선교 장비와 충돌 회피
길이 300 m의 배는 시속 40 km로 달려도 멈추는 데 2~3 km가 걸리고, 키를 돌려도 한참 뒤에야 방향이 바뀐다(12장). 그래서 바다의 충돌 회피는 '보고 피하는' 일이 아니라 수십 분 앞을 내다보고 계산하는 일이다. 이 장에서는 그 계산을 돕는 선교의 눈과 귀, 즉 레이더·ARPA·AIS·ECDIS가 어떻게 작동하는지 직접 다뤄 보고, 모든 배가 같은 규칙으로 움직이게 하는 국제 해상 충돌 예방 규칙(COLREG)을 상황 판정기와 야간 등화 퀴즈, 회피 조종 게임으로 익힌다.
- 선교의 주요 장비와 그 역할, 서로 주고받는 정보를 안다.
- 레이더의 거리·방위 측정 원리와 분해능, 레이더 수평선을 계산하고 PPI 화면의 클러터를 조정한다.
- 상대 운동과 진운동 표시의 차이를 이해하고 CPA·TCPA를 계산한다.
- AIS의 메시지와 SOTDMA 시분할 방식, 그 한계를 설명한다.
- ECDIS의 안전 등심선과 항로 점검 기능을 이해한다.
- COLREG의 마주침·횡단·추월 상황과 피항선·유지선의 의무를 판정한다.
- 항해등 조합으로 상대선의 진행 방향을 읽고, 음향 신호와 제한 시계의 규칙을 안다.
선교: 배의 두뇌
선교(Bridge, Wheelhouse)는 배를 지휘하는 곳이다. 대형 상선의 선교는 선체 폭 전체에 걸친 넓은 방으로, 앞쪽 창을 따라 장비 콘솔이 늘어서 있고 양옆으로 윙 브리지가 튀어나와 접안할 때 선체 옆을 내려다볼 수 있다. 장비들은 따로 놀지 않는다. 자이로의 방위와 GNSS의 위치, 속력계(log)의 대수 속력이 레이더·ECDIS·AIS·오토파일럿으로 흘러가고, 이 모두가 항해 데이터 기록 장치(VDR)에 저장된다. 이렇게 묶인 체계를 통합 선교 시스템(IBS)이라 한다.
선교 배치도: 장비를 눌러 보라
장비를 하나 누르면 설명이 나온다
전면 콘솔에는 조타·기관 제어와 레이더·ECDIS가, 뒤쪽에는 해도 작업과 통신 장비가 놓인다. 당직 항해사는 콘솔 앞을 오가며 창밖의 실제 바다와 화면을 계속 대조한다.
레이더: 전파로 보는 눈
레이더(RADAR, Radio Detection And Ranging)는 회전하는 안테나에서 짧은 전파 펄스를 쏘고, 물체에 반사되어 돌아온 메아리를 받는다. 펄스가 왕복하는 데 걸린 시간 \(t\)가 거리를, 메아리가 돌아온 순간 안테나가 향한 방향이 방위를 알려 준다. 전파는 빛의 속도로 달리므로 1해리 왕복에 약 12.4 μs가 걸린다.
선박용 레이더는 두 주파수대를 쓴다. X 밴드(9.4 GHz, 파장 3 cm)는 같은 크기 안테나로 빔폭이 좁아(약 1°) 해상도가 좋지만 비·파도의 반사(클러터)와 강우 감쇠에 약하다. S 밴드(3 GHz, 파장 10 cm)는 빔폭이 넓어(약 2°) 해상도는 떨어지지만 악천후에서 멀리 본다. 대형선은 둘 다 갖춘다. 화면은 자선을 중심으로 한 원형 PPI(Plan Position Indicator)이고, 회전하는 휘선(sweep)이 지나가며 메아리를 밝힌다. 항해사는 세 가지 조정으로 표적을 클러터에서 골라낸다.
- 게인(Gain): 수신 감도. 너무 낮으면 약한 표적이 사라지고, 너무 높으면 잡음 반점이 화면을 덮는다. 배경에 잡음 반점이 살짝 보일 정도가 적당하다.
