□ 이 글은 많은 분들이 위그선에 대해 더 많은 관심을 가지게 하고 싶은 마음과, 위그선에 대해 잘못 알려진 ‘사실’들에 대해 오해를 풀어드리고자 작성합니다. 이 글을 보시는 많은 분들이 위그선개발에 기대를 가지시게 되기를 바랍니다. 그리고 의문사항이 있으시면 함께 깊이 토론하는 기회가 되었으면 합니다. 그리고 이 글은 지루하고 긴 글입니다. 가능한 한 인터넷에 있는 그림이나 표등도 생략하였습니다. 그러나 위그선에 관심이 있으시면 좋은 정보를 얻으실 수 있기에 인내심을 발휘하여 읽어주십사 부탁드립니다.

1. 현재 "대형화물위그선 실용화 사업" 전개상황

□ 대형위그선 실용화사업은 ‘대형국가연구개발실용화사업’의 하나로써, 2004년부터 상당한 기간 동안 각계의 전문가를 포함한 다수가 타당성/경제성/기타사항을 검토한 결과, 정부와 민간기업이 공동으로 투자하여 실용화를 수행하기로 결정한 사업입니다.


2. 위그선의 개발역사

□ 익히 아시는 바와 같이 위그선의 설계/건조기술은 신기술이 아닙니다. 위그선은 1965년부터 다양한 크기의 실선들이 여러 해역에서 실제로 운용되어 왔었습니다. 위그선 설계 및 건조 시 극복되지 못할 기술적 장애가 없음은 선진국의 여러 저명한 책자나 자료(미국조선학회지, 미국 국방성보고서, 호주 국방성 보고서)에 명시되어 있습니다. 즉 위그선은 이미 ‘검증된 기술’이며 단지 얼마나 실용성 있는 개발을 할 수 있느냐의 문제입니다.

□ 위그선이 항공기이냐 선박이냐 하는 것은 그 역사를 보면 알 수 있습니다. (구)소련에서 위그선을 개발한 곳이 Central Hydrofoil Design Bureau (CHDB, 중앙수중익설계처)입니다. 이곳은 이름에서 보는 바와 같이 고속선을 개발하던 조선관련 기관입니다. 이곳에서 냉전시대에 후르시쵸프의 명령에 의해 Alexeiev의 주도하에 위그선의 개발이 이루어 진 것입니다. 실제로 설계 관점에서도 위그선은 수중익선에서 장착되어 수중에서 양력을 발생시키는 날개를 수면 위로 올리는, 발상의 전환에서 비롯된 것입니다. (같은 시대 미국에서도 여러 가지 초고속선을 검토 끝에 공기부양정을 개발하기로 결정하고 개발을 하였습니다.)

□ 역사적으로 위그선은 이렇게 조선산업 관점에서 접근하여 왔습니다. 그 이유는 위그선 기술에는 항공기와 조선기술이 다 같이 필요로 하지만 수상운항능력과 충격력을 견디는 선체구조 설계 등의 기술적인 이유로 조선기술이 좀 더 필요하기 때문입니다. 대략 2/3 정도가 조선 기반 기술이고 1/3 정도를 항공 기반 기술로 보고 있습니다. 실용화를 위한 경제적인 관점에서 조선업체가 위그선을 지어야만 하는 이유는 조금 후에 설명해 드리겠습니다.

□ 위그선을 수상에서 이륙하여 공기 중에 비행하는 운송순단이기 때문에 일종의 수상비행기로 보는 시각이 있는데, 수상비행기와 위그선은 상당히 다릅니다. 지면효과(Wiing-In-Ground효과)를 극대화하고 안정성(stability)을 확보하기 위해 위그선은 항공기에 비해 날개가 상당히 짧고 넓습니다. 또한 동체길이와 날개양현거리의 비율이 항공기보다 훨씬 적습니다. 즉, 날개가 항공기 보다 훨씬 짧고 뚱뚱한 전체적으로 뭉뚝한 형태이지요. 또한 날개 단면 자체도 위그선과 비행기가 서로 다릅니다. 이러한 형태는 고공에서는 오히려 효율이 떨어집니다. 비행기에서는 지면효과는 피해야 하는 현상입니다. 항공기의 착륙을 방해하고 사고를 유발할 수 있기 때문입니다. 하지만 위그선에서는 지면효과를 적극적으로 활용할 수 있는 날개 단면을 설계합니다. 항공기가 그리도 싫어하는 성질인 지면효과를 역으로 응용하고자하는 발상의 전환에서 위그선은 그 시작이 비롯된 것입니다.

