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NewsRoom Exclusive
  1. 사회

“조종실서 먹는 밥맛이 어떨지 궁금했다”

단독르포 / 空士 출신 비행이론 전문가, 여객기 조종실에 들어가다➁

장조원  한국항공대 교수

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● 북극항로, 캐나다·미국·러시아 관제구역 통과...대한항공, 2006년 8월부터 북극항로 운항
● 비행 계기장치는 자가용 비행기에서 발전 주도
● 알아두면 유용한 항공학 기술들
● 평상시 경험할 수 없는 청천난류, 구름 관통비행, 이착륙 체험...“3박4일 짧은 일정이었지만 영원히 기억될 멋진 비행수업”
토론토 공항에 대기 중인 보잉 787-9 여객기(HL7208). 사진=장조원
필자는 지난번 글에서 인천공항 출발, 캐나다 토론토 피어슨국제공항 도착 때까지의 전(全) 비행과정을 설명했다. 토론토 도착 후 2박3일간 승무원 일행과 함께 시내 호텔에 투숙했다. 호텔에 머무는 동안 조종사들과 객실승무원들은 다음 비행을 위해 충분한 휴식을 취했다.

토론토에서 2박3일간 투숙했지만 비행 상황을 따져보면 쉬는 시간은 그리 많지 않았다. 인천에서 출발해 토론토까지 13시간 넘게 비행한 후 호텔에 도착, 곧바로 수면을 취했다. 그런데 시차 때문에 다음날까지 뒤척이다가 하루를 보내고 나니 곧바로 귀국하는 날 아침이었다. 그렇게 2박3일이 순식간에 지나가버렸다. 승무원들도 마찬가지였을 것이다.
 
인천-토론토 노선, 도입 1년도 안된 최신 여객기 투입
 
인천공항으로 돌아가는 당일 아침, 호텔 로비에서 만나기로 한 약속시간 10분 전에 승무원 전원이 집합했다. 조종사 선발 영어 시험을 볼 때 정시에 시험장 출입문을 잠가 시험을 못 본 지원자가 생각났다. 1분 늦어 시험장에 입실조차 못해 중도 탈락한 일이 있었다. 조종사로서 반드시 갖추어야 할 시간관념을 준수하지 못해 시험 치를 자격을 박탈당한 것이다.

호텔에서 셔틀버스를 이용해 토론토 피어슨공항 제3터미널에 도착했다. 탑승수속을 마친 후 탑승구(C35)로 이동했다. 그곳에서 비행 전 운항브리핑(항공정보를 비롯해 기상정보, 여객 및 화물 등 운항 관련 모든 정보에 대한 브리핑)을 했다.
조종사들은 운항브리핑에서 운항제한 사항 확인, 기상정보 분석, 대체공항 선정, 항공로 선정, 순항고도 선정, 비행시간 계산, 탑재 연료량 계산, 허용최대이륙중량 계산 등을 점검했다.

브리핑 후 승무원들이 먼저 들어가고 필자는 게이트에서 기다렸다가 12시 10분(토론토 현지시각)부터 승객들이 탑승할 때 같이 들어갔다. 탑승하자마자 객실 사무장에게 조종실 출입인가 서류(Cockpit Authorization, 조종실을 출입할 수 있는 문서)를 전달하니 조종사와 통화를 해 확인절차를 거친 다음 조종실로 들어갔다.
  
이번에 탑승하는 보잉 787-9 여객기는 등록기호 HL7208로 대한항공에서 2018년 10월에 8번째로 도입한 여객기다. 지난번 인천공항발 토론토행 여객기는 등록기호 HL8345로 대한항공이 2019년 3월에 10번째로 도입한 여객기였다. 인천에서 토론토를 왕복하면서 탑승한 대한항공 여객기는 모두 1년도 안된 최신 여객기였다.
 
이륙 전 준비
 
조종실에는 앞좌석에 기장석 부기장석 2좌석이 있고, 뒷좌석에는 2개의 참관인 좌석(Observer Seat)이 있었다. 필자는 조종실 뒷좌석에 앉았다. 앞좌석의 기장과 부기장은 항공로를 비행관리시스템(FMS)에 입력하고 탑재 연료량을 확인하고 비행시간을 계산하며 내부 계기들을 점검하는 등 이륙을 위한 준비에 여념이 없었다. 이번에는 인천에서 출발할 때와 반대로 부기장이 PF(Pilot Flying), 기장이 PM(Pilot Monitoring) 역할을 맡기로 했다. 토론토로 올 때 기장쪽 계기 상에 있었던 엔진정보 및 조종사 경고시스템(EICAS, Engine Indicating and Crew Alerting System)계기가 인천으로 갈 때에는 부기장 쪽에 표시되었다. PF인 부기장의 계기는 ND와 EICAS로 스크린은 분할되었으며, PM인 기장은 항법표시계기(ND, Navigation Display)만 나타나 있었다.
 
