그는 화물 수송선이나 수만 톤급 정기 화물선과 같은 디젤 함선들이 거대한 돛을 펼쳐 바람을 이용해 원하는 방향으로 항해하는 것을 생각한다. 그는 또한 고대의 돛단배와 같은 화물선이 상품과 승객을 전 세계에 빠르고 안전하게 나르는 도구로써 세계 무역의 중요한 역할을 할 것이라는 비전을 가지고 있다.
이는 매우 달콤한 아이디어이다. 하지만 휴양용 돛단배의 디자이너이자 돛을 항해의 동력으로 사용하자는 미국 제안자들의 수장인 컬프만 이를 꿈꾸는 것은 아니다.
독일 정부는 전 세계 상업용 선박의 상당부분을 다시 점령하게 될 거대한 돛을 장착한 연료 절감형 선박 개발을 위해 작년에 스카이세일이라고 하는 - 컬프의 장기 목표인 돛을 이용한 항해와 거의 같은 - 프로젝트 발족을 위해 백만 달러를 지원했다.
또한 스위스의 대표적인 해상 운송업체인 웰르니어스 윌헴슨사는 최근에 45,000 평방피트(약1,265평) 규모의 경식 항해용 세계 최초 무연료 화물선 제조 계획을 발표했다.
덴마크와 일본에서도 유사한 프로젝트를 진행 중이다. 또한 영국에서는 리차드 드리덴이라는 발명가가 박쥐 날개의 공기 역학 특성에 근거한 접었다 폈다 할 수 있는 조립형 돛을 이용한 선박을 고안 중이다.
| 1 95%의 대륙 간 무역 거래는 화물선을 통해 이루어진다. 2 과거 석유값이 배럴당 71달러에 근접한 적은 한 번도 없었지만 작년에는 이 선까지 뛰었다. 3 새로운 항해 기술은 연료 소비율을 35%까지 절감시킨다. |
1차 세계대전 이래 잠수함 기술로 탄생한 석유를 동력으로 이용하는 1세대 선박이 항해하는 동안 석유는 값싼 동력원이 되어 왔지만 작년 8월에는 배럴당 71달러까지 치솟았다.
항해용 연료비는 불과 몇 년 전보다 무려 3배 이상 높아졌고 일반적인 선박 항해 비용의 50%를 차지한다. 선박의 종류와 항해 경로, 항해 방법에 따라 다소 차이는 있겠지만 항해 지원 기술을 통해 절감할 수 있는 연료 소비량은 현재의 약 10%에서 35%에 이를 것이라고 예측된다.
하지만 이 10%는 1% 또는 그 이하의 절감 효과도 감지덕지한 프로펠러나, 선체, 또는 엔진 설계자들이 종사하는 산업에는 커다란 발전인 것이다. 월르니어스 윌헴슨과 다른 업체의 배들을 디자인한 조선 기사인 퍼 브린치멘은 다음과 같이 말한다.
“요즘의 연료 절감 기술은 아주 더디게 발전하고 있습니다. 다음 단계는 당연히 풍력을 이용하려는 노력이 될 것입니다.”
“이 노력은 빠르게 적용되어 기존에 제조된 선박을 계량시키게 될 것입니다. 이 잠재력에 대해 이해하고 있는 사람이 아직 많지 않지만 조만간 대형 선박에 이 항해 시스템을 구축하려는 회사들이 나타날 것이라고 생각합니다.”
환경오염자에게 더욱 가중된 범칙금을 물리고 있는 영국의 법과 같은 새 환경보호법들이 업체들에게 이런 노력을 배가하는 계기가 될 수 있을 것이다. 대형 선박들이 사용하고 있는 벙커 연료라고 알려진 디젤 연료는 타르와 같은 휘발유와 석유로부터 추출된 오염물질을 포함하고 있다.
전 세계적으로 매년 3억5천톤의 이산화탄소가 선박들로부터 대기로 뿜어지고 있다. 또한 캘리포니아 남부와 북애틀랜틱과 같이 많은 량의 선박 운행이 이루어지고 있는 지역 내에서 산성비의 기본 성분인 대기 유황의 60%는 선박에 의해 발생한 것이다.
기획자 리차드 드리덴은 처음에는 기묘한 모양의 돛과 돛대를 윈드서퍼를 위해 구상했으나 지구 온난화 현상과 선박에 사용되는 연료 보존에 대한 생각에 의해 사용목적이 바뀌게 됐다.
