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선박
선박(船舶, Ship) 또는 배는 사람이나 물건 등을 물 위 또는 물 속에서 이동할 수 있도록 하는 물 위의 교통수단을 말한다. 잠수함도 배에 포함된다.
목차
개요
선박은 세계의 대양과 다른 충분히 깊은 수로를 여행하고, 상품이나 사람을 실어 나르거나, 방위, 연구, 어업과 같은 전문적인 임무를 지원하는 수상 운송수단이자 레저 기구이다. 역사적으로 "배"는 노를 이용한 갤리 혹은 세 개의 사각형 돛과 가득 찬 볼 프리트를 가진 범선이었으나 시대가 흐르며 기선으로 대체되었다. 선박은 일반적으로 크기, 형태, 적재 용량 및 전통에 따라 보트와 구별된다.
선박은 인간의 이주와 무역에 중요한 공헌을 해왔다. 식민지화와 노예 무역을 확산하는 데에도, 특정 지역의 과학적, 문화적 유산을 전 세계에 퍼트리는 것도 선박이 없었다면 불가능하거나 매우 오랜 시간이 걸렸을 것이다. 15세기 이후 유럽의 뱃사람들이 아메리카 대륙을 발견했고, 신대륙 이주를 위해 사람들을 태우고 다닌 것도 선박이다. 신대륙 개척을 통해 얻어진 아메리카 대륙의 새로운 농작물들을 구대륙으로 운반한 것도 선박이었으며, 이 농작물들이 세계 인구 증가에 크게 기여했다는 점은 시사하는 바가 크다. 항공기가 개발되어 사람과 물자를 빠르게 실어 나르는 현대에 와서도 선박 수송은 그 효율 측면에서 항공 수단과는 비교를 불허하며, 따라서 현대에도 선박 무역은 세계 무역의 가장 큰 부분을 차지한다.
인류 역사의 핵심적인 운송 수단이었기 때문에, 일상 생활에도 많은 영향을 끼쳤다. 대표적으로 보험은 원래 해상 사고에 대한 손실 예방을 위해 시작된 것이 다른 분야로도 확장된 것이고, 최초의 주식회사인 동인도 회사도 해상 무역을 통해 탄생한 것이다. 그 외에도 현대의 항공기는 많은 부분을 선박의 시스템으로부터 차용하였고, 심지어 배도 아니고 바다와도 전혀 상관 없는 물건에도 배라는 이름을 붙이는 것이 당연시 되고 있다.
2016년에는 49,000척 이상의 상선이 있었고, 이 중 28%는 유조선, 43%는 벌크선, 13%는 컨테이너 선박이었다.
상세
대항해시대 이후 산업혁명기까지 해군을 육성하기 위해서는 배를 만들기 위해 그야말로 막대한 양의 목재가 필요하고 초고도의 기술력이 필요했기 때문에, 당시의 거함/거선은 그야말로 해당 국가의 국력을 상징하는 일종의 상징으로서의 역할을 했다.
20세기 초까지만 해도 선박은 유일한 대륙간 이동수단이었으나, 비행기의 등장 이후로는 장거리 여객 수송 수단으로서의 지위를 잃어버리고 단거리 소규모 여객선 또는 일반적인 여객선과는 다른 형태로 운용되는 크루즈 같은 것들만 살아남았다. 하지만 화물 운송에서는 여전히 본좌급. 국가 간 수출입 물품의 거의 대다수가 선박으로 운송될 정도로 이쪽에선 여전히 강세다. 국가 간의 대규모 이동을 가능하게 하는 운송수단이다보니 아무래도 국가입장에서는 항공기와 함께 아주 엄격하게 등록관리하려고 노력한다. 때문에 모든 배는 사람의 주민등록처럼 선적을 가지고 있다.