 
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PM인 기장의 ND(왼쪽)와 PF인 부기장의 ND와 EICAS
 
무게 중심과 균형
   
조종사가 이륙하기 전에 웨이트 앤드 밸런스(Weight and Balance, 항공기가 안전 비행을 할 수 있도록 무게를 알맞게 평형 배분하는 것을 말함)를 점검하는 것은 필수 사항이다. 무게중심은 여객기를 줄로 매달았을 때 평형을 유지하는 위치로, 허용범위는 비행 매뉴얼에 상세히 기록돼 있다. 항공사의 로드마스터(Load Master, 탑재관리사)는 무게 중심의 허용 범위를 벗어나지 않도록 승객과 화물을 적재해야 한다.
 
무게중심의 허용범위는 전방한계부터 후방 한계(중립점, 항공기의 피칭 모멘트 계수가 받음각에 따라 변하지 않는 중심의 위치)까지의 거리를 날개의 평균 공력 시위(Mean Aerodynamic Chord, MAC)로 나눈 값으로 정의된다. 여기서 평균 공력 시위는 날개 각 부분 시위의 산술 평균이 아니라 날개 표면의 지리적 중심을 지나는 시위를 말한다. 보잉 787의 무게중심은 평균적으로 기준선으로부터 18~28% MAC 범위에 있으며, 연료의 무게중심은 대략 19.9% MAC에 있다고 한다.

지상의 탑재관리팀에서는 자신들이 작성한 웨이트 앤드 밸런스 보고서를 조종실까지 와서 확인받지 않고 데이터링크시스템을 통해 문자로 조종실에 전송한다. 
 
 
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보잉 787-9 여객기의 무게중심 변화. 자료=비행매뉴얼
 
그림(보잉 787-9 여객기의 무게중심 변화)은 지상에서 무게중심(C.G., Center of gravity) 위치의 일반적인 변화를 보여주고 있다.

표준운항중량(SOW, Standard Operation Weight)은 항공기가 운항하는데 필수적인 자체의 중량에 추가적인 시설 및 장비 무게와 승무원, 승무원 휴대품, 음식물, 물 등의 무게를 포함한 중량이다. 영(零)연료 중량(ZFW, Zero Fuel Weight)은 SOW에 모든 승객 및 화물의 무게를 포함하고 연료무게를 뺀 중량을 말한다. 위 그림은 무게중심이 SOW에서 ZFW로 가면서 후방으로 이동한 것을 보여준다.

지상활주 중량(Taxi Weight)은 승객 및 화물을 탑재하고 연료를 보급한 상태의 중량을 말한다. 무게중심은 날개탱크에 연료를 보급했을 때 후방으로 이동하지만 항공기 중심과 꼬리부분에 연료를 보급했을 때에는 약간 전방으로 이동한 것을 보여준다. 중간의 가로 직선들은 각각 최대착륙중량과 최대 ZFW를 보여주고 있다.

이와 같이 여객기는 연료뿐만 아니라 승객, 화물 등에 따라 무게가 달라지고 무게중심 위치가 이동한다. 이륙 중량에 대한 항공기 중심위치는 이륙조작을 위한 수평꼬리날개(Horizontal stabilizer)의 각도를 정하는데 아주 중요한 자료다. 일반적으로 이륙할 때 항공기 성능을 더 유리하게 하기 위해 무게중심을 후방 쪽에 둔다. 왜냐하면 같은 조건에서 무게중심이 후방에 있는 경우 이륙성능이 좋아지고 더 낮은 실속속도(Stall speed, 비행기가 날 수 있는 최소한의 속도)를 가능하게 하기 때문이다.
  
유도로 이동 및 이륙
   
이번 KE074편은 승객 168명이 탑승해 이륙중량이 49만9800파운드(226.7톤)로 지난번 KE073편에 비해 18.1톤 가벼웠다. 지난번 비행에 비해 승객이 96명 적게 탑승했다. 줄어든 승객중량은 대략 7.2톤 정도 되고, 나머지 10.9톤은 연료 또는 화물무게가 가벼워졌을 것으로 추정된다.

이륙결심속도 V1(이륙 중지를 할 수 없고 반드시 이륙해야 하는 제한속도)은 159노트이고, 이륙전환속도 VR은 163노트, 활주로 바닥면에서 이탈하는 부양속도 VLOF는 170노트(시속 315km)였다. 여기서 제시된 속도는 지시대기속도(IAS, Indicated Air Speed, 국제표준대기 평균해수면의 공기가 항공기에 부딪치는 압력과 공기밀도로 계산한 대기속도)를 의미한다. 이 속도는 계기오차, 항공기 자세변화에 따른 공기의 흐름 변화 등을 고려하지 않은 속도를 말한다.

여객기의 예정 출발시간은 토론토 현지시간으로 오전 12시 40분이고 예정 도착시간은 인천 현지시간으로 다음날 오후 3시 20분으로 13시간 40분 소요된다.
출발시간이 다가오자 여객기가 이동하기 시작했다. 비행기 대부분이 여객터미널을 향하고 있으므로 활주로로 이동하기 위해서는 뒷방향으로 밀어 방향을 전환한다.
12시 34분에 지상 차량(Towing Car)에 의해 항공기가 뒤쪽으로 밀려 이동(Push back)하자 부기장이 엔진시동을 걸었다. 여객기는 활주로를 향해 러더와 틸러(Tiller)를 이용해 택싱(taxiing)한 후 활주로 05 방향으로 여객기를 정대했다.
 