비즈니스 플랜 리차드 드리덴이 2000년에 영국 정부로부터 연구기금으로 8만달러를 받은 이래로 비늘 모양의 모델을 개발하여 그의 집 근처인 영국 남서부에 있는 작은 배에 장착하여 시험했다. “이 장치는 이전의 돛을 이용한 배를 상업용으로 사용하는데 걸림돌이 되어온 가장 큰 문제(돛의 높이)를 해결하게 됩니다.” “이 장치는 바람이 약할 때나 다리 밑을 지나갈 때에는 접을 수 있도록 되어 있고 이를 위한 선원의 손길이 필요하지 않습니다.” 이 장치의 또 다른 이점은 이론적으로 이 장치만 떼어 낼 수 있기 때문에 큰 비용 투자 없이 바람을 이용한 간단한 항해 여행을 원하는 사람들에게 이 장치만 빌려주는 사업이 가능하다는 점이다.
첫 출항시기 드리덴은 올 해 말에 윈드터널 테스트를 할 계획을 세우고 있으며 약 5년 후면 첫 출항이 가능할 것이라고 말한다.
박쥐형 날개 세 개의 보조 뼈대가 있는 돛대는 박쥐의 날개를 본 따 만들어졌다. 돛대의 중간 부분은 두 개의 버팀대가 평행으로 놓여 있는데 두 개의 관절처럼 움직일 수 있어 유연성이 높아진다. 돛의 상단 부분은 강도를 높여준다.
돛의 유연성 돛대의 모양이 바뀌기 때문에 돛은 박쥐 날개의 얇은 막처럼 반드시 신축성을 가져야 한다. 현재의 모델들은 폴리에틸렌으로 코팅된 천을 사용하는데 기존의 돛보다 더 활짝 펴질 수 있다.
바람 제어 갑판에 고정되어 크레인을 통해 배를 움직이게 하는 모듈 안에 있는 수압 시스템은 속도를 빠르게 하거나 느리게 한다.
고전적인 기술로 잉태한 신기술
안정적인 석유 값을 보인 1980년대 중반까지 잠시 대형 선박용 돛을 위한 공격적인 실험이 진행됐던 적이 있었다. 이 실험의 참관자들은 이것이 새로운 항해 르네상스의 시작이라고 여겼었다.
일본은 1985년까지 26,000톤의 벌크선 한 대를 포함하여 11척의 화물선을 보유했었으며 10%에서 20% 가량의 연료 절감이 있었다고 발표했다. 거의 같은 시기에 미국 선장 D. C. 앤더슨은 두 개의 돛과 돛대를 단 3,500톤의 벌크 선을 출항하여 100일간의 항해를 통해 지속적인 바람 조건에서는 35%의, 평균적으로는 15%의 연료 절감효과를 봤다.
1986년 6월, 석유 값은 급락했고 정기적인 보수와 이를 위한 선원을 필요로 하는 돛을 이용한 항해 기술은 더 이상 쓸모가 없어졌다.
리처드는 다음과 같이 회상한다. “석유 값이 배럴당 12달러 이하로 떨어졌어요.” “탱크선의 주인이 제가 설치한 돛과 돛대를 가스 절단기로 잘라내어 텍사스의 갈베스톤에 버렸지요.” - 대부분의 산업 관계자들은 석유 값이 배럴당 30달러에 이르기 전까지는 돛을 이용한 항해기술이 경제적이지 못하다는 점에 대부분 공감하고 있다.
돛은 매우 손쉽게 기존의 선박에 추가로
장착될 수 있다.
새로운 기술에 대한 수상운송산업의 보수적인 경향이 컬프가 카이트터그를 개발하게 된 뿌리가 되었다. 자유비행 설계를 위해 투자자나 선박 오너에게 자금 투자의 부담을 주어서는 안 된다. 오히려 예인선과 같이 사용할 때마다 사용료를 부과하는 방식이 되어야 한다.
이 거대한 카이트터그는 헬륨가스로 채워지며 바람을 이용하여 움직이게 되고 밧줄을 이용해 고객의 선박에 연결된다. 이 비행선은 공기 중에서 본질적으로 안정적이고 공기역학적으로 놀라울 만큼 효과적이라고 컬프는 말한다.
이 대형 돛을 비행선과 같은 모양으로 만들면서 컬프는 두 개의 훌륭한 장치를 갖게 될 것이라고 추측한다. 최첨단기술로 만들어진 이 연의 견인력은 1980년대 초보다 두 배 이상 높아졌다.