그리고 민수용 선박의 경우 수명이 다해 퇴역할 경우 바로 버려지는 것이 아니라 인테리어 작업 등을 통해 레스토랑 등등으로 재활용되는 경우가 대부분이고 군용 선박의 경우는 고철로 처리하는 경우가 대부분이고 일부 업적이 많은 군함은 항구에 두고 박물관으로 이용한다. 민수용 선박을 레스토랑으로 개조한 것이 선박 레스토랑이며 주로 폴리그드형 범선과 크루즈 여객선이 퇴역하면 선박 레스토랑으로 많이 애용된다.
근현대로 오면서 조선기술이 많이 발전하면서 오뚝이배(self-righting boat)라는 것도 있는데, 무게중심을 잘 잡고 방수처리를 완전하게 해 이론상 뒤집혀도 물만 안 들어오면 오뚝이처럼 다시 일어설 수 있다. 국내에는 1992년 처음 소개되었고, 해양 순시용으로 도입되었다. 외국에서도 해양 순찰, 구조용 중소형선으로 많이 이용하는 중이다.
구조
선체구조
배를 모양에 따라 평갑판선(平甲板船)·미시마형선(三島型船)·웰갑판선 등으로 분류할 수 있다. 선체는 킬·거더·론지·프레임(frame)·스치프나·빔(beam) 등의 뼈대와 갑판·외판·격벽 등의 판으로 이루어진다. 이러한 것들에 강재중량(鋼材重量)을 가볍게 하기 위한 구멍, 수리·점검할 때 사람이 다닐 수 있는 구멍, 파이프를 통하기 위한 구멍 등이 있다. 침수나 화재가 일어났을 때, 일어난 부분에서 막기 위하여 격벽(隔壁)이 마련된다. 탱커에서는 횡방향의 안전을 도모하기 위하여 종격벽(縱隔壁)을 마련하고 있다.
선체의 조립 방법에는 뼈대를 주로 종방향으로 배치하는 종식구조(縱式構造)와 뼈대를 주로 횡방향으로 배치하는 횡식구조(橫式構造)가 있다. 또한 강재(鋼材)의 접착에는 용접을 사용하는데 이것은 빌딩공사 현장 등에서 흔히 볼 수 있는 것과 같은 것이다. 강재의 조립 방법·판두께·재질(材質) 등은 적은 중량으로 배의 강도를 충분히 지탱할 수 있도록 결정한다.
선체의장
배의 기능을 충분히 발휘하기 위해서는 많은 장치가 필요하며, 그것을 '의장장치'라고 한다. 항해하기 위해서 가장 중요한 항해선교(航海船橋)에는 선장이 있으며, 자이로컴퍼스(gyrocompass)를 비롯하여 수많은 계기류가 있다. 배의 진로를 바꾸기 위해서는 키(rudder)가 있으며, 대형선의 경우에는 항해선교에서 조작할 수 있다.
배에는 선원이 생활하는 거주구(居住區)가 있으나 최신형의 배에는 냉온방이 완비되어 있고 통풍장치·욕실·샤워 등도 갖추고 있다. 또한 고급선에는 풀장을 갖춘 것도 있으며, 방의 수도 많다.
계선(繫船, 배를 매어 두는 것)에는 윈치(로프 또는 계선밧줄을 감는 기계)·윈들러스(앵커를 감아 올리는 기계)·앵커 등을 가진다. 또한 하역은 화물선에서는 윈치 데릭(winch derrick)를 사용한다. 유조선의 경우에는 기름의 하역은 파이프를 통해서 펌프로서 행한다. 최근에는 하역시간이 빨라져 어떤 배의 경우 1시간에 약 10,000m²의 기름을 하역할 수가 있다.
주기관에서 프로펠러까지
배의 주기관으로서는 주로 디젤 엔진이나 증기 터빈이 사용되고 있으며, 프로펠러 샤프트를 통해서 프로펠러에 동력이 전달되도록 되어 있다.