 
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토론토 공항 활주로에서 부양 중인 여객기

PF인 부기장이 스로틀을 앞으로 밀면서 227톤 쇳덩이는 활주로를 힘차게 박차고 나가기 시작했다. 부기장은 이륙결심속도 V1 이전에 이륙을 포기할 경우 즉각 반응하기 위해 한 손을 스로틀 위에 올려놓고 있었다. 그리고 자동으로 알려주는 V1을 지나고 나서 스로틀에서 손을 떼었다. 조종실에서 PM이 육성으로 이륙조작속도인 VR을 알려주자 부드럽고 연속적으로 조종간을 당겨 최적의 이륙과 상승 성능을 냈다.

이륙경로(Take-off Path)는 다발엔진 항공기에서 엔진고장 시 항공기의 성능 또는 조종에 가장 심각한 영향을 미치는 임계엔진(Critical Engine)이 고장 났을 때를 가정해 정의된다.
 
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임계엔진 고장시 이륙경로. 자료=미국 연방 항공국
 
이륙경로(Take off path)는 항공기가 활주로에서 움직이기 시작한 후 이륙상승속도인 V2까지의 이륙거리와 V2에서 이륙최종단계(Final Segment)인 1500피트에 도달한 고도까지의 이륙비행경로를 합한 것을 말한다. 이륙거리는 여객기가 활주로상의 정지 상태에서 가속해 장애물회피고도인 35피트까지 부양한 거리다. 이는 지상 활주(Ground run), 회전(Rotation), 전환(Transition), 상승(Climb) 단계로 구성된다. 여기서 회전단계는 지상 활주할 때 조종사가 조종간을 당긴 상태에서 양력을 증가시켜 부양할 때까지의 과정을 말하며, 전환단계는 부양 후 상승자세까지의 곡선비행경로를 말한다.

이륙경로를 거치면서 여객기는 착륙장치와 이륙 플랩(Flap, 고양력장치)을 올린 상태로 최대연속추력으로 상승한다. 이륙과 상승은 비행정보간행물(AIP)에 공시된 표준계기출발절차(SID, Standard Instrument Departure)에 따라 진행된다.
 
순항비행과 식사
  
인천에서 토론토로 갈 때는 일본과 알래스카 간의 북태평양을 가로지르는 북태평양 항로(NOPAC, North Pacific)를 날았다. 이번에는 캐나다에서 미국, 북극, 러시아, 중국 등을 거치는 북극항로로 인천공항에 가는 항로였다. 이 항로는 통상 구름이 없고 난기류가 심하지 않으며, 북반구에서 동쪽에서 서쪽으로 비행할 때 제트기류(편서풍)를 피할 수 있어 북태평양 항로보다 연료를 절감할 수 있다. 물론 비상상황이 발생할 때 착륙할 수 있는 공항이 많지 않고 방사선 노출량이 늘어날 수 있는 단점이 있기도 하다.
  
 
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북극항로(Arctic route or Polar route)

이 지역에서 회항시간연장운항(EDTO, Extended Diversion Time Operations, 엔진이 꺼져 위급한 상황에 처했을 때 순항속도로 가까운 공항까지 갈 수 있는 운항 허용시간) 인가기준을 적용할 때 각각의 항공기마다 다르지만 일반적으로 쌍발 여객기인 보잉 777과 787 등의 경우 EDTO 180분을 인가받았다.

EDTO 330분 또는 207분을 인가받은 보잉 787-9 여객기는 소화 장비를 비롯한 여러 장비들을 갖춰야 하므로 제한적으로 적용된다. 예를 들어 항공기가 남미에서 남극을 통과할 때 주변에 대체공항이 없으니 장비를 더 갖추어 330분을 인가받아 통과하기도 한다. 필자가 탑승한 보잉 787-9 여객기는 EDTO 180분을 인가받았으므로 항공차트에 180분에 도달할 수 있는 거리의 원이 표시돼 있었다.
 
 
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기내 방송중인 기장의 방송 메모
 
이륙 후 약 40분 정도가 지나면 여객기는 순항고도(이번 비행은 3만6000피트)에서 안정적으로 수평 비행한다. 그러면 기장은 목적지 공항, 날씨, 고도, 속도, 도착공항의 날씨, 도착 예정시간, 온도 등을 기내 방송을 통해 승객에게 알려준다. 이때 객실승무원들은 승객들에게 음료수를 제공한다.
 
 
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기장(왼쪽)과 부기장의 서로 다른 식사 메뉴
 
이륙 후 2시간을 넘어 순항 고도에서 안정적으로 비행할 때 조종실에도 식사가 제공됐다. 기장과 부기장은 매 끼니마다 식사 메뉴를 달리한다. 식중독 등 만일의 사태를 대비해서다. 조종석 뒷좌석에 앉았던 필자도 객실승무원에게 주문한 식사를 제공받았다. 국제선 비행기 조종실에서 밥을 먹는 ‘첫 경험’을 한 것이다.
한편 객실승무원들은 식사타임과 면세품 판매가 완료되면 간식·음료를 제공하는 당번을 제외하고 벙크(Bunk, 침상)라고 불리는 휴식공간에 교대로 들어가 쉰다.
  