□ 위그선은 세 가지로 분류됩니다. Type A,B,C가 있는 데, A, B형까지의 위그선이 선박으로 분류되고 있습니다. 이는 국제해사기구 (IMO: International Maritime Organization)와 국제민간항공기구(ICAO: International Civil Aviation Organization)의 협약에서 결정한 사실입니다. 여기서 A, B형은 그 운항고도가 150m를 넘어서지 않는 위그선을 말합니다. 운항 고도 150m를 넘어서면 우리가 흔히 비행기에서 불안감을 느끼게 하는 난류 문제가 발생하기에 C형부터는 항공기로 분류됩니다. 하지만 고도 150m 이하에서는 이러한 기류 문제를 고려할 필요가 없습니다. (난류에 관한 것은 조금 후에 다시 말씀드리겠습니다.)


3. 위그선의 기술과 안전성

□ 위그선의 자세한 원리는 생략하겠습니다. 이곳에서 오랜 기간 여러분이 설명을 해오셨고, 인터넷에서 검색하면 방대한 자료가 있습니다.(http://www.wig.or.kr/intro/intro.php, http://en.wikipedia.org/wiki/Ekranoplan 참조)
간단히 말씀드려서, 전진속도가 같은 상황에서도 동체를 위로 지탱하는 힘인 양력을 발생시키는 날개가 지면/해면에 가까워질수록 양력은 증가하고 저항은 증가하지 않는 원리가 위그선의 원리입니다. 흔히 알고계시는 알바트로스나 갈매기가 수면위를 날개짓이 거의 없이 날아가는 현상입니다. 가장 효율적인 에너지 소비방법을 이러한 날짐승들은 이미 알고있는 것이지요. 이러한 지면효과는 날개 밑에 동적쿠션(dynamic cushion)이 있는 현상으로 나타납니다.

□ 이 동적쿠션으로 인하여 위그선은 태생적으로 자동적인 자세/위치제어 성능을 갖게 됩니다. 위그선이 수면가까이 다가가면 동적쿠션은 위로 반발하여 (양력증가) 위그선이 떠오르게 되고, 수면에서 멀어지면 지면효과가 감소하여 양력이 감소하고 아래로 내려가게 됩니다. 즉 자체적으로 안정적이고 움직임이 적은 운항이 가능한 것이 위그선의 큰 특징이 됩니다. 날개가 양쪽에 있는 위그선은 이 때문에 횡운동(roll)이 거의 없습니다.

□ 위그선의 운항고도와 이수고도와 파고에 대한 여러 가지 이견를 보이고 계시더군요. 우선 오해의 소지가 있는 파고(wave height)와 고도(altitude)는 다음 그림과 같습니다. (그림을 이 글에 어떻게 위치시켜야 할 지 고민이 좀 되네요. 제일 밑에 오나요?) 이 그림은 위그선의 순항/운항고도와 이수가능 파고와의 관계입니다. 파고(wave height)는 파저(바닥)에서 파정(꼭대기)까지를 말합니다. (주의: 해상에서의 파고를 표현하는 여러 가지 방법 중에서 유의파고(Significant Wave Height)를 많이 사용합니다.) 고도(altitude)는 평균해수면으로부터의 거리를 말합니다. 이곳에서 파고를 말씀하시는 여러분들이나 심지어는 위그선에 대한 일부전문가도 이를 착각하는 경우가 있습니다. 파고 4m는 실제 평균해수면에서 2m의 진폭(amplitude)을 갖는 경우가 됩니다. 위그선의 바닥까지 많은 여유가 있습니다. (불규칙한 해상파고의 분포에 따른 설명은 여기서는 줄이겠습니다. 1/3, 1/10, 1/100, 파도에너지, 파도모멘텀 등 여러 가지가 나옵니다.)