주기관의 위치에 따라 중앙기관선·선미기관선(船尾機關船) 등이 있다. 중앙기관선에는 무거운 기관이 중앙에 있기 때문에 흘수(吃水)의 조절에 편리하나 프로펠러 샤프트가 길게 된다. 또한, 선교가 배의 중앙에 있기 때문에 배를 부리기가 쉽다. 선미기관선에서는 중앙기관선과 반대가 된다. 화물선의 경우에는 중앙기관이 많으며, 탱커에는 선미기관선이 많다. 탱커에는 굴뚝에서 나오는 불꽃이 탱크 위에 떨어져 폭발하지 않도록 선미기관선으로 되어 있다.
프로펠러의 수에 따라 1축선(一軸船), 2축선, 3축선 등으로 구분된다. 이 밖에, 프로펠러의 작동중에 날개의 피치(pitch)를 변화시켜 추진기관의 출력을 유용하게 이용할 수 있는, 가변피치 프로펠러(variable pitch propeller)나 배 밑에 붙여서 추진력의 크기와 방향을 자유롭게 변화시킬 수 있는 보이드 시나이더 프로펠러(voithschneider propeller)도 있다.
안전을 위한 고려
선체구조의 면에서는 강도를 충분히 고려하고, 격벽으로 구획을 만들어 1구획(大型船의 경우에는 2~3구획이 동시에)이 침수되더라도 침몰하지 않도록 충분히 배려한다. 선체의장의 면에서는 구명정(救命艇)·구명대·구명뗏목 등을 준비하고, 다른 배 또는 육상과의 통신용으로 무선설비를 갖추고 있다.
배의 상태를 검사하기 위해서 선급협회(船級協會)가 있다. 영국의 로이드(Royd) 등이 있으며, 선주의 희망에 따라 그 배에 선급(船級)을 부여한다. 또한 배의 안전을 지키기 위한 법률에 따라 선급협회나 해당 관청이 정기적으로 검사를 이행한다.
기능
특수하고 극단적인 몇 특이한 선박을 제외하면 선박은 세가지 성질을 가진다.
- 부양성: 일단 물 위에 떠야 한다. 당연하지만 잠수함같은 게 아니고서야 뜨지 않는 물건이 배일 리 없다. 무엇보다 잠수함도 정박 시(원자력 기관, 내연기관 잠수함 모두)나 공기 보충 시(내연기관 잠수함의 경우)에는 물에 떠야 한다.
- 적재성: 뜬다고 끝이 아니라 사람이든 화물이든 간에 무언가를 태우거나 적재한 상태에서 부양성을 유지할 수 있어야 한다.
- 이동성: 선박의 알파와 오메가. 상기한 두 특성을 지니면서 원하는 장소로 움직일 수 있는 이동성이 요구된다.
즉, 선박의 발전은 이동성을 향상시키면서 부양성과 적재성을 보존하는 방향으로 나아갔다고 요약할 수 있겠다.
역학
배는 항공기나 자동차와 달리 물의 부력(浮力)을 이용해서 그 무게를 떠받치고 있기 때문에, 여러 가지 이점을 가지고 있다. 예를 들면, 같은 속력일 경우에는 항공기나 자동차가 받는 저항은 무게에 비례하는데 반해서 배의 경우는 거의 무게의 3분의 2 제곱에 비례하므로, 저항이 매우 적어진다. 따라서, 같은 무게의 물건을 같은 속력으로 운반할 경우에는 배는 보다 싼 경비로 할 수 있게 된다. 무거운 짐을 서두르지 않고 장거리 수송을 할 경우, 해상 운송이 육지나 하늘의 수송에 비해서 대단히 싼 것도 이 때문이다.
