대한민국 해양과학의 총아, 쇄빙선 '아라온'

2003년 12월, 망망대해에서 표류 중인 동료들을 구조하기 위해 차디찬 남극 바다로 나섰던 故 전재규 대원이 목숨을 잃었다. 쇄빙선 1일 임대료 8천만원을 감당하기 어려워 고무보트로 구조활동에 나섰다가 유명을 달리한 것이다. 미국 지질연구팀은 2004년 초 새로 발견한 해저화산에 그의 이름을 붙이며 동료애와 용기를 기리기도 했다.

당시 남극에 기지를 건설한 18개 나라 중 유일하게 우리나라만이 쇄빙선을 보유하지 못한 상태였다. 효과적인 남극 진출과 대원들의 안전 보장을 위해 반드시 쇄빙선을 보유해야 한다는 목소리가 높아졌다. 

이후 수년 간의 연구 끝에 마침내 작년 12월 국내 첫 쇄빙연구선 ‘아라온’ 호의 출항식이 인천항에서 열렸다. 아라온 호는 이후 지난 12일 뉴질랜드를 떠나 남극을 향해 깃발을 올렸다.

▲ 국내 첫 쇄빙연구선 '아라온' 호의 개발로 극지 연구개발의 새 역사가 시작되었다.

대한민국 육·해·공 3대 거대과학의 총아들

‘쇄빙선(碎氷船, Ice Breaker)’이란 얼음을 깨부수고 앞으로 나아가는 기능을 가진 특수선박을 가리킨다. 영어권에서는 딱딱한 분위기를 깨고 농담을 먼저 던지는 사람을 가리키기도 한다. 단단한 얼음을 부수고 적막한 극지에 온기를 전하는 ‘쇄빙선’의 용기를 표현하기에 적합한 비유다.

쇄빙선은 얼음을 ‘분쇄’하는 게 아니라 얼음에 올라탄 후 무게로 눌러서 깨뜨린다. 무게를 확보하기 위해 크레인이나 선실 등을 선수 즉 뱃머리에 배치시킨다. 빙판과 쇄빙선의 각도를 선수각(stem angle)이라 하는데, 일반 선박보다 훨씬 작은 20도 정도로 선수각을 유지해야 쇄빙 효율이 높다. 선수 아랫부분에는 10미터 길이의 아이스 나이프(ice knife)를 설치해서 배가 얼음 위로 완전히 올라가다가 옆으로 넘어지는 일을 막는다.

쇄빙선의 외벽은 얼음의 공격을 막기 위해 두꺼운 철판으로 만들며, 배 뒷부분 후미에 위치한 스크류에도 철판을 두른다. 부서진 얼음조각에 방해받지 않도록 선수를 더 넓히고 후미를 좁게 제작하며, 배 옆면에는 물이나 공기를 뿜는 분사장치를 부착한다.

보통의 쇄빙선은 화물선 앞에서 얼음을 깨는 선도 역할만을 담당하지만, 아라온 호같은 ‘쇄빙연구선’들은 해양연구시설과 자동자세장치 등 수십 종의 첨단장비로 무장한다. 그래서 아라온 호가 우리나라 최초의 우주발사체 ‘나로호’와 핵융합 인공태양 ‘KSTAR’와 함께 대한민국 육·해·공을 아우르는 ‘3대 거대과학의 총아’로 불리는 것이다.

▲ 최첨단 장비와 시설을 갖춘 국내 첫 쇄빙연구선 '아라온' 호

세계 최대규모 쇄빙선 보유한 러시아

쇄빙선은 1800년대 초, 북극 항로를 개척하면서부터 개발되기 시작했다. 교역로가 짧을수록 물류·운송비용이 절감되는데, 북반구에 위치한 나라 간에는 북극점 부근을 지나는 것이 거리를 단축하는 최적의 코스가 되기 때문이다. 

기술이 발달하지 못한 초창기에는 배의 외벽 철판을 두껍게 만드는 내빙선(耐氷船)을 제작하는 데 그쳤다. 1837년 미국 필라델피아에서 증기기관을 장착한 ‘시티 아이스보트 1호(City Iceboat 1)’가 운항을 시작했지만, 노를 이용해서 얼음을 깨는 수준이었다.

최초의 증기기관 쇄빙선은 1864년에 러시아가 개발한 ‘파일럿(Pilot)’ 호로 여겨진다. 얼음을 만나면 뱃머리를 얼음 위에 올려놓아 무게로 깨부수는 현재 쇄빙선 방식을 최초로 적용했기 때문이다. 이후 1871년에 독일이 ‘아이스브레허(Eisbrecher)’ 호를 건조하는 등 각국의 쇄빙선 확보 경쟁에 불이 붙기 시작했다. 현재 전 세계 쇄빙선은 100척이 넘는다.

지금까지는 러시아가 승자다. 러시아는 1959년 최초의 원자력 쇄빙선 ‘레닌(Lenin)’ 호를 건조한 이래 현재 원자력 쇄빙선만 8척을 보유하고 있다. 세계 최대의 쇄빙선인 ‘50 레트 포베디(50 Let Pobedy)’ 호도 러시아 소유다. 이름에는 ‘승전 50주년 기념’이라는 의미가 담겨 있다. 

우리나라는 작년 9월 ‘아라온’ 호 건조에 성공하면서 당당한 쇄빙선 보유국이 됐다. 일반 공모에 의해 선정된 이름 ‘아라온’은 바다라는 뜻의 우리말 ‘아라’와 전부를 뜻하는 ‘온’이 합쳐진 단어다. 온 바다를 누비라는 의미다.

