기의 심각한 구조적 손상 가능성이 매우 높은 강도이다.
2-5. (정리) 상황, 속도 (m/s), 운동량 변화 (Δmv), 충격력 (F), 비교 기준
| 이륙 | 70 | 35 kg·m/s | 3,500 N | 약 357kg의 충격 |
| 착륙 | 66.6 | 33.3 kg·m/s | 3,330 N | 약 340kg의 충격 |
| 저고도 비행 | 111 | 55.5 kg·m/s | 5,550 N | 약 566kg의 충격 |
| 고고도 비행 | 250 | 125 kg·m/s | 12,500 N | 약 1.2톤의 충격 |
고도 별 충격 강도 위험성
위의 예시를 가정했을 때, 각 고도 별로 충격 강도가 항공기에 미치는 영향(위험성)을 간단히 정리하면 다음과 같다.
1. 고고도 비행
속도가 매우 빨라 충격력이 엄청나므로 항공기 구조물(레이돔, 동체, 날개 등)에 큰 피해를 입힐 가능성이 높음.
엔진에 흡입될 경우 대형 항공사고로 이어질 가능성이 있음.
2. 저고도 비행
속도가 빨라지면서 충격력이 크게 증가, 동체의 외형 손상 가능성이 높으며, 엔진 손상이 더 심각해질 수 있음.
3. 저속 상황(이륙/착륙):
충격력이 비교적 낮아도 엔진 손상이나 조종석 유리창 파손이 발생할 수 있음.
특히 이륙 시는 연료를 가득 실은 상태라 위험성이 더 큼.
그런데 이번 무안공항 제주항공 사고의 의문점은,,
저고도였음에도 충격 피해가 컸고, 속도도 줄지 않은 상태에서 랜딩 기어 미작동으로 브레이크 제어도 안 되었다는 점이다.
4. 요약
500g의 새라도 충돌 속도가 빨라지면서 비행기에 가해지는 충격은 매우 크다.
특히 고속 비행(고고도 상황)에서의 충격력은 저속 상황의 4배 이상 증가하므로, 버드 스트라이크 예방은 이륙 및 착륙뿐 아니라 전 비행 단계에서 매우 중요한 사안이다.
일각에서 새 떼로 하여금 미리 사전에 회피하도록 하는 장치 시스템 개발을 제기하는 이유이다.
이번 사고에서 랜딩 기어는 왜 작동하지 않았을까?
이번 참사 원인의 가장 중요한 쟁점은,,
- 랜딩기어는 왜 미작동했는가?
- 활주로 끝에 왜 접히지 않는 이탈 방지벽이 설치되어 있을까?이다.
2번의 경우도 결과론적으로 문제지만, 근본적 원인은 랜딩기어가 나오지 않아 속도 제어를 할 수 없었던 것이 큰 피해를 야기한 주요 원인으로 보인다.
이 때문에 동체 착륙한 제주항공 7C2216 여객기 사고 원인을 두고,,
조류 충돌(버드 스트라이크) 외에도 기체 결함, 정비 불량 등의 다양한 가능성이 거론되고 있다.
착륙 상황이 찍힌 영상을 보면, 사고 여객기는 바퀴가 밖으로 나오지 않은 상황(랜딩 기어 고장)에서 활주로 위에 동체 착륙을 했다.
동체와 활주로 마찰면에서 검은 연기를 일으키며 착륙을 시도한 여객기는 길이 2,800m 활주로가 끝난 뒤에도 멈추지 못했다.
항공기가 동체 착륙을 시도했다는 것은 랜딩기어가 미작동했다는 의미이다.
그러나 아직까지 랜딩 기어가 작동하지 않은 이유는 밝혀지지 않고 있으나 사고 발생 초기부터 사고 원인 중 하나로 조류 충돌이 거론되고 있는 상황이다.
그렇다면 조류 충돌이 랜딩기어에 영향을 끼칠 수 있을까?
답은 "충분히 그럴 수 있다"이다.
전자장비 고장 등으로 랜딩 기어 미작동을 일으키기도 하는데,.
2022년 1월 공군 F-35A 전투기가 무게 10㎏ 독수리가 기체 차단벽을 뚫고 전투기 공기 흡입구로 빨려 들어가 장비 고장을 일으키는 바람에 랜딩 기어 미작동으로 동체 착륙한 뒤 폐기된 사례가 있다.
지금부터는,,
원인 파악도 시급하지만, 다양한 근본적 위험 요인 차단을 위한 방지책을 확실하게 마련하여 추후 다시는 이런 일이 발생하지 않도록 하는 것이 중요하다.
2024년은 정말 대한민국의 국난급 시련이 닥쳐온 한 해가 된 것 같다.
반드시 모든 것이 정상으로 돌아가는 나라가 될 수 있도록, 지금 비록 힘들지만, 좀 더 힘을 내어 이 위기 상황을 온전히 극복해 나가길 간절히 기원한다.
이 국난을 끝까지 잘 견뎌낸다면, 대한민국은 반드시 다시 일어설 것이다.