물과 공기와의 경계면을 '자유표면(물의 물결)'이라 한다. 배가 상대로 하는 물의 물결에는 2가지 종류가 있는데, 하나는 잔잔한 수면을 배가 달릴 때에, 그 뒤편에 나타나는 '배가 만드는 물결'이고, 또 하나는 대양 위에서 움직이고 있는 저기압이나 태풍 등, 주로 바람이 원인이 되어 일어나는 '바다의 물결'이다. '배가 만드는 물결'은 어떻게 저항이 적은 선형(船型)으로 만들어 배를 경제적으로 운항하느냐 하는 문제와 연결되며, '바다의 물결'은 배의 복원성(復原性)·흔들림·강도 등 이른바 배의 동적 안정성 문제와 연결된다.
부력과 복원성
배가 가라앉지 않도록 하기 위해서는 ① 배의 무게에 비등할 정도의 부력을 항상 잃지 않고, ② 중력과 부력이 만드는 모멘트(moment)가 배가 기울어진 방향과 반대의 방향으로 작용하는 것이 필요하다. 배가 바로 선 자세에서 작은 각도로 기울어졌을 경우의 부력의 작용선(作用線)과 배의 중심선과의 교차점을 '메타 센터(meta center)'라고 하며, 이것이 중심(重心)보다 높은 위치에 있으면 있을수록 원래 상태로 되돌아가려는 모멘트(복원력, 復原力)가 커지며, 반대로 중심보다 낮으면 점점 더 기울어진다. 기울어진 배가 원래대로 되돌아가려는 성질을 복원성이라고 하며, 배의 폭이 넓을수록 이 성질이 커진다. 또한 빈배의 경우는 흘수(吃水)가 얕게 되어 중심(重心)이 높아진다. 그래서 좋은 복원성을 위해서는 겹바닥이나 밸러스트 탱크(ballast tank)에 바닷물을 넣어서 흘수를 깊게 하여 안전하게 운행하도록 되어 있다.
롤링
배는 외력(外力), 예를 들면 물결의 작용을 받아서 여러 가지의 흔들림을 하게 된다. 롤링(rolling, 배가 좌우로 흔들리는 동요)·피칭(pitching, 배가 앞뒤로 흔들리는 동요)·히빙(heaving, 배가 상하로 흔들리는 동요) 등이 있으며, 이 중에서도 가장 일어나기 쉬운 것이 롤링이다. 선체가 외력에 의하여 옆으로 기울어진 경우에는 복원력으로 중심(重心)의 둘레로 회전해서 수직의 위치로 되돌아오는데, 또 다시 관성에 의하여 반대방향으로 기울어진다. 그러나, 물의 저항 때문에 경사각이 감쇠되어 수직의 위치로 되돌아온다. 여기서 좌우 1회전의 흔들림에 소요되는 시간을 '롤링 주기(周期)'라고 한다. 일반적으로 복원력이 큰 배일수록 그 주기가 작아서 롤링이 심하므로, 배에 탄 사람들에게 불쾌감을 준다. 그래서, 안정성이 허용하는 범위 내에서 복원력을 될 수 있는 대로 적게 하고 있다. 배의 롤링을 감소시키는 방법으로서 구조가 간단하고 유효한 ‘빌지 킬(bilge keel)’을 사용하는 것이 보통이다. 그 밖에 객선(客船) 등에 안티롤링 탱크(antirolling tank)나 핀 스태빌라이저(fin stabilizer)를 장비하여 롤링을 방지하는 방법도 있다.
