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지난 8월 21일, 서해교전의 비극으로 침몰한 고속정의 인양 작업이 성공리에 완수됐다. 침몰선박의 조사와 인양은 치밀한 예비작업과 첨단장비를 통한 과학적인 방법으로 이뤄진다. 서해교전 고속정의 인양 작업을 비롯해 침몰선의 인양 절차를 살펴보자.


1912년 3월 31일, 보잉747 여객기 4대를 이어놓은 것과 같은 어마어마한 크기의 여객선이 아일랜드 벨파스트 조선소에서 완공됐다. 당시 여객선으로는 세계 최대의 규모이자 가장 화려한 타이타닉호가 탄생한 것이다. 타이타닉호는 승선자 2천2백8명을 태우고 영국 사우샘스턴항에서 출항, 뉴욕항을 향해 첫 항해를 시작했다. 그러던 중 1912년 4월 14일 밤 11시 40분, 미국 북동 뉴펀들랜드 4백마일 해상에서 선박 앞부분이 빙하와 충돌했다. 구멍난 배의 앞 오른쪽 부분으로 들어온 바닷물로 인해 앞부분이 가라앉으면서 배가 두동강 나고, 이어 뒷부분도 가라앉았다. 불과 2시간 40분만인 1912년 4월 15일 새벽, 그 당시 세계에서 가장 큰 여객선 한척이 깊고 어두운 바다 속으로 승객 1천5백13명의 생명을 앗아가며 침몰한 것이다.

당시에는 3천8백m나 되는 수심에 들어가 조사할 수 있는 기술과 장비가 없었기 때문에 이 비극의 침몰선은 깊은 바다에 버려진 채 많은 시간을 보내야만 했다. 하지만 타이타닉호의 비극을 잊지 않은 해양과학자들은 수중 작업기술과 해양장비의 개발에 지속적으로 심혈을 기울였다.

1985년, 드디어 미국 우즈홀 해양연구소의 로버트 발라드가 이끄는 미국과 프랑스 연구팀이 타이타닉호의 잔해를 최초로 발견했다. 이어 1996년 8월에는 수중 6천m까지 들어가 작업할 수 있는 유인잠수정 노틸을 이용해 약 90kg의 타이타닉호 선체 잔해의 일부를 수상으로 인양하는 작업이 추진되기에 이르렀다. 그러나 이때의 인양작업은 실패로 돌아갔다. 3천8백m의 수심에서 들어올려질 때 잔해와 부력재를 연결하는 와이어가 끊어졌기 때문이다. 결국 수면 가까이 올라온 선체 잔해는 다시 수중으로 침몰하고 말았다.


다시 인양작업이 착수된 1998년 8월 11일, 드디어 타이타닉호 선체 잔해를 인양하는데 성공했다. 인양작업은 약 1개월이 소요됐으며, 6천m급 유인잠수정 노틸과 무인잠수정 마젤란, 위성항법장치(GPS, Global Positioning System), 첨단 해양장비를 장착한 해양조사선 등이 사용됐다. 비록 선체의 일부이기는 하지만, 이로써 1912년 침몰한 타이타닉호는 침몰한지 86년만에 다시 햇빛을 보게 됐다.


음파를 이용해 수중 탐색

침몰선박들 중에는 타이타닉호와 같이 역사적으로 큰 의미를 지닌 선박이 있고, 군사적으로 중요한 의미를 갖거나 해양 환경을 파괴하는 선박도 있다. 또한 과거와 현재를 연결시켜주는 귀한 유물을 간직한 보물선도 있다.

모든 침몰선박을 반드시 인양해야 하는 것은 아니다. 침몰선박 중에는 해양환경이나 안전에 영향을 미치지 않고 오히려 해양생물들이 살아가는 터전을 제공하는 선박도 있기 때문이다. 따라서 침몰선박은 해양환경과 안전에 미치는 영향이 클 때, 침몰선박 안에 있는 유물의 가치가 매우 높을 때, 군사적으로 중요할 때, 사고의 원인 파악에 중요한 정보 또는 가치가 있을 때, 그리고 얕은 수심에 침몰돼 인양이 용이하고 비용이 많이 들지 않을 때 인양할 수 있다.

