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'속보'[천안함 해난사고] 좌측 상갑판이 들려 찢어진 원리
좌측 상갑판이 들려 찢어진 원리 - 그 모든 현상에 대한 해답
신상철/서프라이즈/대.자.보 편집부 2010.04.27 [12:42] 본문듣기

25일 합조단의 발표에 의하면 천안함 함저 가까운 곳에서 ‘비접촉폭발물’의 폭발에 의해 선체가 절단되었다고 발표하였습니다. 그렇게 궁색한 이유를 들어야 하는 까닭은, 외국인 전문가까지 참여한 현장 조사에서 이렇다 하게 증빙할만한 ‘폭발에 의한 파괴 현상’을 발견하지 못하였기 때문입니다.
 
막상 ‘어뢰에 의한 침몰’이라고 결론을 내려놨는데도 불구하고, 탄약고나 연료탱크 손상도 전혀 없고, 전선 피복상태도 양호하고, 내장재가 불탄 흔적도 없고, 선체 내·외부에 폭발에 의한 그을음도 없고, 열에 의해 녹은 흔적이 전혀 없고, 파공된 부분도 없으니 환장할 노릇일 겁니다. 아니, 원래 어뢰가 아니니 그게 당연한 거죠.
 
그래서 궁색하게 갖다 붙인 것이 ‘비접촉폭발’이라는 논리입니다. 누가 쏘았을까요? 장산곶으로부터 굽이굽이 왔을 리는 만무하고, 잠수함, 잠수정, 인간어뢰, 또 뭐가 있을까요. 초계함 소나는 그 시각 무엇을 하고 있었기에 잠수함(정)이 접근하는 것도 모르고 있었을까요. 이지스는 또 어떻구요.
 
그런데 적은 어떤 생각을 했는지 직접 타격을 하지 않고 함선과 일정거리 떨어져 폭발케 하여 오로지 철 구조물만 절묘하게 손상시킵니다. 이 정도면 밀리터리 환타지 스펙터클입니다. 이제 3-D까지 만든다니 ‘아바타’ 탄생입니다.
 
그래서 네티즌들이 감탄한 나머지 ‘친환경 녹색 어뢰(Environment Friendly Green Torpedo)’라고 명명을 했습니다. 열도 없다. 소리도 없다. 인체에는 손상을 입히지 않는다. 물기둥도 없다. 세계 특허감입니다.
 
이번 합조본의 발표를 들으며 아무리 눈과 귀를 씻어도 ‘함이 오른쪽으로 급격히 90도가량 기울었다’는 함장의 증언을 증빙해내지 못합니다. 선박이 급격히 90도 기울어지는 일은 너무나 황당한 일이어서 믿기 어려웠으나, 대원의 증언 - ‘넘어져서 보니 문고리를 깔고 누었더라’는 말은 믿지 않을 수 없는 생생한 표현이었습니다.
 
장담하건대, 어떤 강력한 어뢰가 어느 위치에서 터진다고 해도 군함이 90도 넘어가는 일은 없습니다. 왜냐하면 폭발력(Explosion)에 의해서는 그런 현상이 나타나지 않습니다. 군함은 상선과 달리 GM(Gravity Moment)이 매우 낮기 때문에, 관성력과 복원력이 매우 높습니다. 따라서 강한 폭발력은 함체를 충분히 밀어내기 전에 파괴해 버립니다. 따라서 폭발에 의한 물기둥과 수면의 출렁임에 의한 선체의 움직임을 크게 상회하지 않습니다. 
 
즉, 선체를 두 동강 낼 정도로 강한 폭발력이라고 해도 함체가 좌·우로 기울어지는 것은 많아야 1~20도 범위 내에서의 흔들림이지, 선체를 90도까지 꺾이도록 하지는 못한다는 뜻입니다. 그렇게 꺾이게 만드는 것은 물리적인 힘(Mechanical Force)만이 가능합니다. 무언가 강한 힘으로 밀거나, 아니면 하부에서 바위 혹은 어떤 물체가 급격히 Stopping을 하거나 등의 물리적 힘의 작용입니다.
 
조선공학은 ‘모든 산업의 종합예술’이라 불립니다. 모든 공학과 산업이 총체적으로 적용된다는 뜻입니다. 선박은 운송수단입니다. 그리고 거대한 공장과 같습니다. 사람이 살아야 하는 빌딩이기도 합니다. 또한 창고입니다. 그렇게 큰 구조물이 유체(물, 해수) 위에 떠서 움직입니다.
 