선형과 저항
배가 전진할 때, 수면 위의 부분은 공기저항을, 그리고 수면 밑 부분은 물의 저항을 받는다. 물의 저항에는 ① 선체표면과의 마찰저항(摩擦抵抗), ② 배가 달릴 때 수면에 일어나는 물결 때문에 생기는 조파저항(造波抵抗), ③ 그리고 선체 표면에 생기는 와류(渦流)에 의한 저항 등이 있다. 이러한 저항 가운데 마찰저항과 조파저항이 커다란 비율을 차지하며, 저속시는 마찰저항이 커지고 고속시는 조파저항이 커진다. 마찰저항은 수면 밑의 선체의 표면적(表面積: 침수면적)에 비례하고, 표면의 미끄러움에 영향을 받으나, 선형이 바뀌더라도 별로 변화되지 않는다. 그러나 조파저항은 선체의 치수비(値數比: 길이와 폭·흘수의 비)나 모양에 따라 크게 변화한다. 그래서, 고속선의 경우는 날씬한 모양으로 하고 있으며, 이물이나 횡단면의 모양에 대해서 연구가 진행되고 있다. 선체저항을 어떻게 해서 적게 하느냐 하는 문제는 복잡하며, 이론을 기초로 해서 실제로 얻은 자료를 해석하고, 새로이 시험수조(試驗水槽)에서 소형 모형으로 실험하여 실제의 배의 저항을 측정하고 있다. 이와 같이 선형은 끊임없이 연구되고 있으며, 최근에는 조파저항을 적게 하기 위해서 선수하단을 부풀게 한 구상선수(球狀船首) 등 특수한 모양이 개발되고 있다. 또한 잠수선은 조파저항이 적고, 고속일수록 유리하다.
강도
선체를 세 부분으로 나누어 생각해 보면 선체는 이물(선수, 배의 앞부분)과 고물(선미, 배의 뒷부분)이 홀쭉하고, 중앙부가 거의 사각형에 가까운 단면(斷面)이기 때문에 잔잔한 물 위에 떠 있어도, 이물·고물부의 부력은 그 부분의 선체중량보다 더 흔들리기 때문에 가라앉음이 덜하고, 중앙부는 거꾸로 부력이 커지고 뜨는 모양이 된다. 이러한 상태는, 배가 배와 같은 길이의 파장의 물결을 탔을 경우 가장 두드러지며, 상갑판으로 잡아당기고 선저(船底, 배 밑바닥)에 압축의 힘이 가해진다. 이를 ‘호깅(hogging)’이라 한다. 또한, 물결의 골이 배 중앙에 왔을 경우에는 이와 반대로 되며, 상갑판에는 압축, 선저에는 장력이 가해진다. 이것을 ‘새깅(sagging)’이라고 한다. 이와 같이 배는 물결에 따라 끊임없이 호깅과 새깅을 되풀이하므로 여기에 견딜 수 있는 강도가 필요하며, 이것을 ‘종강도(縱強度)’라고 한다. 강도부재(強度部材)로서는 이물과 고물 사이를 쭉 세로로 지나고 있는 선저외판(船底外板)·선측외판(船側外板)·갑판·이중저(二重底) 등이 있다. 한편 가로 방향의 변형을 일으키는 힘으로서 수압 및 화물의 중량과 선체의 구성재중량(構成材重量)이 있으며, 여기에 대한 강도부재로서는 주로 이중저내조판(二重底內助板)·늑골(肋骨)·갑판량(甲板梁)·횡격벽(橫隔壁) 등이 있다.
종류
용도에 따른 분류
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자율운항선박
자율운항선박은 인공지능(AI), 사물인터넷(IoT), 빅데이터, 센서 등을 융합하여, 선원의 의사결정을 지능화ㆍ자율화된 시스템이 대체할 수 있는 차세대 고부가가치 선박이다.
자율운항선박은 국가ㆍ기관 별로 다양한 개념을 발표하고 있지만 스스로 주변 상황을 인지하고 제어해 운항하는 선박이라는 공통적인 정의를 포함하고 있다. 국제 해사 기구는 자율운항선 자율단계를 △레벨0, 선박과 육상센터가 독립적으로 운용되는 단계(전통선박) △레벨1, 데이터가 디지털화 되고, 선박과 육상 데이터 센터가 데이터 모니터링이 가능할 것(디지털 선박) △레벨2, 데이터 모니터링, 분석이 가능하며 선박의 효율, 안전성을 향상 시킬 수 있는 단계(스마트 선박) △레벨3, 육상 센터에서 원격 조종이 가능한 단계(자율운항선박) △레벨4, 선박의 자율운항이 가능하나 사람의 과제가 필요한 단계(자율운항선박) △레벨5, 사람의 개입이 일체 없이 자율운항이 가능한 단계(자율운항선박)로 규정하고 있다.