□ 다음으로, 위그선은 일단 이수(take-off: 항공기에서는 이륙, 위그선은 이수)시에만 해상의 파고에 영향을 받습니다. 이수 이전까지는 위그선은 선박과 같기 때문에 물의 마찰과 조파, 파도 등에 기인하는 저항을 받고, 또한 선체가 흔들리게 됩니다. 일단 이수한 후의 순항/운항 시에는 파도의 효과가 아주 적습니다. 그 원리는 바로 위에서 설명드린 동적쿠션 때문입니다. 따라서 파고에 따른 위그선의 운행은 주로 이수시만 고려하면 됩니다.

□ 파고 2m를 넘지 못할 마의 벽으로 오해하시는 분이 계십니다. 아래의 ‘광돌이’님의 글(세계 위그선 개발 현황) 중에서 있는 여러 종류의 위그선의 비교표에 한 가지 오류가 있고, 이를 잘못해석하신 몇몇 분들이 파고가 있는 해역에서 나는 위그선이 파도에 맞아 깨지거나 한다고 주장하신 것 같습니다. 표의 마지막 ‘순항고도’는 ‘이수고도’로 정정되어야 합니다. 누군가 번역과정에서 실수가 있었던 것 같습니다. 이와 같은 기존 위그선자료는 인터넷상에 아주 많기 때문에 바로 확인이 가능합니다.

□ 아래 ‘야광’님의 글(위그선의 성능 전모)이 위그선의 크기와 이수 및 파고와의 일반적인 관계를 말해줍니다. 하지만 이러한 관계도 기술의 발전에 따라 많이 극복되어지고 있습니다. 1966년도에 러시아의 위그선 설계/제작시 이수가능 최대파고는 지금 우리나라가 개발하려는 크기의 위그선의 경우 3.5m였습니다. (‘광돌이’님의 표에 기재되어 숫자가 약간 다릅니다.). ‘마의벽’이라 전혀 잘못 인식되고 있는 2m라는 파고제한은 소형위그선의 경우입니다. 한일운항중인 제트포일선과 같은 고래등의 해양생물과의 충돌은 위그선에서 발생할 확률이 정말 희박합니다. 터빈엔진에 부딪히는 새들의 영향도 이미 터빈에 유입되는 해수를 막는 장치와 기타 기존장비의 도움으로 해결하고 있습니다.
http://www.aviapedia.com/transports/ekranoplans-caspian-sea-monster-video ,http://www.mte-germany.de/mte-germany/FAQ/FAQ.asp?AnswerID=14 ,
http://www.attk.ru/ATTKEng/mpe10to400.htm (MPE-400)

□ 위그선의 안전성(safety)에 관한 사항은 위그선의 기존 선박과 비교할 수 없는 초고속의 운항속도로 인하여 개발초기인 60년도부터 중요 관심 대상이었습니다. 위그선은 1965년부터 다양한 크기의 실선들이 여러 해역에서 실제로 운용되었던바(지금도 구글어스로 러시아등지에서 위그선을 직접 볼 수 있습니다), 충돌로 인한 대형 사고는 한 건도 보고된 바 없습니다. 이와 같은 사실은 위그선은 안전에 관계된 위험성이 항공기와 선박에 비하여 크지 않다는 것을 보여줍니다. (소련에서 두 건의 사고 사례가 보고되었었는데 이는 미숙련 조종사의 실수로 인한 사고로 판명되었습니다. - 현대 항법장치의 도움으로 이러한 조종사 실수의 발생확률은 극소화되고 있습니다.)

□ 충돌방지는 위그선에서 운용과 기술적인 접근으로 설계 시부터 고려하고 있습니다. WIG선은 1km이내의 선회 반경을 가지는 것으로 설계되며(거의 같은 크기의 공기부양정과 같은 선회반경), 큰 각도의 Bank Turn을 시도할 경우 훨씬 더 작은 선회 반경을 보일 수 있어, 빠른 속도를 고려할 때 매우 우수한 조종성능을 갖습니다 . 또한 센서등의 이상등과 같은 계기의 이상과 기타의 비상시에는 수평면 상에서의 피항 뿐만 아니라 고도를 올려서 (jumping mode: 위그선 type B) 장애물을 피하는 수직면 상의 경로까지 함께 고려할 수 있도록 설계됩니다. 이러한 삼차원적인 회피기동을 통하여 위그선의 운항 안전성을 극대화 합니다. 여기서 jumping mode는 고도 150m까지 가능합니다. 왜냐하면 이수 후에는 엔진출력이 아주 여유가 있기 때문입니다. (최대 출력에서 약 1/3 이상의 여유가 있습니다. 위그선이 최대 엔진 출력이 필요한 시점은 이수 시입니다.) 고도상승 속도는 3-5m/s 이상입니다.