침몰선박의 인양이나 위험성 등을 판단하기 위해서는 보이지 않는 침몰선박을 찾는 일이 무엇보다 중요하다. 과거에는 깊은 수심에 빠져 있는 침몰선박을 찾는 일은 상상도 하지 못했다. 다이버가 잠수 가능한 수심이나 선박에서 닻이나 와이어, 그물 등의 도구를 수중에 내려 수색할 수 있는 수심에서 침몰선박을 찾는 정도였다. 침몰선박의 수색이 어려운 이유는 공기 중과는 달리 수중에서는 빛이나 전자기파가 먼 거리까지 전달되지 못하기 때문이다. 특히 우리나라의 서해안 또는 남해안과 같이 미세한 입자를 갖는 부유물이 많은 해역의 경우 빛에 의한 가시거리는 수십cm에서 수m에 불과하다.

따라서 해저면에 놓여있는 침몰선박을 수색하기 위해서는 멀리까지 전파가 가능한 음파를 이용해 수중에서 특정 목표물을 찾을 수 있는 장비를 사용해야 하는데, 이러한 탐사장비를 소나(SONAR, SOund Navigation And Ranging)라고 한다.

소나는 신호 송신의 유무에 따라 능동 소나(active sonar)와 수동 소나(passive sonar)로 구분된다. 능동 소나는 소나에서 직접 음파를 발생시킨 후 물체에 맞고 되돌아온 신호를 수신하는 소나로, 해저 영상 획득을 위해 사용하는 소나들은 대부분 이에 해당된다. 수동 소나는 이와 반대로 음파를 송신하지 않고 수신만 하는 소나로, 소나의 위치를 노출시키지 않고 정숙한 상태에서 이용하고자 할 때 주로 사용한다. 따라서 수동 소나는 주로 군사용으로 많이 사용되고, 잠수함과 군함에서 수중 탐지를 위해 사용하는 소나들은 대부분 능동 소나다.

능동 소나 중에서도 침몰선 조사와 같은 해저면 조사용으로는 사이드 스캔 소나가 널리 사용된다. 사이드 스캔 소나는 조사선에 끌려서 예인되는 형태의 소나로, 넓은 면적을 수색하고 영상화시키기에 매우 효과적이며 구조가 간단하고 가격대가 저렴해 상업적으로 널리 활용되고 있다.

일반적으로 소나는 센서부와 신호처리부로 나눌 수 있다. 센서부에서는 전기신호를 음파신호로 변환해 송신하고, 물체에 맞고 반사돼 들어온 음파신호를 다시 전기신호로 변환해 신호처리부에 전달한다. 신호 처리부에서는 이렇게 수신된 신호 중 소음을 제거한 원래 신호만을 추출한 후 증폭해 영상으로 구현하는 역할을 수행한다.


인공위성 이용한 위치 추적

해저면 조사에 널리 사용되는 사이드 스캔 소나 역시 센서부와 신호처리부로 나눠진다. 좀더 자세히 살펴보면 물 속에서 일정한 깊이와 방향을 유지하면서 예인돼 센서부를 통해 음파를 송수신하는 토우 피시(tow fish), 토우 피시로부터 수신된 신호를 처리하기 위한 신호처리장치, 그리고 처리된 신호를 영상으로 표현하기 위한 디스플레이장치로 구성된다.

특히 최근에는 위성항법장치(GPS) 기술이 보편화되면서 조사선과 토우 피시의 절대 위치 추적이 용이해졌으며 이는 소나 영상처리기술과 결합돼 촬영된 영상의 위치 파악 기술을 발전시켰다.