순항비행 중 비행감시
 
조종사는 순항비행 중에 통과하는 각 관제구역(위니펙, 에드몬튼, 처칠, 옐로우나이프, 화이트호스. 페어뱅크스, 앵커리지 공항 등) 관제사의 통신에 집중하며 비행 감시(Flight watch)를 했다. 또 순항비행할 때 엔진 및 각종 장비의 정상작동 여부를 점검하면서 각 지점 및 목적지 도착 예상시간, 항로상의 경유지점(Waypoint)의 위도와 경도 좌표, 각 지점 통과에 걸리는 예상시간, 고도, 연료의 소모량, 기상 등을 확인하며 안전운항에 최선을 다했다. 통상 순항비행의 경우 여객기가 자동비행장치에 의해 비행하기 때문에 조종사에게는 여유가 있을 것이라 생각했다. 그런데 실제로는 그렇지 않았다. 고객의 목숨을 담보하는 조종사로서는 한 순간도 방심할 수 없는 것이다.
 
 
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북극항로상의 경유지점 점검

순항비행 중에 엔진 화재는 아주 드물게 발생한다. 비행 중 엔진에 화재가 발생하면 엔진 화염 확산을 방지하기 위해 연료 공급 장치와 유압유(Hydraulic fluid)를 차단하고 비상절차 매뉴얼에 따라 비행해야 한다. 물론 보잉 787 여객기가 취항한 이후 엔진 화재가 발생된 적은 단 한 차례도 없었다. 물론 엔진 화재를 알리는 화재 경보 스위치가 고장난 적은 있었다고 한다. 보잉사는 즉각 스위치 고장 원인 파악에 들어갔고, 이어 화재 스위치의 결함이 1% 미만이라는 사실을 확인했다. 그래도 해당 항공사 모두에게 해당 부품을 교체하는 서비스를 진행했다고 한다. 
 
 
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고도 3만5000피트, 마하수 0.839를 나타내는 PFD
 
여객기가 항로상에서 서쪽으로 갈 때는 짝수고도로 비행하고, 동쪽으로 갈 때는 홀수 고도로 비행한다. 필자가 탑승한 인천공항을 향해 서쪽으로 평온하게 순항중일 때 주 비행표시계기(PFD, Primary Flight Display)를 사진촬영하면서 보니 마하수 M=0.84, 고도 35,000피트를 지시하고 있었다. 홀수고도로 비행하니 인천공항과 반대방향인 동쪽방향으로 가고 있는 것이다. 아주 의아해 기장에게 질문을 하니 여객기 방향이 일부 구간에서 동쪽 011도 방향으로 가고 있다고 설명해 주었다. 토론토에서 북극항로로 인천공항을 갈 때에는 아주 일부 구간은 홀수고도로도 비행하며, 인천에서 북태평양항로로 토론토를 갈 때 일부 항로에서는 일방통행으로 짝수 고도로도 비행하기도 한다.

토론토에서 인천공항까지 장거리 비행을 할 경우에는 순항비행 중에 연료소모가 가장 많으므로 비용절감의 관점에서 최적의 고도 및 속도로 비행하는 것이 중요하다. 항공기의 경제속도는 시간비용과 연료비용을 합한 비용이 최소가 되는 속도로 연료소모량이 최저인 속도와는 다른 개념이다. 시간비용은 승무원의 수당, 임차비용, 정비 비용 등이 포함되는 비용으로 비행시간이 길어질수록 증가하는 비용이다. 여객기는 경제속도와 바람속도를 고려해 최적의 경제속도로 비행한다.

순항고도 3만6000피트에서 연료 절감을 위해 언제 고도 상승하는지를 기장에게 물어봤다. 기장은 “순항고도를 결정하는데 고려해야 할 요소는 이륙항공기의 중량과 항공기의 성능, 항로상의 기상요소 등에 따라 결정된다.”며, “장거리 운항에서는 연료의 소모로 인한 항공기의 중량 감소에 따른 순항 중의 상승(Step Climb, 단계상승)을 통해 연료 소모를 줄여야 한다.”고 했다. 더 높은 고도에서는 밀도감소로 인해 항공기 저항이 줄어 연료가 절감된다는 공학적 지식이 있어야 이해가 되는 답변이었다. 비행계획 대비 실제 운항고도가 차이가 날 경우 항공교통관제(ATC) 배정 가능성을 감안해 가장 경제적인 고도를 설정해 비행한다고 보면 된다.
 
북극항로에서의 점검
 
북극항로는 2001년 공식 항로로 개방되었지만 초기에는 노스웨스트항공, 싱가포르항공 등 일부 항공사들만 이용하고 그 외 항공사들이 북극항로로 다니기 시작한지 그리 오래되지 않았다.

대한항공에서는 2006년 8월부터 아시아와 북아메리카 간 북극항로로 운항하기 시작했다. 현재 북극항로를 운항하는 항공사로는 아시아나 항공, 유나이티드 항공, 컨티넨탈 항공, 아메리칸 항공, 에어캐나다, 에어 차이나 등이 있다. 그런 항공사들의 보잉 747, 777, 787, Airbus 380, 350 여객기들이 북극지역(북위 78도 위쪽)을 가로 지르며 비행한다.

