해양선박 사고, 생존자 수색을 위한 희망의 연결고리!

-해양안전연구센터 『선체 내 생존자 수색 및 생존성 확보 기술』 연구-

KIOST 해양안전연구센터

중앙해양안전심판원의 통계 자료에 따르면 지난 2012년부터 2016년 사이 선박 전복 및 침몰사고로 총 493명의 인명 피해가 발생했다. 해양선박 사고 시 생존자 수색은 골든타임을 다투는 시급한 사항이지만 지금의 구난장비 체계는 선체 내의 생존자 유무를 판단할 수 있는 과학기술적 수단의 부재와 더불어 음향탐지를 이용한 생존자 수색 기술 또한 미흡한 실정이다. 선박이 침몰하는 위급상황에서 KIOST는 선박 내부의 생존자 유무를 판단하고 신속한 구조 대책 수립을 지원하기 위해 『선체 내 생존자 수색 및 생존성 확보 기술』 연구개발에 착수, 해양사고 시 현장의 초동대처 역량을 강화하고 있다.

해양선박 사고 골든타임, ‘신속·합리적 구조계획’이 핵심

2010년의 천안함 사고와 2014년의 세월호 침몰사고에서 수색구조 계획 수립 및 상황별 인적·물적 자원의 시기적절한 투입이 어려웠던 이유는 최초 생존·실종자 여부를 신속히 파악할 수 없었기 때문이다. 일반적으로 선체 공간이 간단한 소형 선박의 전복사고는 구조사가 선저를 두드려 신호를 보낸 후 청각에 의존해 생존자 유무를 판단하고 직접 구조를 할 수 있지만, 여러 개의 선실과 부대 공간으로 구성된 대형 선박은 구조사도 진입 후에는 쉽게 빠져나오기 힘들만큼 구조가 복잡해 청각에 의존한 생존자 유무 파악은 한계에 봉착할 수밖에 없다.

6차에 걸친 음향 신호 주파수 범위 측정 철저한 현장검증을 바탕으로 테스트 모듈 성능 인증

연구팀은 선체 내 생존자의 구조신호가 외부로 전달되는 특성을 관측하기 위해 울진 죽변항에서 수조 및 해상실험을 거친 후 KIOST가 보유하고 있는 3척의 선박(장목호, 이어도호, 온누리호)에서 현장 실험을 수행했다. 이후 이어도호를 해상으로 이동시켜 선박의 엔진과 발전기의 작동 여부에 따른 선체 내 수중 청음 신호의 차이를 추가로 측정했는데, 크게 소리를 지르며 외벽을 세게 때리는 생존자의 구조신호가 외부에서는 조용한 상태로 집중해야만 들릴 정도로 미약하다는 사실을 확인했다.

사진 1. KIOST 해양안전연구센터 김응 센터장

사진 2. 선체 내 신호의 수중전달 특성 측정에 사용된 각종 선박

그림 1. 이어도호의 망치 타격음 원음(좌) 및 수중 청음(우) 실험 결과

사진 3. KIOST 안전방위연구본부 심민섭 연구원

연구팀은 획득한 음향 신호를 처리하기 위한 청음센서용 수신 Amp, 대상음을 정확히 획득하기 위한 Filter 회로, 증폭 회로를 설계하고, 선체에 부착해 구조신호를 청음하는 ‘선체 부착형 청음시스템’의 테스트 모듈에 이를 반영해 한국조선해양기자재연구소에 성능 인증 테스트를 의뢰했다. 그 결과 1차년도 목표 기준치였던 수신감도 ？180dB, 최대청음주파수 1kHz, 센서자체소음 ？10dB을 만족했으며, 2~3차년도에 계획한 목표 수준까지도 성능이 확보된 것을 확인했다. 또한 실험을 통해 발생된 소음과 진동의 전달과정을 정량적으로 도출해 향후 관련 장비 개발의 기준을 제시했다.

사진 4,5,6. ‘선체 부착형 청음시스템’ 테스트 모듈의 (좌) 신호보드, (중) 메인보드, (우) 전원보드 제작 실물

(좌) 사진 7. 선체 내 타격음 발생 및 음향 신호 주파수 범위 현장 측정
(우) 사진 8. ‘선체 부착형 청음시스템’ 테스트 모듈 성능인증 시험

기술 구현 넘어 이용자를 위한 장비 개발

하나의 장비가 성공적으로 만들어지기 위해서는 목표 기술의 달성뿐만 아니라 이용자들의 다양한 요구를 담아내 효용성을 높이는 것이 중요한 관건이다. 해양탐사와 연구의 노하우를 가진 KIOST 연구팀이 해양구조기술개발 사업에 있어 현장의 목소리에 귀 기울인 이유도 바로 그 점이었다. 연구팀은 지난 2017년 11월부터 올해 2월까지 인천해양경찰서 구조대를 시작으로 전국의 현장 구조대와 5번의 자문회의를 갖고 전문가 기술자문회의를 개최했다. 특히 휴대가 용이하고 조작을 간편하게 만들어달라는 요구가 컸는데, 기상이 안 좋을 때 주로 발생하는 해양사고의 특성 상 잠수 장비 하나를 더 들고 바다에 들어가는 것이 구조사들의 생명과 직결되기 때문이다.

