비행기 창문, 왜 다 둥글까?
비행기를 탈 때 창밖을 내다보며 무심코 지나쳤을 것이다. 창문이 둥글다는 사실을. 버스도, 기차도, 집 안의 창문도 대부분 네모인데, 비행기 창문만은 왜 유독 타원형일까? 미적 취향이나 우연이 아니다. 이 모양 뒤에는 수백 명의 목숨을 앗아간 비극이 있다.
세계 최초의 제트 여객기, 코멧
1952년 5월 2일, 영국 항공 역사에 새로운 장이 열렸다. 드 하빌랜드사가 제작한 DH.106 코멧(Comet)이 세계 최초의 상업용 제트 여객기로 런던을 출발해 요하네스버그를 향했다. 프로펠러 시대가 끝나고 제트 시대가 시작된 순간이었다.
코멧은 당시로서는 혁명적인 기체였다. 순항 고도 약 1만 미터(약 3만 3천 피트), 순항속도 약 시속 790킬로미터 — 당시 동급 프로펠러 여객기인 더글러스 DC-6(약 시속 507km)의 거의 두 배에 달하는 속도였다. 객실은 쾌적한 기압으로 가압되어 승객들이 편안하게 여행할 수 있었다. 전 세계 언론이 환호했고, 영국은 항공 기술의 최강자로 떠올랐다.
그런데 코멧에는 눈에 잘 띄지 않는 설계 선택이 있었다. 승객 창문은 모서리가 부드럽게 처리된 직사각형이었고, 동체 상단에는 ADF(자동 방향 탐지기) 안테나를 위한 사각 점검창이 뚫려 있었다. 당시에는 아무도 이것을 문제로 보지 않았다.
1954년 1월, 하늘이 무너지다
1954년 1월 10일. 영국 해외항공(BOAC)의 코멧 781편이 로마 치암피노 공항을 이륙해 런던을 향해 상승 중이었다. 탑승자는 승객 29명과 승무원 6명, 총 35명.
이륙 후 약 20분, 고도 8,800미터(약 2만 9천 피트)에서 교신이 갑자기 끊어졌다. 이탈리아 엘바 섬 인근 지중해 위에서 기체가 공중분해된 것이다. 전원 사망.
채 석 달도 지나지 않은 4월 8일, 또 다른 코멧이 나폴리 인근 상공에서 폭발했다. 이번에도 21명 전원이 숨졌다. 두 번의 재앙 앞에서 영국 정부는 코멧의 운항을 전면 중단하고, 역사상 가장 정밀한 항공 사고 조사에 착수했다.
물속의 비행기 — 파른버러의 실험
수사는 영국 왕립항공연구소(RAE)의 아널드 홀 경이 지휘했다. 수천 미터 깊이 바다에 흩어진 파편을 분석하는 것만으로는 부족했다. 팀은 전례 없는 실험을 설계했다.
코멧 기체 한 대(등록번호 G-ALYU)를 거대한 수조 안에 통째로 집어넣었다. 기체 안에 물을 채우고 수조 안도 물로 가득 채운 뒤, 반복적으로 내부 기압을 높였다 낮췄다 했다. 비행 때마다 반복되는 가압과 감압 사이클을 한 번씩 재현하는 것이었다.
물을 쓴 이유는 안전 때문이었다. 공기로 반복 가압하면 폭발 위험이 있지만, 물은 압축이 거의 안 돼 터져도 충격이 훨씬 작다.
1954년 6월 24일, 기체는 실제 비행 약 1,221회에 실험 시뮬레이션을 더해 약 3천 회 비행에 상당하는 사이클에서 마침내 파열되었다. 파열 지점은 동체 앞쪽 탈출구 모서리였다. 연구소 팀은 수조를 비우고 기체를 조사하면서, 모서리 형태가 응력을 얼마나 집중시키는지 직접 확인했다.
진짜 균열은 어디서 시작됐나 — ADF 안테나 창의 비밀
파른버러 연구소가 밝혀낸 결정적 사실이 있었다. BOAC 781편이 실제로 공중분해된 원점은, 승객들이 바깥을 내다보는 창문이 아니었다.
동체 상단, ADF 안테나용 사각 개구부(점검창) 모서리였다.
ADF 안테나 창은 유리 대신 유리섬유 패널로 막은 불투명한 네모 구멍이었다. 여기에 두 가지 문제가 겹쳤다. 첫째, 모서리가 직각이라 힘이 집중됐다. 둘째, 원래 설계대로라면 주변을 접착제(리덕스 접합)로 처리해야 했지만, 실제 생산 과정에서는 펀치 리벳만 박혔다. 펀치 리벳 구멍은 드릴 구멍보다 불균일하게 처리돼 피로 균열이 시작되기에 더 취약했다.
응력집중의 원리는 여객 창문과 완전히 동일했다. 동체에 구멍을 뚫으면 힘이 그 주변에 몰린다. 원형이나 타원형 구멍은 힘이 곡선을 따라 부드럽게 흘러 고르게 분산된다. 하지만 네모 구멍의 90도 모서리에서는 힘이 꺾여야 하는 지점에 응력이 집중적으로 쏠렸다. 조사 결과, 이 모서리에 발생하는 응력은 주변 동체보다 현저히 높았다. 비행을 거듭할수록 알루미늄 판에 눈에 보이지 않는 미세 균열이 생겼고, 수천 회의 비행이 쌓이자 균열이 임계점을 넘어섰다. 결과는 순식간의 폭발적 감압, 즉 공중분해였다.
이것이 금속 피로(metal fatigue)와 응력집중(stress concentration)이 합쳐진 비극이었다. 양쪽 모두 개별적으로는 이미 알려진 개념이었지만, 고압 제트 여객기라는 환경에서 이 조합이 얼마나 치명적인지는 코멧 사고 전까지 아무도 검증하지 않았다.
창문 하나로 바꾼 항공 역사
사고 조사 결과가 공개되자 세계 항공업계는 즉각 반응했다. 원인이 ADF 안테나 창에서 시작됐든, 여객 창 모서리의 응력집중이 위험하다는 원리는 같았다. 모든 신형 여객기는 예외 없이 모서리를 곡선으로 처리한 창문을 채택했다. 오늘날 우리가 타는 보잉이든, 에어버스든, 창가에서 바라보는 그 타원형 창문은 모두 코멧의 비극에서 나온 교훈이다.
코멧 자체는 이후 창문과 구조를 개선한 코멧 4형으로 재출시되었지만, 이미 시장은 보잉 707에 넘어간 뒤였다. 세계 최초의 제트 여객기라는 영예는 역사에 남았지만, 코멧은 경쟁에서 지고 말았다.
그러나 코멧이 항공 안전에 남긴 유산은 지금도 살아있다. 이 사고 조사는 금속 피로 분석을 항공 공학의 필수 요소로 확립했고, 구조 테스트 방법론의 기준을 세웠다. '안전 수명(safe-life)' 설계 철학 대신 '파손 안전(fail-safe)' 구조 설계가 표준이 된 것도 이 사고의 직접적 유산이다. 수십 년이 지난 지금, 비행기를 타고 창밖을 내다볼 때 그 둥근 창문이 조금 다르게 보일 것이다.