북극항로에서는 연료결빙으로 인해 엔진에 연료가 공급되지 않을 수도 있다. 이를 방지하기 위해 조종사들은 1986년 창설된 웨더뉴스(Weathernews Inc.)에서 제공한 고도별 연료결빙 차트를 통해 연료 상태를 점검했다. 여객기가 고속으로 비행하면 램라이즈효과(Ram Rise Effect)가 발생해 순항속도에서 날개표면 온도를 대략 30℃정도 상승시킨다. 램라이즈효과는 날개 전면에 부딪치는 공기의 마찰열에 의해 날개 표면의 온도가 상승하는 현상을 말한다. 그럼에도 불구하고 연료결빙이 우려되면 여객기의 고도를 변경하거나 속도를 더 빠르게 비행해 온도를 높여야 한다.

북극항로의 위험기상예상도(SIGWX Chart)는 뇌우, 태풍, 난류, 착빙, 제트기류, 화산활동 등 항공기 안전운항에 저해될 수 있는 기상정보를 알려준다. 여기서 SIGWX는 Significant Weather의 약자로 국내 항공기상청에서 항공기의 안전운항을 위해 비행고도 250(FL250, 2만5000피트)이하의 차트를 제공한다. 조종사는 항공기 안전 운항에 악영향을 줄 수 있는 기상예보를 SIGWX 차트로 확인했다.

또 북극항로의 북위 78°이상에서는 북극항로운항(North Polar Operation)을 통해 전파두절(Radio Blackouts), 태양복사(Solar Radiation), 자기폭풍(Geomagnetic Storms) 등 3가지를 점검해야 한다. 각 분야별 강도를 5단계로 구분하고 4단계이상에서는 북극항로로 비행할 수 없도록 규정해 놓았다. 다행히 필자가 탑승한 비행기는 안전하게 북극항로를 지나고 있었다. 태양의 활동과 자기장 등이 아주 낮고 조용하다고 기상보고서에 적시돼 특이사항이 발생하지 않았다.

조종사들은 북극항로를 운항하기 위해 별도의 운항절차 훈련을 받는다. 먼저 북위 82°이상에서는 위성통신이 안된다. 아울러 데이터 통신도 100% 가동될 것이라고 확신할 수 없다. 이런 상황이 발생했을 때 데이터링크 등 특별통신수단 운용법을 알아둬야 한다. 또 대체공항뿐만 아니라 승객의 구호계획도 수립해 놓아야 한다.
   
비행 계기장치는 자가용 비행기에서 먼저 발전
   
보잉 787의 전방표시장치(HUD, Head-up Display)는 기장석과 부기장석에 모두 설치돼 있다. HUD는 아래의 계기를 쳐다보지 않고 전방 시야를 확보하면서 비행자세, 속도 등을 주시할 수 있는 장비다. 한마디로 말하면 조종석의 PFD를 그대로 투영하므로 착륙할 때 반응속도를 빠르게 하고 피곤을 줄여주기도 한다.
 
 
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기장석(왼쪽)과 부기장석에 모두 설치된 HUD
 
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보잉 789-9 여객기의 헤드업 디스플레이(HUD)

A350은 보잉 787과 같이 HUD가 기장석과 부기장석에 모두 설치되어 있다. 하지만 보잉 737과 A380의 HUD는 기장석 한쪽에만 설치되어 있다. 보잉 777, 보잉 747, A330은 HUD가 설치되어 있지 않다. 착륙할 때 HUD에 눈금들이 시야를 가리면 De-cluttered 모드로 전환해 눈금들을 없앨 수도 있다. 보잉 787의 HUD는 수직으로 30°, 수평으로 36°를 볼 수 있으며 그 크기는 16.8×23.9 센티미터다.

비행 계기장치는 여객기보다 고가(高價)의 자가용 비행기에서 먼저 발전했다. 2000년대 중반 자가용 비행기의 계기장치는 3차원으로 향상됐다. 안개 낀 날에도 적외선 장비와 HUD를 이용해 시계비행을 할 수 있다. 자가용 비행기의 계기는 기계적 스위치가 아니라 터치식으로 변경됐다. 차후에는 대형 여객기에도 터치식으로 변경될 것이다.
 
3만9000피트 상공에서 엔진 ‘셧다운’
 
조종사는 필자에게 ‘여객기 인증’에 대해 설명해줬다. 다른 항공기도 마찬가지지만 보잉 787 여객기는 2개의 엔진 중에 하나가 꺼지면 수직꼬리날개에 장착된 러더(방향타)를 이용해 직진비행을 해야 한다. 따라서 러더의 크기가 커짐에 따라 수직꼬리날개도 자연스럽게 커졌다.

이를 실제 상황에서 인증하기 위해 3만9000피트에서 한쪽 엔진을 셧다운(Shut down)한 다음 2만6000피트로 강하한 후 다시 엔진에 시동을 거는 시험을 수행한다고 한다.
 