GPS는 인공위성을 이용해 물체의 위치를 정확히 추적하는 장치다. GPS 장치를 활용해 수상에 떠있는 조사선박의 절대 위치를 파악하고, 수중에 있는 토우 피시와 같은 소나의 상대 위치를 알게 되면 이를 활용해 소나의 절대 위치와 획득된 영상물에 대한 절대 위치 추적이 가능해진다. 즉 GPS를 이용해 얻어진 조사선의 위치 정보와 토우 피시의 상대 위치가 컴퓨터에 입력되면 컴퓨터에서는 이러한 정보를 활용해 토우 피시의 절대 위치를 파악하고 나아가 소나로부터 획득된 영상물에 대해서도 경위도 좌표를 매기는 등의 위치추적을 수행할 수 있다.

이와 같은 사이드 스캔 소나와 위치추적 기술을 통해 해저면에 놓인 침몰 선박의 위치를 정확히 파악할 수 있으며 선박의 길이와 너비 등과 같은 특징을 조사해 침몰된 선박의 종류와 상태를 알아낼 수 있다.
 

무인잠수정으로 1만1천m 깊이까지

기계장비를 사용해 침몰선박의 위치조사작업을 대략적으로 마친 후에는 사람이 들어가 파악하는 과정도 중요하다.

대략 50m까지는 잠수사가 호흡 공기를 수면에서 호스를 통해 공급받으면서 잠수하는 방식을 사용하는데, 50m 이상의 수심에서는 고압 공기통 안에 호흡할 공기를 저장해 몸에 지닌 채 잠수한다. 공기통에 호흡할 공기를 저장하는 방식을 사용하면 약 1백m의 수심에서 최대 3백m의 수심까지 작업을 수행할 수 있다.

다음으로 사람이 들어갈 수 없는 깊이의 수중조사와 작업에는 최첨단 조사장비인 무인잠수정이 사용된다. 무인잠수정은 크게 수상 지원선박과 케이블로 연결된 무인잠수정(ROV, Remotely Operated Vehicle)과 케이블 없이 스스로 움직일 수 있는 자율형 무인잠수정(AUV, Autonomous Underwater Vehicle)으로 나뉜다.

심해 무인잠수정은 현재 1만1천m급이 개발돼 있으며, 우리나라에서도 1천m 이내의 수심에서 작업할 수 있는 무인잠수정을 보유하고 있다.

현재 한국해양연구원 해양시스템안전연구소에서는 6천m급 무인잠수정을 개발중이다. 또한 수심 6백m까지 조사와 작업이 가능한 잠수장비와 작업수심 6천5백m의 깊이까지 운항할 수 있는 유인잠수정도 개발돼 있다. 유인과 무인잠수정은 사람이 작업할 수 없는 수심에서 침몰선박의 조사와 인양작업뿐만 아니라 심해자원 및 유물의 탐사, 해역특성 조사, 추락한 비행기의 탐사 등 다양한 영역에서 진가를 발휘한다.

침몰선박의 수색과 조사가 완료된 후 인양이 결정되면 본격적인 인양작업이 시작된다. 침몰선박의 인양작업은 매우 위험하기 때문에 전문기술과 철저한 사전계획이 필요하며, 기상상태 등의 영향을 받기 때문에 작업기간이 길어질 수 있다.

침몰선박을 인양하기 위해서는 가장 먼저 선박을 들어올리는데 필요한 인양력의 크기를 계산해야 하는데, 인양력을 계산할 때는 선체 중량뿐만 아니라 침몰선체와 해저면과의 접촉에 따른 힘이 고려돼야 한다. 즉 해저 저질이 뻘이라면 선체가 해저면 속에 파묻힐 가능성이 있으며, 만일 선체가 해저면 속으로 파묻혀 있다면 선체를 해저면으로부터 이탈시키기 위해 추가적인 인양력이 필요하다. 예를 들어 우리가 갯벌을 걸을 때 발이 뻘 속에 파묻히게 되는데, 빠진 발을 빼낼 때 많은 힘이 필요한 것과 같은 원리다. 또한 선체가 수중에서 있는 시간이 경과할수록 모래와 미세한 뻘, 수중 부유물 등이 선체 속으로 들어갈 수 있기 때문에 이와 같은 물질의 중량도 고려해야 한다.

