우리가 흔히 타는 여객기는 대략 어느 정도 높이로 하늘을 알고 있을까?
"28,000 피트에서 35,000 피트 정도"
요즘 사용해야 하는 표준 단위를 이용해서 그 높이를 환산하면 ?
대략 "8.5 킬로미터에서 10.5 킬로미터" 정도다.
상당히 높은 고도로 항공기는 비행을 한다.
그런데 지상에서 한 2, 3 킬로미터 높이(고도)에서 비행하면 안되는 것일까? 그렇게 높은 고도로 비행해야 하는 특별한 이유가 있는 걸까?
최근의 항공기, 특히 여객기는 거의 대부분 제트 엔진을 사용한다. 제트 엔진이란 공기를 흡입해 엔진 내부에서의 폭발을 통해 추진력을 얻는 장비로서, 이 추진력을 바탕으로 항공기는 움직이게 된다.
그런데 이 항공기의 제트 엔진 성능이 가장 극대화되는 환경이 있다. 공기 밀도는 어느 정도, 온도는 얼마 등의 환경이 조성될 때 엔진은 최상의 효율성을 내게 된다. 이런 환경을 구성하는데 최적의 고도가 대략 35,000 피트라는 얘기다.
그 이상 위로 올라가도 그 이상의 효율성을 기대하기 어렵고, 그 아래의 높이로 비행하게 되면 오히려 엔진 효율성이 떨어지게 된다. 그래서 대개 항공기는 35,000 피트 내외에서 비행하도록 계획을 세운다. 물론 지역별로 해당 고도에서의 외부 영향(바람 방향, 속도 등)이나 항공기종을 고려해 결정하는데, 이러한 고도를 통상 경제고도(연료가 가장 적게 소모되는 고도)라고 부른다.
항공기는 활주로에서 이륙 후 이 경제 고도까지 상승하며, 이 순간부터 수평비행 (순항, 크루즈, Cruise) 에 들어가게 된다. 항공기는 비행하는 중 이 순항구간에서 연료를 가장 적게 소모한다.
그러면 비행기가 이륙해서 목적지에 도착, 착륙하는 과정 중에서 가장 연료를 많이 소모하는 구간(시점)은 언제일까? 아마 이 글을 보는 분들 대부분이 이 질문에 대한 정답을 알고 있을 것이다. 항공기가 이륙해서 순항 고도 (경제 고도)에 이르는 상승 구간에서 연료가 가장 많이 소모된다는 것을 말이다. 물어보나마나 한 질문이다.
마치 자동차가 언덕을 올라갈 때 더 높은 RPM을 이용해 올라가며 이때 연료가 많이 소모되는 것과 그 이치가 다르지 않음이다.
그럼 이렇게 항공기가 상승하는 동안 연료는 어느 정도나 소모하는 것일까?
인천에서 출발하여 뉴질랜드까지 날아가는 항공기를 예를 들어보면,
이륙해서 경제고도(약 35,000 피트, 약 10 킬로미터)에 이르기까지 상승하는 동안 날아가는 거리는 약 150 NM (노티컬 마일) 이며 이는 인천 - 뉴질랜드까지의 구간 전체거리의 약 2.8% 에 해당한다. 그런데 이 경제고도에 이르기까지 연료는 얼마나 소모할까? 약 13,000 파운드의 연료가 소모되며 이는 전체 구간 소모량의 약 7.8%에 해당하는 연료량이다.
즉, 항공기가 이륙해서 일정 경제고도에 이르기까지 상승하는 데만 전체 사용연료의 약 8%를 사용한다는 얘기다. 그런데 이런 연료 소모 비율은 비행거리가 짧은 국내선 구간의 경우에는 더 심해진다. 왜냐하며 국내선 구간은 항공기가 순항할 만큼 거리가 충분하지 않기 때문이다.
국내선은 공역(空域)이 너무나 협소하기 때문에 서울/제주 노선 등 극히 일부 노선을 제외하고는 순항이 불가능하다. 즉 어느 고도까지 상승을 한 후에 수평비행(순항)을 하다가 하강을 하는 것이 아니라 일정고도를 올라갔다가 수평비행(순항)이 거의 없이 바로 하강을 하게 된다는 뜻이다.
서울(김포공항)에서 양양이나 강릉을 비행한다고 하면 고도 약 6 킬로미터 정도까지 상승하여 대관령 상공을 넘자마자 최고 고도에 이르게 되므로 바로 하강을 하게 된다. 서울/제주 노선은 조금 경우가 나아 8.4 킬로미터까지 올라가 10여분 정도 수평비행(순항)을 한뒤 바로 착륙을 위해 하강을 시작하게 된다. 서울/제주노선의 항공기는 이륙해서 일정고도(약 8 킬로미터)까지 상승하는데 전체 사용 연료의 50% 이상을 소모한다.
제트 항공기를 이용한 한국 국내선은 운항하면 할 수록 적자라는 말은 여기서도 그 원인을 찾을 수 있다. 연료 소모가 적은 수평비행(순항) 구간이 어느정도 있어야 연료도 적절히 아껴가며 비행할 수 있는데, 이륙하면 상승하다가 곧바로 다시 착륙을 위해 하강 준비를 해야 하는 짧은 거리를 비행하다 보니 어쩔 수 없는 한계에 부딛히게 되는 것이다.
현재 대한항공이나 아시아나항공은 운영하는 항공기가 거의 제트엔진 기종이기 때문에 국내선을 운항하기에는 그리 효율적인 것이 아님에는 분명하다. 적어도 연료 효율성 측면에서만 보면 말이다. 그러나 국내 구간만을 위해 다른 타입의 항공기를 운영한다는 것도 불필요한 추가 정비비용, 유지비용을 필요로 하니 그것도 현실적으로는 어려운 일이다. 어찌보면 최근 새로 생기는 저가 항공사가 그 부족한 부분을 채워줄 수 있을지도 모르겠다.
혹시 우리나라가 통일되어 남북 항공교통의 물꼬라도 트이게 된다면, 제주에서 신의주, 개성까지 비행구간 중 수평비행(순항)시간이 20-30분씩 될 날이 올지도 모르겠다.
그렇게 되면 상승, 순항, 하강의 모양새가 어느정도 예쁘게 그려질 수 있으려나?