(좌) 사진 9. 청음센서 선정을 위한 기술자문회의 모습
(우) 사진 10. 제주해양경찰서 구조대 자문회의 모습

사진 11. KIOST 해양안전연구센터 김성현 연구원

다면적 질문을 통한 개선 노력
기구부 제작 방안 수립 및 ‘부이형 무선 WI-FI’ 도입 검토

요구사항이 많아질수록 과제가 늘어났지만, 그만큼 시스템의 효용성도 높아갔다. 침몰 사고보다 전복사고의 빈도가 높은 현실을 고려해 기술을 개발하고 구조사와 생존자 간의 양방향 통신, 기구부에서 해상부표까지 유선을 이용하고 이후 무선으로 자료를 전송하는 ‘부이형 무선 WI-FI 방식’ 도입 검토도 해경의 요구를 적극적으로 수용하는 과정에서 시작됐다. 그 결과 기존의 특허기술(「침몰선 생존자 감지 시스템」, 2017년 5월 등록)에 구조사가 생존자를 향해 신호를 보낼 수 있는 스피커 및 선체 내 생존자가 두드리는 신호를 측정하는 진동센서를 추가하는 등 기술 개량과 더불어 기구부를 소형경량화 시킨 3차 설계안을 도출하고 유선형 구조로 되어 있는 선체의 곡률 변화에 관계없이 청음시스템 부착을 가능하게 부착기구부를 제작하는 등 장비를 고도화해갈 수 있었다.

그림 2. 선체 부착형 청음시스템의 기구부 제작 보안 과정(3D 설계 도면)

그림 3. 부이형 Wi-Fi 무선모뎀, 무선 통신 방식

저시정 환경 극복을 위한
‘한국형 음향소나 및 수중광학장비 연동 체계’ 개발

특히 올해는 탁도가 높은 서해와 남해의 저시정 환경에서도 시야를 확보할 수 있는 ‘휴대형 음향소나 개발 및 수중광학장치 연동 체계’의 기초설계를 끝내고, 내년에는 운용 수심 50m급의 시제품을 제작할 계획이다. 구조사는 수중음향카메라와 수중광학카메라 영상을 통해 가시거리가 제한되는 문제를 극복할 수 있으며, 구조 지휘함은 전송된 두 영상을 병합해 구조 현장을 지휘할 수 있어 수중 구조에 폭넓게 활용될 것으로 기대된다.

그림 4. ‘한국형 음향소나 및 수중광학장치 연동 체계’ 3D 외형도 및 제작안

생존자 수색을 위한 선제적 기술 확보 및
해양 안전 분야의 글로벌 시장 진입 기대

KIOST는 향후 구조사의 안전 등을 고려해 무인화·원격화 하는 방향으로 발전이 예상되는 생존자 탐색 분야에서 선제적인 기술 확보를 발판으로, 올해도 『선체 내 생존자 수색 및 생존성 확보 기술』 2차년도 연구 과제를 수행하며 관련 기술의 지속적인 고도화를 이뤄나갈 예정이다. 이를 통해 수색구조 환경 개선 및 실종자 조기 수습으로 인한 수색기간 단축, 예산과 인력 투입의 절감을 통해 해양 안전 분야의 글로벌 시장 진입은 물론 해양플랜트, 수중 공사업, 해양고래관광, 해양유물탐사 등 민간사업 영역에도 기술을 이전？활용하여 고부가가치를 창출할 것으로 보인다.

그림 5. 연차별 연구개발 목표 및 내용 로드맵

해양 수색 및 구조에 관한 국제협약’에 따르면 “실종자 수색 및 구조 활동은 실행 가능한 한 생존자 구조에 대한 모든 합리적인 희망이 사라질 때까지 계속된다.”고 한다. KIOST의 금번 연구 과제가 현장의 다양한 요구를 수용·보완하여 해양 사고 발생시, 합리적인 희망을 위한 실행 가능한 구조방법이자 희망의 연결고리로써 국민의 귀중한 생명을 지키는데 일조하기 바란다.