그의 계획이 실현된다면 3명의 조종사가 선박에 연결된 채 한 번에 일주일간 비행하는 카이트터그에서 생활하면서 자동 조종 기능과 항로 계산 소프트웨어를 감독하며, 바람이 잔잔해 져 다른 선박으로 이동할 때를 결정하게 될 것이다.
컬프는 이것이 상용화되기까지 많은 시간이 걸릴 것임을 인정한다. 요트용 거대한 연을 설계하고 제작하는데 오랜 기간 동안 도전해온 회사에 근무하고 있는 숙련된 선원인 그는 세계 최대 크기의 연을 개발한 기록을 보유하고 있다.
호주의 유명한 요트대회에서 보트를 견인하고 있는 카이트터그의 모습이 2004년 12월 신문에 게재되기도했다. 이 배의 선장이 이 카이트터그를 대회에서 이용하지 않겠다고 결심하고 얼마 지나지 않아 대회 주관 측에서도 향후 이 카이트터그를 대회에서 사용하는 것을 금지시켰다.
커프는 이 장치는 효과가 탁월하다고 말한다. 그는 대형 선박에도 이 카이트터그가 효과적이라는 것을 선주들에게 보이기 위해 이전에는 그 어떤 사람도 시도한 적이 없는 70대의 요트를 카이트터그에 연결했다.
그는 돛을 이용한 항해 기술은 7천년 동안 이용되어 온 기술임에도 불구하고 누구도 제대로 이를 개발하지 못했다고 말한다.
무역의 새바람
대표적 항로 카이트터그(Kite Tug)는 뉴욕 해안에서 런던발 컨테이너 선박에 연결되어 영국 해협의 입구로 선박을 이동시키게 된다. 몇 시간 후 이 카이트터그는 리스본으로 가는 벌크 선을 만나 이동시킨 후 그리스 오일탱크선을 만나 자체 동력을 이용하여 이 선박에 연결한 후 마이애미로 끌어준다. 마지막으로 동쪽 해안선위의 유람선을 이끌고 뉴욕으로 돌아오게 된다.
기획자 캘리포니아의 돛 제작 회사에서 대형 개인요트용 돛을 디자인 하고 있는 미국인 쾌속항해사 데이비드 컬프.
비즈니스 플랜 52세의 컬프는 간단한 시스템으로 시작해서 점점 복잡한 모형을 추가하기로 계획하고 있다. 단기 목표는 그의 회사에 이전에 제작한 상업용 범선을 위한 돛을 토대로 더욱 대형화된 돛을 만드는 것이다. 이 계획에는 비행선 모양의 돛을 띄우고 회수하는데 사용될 기중기와 이 돛이 비행하는데 사용될 윈치가 포함되어 있다. 이러한 배를 끌어당기는 비행용 돛은 바람이 불어가는 쪽으로의 항해에는 매우 효과적이나 공기역학적으로 역풍에는 도움이 못된다. 컬프는 항해의 절반 정도는 이 돛을 사용할 것이라고 한다.
컬프의 장기 목표는 바람을 타고 한 번에 일주일 이상 비행하며 선박을 끌어주는 유인비행선으로 이루어진 대형 선단이다. 바람의 방향이 바뀌거나 아예 없을 때는 비행선을 고객의 배에서 분리되어 나와 이 카이트터그의 조종사가 기상예보를 고객의 선박에 전달하여 주고 다른 바람이 있는 곳으로 이동하여 고객의 선박을 찾아가게 된다.
첫 출항시기 컬프의 현재 요트 사업은 유람선이나 연구용 선박에 초점이 맞추어져 있지만 일 년 이내에 화물선을 위한 발판을 마련할 수 있을 것으로 기대하고 있다.
비행시간 세 명의 선원이 동력원과 네비게이션 컴퓨터와 작은 생활공간을 가지고 있는 배에 연결된 캡슐을 조정한다.
선박의 선수에 연결 카이트터그는 고객의 선박에 연결하기 위해 갑판 위로 밧줄을 떨어뜨리고 고객사의 선원이 이를 선수에 연결한다.
대형 비행선 400피트(약 120m) 길이로 50,000피트(약 15km)의 항해 영역을 가지는 카이트터그는 약 1,000피트(약 300m) 상공을 비행하는 역사상 가장 진보된 연이다.
항해 컨트롤 비행선 표면에 부착된 기압 및 바람세기 측정 센서는 자동적으로 비행의 각도를 조정하고 부양과 안정성을 최대화한다.