- STC(Sensitivity Time Control, 해면 반사 억제 'Sea'): 가까운 거리일수록 감도를 낮춰 자선 주위의 파도 반사를 지운다. 과하면 가까운 작은 배도 지워진다.
- FTC(Fast Time Constant, 우천 반사 억제 'Rain'): 메아리의 앞 가장자리만 남기는 미분 회로. 넓게 퍼진 비구름 메아리를 얇게 만들어 그 속의 표적을 드러낸다.
PPI 레이더 화면: 게인·STC·FTC 맞추기
분해능과 레이더 수평선
상대 운동과 진운동
레이더 화면에는 두 가지 그리는 방식이 있다. 상대 운동(Relative Motion, RM) 표시에서는 자선이 화면 중앙에 고정되고 모든 것이 자선에 대해 움직인다. 정지한 섬도 자선 속력으로 뒤로 흘러간다. 대신 다른 배의 잔상이 곧장 자선에 대한 상대 진로를 보여 주므로, 그 연장선이 중심을 지나면 충돌 코스라는 것을 바로 안다. 진운동(True Motion, TM) 표시에서는 자선도 화면 위를 움직이고, 섬은 멈춰 있으며 다른 배의 잔상은 실제 침로를 보여 준다. 방향 기준도 둘이다. 노스업(North-up)은 화면 위쪽이 진북, 헤드업(Head-up)은 위쪽이 자선 선수다. 헤드업은 창밖 풍경과 같아 직관적이지만 자선이 변침하면 화면 전체가 돈다. 그래서 자이로로 안정된 노스업이나 코스업을 주로 쓴다.
같은 바다, 두 개의 화면: 진운동 vs 상대 운동
ARPA와 CPA·TCPA
예전 항해사는 레이더 화면에 표적 위치를 몇 분 간격으로 찍고 연필과 자로 레이더 플로팅을 했다. 지금은 ARPA(Automatic Radar Plotting Aid)가 표적을 자동 추적해 같은 계산을 한다. 핵심은 상대 속도다. 상대선의 진속도 \(\vec V_t\)에서 자선 속도 \(\vec V_o\)를 빼면 상대 속도 \(\vec V_r\)가 되고, 상대선은 자선에서 볼 때 이 방향으로 직선 운동한다. 그 직선이 자선에 가장 가까워지는 점이 CPA(Closest Point of Approach), 거기까지 걸리는 시간이 TCPA다.
ARPA 계산기: 끌어서 CPA·TCPA 보기
AIS: 배들이 서로 말하는 법
AIS(Automatic Identification System)는 배가 자기 정보를 VHF 해상 대역의 두 채널(161.975, 162.025 MHz)로 자동 방송하는 장치다. 300 GT 이상 국제 항해선과 모든 여객선에 의무다. 레이더는 '무언가가 있다'만 알려 주지만, AIS는 '누가, 어디로, 얼마나 빨리' 가는지 알려 준다. 섬 뒤에 가려 레이더에 안 보이는 배도 전파가 닿으면 보인다.
- 정적 정보: MMSI(해상 이동 업무 식별 번호), 선명, 호출 부호, IMO 번호, 선종, 길이·폭, 안테나 위치. 6분마다.
- 동적 정보: 위치, COG, SOG, 선수 방위, 선회율(ROT), 항행 상태(항해 중, 정박, 조종 불능 등). 속력과 변침에 따라 2초~3분마다.
- 항해 정보: 흘수, 목적지, 도착 예정 시각(ETA), 위험 화물. 사람이 입력하므로 틀린 경우가 많다.