최첨단 장비 갖춘 아라온 호

해양수산부와 한진중공업이 1천40억원을 들여 개발한 ‘아라온’은 길이 111미터에 폭 99미터로 총톤수가 7,487톤에 달한다. 최대속력은 16노트이며 선원 25명, 연구원 60명 등 총 85명의 인원이 탑승 가능하다. 쇄빙능력은 시속 3노트의 속도로 두께 1미터의 얼음을 깰 수 있는 수준이다. 

크기는 전체 쇄빙선 가운데 중간 규모지만 장비성능은 최상급이다. 5천KW(약 6,800마력)의 추진장치를 2기 장착하여 2만 해리의 거리를 70일 동안 운항할 수 있으며, 헬리콥터와 바지선도 탑재하고 있어 연구와 지원 기능을 동시에 수행 가능하다. 추진장치는 360도 회전이 가능해서 아라온 호를 좌우로 이동시킬 수 있다.

‘떠다니는 연구소’라 불릴 만큼 내부 구성도 알차다. 수심별로 바닷물을 채취해 어류와 수질을 알아보는 채수실, 바다와 똑같은 조건을 만들어 물고기와 플랑크톤을 기르는 수조실 등을 비롯해 컴퓨터실, 무정전장치실, 음향 및 지구물리 연구실, 해양장비실, 기상자료처리실, 기상자료처리실, 전자계측작업실, 중력계실, 지질시료처리실, 해수분석리실, 화학분석연구실, 생물학연구실 등 갖가지 연구시설이 갖춰져 있다.

이외에도 음파로 수심을 측정하는 21억원 상당의 ‘다중빔 해저지형 탐사기기(Multibeam echo sounder)’가 설치되어 있으며, 버튼을 눌러서 전후좌우로 방향을 조정하는 최신식 조타시설을 갖추고 있다. 특히 아라온의 자랑인 ‘자동 위치조정·유지 기능’은 가고자 하는 지점을 컴퓨터로 입력하면 배가 알아서 찾아가는 최첨단 시스템이다.

위기극복 능력도 갖췄다. 얼음에 갇혔을 경우 배의 양쪽에 설치된 물탱크 양을 조절해 배를 좌우 3.5도까지 흔들어 탈출을 돕는다. 갑판 전체에는 극한에 대비해 열선이 깔려 있다. 창문에는 열선이 내장되어 있어 영하 40도의 추위도 견딜 수 있다.

극지는 미래자원이 가득한 보물창고

왜 전 세계 국가들은 극한의 추위와 싸워가면서 극지 탐험에 열을 올리는 것일까? 그 이유는 극지가 지닌 다양한 장점에 있다.

첫째로, 극지는 기후변화의 열쇠를 쥐고 있다. 눈과 얼음은 태양에너지의 70%를 반사하는데, 극지의 얼음이 녹게 되면 지표가 태양에너지를 흡수해 지구온난화를 부추기게 된다. 또한 그린란드 근처의 북극해와 남극 인근의 웨델해는 열대지방의 열을 흡수해 극지의 한기와 교환하는 지구 전체 열 순환 시스템의 핵심이다. 빙하가 녹아 극지의 바다로 담수가 유입되면 심층수의 순환이 멈춰 급격한 기후변화가 초래될 수도 있다.

둘째로, 극지에는 지구 역사가 그대로 기록되어 있다. 남극 대륙의 빙하를 연구하면 지난 수십만년 동안의 지구 환경을 알아낼 수 있다. 또한 남극에는 운석도 풍부하다. 지구 전체에서 발견된 운석의 80%가 남극에서 수집되었다.

셋째로, 극지는 미래자원이 가득한 보물창고와 같다. 남·북극 지역에는 석유, 철, 구리, 니켈 등 엄청난 양의 광물자원이 매장되어 있으며, 최근 발견된 메탄하이드레이트는 석유와 석탄을 대체할 21세기 신에너지자원으로 각광받고 있다. 생물자원도 풍부하다. 극지 해양생태계에 포함된 수산자원은 전 세계 어획량을 뛰어넘는다.

제2의 남극기지 건설로 주도권 확보해야

▲ 이홍금 한국해양연구원 부설 극지연구소 소장

우리나라는 1988년 남극 대륙 인근 킹조지 섬에 ‘세종기지’를 건설함으로써 세계 18번째로 남극 연구·개발에 뛰어들었다. 약 17명으로 구성된 월동연구대가 1년 내내 상주하고 있다. 또한 북극과 가까운 노르웨이 스발바르군도에는  ‘다산기지’를 운영 중이다. 우리나라 극지연구는 한국해양연구원 부설 극지연구소(소장 이홍금)가 담당하고 있다.

아라온의 역할이 중요한 이유로 ‘제2의 남극기지 건설’이 있다. 세종기지 덕분에 지난 20년 간 우리나라의 극지 연구활동은 높은 위상을 유지해 왔지만, 남극대륙이 아닌 섬에 위치해 있어 여러 한계에 부딪쳐 왔다. 

이제 국내 첫 쇄빙연구선 ‘아라온’ 호의 개발로 남극대륙에 제2의 기지를 건설에 가까이 다가서게 되었다. 향후 우리나라 남극 관련 의결에서 주도권을 확보하길 기대해본다.

 한국과학창의재단  사이언스타임즈 

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