수색과 조사가 완료된 침몰선이 어떻게 인양되는지 서해교전으로 침몰한 고속정의 인양 절차를 통해 살펴보자.
 

침몰 고속정의 인양 6단계

1998년 12월 전남 여수 앞바다에서 우리나라 해군의 함포사격에 격침된 북한 반 잠수정(선체의 일부가 물에 잠긴 상태로 항해할 수 있는 선박)이 수심 1백50m의 깊이에 침몰됐다. 당시까지만 해도 수심 1백50m에 침몰한 선박을 인양해본 경험이 없었던 해군에서는 군사적으로 중요한 의미를 갖는 반 잠수정을 인양하기 위해 수압 조절을 위한 각종 첨단장비를 동원했다. 해군의 해난구조대 대원들은 2m 정도의 시계 밖에 확보되지 않는 열악한 작업 환경에서 약 3개월만에 반 잠수정을 성공적으로 인양함으로써 1백m가 넘는 심해에서 잠수사에 의한 선박 인양이라는 대기록을 세우게 됐다.

2002년 6월 서해교전으로 침몰한 고속정은 어떨까. 이번에 침몰된 고속정은 수중 가시거리가 1-2m에 불과한 해역에 침몰돼 있는 것으로 알려져 있다. 해군은 당초 인양에 두달 정도 걸릴 것으로 예상했으나, 기상조건이 좋았고 고속정이 뒤집히거나 기울어져 있지 않아서 작업이 예상보다 쉬웠다고 밝혔다. 서해교전 침몰 고속정의 인양 절차를 살펴보자.

첫단계로 침몰 고속정의 위치 수색이 이뤄져야 한다. 침몰선박의 위치수색에는 사이드 스캔 소나와 같은 음파장비를 이용할 수 있다.

두번째 단계에서는 선체의 놓여진 상태와 손상상태, 해저면의 형태 및 지질 등에 대한 정밀 조사가 필요하다. 이 조사작업에는 수심의 영향을 받겠지만 경험이 많은 잠수사를 이용하는 등 사람이 직접 투입될 수 있으며, 이것이 어렵다면 조사용 무인잠수정을 활용할 수도 있다. 그러나 무인잠수정은 유속에 영향을 많이 받기 때문에 현장 상황을 정확히 파악한 후 사용 여부를 판단해야 할 것이다. 이렇게 얻어진 자료를 통해 상세한 인양계획을 수립할 수 있다.

세번째 단계로 수상작업 지원선박의 위치고정이다. 침몰선박의 인양에 반드시 필요한 작업으로, 침몰선체 상부 수면에 작업선박을 움직이지 않게 고정시켜놓는 것이다.

네번째 단계로 와이어나 체인을 침몰선체와 인양 장비 사이에 연결하는 작업이다. 이 작업에 가장 영향을 많이 미치는 것은 선체의 침몰형태와 해저면 지질이다. 만일 해저면이 암반으로 구성돼 있다면 침몰선체에 와이어나 체인을 감는 일이 상대적으로 수월할 수 있을 것이다.

하지만 해저면이 뻘이고 선체가 뻘에 묻혀 있다면 인양이 매우 어렵다. 이런 경우에는 뻘을 파내고 와이어 또는 체인을 선체 밑으로 통과시켜 감는 방법을 사용할 수 있다. 이때는 고압의 공기나 물을 분사시켜 뻘을 제거하거나, 뻘을 흡입해 와이어 통로를 만드는 장비를 사용할 수 있다. 두가지 방법이 모두 불가능하다면 와이어 또는 체인을 선체에 바로 연결시키는 방법을 사용할 수 있다. 이 경우 선체 외판에 구멍을 내거나 무거운 하중에 견딜 수 있는 선체 구조물을 활용할 수 있다. 하지만 자칫 잘못하면 인양 중 선체와 와이어가 이탈돼 선체가 다시 침몰되는 문제를 발생시킬 수도 있다.