□ 현대의 초정밀 레이더, 인공위성, 선박자동식별장치(AIS) 등의 장치/센서의 발전은 이들이 하나도 없던 1960년도 러시아 위그선 개발 당시와 비교가 불가합니다. 이들이 위그선의 안전성에 또한 기초가 됩니다.

□ 해상에서의 충돌등의 사고는 연안 근처에서는 적절한 수심을 확보할 수 없어서 모두가 좁은 항로로 몰리는 문제로 인하여 발생하며, 먼 바다에서는 장기간의 항해로 인한 전방 감시 소홀, 선박 간의 의사소통 부재 등의 문제로 인하여 발생합니다.

□ 우선 먼 바다에서의 운항을 생각해 보면 위그선의 속도 및 조종성 관점에서는 다른 배들은 거의 정지해 있는 것이나 다름없습니다. 그 결과 국제 규정에서는 위그선이 다른 모든 선박들을 피하도록 되어 있습니다. 즉 상대방의 행동을 예측하지 못하여 위험에 빠질 확률이 그만큼 적다는 것을 의미합니다. 최근의 레이더, 선박자동식별장치(AIS) 등을 고려하면 대략 20~30km 밖에서부터 다른 선박들에 대한 추적이 시작됩니다. 국제해사기구(IMO)에서는 이러한 기본적인 특징에 더하여 추가적으로 장애물 탐지 및 회피 시스템을 설치하도록 권고하고 있습니다. 다음은 국제해사기구(IMO)의 위그선을 위한 잠정 가이드라인에 나와 있는 내용입니다.

12.13 장애물 탐지 및 회피 시스템
WIG선에는 다음 사항이 가능한 장애물 탐지 및 회피 시스템이 설치되어야 한다:
.1 WIG선의 위치, 선수방향 및 속력에 대한 자료 처리;
.2 WIG선 위치 및 예보된 항로에 대해서 모든 고정된 장애물, 부유 장애물 및 반잠수 장애물을 인지; .3 긴급정지를 포함하는 충돌회피궤도 계산;
.4 만일 충돌회피 조종이 필요하다면, 운항실 선원에게 경보;
.5 항실에 충돌회피궤도를 표시

□ 가까운 바다의 경우 기존의 배들은 수심 문제로 인하여 항로나 물길 등의 바다위의 뱃길로만 다닙니다. 위그선은 이와 같은 수심 문제가 없습니다. 기존의 항로와 중첩되지 않게 위그선 항로를 정하게 될 것입니다. '위그선 전용 고속도로'라는 표현이 옳습니다. 선박이 줄지어 운항하는 옆, 저수심 또는 암초지역 위를 위그선이 운항하는 방식이라고 말씀드리고 싶습니다. 위그선의 뛰어난 조종성은 작은 섬들 사이의 최적항로를 결정하여 이 바다 고속도로 위를 운항하게 되는 것입니다. 바다에서 항해할 때는 아무 계획 없이 움직이지 않습니다. 섬, 다리 등과 같은 지형지물 및 해로 상황 등을 미리 고려하여 적절한 항로를 결정한 후 이를 따라가며 상황에 대처하는 것입니다. 이와 관련되어 이 토론장에서 어떤 분이 지적하신 운항관계 법령에 대해서는, 우리나라 정부에서 국내운항을 위한 위그선 관계법령 제정/개정작업을 준비 중입니다. 중국과 일본 운항을 위한 작업도 예정되어 있는 것으로 알고 있습니다.

□ 여기서 많은 분들이 오해하는 점 한 가지, 위그선은 비좁은 항구에서 이수하지 않습니다. 대형선박이 항구내로 들어오지 않고 머무는 지점 정도까지 위그선이 자력으로 고속선처럼 운항하고, 이지점에서 take-off하게 되는 것입니다.