 
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햇빛 차단스크린이 설치된 조종석 창문

순항비행 중 조종석은 눈이 부셔 앞을 볼 수 없을 정도였다. 조종사들은 각자의 조종석 옆에서 차단스크린을 꺼내더니 햇빛을 가리기 시작했다. 최신의 고가 여객기치고는 차단스크린은 기대에 못 미쳤지만 향후 개선되리라 생각된다.

한편, 여객기는 선회할 때 보통 30도를 넘지 않는다. 최대 허용 경사각은 45도다. 이때 걸리는 중력가속도 G는 각각 1.15G, 1.41G다. 중력가속도는 경사각이 커짐에 따라 급격히 증가한다. 여객기는 전투기처럼 기동을 하지 않기 때문에 승객들은 중력가속도를 거의 느끼지 못한다.

민항기 조종사들 중에는 공군 전투기 조종사 출신이 많다. 이들은 중력가속도 9G에도 충분히 견딘다. 군(軍) 출신 민항기 조종사들은 중력가속도보다는 시차에 어려움을 겪을 것으로 생각된다. 미주나 유럽지역으로 장거리 비행하는 일이 생각보다 쉽지 않기 때문이다.

조종사들이 사용하는 비행관리시스템(FMS)은 하니웰과 콜린스사 제품이 대표적이다. 전체적인 로직의 차이는 없다. 다만 737부기장들이 FMS 배우는데 고생을 한다고 한다. 세스나 172-S 시리즈는 FMS와 유사한 기능을 갖는 FMC를 보유하고 있으므로 조종학생들이라면 미리 배우는 것도 좋을 것이다. 자동착륙장치는 보잉 787이나 보잉 777의 경우 서로 같은 장비이지만 다른 기종인 보잉 737·747, 에어버스 330인 경우는 다르다.
에어데이터는 3가지 종류의 데이터가 있지만 보잉 787의 경우 스스로 판단해 가장 정확한 데이터를 제공해준다. TCP(Tuning Control Panel)는 HF와 VHF 주파수를 조정하는 장치로 관제구역에 따라 변경할 수 있으며 유효하지 않은 주파수가 입력되면 유효하지 않다는 메시지가 표시된다.

보잉 787여객기는 항공기의 기수의 횡적, 회전(Rolling)을 조정할 뿐만 아니라 상하 수직 운동을 감지해 감소시키는 스무드라이드 기술(Smooth-ride technology)을 채택했다. 자이로센서와 가속도계는 변위를 측정하고 정압공은 항공기 표면의 압력변화를 측정해 데이터를 분석하고 항공기의 움직임을 감쇄시킨다. 이런 장치들은 승객들에게 보다 나은 탑승감을 제공한다.

조종사와 이런저런 대화를 나누다 보니 북극항로로 비행하는 여객기는 어느덧 북극 근처를 향해 비행하고 있었다. 이때 조종사는 비행 중 비상사태를 대비해 대체공항인 △△공항 위치를 파악해뒀다.

만일의 경우 북극지역에 비상착륙한다면 외부 온도가 낮아 다시 이륙하기가 쉽지 않다고 한다. 이에 대비해 스카이팀(SkyTeam, 대한항공이 참여하는 항공사 연합체)은 분담금을 모으고 있다. 북극 근처의 공항에 비상착륙하게 되면 여러 가지 설비가 미비하므로 다른 항공사에서 승객구호 및 정비 등을 도와주기 위한 기금을 마련하고 있는 것이다.
  
교대브리핑과 전자비행정보장치
  
이륙한지 5시간 지난 후 다른 조의 조종사들이 교대차 조종실로 들어왔다. 두 팀은 절차대로 교대 브리핑을 주고받았다. 그러는 와중에 무선 통신망에서 시끄러운 소리가 들리기 시작했다. 북위 82도 이상에서는 VHF 통신이 되지 않는데 HF 통신으로 연결하는 과정에서 발생하는 소리라고 한다. 
 
 
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교대브리핑을 하고 있는 부기장
  
북극항로를 비행하다 보니 캐나다, 미국(알래스카), 러시아 관제구역이 서로 붙어 있는 지역을 통과하게 됐다. 불과 20여 분만에 캐나다, 미국을 통과해 러시아에 진입했다. 아주 짧은 거리에서 관제권이 변경된 흥미로운 지역이었다. 이때 배풍이 30노트(시속 56km)로 불고 있었다. 다행히 난기류가 없어 조용하게 비행할 수 있었다.
 
 
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캐나다, 미국(알래스카), 러시아 관제구역 통과

전자비행정보장치(EFB, Electronic Flight Bag)에는 비행차트, 항법, 성능 계산 등의 자료가 수록돼 있다. 설치 방법에 따라 매립형과 휴대용 두 종류가 있다. 휴대용 EFB는 일반적으로 PC용 운영체제가 내장된 아이패드를 사용하며 전자펜이나 손가락으로 터치해 사용할 수 있다. 최근 대한항공은 모든 운항관련 매뉴얼을 휴대용 EFB에 담아 사용한다. 책자형태의 매뉴얼을 단계적으로 없애 ‘페이퍼리스(Paperless) 조종실’을 유지하려 노력하고 있다. 휴대용 EFB는 리튬배터리의 안전성 문제로 국토부로부터 인증 받는데 1년 이상이 걸렸다.  
 