그래서 모든 공학의 원리가 적용되며, 거의 모든 산업의 생산품과 기술이 골고루 이용되기 때문에 ‘산업의 종합예술’이라는 닉네임을 얻었습니다. 따라서 거대한 선박이라고 하더라도 그것이 나타내는 모든 현상은 과학적으로, 공학적으로 입증 가능하고 이해 가능해야 하며 사실 그런 범주 안에 존재하는 것입니다.
 
이번 글에서는 선박이 급격하게 우측으로 90도 꺾였다는 부분에 대해 해석해 보려고 합니다. 여러가지 추론으로 나뉠 수 있는 현상의 범위를 최대한 좁힐 수 있게 한 것은 바로 함미 인양 시 “좌측 상갑판이 위로 치켜져 올라갔던 현상”이며, 마찬가지 논리로 함수 인양 시 “용골(Keel)이 함저 외판과 분리된 현상” 또한 그와 맞닿아 있는 현상입니다.
 
선박이 물 위에 떠있다는 개념을 이해하지 못하는 사람들은 그저 <하부로부터 강력한 폭발이 발생하여 상갑판이 들렸던 것>으로 몰아갑니다. 그러나 그것은 반드시 공학적으로 낭패보고 맙니다. 그것이 성립하려면 그 내부에 있는 다른 구조물(모든 프레임)들도 그와 비례해서 혹은 평행하게 움직여 줬어야 하기 때문입니다.
 
이해하시기 쉽도록 포토샵으로 그림을 그려 원리를 설명하도록 하겠습니다. 이 분석을 통해 ‘배가 우현으로 급격히 90도 기울었다’는 증언과, ‘몸이 50센티 정도 튀어 오르는 느낌이었다’는 증언에 대한 설명이 되리라 생각합니다.
 

 
위의 그래픽은 좌상판(①)이 위로 휜 현상이 우하로부터의 강한 폭발(② 충격)이 있었다는 것을 말하기 위해 연합뉴스에서 그린 그림이며, 그로 인해 좌상판이 들려 올려졌다고 설명하고 있습니다.
 
※ 우선 선박에서 가장 기초적인 개념부터 보겠습니다.

 
선박에서 앞뒤의 기울기를 트림(Trim)이라고 부르며, 앞뒤의 흘수(선체 중 물 속에 들어가 있는 부분)가 같으면 Trim=0 라고 합니다. Trim이 중요한 것은 저수심을 항해할 시 Trim의 편차만큼 흘수가 깊어져 좌초할 우려가 있기 때문입니다.
 
 그리고 Trim=0이라 하더라도 선박이 앞으로 항진함에 따라 선수는 들리게 되고, 그로 인해 선미는 가라앉게 되어 계산상 Trim과 항해 중 Trim은 다르게 됩니다.
 
배가 좌 혹은 우로 기울어지는 각도를 Heeling이라고 합니다. 통상 선박에서 Heeling을 측정하는 계기가 45도까지 측정 가능하게 되어 있는데, 이번 천안함에서 경험한 현상은 Heeling=90도였다는 뜻입니다. 이 Heeling은 당연히 선체 중심선을 기준으로 우측이 무거운가, 좌측이 무거운가에 따라 기울어지게 됩니다.

1. 만약 좌현 하부로부터 강력한 물리적인 충격(충돌)이 선체에 작용했다면?
(1) 정상적으로 안정된 상태입니다.

 
(2) ‘좌현 하부’로부터 매우 강한 힘(충격)이 작용하여 선박의 좌하부가 손상되면서 위로, 오른쪽으로 크랙(Crack)이 진행됨과 동시에 물리적인 힘이 선박을 우측으로 민다고 가정합시다.
 
이럴 경우 좌하부부터 찢어지기 시작하면서 배는 오른쪽으로 기울어지고, 그 기울어지는 힘이 더욱더 찢어지는 현상을 부추기고, 그로 인해 좌현보다 우현 쪽이 급격히 무거워지면서 찢어짐이 가속화되는 상승작용이 벌어져 결국 선박은 급격히 오른쪽으로 쓰러지게 됩니다.
 

 
(3) 이렇게 되면 좌하부로부터 찢어지기 시작한 크랙은 결국 우측 상부만을 남긴 체 모두 찢어지고, 그 상황에서 배는 완전히 옆으로 드러누운 형태로 마지막 철판(우상부 갑판)으로 함미를 지탱하는 상태가 되며, 이 경우 함미는 물속으로 빠지려 하고, 함수는 물에 안 들어가려고 버티는 형상, 즉 선수가 들리고, 선미가 물속으로 들어가는 형태가 됩니다.
 