또한 인양용 와이어나 체인의 규격을 결정하는 일과 선체에 연결하는 위치선정 작업이 중요하다. 인양 중 와이어나 체인에 걸리는 하중의 차이로 인해 와이어나 체인이 절단되는 것을 방지할 뿐만 아니라 인양 중 선체의 회전을 방지할 수 있기 때문이다.
 

잠수형 바지선 이용

다섯번째 단계로는 선체의 인양작업을 해야 한다. 선체에 인양용 와이어와 체인을 결박한 후 이를 인양장비와 연결하고 그 후에 시나리오에 따라 선체를 인양하면 된다.

인양장비로는 중형급의 해상기중기 1-2척이나, 중량물을 들어올릴 수 있는 윈치가 설비된 기중기 바지선을 사용할 수 있다.

또한 선체가 수면에 드러나는 시점에 인양장비와 와이어에 하중이 가장 크게 걸리는 점을 고려한다면 안전성을 높일 수 있는 방안으로 잠수형 바지선(transport barge, 바닥이 평평한 짐배)을 사용할 수 있다. 수면에 드러나는 시점에 하중이 가장 크게 걸린다는 것은 물 속에 있는 바가지를 들어올릴 때 물 속에서는 가볍지만 수면에 드러나기 시작할 때 바가지 내에 있는 물이 하중으로 작용해 무거워지는 것과 같은 원리를 떠올리면 좀더 쉽게 이해가 된다.

이 방법은 먼저 수중의 선체를 일정 수심까지 들어올린 후 옆에 대기하고 있던 잠수형 바지선에 부력을 제거하고 잠수시켜 수중 인양선체 밑으로 이동시킨다. 다음에 잠수형 바지선에 다시 부력을 주입시켜 잠수형 바지선의 자체부력에 의해 선체를 들어올릴 수 있는 방법이다.

이때 사용되는 잠수형 바지선은 침몰 고속정의 중량과 크기를 감당할 수 있는 규모가 돼야 한다. 이밖에 조석간만의 차이를 이용해 만조시 얕은 수심으로 선체를 이동시킨 후 인양작업을 마무리하는 방법도 있다.

여섯번째 단계로 인양 선체의 안전한 이동이다. 안전한 방법으로는 바지선(이때의 바지선은 잠수형 바지선이 아니고 일반적인 집배다)에 인양선체를 올려놓고 이동시키는 방법이 있다. 물론 사전에 인양선체를 이동·정박시킬 장소를 정해놓아야 한다.

그 외에 위험성이 따르지만 인양작업을 수행한 해상기중기선 또는 기중기 부선에 선체를 매달아놓은 상태에서 예인선에 의해 전체를 이동시키는 방법이 있다. 그러나 이 방법은 해상상태와 기상상태에 영향을 많이 받고 이동 중 인양용 와이어가 절단되거나 인양선체가 인양장비에서 이탈해 다시 침몰할 위험성이 있다.

군 당국은 인양된 고속정을 평택 2함대 사령부 기지로 옮긴 후 정밀 선체 조사를 거쳐수리∙재사용 여부를 결정하기로 했다.

우리나라에서는 첨단장비와 기술을 이용해 수심 1백50m에 침몰한 선박을 인양하고 정밀조사도 성공리에 마친 경험이 있다. 세계적으로는 수심 1만1천m급 무인잠수정이개발돼있으며, 3천8백m의수심에서침 몰선체의 일부를 인양한 사례가 있다. 바다속의 침몰선에 대한 조사와 인양은 과학기술의 발달에 힘입어 작업 한계와 범위를 무한히 넓혀가고 있다.