 
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휴대용 EFB로 비행운항매뉴얼 확인

보잉 항공기의 엔진정보 및 조종사 경고시스템(EICAS, Engine Indicating and Crew Alerting System)과 에어버스 항공기의 ECAM(Electronic Centralized Aircraft Monitor)은 항공기의 각종 시스템을 모니터해 이상이 발생했을 때에 메시지로 조종사에게 알려주곤 한다. 이런 시스템이 장착돼 있지 않은 항공기의 경우, 비정상 및 긴급상황에 적용할 수 있는 긴급참고교범(QRH, Quick Reference Handbook)을 참조해 비상상황에 대응한다. 보잉 787에서와 같이 EICAS와 같은 시스템이 장착된 경우에는 백업용으로 사용되기도 한다. 
 
 
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항공기 탑재용 긴급참고교범(QRH)

긴급참고교범은 비정상상황에 대응하기 위해 작성된 독립형 핸드북이다. 조종사는 매년 2회 이상의 정기 시뮬레이터 심사를 받을 때 긴급참고교범과 함께 비정상상황에 대처하는 연습을 반드시 해야 한다. 
 
갑자기 나타난 청천난류
  
교대한지 거의 7시간이 지난 후 프레스티지석에서 쉬고 있던 조종사들이 착륙을 하기 위해 다시 교대하러 조종실에 들어왔다. 조종사들은 승무원 교대 체크리스트에 따라 기상, 착륙, 특이사항 등을 상세하게 설명하며 인수인계를 했다.

필자가 탑승한 여객기는 수 시간 동안 순항비행을 하면서 중국 하얼빈 관제구역으로 들어왔다. 여객기는 인천공항에 착륙하기 위해 고도를 낮추기 시작했다.
강하 및 착륙과정은 순항고도에서 목적지 공항에 착륙하기 위해 고도를 낮추고 공항 활주로에 접지한 후 정지할 때까지의 과정을 통칭한다. 이 구간에서는 항로에서 접근시작지점까지 연결하는 표준터미널도착경로(STAR, Standard Terminal Arrival Route 또는 Arrival Chart, 특정 공항에 대한 비행절차를 명시한 차트)를 활용하며, 여기에는 속도 및 고도제한사항이 명시돼 있다. 항공기가 효율적이고 안전하게 강하할 수 있는 표준계기도착경로(STAR)는 비행정보간행물(AIP)에 공시돼 있다.

여객기는 고도를 낮춰 정해진 최초 접근 지점(IAF, Initial Approach Fix)을 통과하면 접근차트(Approach Chart)를 활용해 활주로 연장선에 도달한다. 여기에는 최저안전고도, 복행절차, 접근구간별 고도 및 강하각 등이 명시돼 있다. 여객기가 최종접근지점(FAF, Final Approach Fix)에 가까워지면 관제권한이 접근관제사로부터 공항관제사에게 이양된다.
 
기장은 착륙하기 40분전에 착륙안내 방송을 한 후 착륙 후 주기장이 256번 게이트라는 것을 확인시키고 그에 따른 지상이동절차 브리핑을 실시했다. 10분이 지나자 여객기는 2만6600피트 상공을 날고 있었다. 그 옆으로 대한항공 A380여객기가 지나가고 있는 것을 눈으로 직접 볼 수 있었다. 기장은 “저 여객기는 금방 인천공항에서 출발해 프랑스 파리를 향해 비행하는 여객기”라고 알려줬다.

그러는 순간 바로 기체가 크게 흔들리고 툭 떨어지면서 ‘쾅’하는 큰 소리가 났다. 그 짧은 순간에 조종실은 적막감이 들고 모두들 긴장했다. 기장은 아주 빠르게 천정에 있는 안전벨트 사인을 켜고, 계기 상으로 점검하기 시작했다. 다행히도 여객기 기체에는 아무 이상이 없었다. 청천난류(CAT, Clear Air Turbulence) 때문이었다.

청천난류는 구름이 없는 맑은 하늘에 생기는 난기류로 강한 제트류 주변공기가 파도처럼 교란될 때 발생된다. 청천난류는 기상레이다로 잡히지 않아 조종사도 알 수 없어 미리 안전벨트 사인으로 경고할 수 없으므로 승객은 좌석에 앉아 있을 때 항상 안전벨트를 매고 있어야 한다. 
 
 
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천정의 좌석벨트 사인 스위치
 
마지막 고비, ‘구름 속 비행’
   
중국을 거쳐 인천공항에 접근하는데 구름이 많고 기상상황이 좋지 않았다. 계기판을 보니 지시대기속도는 300노트(시속 556km), 마하수 M은 0.735였다. 착륙하기 20분 전 객실승무원이 “착륙한다.”는 기내방송을 하고 등받이와 안전벨트를 확인하면서 착륙준비에 들어갔다. 조종사는 구름 사이를 왔다 갔다 하며 고도를 1만5000피트로 낮췄다.