□ 또 다른 위그선의 안전성과 관계하여 기상조건 변화에 야기되는 안전성 위협요소가 적습니다. 위그선은 항주하는 수면과 가까운 고도에서는 앞서 말씀드린 난류와 같은 기상조건의 변화 및 그 정도가 고공에 비하여 아주 적습니다. (어는 분이 수면 가까이에서 기류가 불안정하다고 하시던 데, 이는 사실과 다릅니다. 그 이유는 대기와 수면과의 마찰력 때문입니다.) 이에 따라 안전성 위협에 대한 대응책 마련의 용이성이 항공기에 비해 상대적 우위에 있습니다.

□ 위그선은 운항 높이가 5m 부근이므로 만약의 경우 제반 문제로 기인한 비상착수시도 그 충격은 아주 작습니다. 수면과의 최악의 충격에도 견딜 수 있도록 선체 하부의 설계가 됩니다. 위그선의 하부 선체는 처음부터 착수를 고려하여 설계합니다. (앞서 말씀드린 바와 같이 이러한 충격력에 대한 대비한 선체 설계로 인하여 조선공학이 위그선개발에 중대한 역할을 하고, 또한 위그선이 선박으로 분류됩니다.) 운항불가능 시에도 수면에 정상착수, 비상착수, 무동력 착수 후 재이수가 가능하기에 사고발생 시 물적, 인적 피해의 최소화가 가능합니다. 또한 선체자체의 부력에 의하여 정지 시 수면에 부상하여 있는 것이 가능하여 비상탈출 및 인명구조가 용이합니다.

□ 우리나라가 가지고 있는 모델링&시뮬레이션 기술은 세계적으로 아주 뛰어납니다. 우리나라 위그선 개발자들에게 충돌회피와 운항안전성검토는 기본설계를 조금씩 변경할 때마다 기본적으로 해야만 하는 시뮬레이션입니다. 위그선 운용시 인적요소에 의한 위험을 최소화하는 위그선 운항용워의 교육/훈련 시뮬레이터도 개발예정입니다.


4. 위그선의 수요/경제성/수익성

□ 위그선의수요가 없다는 말은 조선소와 실수요자인 해운회사의 특성 (다른 주수요자인 군의 입장은 다릅니다만) 때문에 생기는 오해 혹은 이견입니다. 조선소는 수요자가 물건을 주문한 후에 배를 제작하는 방식입니다. 수요자는 건조사례가 있는 선박을 기초로 그들의 의견을 반영하여 주문을 넣습니다. 이러한 이유로 전혀 새로운 선박을 개발할 때에는 수요자의 수요와 제작자와 공급사이에 시간상의 차이가 존재합니다. 또한 국내조선소는 일정부분 보수적입니다. 2007년 현재 부동의 조선수주/건조 1위인 까닭에 굉장한 영업이익을 남기고 있기에 더욱 그런 성향이 강합니다. (조선소의 파라다임 쉬프트는 여기서 언급하지 않겠습니다.)

□ 실제 국내외 해운회사와 국내외 해양경찰/해군에서는 위그선에 상당한 관심을 보이고 있습니다. 고속성, 경제성 (산지와 수요지를 연결함에 따른 물류이동시간의 획기적 단축과 위그선 고유의 경제성), 공항시설의 불필요성으로 (인도네시아 항공사업의 경우 공항문제로 인하여 사업이 몰락한 바 있습니다) 인하여 엄청난 관심을 보이고 있습니다. 아울러 위그선시장은 건조/운용에 있어서 수요를 창출하는 시장입니다. 기존의 수요에 숟가락을 놓는 것이 아닌 새로운 상을 차리는 것입니다. 얼마나 많은 신시장을 해운회사가 기대하고 있는 지 아시면 깜짝 놀라실 것입니다. 여기서 위그선의 군전력화 효과는 빼놓을 수 없는 것이겠습니다. 원래 태생이 군사용이었기에 때문에 위그선은 그 크기에 따른 다양한 군사적 용도가 있습니다. (경비구난함에서 미사일 함까지). 한가지 추가하자면 위그선은 물보라를 일으키며 운항하지만 수면에 접촉하지 않기에 적은 흔적을 바다에 남김니다. 태생이 상당한 정도 스텔스의 성능을 가지고 있습니다. 여기에 RCS최소화 등이 추가될 경우를 생각해 보십시오. 또한 해상에서 중간 보급이 항공기 보다 훨씬 간단합니다. 수면에 착수하여 재보급후 이수하면 됩니다. 여기 군사세계 많은 분들은 위그선의 이러한 특성을 가지고 어떻게 군전력화에 기여할 수 있는 아이디어가 있으신지요?