우리나라는 물론 유럽, 일본, 중국, 등 조선ㆍ해운 강국들이 경쟁적으로 자율운항선박 개발에 나서고 있다. 2018년 5월 국제해사기구(IMO)가 자율운항선박(MASS) 운항에 따른 제도적 장치 마련에 착수한 이후 국제적으로 투자ㆍ기술개발이 대폭 늘어났다. 특히 유럽에선 2012년 자율운항선박 개발을 위한 MUNIN프로젝트를 통해 기술적ㆍ제도적ㆍ경제적 타당성 검토를 마친 후 본격적으로 추진되고 있다. 핀란드는 이미 2018년 12월 세계 첫 완전자율운항 여객선 팔코(Falco)가 승객 80명을 태우고 발트해 연안에서 시험 운행에 성공했다. 일본도 적극적이다. 2019년 10월 일본 선사 NYK는 자동피항시스템(SSR)이 장착된 2만t급 자동차 운반선의 시운전을 성공시켰다. 중국도 같은 해 12월 '근두운0호'라는 이름의 첫 무인 자율운항선박이 홍콩-마카오 구간에서 시험 항해를 했다. 우리나라의 경우 2020년 6월 해양수산부가 자율운항선박 개발 지원 정책을 발표하면서 본격적으로 나선 상태다.
자율운항선박은 크게 두 종류로 구분할 수 있다. 첫째는 사람이 탑승하지 않는 소규모 선박에 자율운항 기능을 얹은 '무인 선박'이다. 빠르게 바다 위를 누비고 다니며 조업 감시, 어군 탐지, 해양 관측·조사, 오염 방제, 해양 청소, 해난 구조 등 다양한 분야에 활용할 수 있다.
두 번째는 현재 운항 중인 여객선, 화물선, 과학탐사선 등의 대형 선박에 자율운항 기능을 얹은 것이다. 사람이 일으킬 수 있는 착각이나 실수를 방지해 안전성을 높이고 운용 기업 입장에선 인건비 절감 효과 역시 높아지므로 주목받고 있다. 일자리 침해라는 의견이 있을 수 있지만, 대다수의 해운사는 선원 구인난에 시달리고 있다. 육체적으로 힘든 3D 직종이라는 인식 때문에 지원자가 줄고 있기 때문이다. 자율운항선박은 이런 부담을 덜어줄 대안 중 하나로 부각되고 있다.[1] [2] [3]
각주
- ↑ 김봉수 기자, 〈바다의 '테슬라', 자율운항선박 시대가 온다〉, 《아시아경제》, 2021-08-05
- ↑ 백승철 기자, 〈이제 선박도 '무인화'시대…2030년 150조 시장 '자율운항선' 개발상황은〉, 《뉴스1》, 2020-11-16
- ↑ 전승민 과학기술분야 전문저술가, 〈항해사 없이 이동하는 ‘자율운항선박’〉, 《사이언스타임즈》, 2019-08-29
참고자료
- 〈선박〉, 《나무위키》
- 〈선박〉, 《위키백과》
- 김봉수 기자, 〈바다의 '테슬라', 자율운항선박 시대가 온다〉, 《아시아경제》, 2021-08-05
- 백승철 기자, 〈이제 선박도 '무인화'시대…2030년 150조 시장 '자율운항선' 개발상황은〉, 《뉴스1》, 2020-11-16
- 전승민 과학기술분야 전문저술가, 〈항해사 없이 이동하는 ‘자율운항선박’〉, 《사이언스타임즈》, 2019-08-29
같이 보기