조종사는 지상 관제탑과 연락을 취하면서 관제허가를 받아 고도를 8000피트로 내렸다. 이어 4000피트로 내렸고, 비행기 헤딩을 070, 050, 040 등으로 이동하며 구름이 없는 상공으로 비행했다. 구름 속에는 난기류와 벼락 등 위험요소가 많기 때문이다. 특히 보잉 787여객기는 탄소복합재료로 제작했기 때문에 벼락에 다소 약하다고 한다. 여객기가 벼락에 맞아 수리를 해야 할 경우 비용이 수백만 달러에 달한다.

 착륙 10분 전 객실승무원의 ‘착륙’ 기내방송이 나간 후 모든 승무원들이 자리에 앉아 안전벨트를 맸다. 구름으로 가려 인천공항 활주로는 여전히 보이지 않았다. 여객기는 2600피트까지 강하하기 시작했으며 지시대기속도를 178노트로 맞췄다. 조종사는 착륙하기 15분 전 랜딩기어를 내리고 플랩을 20도에 맞췄다. 랜딩기어는 저항이 심하고 특히 랜딩기어 덮개가 손상을 입을 수 있으므로 속도가 270노트(시속 500km) 이하인 경우에서만 내릴 수 있다.
 
 
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착륙하기 위해 구름 속으로 진입하는 KE074편
 
조종사들은 절차대로 착륙 전 점검(Before landing check)에 들어갔다. 여객기는 계속 강하하고 있었다. 그날 기상상황이 좋지 않아 이제 착륙하기 위해 어쩔 수 없이 구름 속으로 진입하는 수밖에 없었다. 구름 속에서 고도 1000피트까지 내려갔는데도 지상 활주로가 눈에 들어오지 않았다. 고도 500피트까지 내려가면서 구름을 빠져나오자 놀랍게도 활주로가 정면에 수직으로 누워있었다. 조종사는 계기비행을 통해 여객기를 활주로에 전방에 정대 시켜 놓은 것이다. 참고로 ‘착륙’이란 활주로 끝의 고도 50피트 상공에서 활주로에 완전히 정지할 때까지의 과정을 말한다.

PF인 부기장은 활공각 3°로 적절한 강하율과 속도를 유지하며 진입하면서 한 손을 스로틀 위에 올려놓고 있었다. 착륙과정에서 비상상황 상황 발생하는 경우를 대비해 수동으로 빠르게 스로틀을 조작하기 위해서다. 부기장은 활주로에 접지하는 직전에 여객기 기수를 당겨 주 바퀴(Main Landing Gear)부터 멋지게 접지시켰다.
 
13시간19분 비행 끝에 인천공항에 무사히 도착
 
보잉 787-9 여객기는 토론토 피어슨공항 이륙 후 장장 13시간 19분을 비행해 인천공항에 안전하게 도착했다. 여객기는 활주로를 빠져나와 관제사가 지시한 유도로를 통해 제2터미널 256게이트까지 이동했다. 엔진을 정지시키고 승객들이 내리고 난 후 조종사들은 점검 절차에 따라 점검을 한 후 비행일지에 필요한 내용을 기록했다.
 
 
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구름으로 인해 500피트까지 내려와서야 시야에 나타난 인천공항 활주로
 
이번 관숙비행에서 평상시 체험할 수 없는 청천난류(CAT), 구름을 뚫고 나아가는 비행, 북극항로 및 이착륙과정 체험, 조종실에서의 식사 등 다양한 경험을 했다. 3박4일의 짧은 일정이었지만 인생에 영원히 남을 ‘멋진 비행’이었다. 학생들에게 들려줄 좋은 사례들이 많았던 값진 현장수업이기도 했다.(끝)
  
필자 장조원 한국항공대 교수는?
  
공군사관학교 항공우주공학과를 졸업하고 서울대학교 대학원에서 석사학위를, 한국과학기술원(KAIST)에서 항공우주공학박사 학위를 받았다. 공군사관학교 항공우주공학과 부교수, 미국 메릴랜드대학교 방문학자, 캐나다 라이어슨 대학교 방문교수 등을 지냈다. 한국항공운항학회 부회장, 한국가시화정보학회 편집이사, 한국항공우주산학위원회 공력해석 및 설계분과 위원장, 대한민국 공군발전협회 연구위원 등으로 활동하고 있다.

한국항공우주학회 학술상, 현대자동차그룹 우수 논문상, 한국항공대학교 최우수 교수상, 교원업적종합부문 최우수상, 한국가시화정보학회 우수논문상 등 다수(多數)의 상을 수상했다. 저서로는 항공 우주 과학을 일반인도 읽을 수 있도록 쉽게 풀어 쓴 『하늘에 도전하다』와 『비행의 시대』 등이 있다.

현재 한국항공대학교 항공운항학과 교수, 공군사관학교 명예교수로 있으며, 곤충이나 새와 같은 생체모방 비행체, 경계층 흐름 제어, 유동가시화 등을 비롯한 비정상 공기역학(Unsteady Aerodynamics) 분야 연구를 활발히 수행하고 있다.

입력 : 2019.11.04

조회 : 10847
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기자 백승구입니다

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