□ 참고로 위그선의 타당성 조사중에서 경제성분석 결과는 매우 좋습니다. 물류의 총 이동거리가 아닌 항구대 항구의 물류 이동만으로도 B/C가 1.3근방입니다. 이러하니 총 물류이동시간을 고려한 경제성분석 결과는 이보다도 훨씬 좋겠지요.

□ 위그선을 처음 제조하여 사용한 러시아는 위그선을 군수용으로 개발하였기 때문에 민수 실용화를 위한 운항 경제성을 고려하지 않았습니다. 많은 엔진을 탑재하여 500km/h가 넘는 엄청난 속도록 운항하였습니다.(우리나라의 경우 경제성 때문에 250km/h~300km/h가 목표입니다.) 그러나 개발책임자가 죽고 러시아가 붕괴되면서 위그선에 대해 투자를 하지 않았기 때문에 지금도 위그선 실용화가 지지부진한 것입니다. 러시아는 절대로 위그선을 포기한 것이 아니라 지금도 위그선을 상용화하기를 원하여 있습니다. 조선산업의 몰락과 투자의 저조로 위그선 상용화 계획만 세우고 투자자를 찾아 헤매고 있습니다. (위그선 관련 기술은 러시아난 우크라이나 정부의 엄격한 통제를 받고 있습니다.) 중국과 독일도 위그선에 많은 관심을 보이고 있고 이러한 상황은 다른 선진국들도 유사한 상황입니다. 펠리칸 이외에도 미국이 얼마나 위그선에 관심이 많은 지는 많이 알려져 있습니다. (2008년 알래스카에서 운항예정인 위그선도 있습니다. http://www.pacificseaflight.com)

□ 우리나라의 조선인프라는 자타공인 세계최고입니다. 앞에서 말씀드린 조선산업이 위그선의 설계/건조에 기반이 되기에 이러한 우리의 조선인프라는 위그선실용화 가능 국가 후보 중 최고가 될 수밖에 없습니다. 이는 초고속선 개발에 관계하는 국외전문가들이 학회등지에서 인정한 사실이면, 끊임없이 우리나라의 위그선 개발을 주시하고 있습니다.

□ 조선산업 기반에 따른 위그선의 경제성은 또 있습니다. 바로 위그선의 설계 및 건조에 소요되는 제조비용이 항공기 대비 상당한 수준으로 저렴하다는 것입니다. 위그선은 선박으로 규정되어 설계와 건조에 선박의 규칙을 적용받기 때문에, 위그선의 부품 단가가 항공기에 비해 상대적으로 훨씬 저렴합니다. 또한 위그선은 항공기에 비해 다중(redundant) 시스템 요구가 적어 이에 따른 장비가격 감소로 인하여 건조비용이 상대적으로 저렴합니다.

□ 마지막으로 세상에 존재하는 모든 운송수단은 미완성입니다. 마차에서 우주선까지 모두 완성을 향해 나아가고 있으며, 계속하여 보완이 되고 있습니다. 이러한 보완이 무서워 시작도 하지 않을 수는 없습니다. 다만 설계시부터 위험요소를 최대한 줄여서 운송수단으로의 완성도를 놓일 수 있게 해야 할 것입니다.

‘강대국이 안하는 데 우리가 어떻게 하냐?‘하는 말을 들을 때마다 저는 이렇게 말하곤 합니다, ’우리나라이기에 위그선 실용화를 할 수 있다. 왜 안하는데?‘라고요. 남이 안하면 우리도 안하는 것은 이제 지양해야 할 태도라고 생각합니다.

길고 지루한 글 읽어주셔서 감사하고 열정적인 토론은 언제든지 환영합니다.
감사합니다