견인력 확보
2004년 10월 스카이세일즈사는 본래 크기보다 축소된 돛 시스템에 연결된 49피트(약 15m) 크기의 유람용 배를 출항시켜 발틱해에서 기능을 테스트했으며 바람이 잔잔한 조건에서도 만족할 만한 결과를 얻었다.
이 회사는 컬프의 카이트터그와 기본적으로 매우 유사한 물리적 특성에 의존하고 있으나 다른 기술적 경로를 취할 계획을 가지고 있다. 컬프는 대형 선박의 견인에 충분한 동력의 확보를 위해 곡선 크기에 의존한다.
전체 크기의 카이트터그는 6,000 마력을 갖는 것으로 평가된다. 스카이세일즈사의 엔지니어들은 전통적인 돛과 다른 바람을 탈 때 기하급수적으로 더 많은 파워를 내는 더 작고 자동화된 모델을 사용할 계획이다.
이론적으로 돛은 바람이 원형이나 8자형으로 부는 곳에서 실제 바람의 속도보다 5배 이상 빠른 속도를 낼 수 있으며 이 때 평소보다 25배 이상의 파워를 낸다.
연의 견인력은 1980년대 초보다 두 배
이상 높아졌다.
아직 실제 바람의 속도보다 더 빠른 속도를 내게 하는 자동화된 프로그램은 존재하지 않지만 스카이세일즈사의 기술 이사인 우주공학자 스티븐 브레백은 오늘날 바람의 두 배 속도로 카이트를 상공에 떠 있게 하는 것은 가능하다고 말하고 있으며 발틱해의 실험은 이런 시스템의 신뢰성을 확인해 주었다.
업체들마다 다양한 접근방법을 보이고는 있으나 비용절감의 필요성이 수상운송업계를 압박하는 즉시 그들의 목표인 돛을 이용한 동력은 상업적 경쟁 세계에서 성공하게 될 거라는 점에 대해서는 모두 공감하고 있다. 컬프가 말한 것처럼 이 산업에 속한 사람들은 다음과 같이 생각하고 있을 것이다.
“배에 돛을 띄움으로써 비용을 절감하는 동시에 환경오염을 방지할 수 있다면 왜 아직까지 돛을 띄운 배가 없는 것일까?” 아직까지 돛을 띄운 배가 없으므로 이 돛이 얼마나 훌륭히 작동하게 될지 지켜보는 것이 정답일 것이다.
기획자 함부르크에 위치한 스카이세일즈사의 창립자이며 회장인 33세의 독일 기계공학자 스티븐
비즈니스 플랜 이 회사는 매우 복잡한 정교하게 자동화되고 역풍인 항로에서도 항해할 수 있는 1세대 돛을 계획 중이다. 특허 받은 자동조정 컨트롤은 장치를 갑판위에 고정시키고 풍속과 위치 전자센서들을 장착한 곤돌라를 조타선 위에 위치시킨다. 이 모듈은 선박을 최고 속력으로 정해진 항로로 이동시켜주는 컴퓨터 소프트웨어에 정보를 전달한다. 현재의 자동화된 돛 자동 작동 시스템은 선수에 있는 작은 크레인에 의존한다. 하지만 미래에는 접어 넣을 수 있는 돛대가 사용될 예정이다. 스카이세일즈사가 개발 중인 모델은 1,000 평방피트(약 304 평방미터)보다 작은 것이지만 4년 내에 10,000 평방피트(약 3,040 평방미터) 크기의 돛을 개발할 수 있길 희망하고 있다.
첫 출항시기 스카이세일즈사는 작년 가을에 이미 해상운송업체인 벨루가사에 첫 판매를 하였으며 내년 초쯤에 벨루가사의 1,500 평방피트 크기의 돛을 장착한 12,000톤급 선박이 유럽을 출발하여 남아메리카까지 아틀란틱해를 가로지를 준비가 될 것으로 기대하고 있다.
고공비행선 이 연은 경량 나일론으로 만들어 졌으며 고도 300에서 1,000 피트 사이에서 비행한다. 기상 조건이 나빠질 때에는 무풍력 상태로 위치를 바꿔 선박의 바로 위에 위치하게 된다.
갑판에 고정된 윈치는 돛을 하늘 높이 유지시키며 요구된 패턴대로 비행할 수 있게 하는 (돛의 조타선에 연결된) 모터가 달린 모듈과 연결되어 작동한다.
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