 
(4) 함미가 함수로부터 떨어져 나가는 순간, 마지막 지탱하는 철판에는 전단력과
함께 인장력이 작용하여 철판이 휘어지게 됩니다.
 
배가 90도 혹은 그 이상(관성으로 인해) 급격히 넘어갔다가, 마지막 철판 부위가 끊어지게 되면, 선박은 다시 복원이 되지만 물이 급속이 들어오게 되어 완전히 원래대로 수평한 형태로는 복원되지 않고 어느 정도 복원된 (우현으로 기울어진) 형태로 머무르게 되는 것입니다.
 
이 경우 선박의 우상판이 마지막 떨어져 나가면서 우상판이 위로 치켜든 형상(끊어질 당시에는 중력으로 인해 아래로 휘어진 형상)으로 남게 됩니다.
 

 
그런데 천안함의 경우 우상판이 들어 올려진 것이 아니라 좌상판이 들어 올려졌다는 점에서 이 원리가 적용되지 않게 됩니다.
 
즉, 천안함은 좌현으로부터 충격을 받았을 가능성은 그만큼 줄어들게 되고 결정적인 데미지가 우현 하부에서 일어났을 가능성이 높다는 것을 의미합니다.

3. 우현 하부로부터 강력한 물리적인 충격(충돌)이 선체에 작용했다면?
(1) 정상적으로 안정된 상태입니다.

 
(2) 함선이 정상기동을 하다가 앞쪽에서 다가오는 선박을 피하기 위해 키를 좌로 꺾었다고 가정해 봅니다. 그러면 함선은 서서히 좌로 돌아가지만 실은 선수가 좌로 돌아가는 것이 아니라 꼬리가 우로 빠지면서 돌기 때문에 함미가 급격히 오른쪽으로 돌게 됩니다. 그런데 우현 하부가 수면하 암초에 걸렸다고 가정해 봅니다.
 

 
(3) 그러면 선체는 움직이던 관성에 의해 오른쪽으로 쏠리게 되고, 우현 하부는 암초에 걸려 깊이 패이기 시작하면서 암초의 덩치만큼 함 하부는 찢겨 나가게 되며, 우현 하부로부터 위로, 좌로 크랙(Crack)이 급격히 진행됩니다.
 
게다가 선체마저 함미 쪽이 오른쪽으로 꺾이면서 더욱더 함선을 오른쪽을 눕게 만들고 급기야 좌상판까지 크랙이 진행되면서 배는 거의 90도 이상 오른쪽으로 누워버립니다.
 

 
(4) 이 상황에서 버티고 버티던 마지막 철판(좌상판)이 떨어져 나가면서 함미는 가라앉기 시작하고 함수는 다시 원상태로 복원되지만 침투하는 물에 의하여 완전히 수평으로 복원되지는 않고 오른쪽으로 기울어진 채로 있게 됩니다.
 
이런 상황이 외부 충격으로 인해 급격히 배가 90도 오른쪽으로 넘어갔다가 함미 떨어져 나가고 다시 어느 정도 복원이 되는 메커니즘이며, 그것은 폭발력(Explosive Force)이 아닌 물리적인 힘(Mechanical Force)의 작용에 기인합니다.

4. 마지막으로 함미가 떨어져 나가는 순간 함수의 움직임
함미가 함수로부터 찢어지는 순간부터 함미는 물속으로 빠지게 되며, 함수와 분리되기 직전에는 가장 무거운 힘으로 함수를 끌어당기게 되고, 함수의 앞부분은 위로 치솟게 됩니다.
 
이후 함미가 떨어져 나가는 순간, 치켜 올려졌던 함수는 다시 물속으로 풍덩 빠지게 되고, 함수의 머리가 물속으로 곤두박질 치는 반작용으로 함수의 뒷부분은 위로 치솟게 됩니다.
 

 
이것이 두 번의 굉음(최초 충격에 의한 소리, 마지막 철판이 떨어져 나갈 때 소리)에 이어 몸이 위로 뜨는 듯한 느낌이 들었던 이유입니다. 어뢰의 폭발에 의해 몸이 뜬 것이 아니라 함미가 떨어져 나가는 것으로 인한 선박의 운동에 기인한 현상입니다.

신상철(천안함 진상조사 합동조사본부 민간 조사위원)
 






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