수많은 배가 같은 두 채널을 어떻게 나눠 쓸까? AIS는 1분을 2,250개의 슬롯(각 26.7 ms)으로 나누고, 각 배가 다음에 쓸 슬롯을 미리 방송해 예약하는 SOTDMA(Self-Organized Time Division Multiple Access)를 쓴다. 중앙 관제 없이 서로 들은 예약을 피해 빈 슬롯을 고르므로 '스스로 조직되는' 시분할이다. 슬롯이 모자라면 가장 멀리 있는 배의 슬롯을 재사용해, 혼잡해지면 먼 배부터 안 보이게 된다(수신 범위가 줄어든다).
| 선박 상태(Class A) | 동적 정보 보고 주기 |
|---|---|
| 정박·계류(3 kn 이하) | 3분 |
| 0~14 kn | 10초 (변침 중 3⅓초) |
| 14~23 kn | 6초 (변침 중 2초) |
| 23 kn 초과 | 2초 |
| Class B(소형선, CSTDMA) | 30초 (2 kn 이하 3분) |
SOTDMA 슬롯 지도: 1분 = 2,250 슬롯 × 2채널
AIS는 상대가 보내 주는 정보다. 장치를 끈 배(어선, 불법 조업선, 일부 군함), 소형 레저 보트는 보이지 않는다. 위치는 그 배의 GNSS 값이라 GNSS가 틀리면 같이 틀리고(20장의 스푸핑), 선수 방위가 없는 Class B나 잘못 입력된 항해 상태도 흔하다. 보고 주기 사이에 배는 움직이므로 화면 위치는 늘 조금 과거다. COLREG 판단은 레이더·시각 관측을 기본으로 하고 AIS는 보조로 쓴다. 특히 AIS 정보만으로 VHF를 불러 "좌현 대 좌현으로 지나가자"는 식으로 합의하다 오인하는 일이 충돌 원인이 되기도 한다.
ECDIS: 경보를 울리는 전자 해도
ECDIS(Electronic Chart Display and Information System)는 각국 수로국이 발행한 공식 벡터 전자 해도(ENC)를 표시하고 그 위에 자선 위치·항로·레이더 영상·AIS 표적을 겹쳐 보여 주는 장치다. 종이 해도와 결정적으로 다른 점은 해도가 데이터라는 것이다. 수심과 위험물이 숫자로 들어 있으므로, 항해사가 자선의 안전 수심(흘수 + 여유 수심)을 입력하면 ECDIS가 그보다 얕은 곳을 가르는 안전 등심선(Safety Contour)을 굵게 강조하고, 계획 항로가 그 선을 넘거나 항로 양옆 허용 폭(XTD) 안에 위험이 있으면 경보를 낸다. 이것이 항로 점검(route check)과 좌초 방지 경보(anti-grounding)다.
ECDIS 항로 점검: 안전 등심선과 좌초 경보
COLREG: 바다의 교통 규칙
1972년 국제 해상 충돌 예방 규칙(COLREG)은 모든 바다에서 모든 배에 적용되는 교통 규칙이다. 도로와 달리 차선도 신호등도 없으므로, 규칙은 두 배가 마주친 상황에 따라 누가 피하고(피항선, give-way) 누가 침로와 속력을 유지할지(유지선, stand-on)를 정한다. 핵심 규칙은 다음과 같다.
- Rule 5 경계·Rule 6 안전 속력·Rule 7 충돌 위험: 시각·청각과 레이더 등 모든 수단으로 경계하고, 충분히 정지할 수 있는 속력으로 다니며, 접근하는 배의 나침 방위가 뚜렷이 변하지 않으면 충돌 위험이 있다고 본다.
- Rule 8 충돌 피하기 위한 동작: 피하는 동작은 일찍, 크게(상대가 레이더로 알아볼 수 있을 만큼), 작은 변침을 여러 번 하지 않는다.
- Rule 13 추월: 상대선 정횡 후방 22.5°보다 뒤(상대의 선미등만 보이는 쪽)에서 따라잡는 배가 추월선이며, 끝까지 피해야 한다.
- Rule 14 마주침: 두 동력선이 정면 또는 거의 정면으로 마주치면(마스트등 두 개가 일직선, 양 현등이 다 보임) 둘 다 우현으로 변침해 좌현 대 좌현으로 지나간다.
- Rule 15 횡단: 두 동력선이 엇갈려 지나갈 때 상대를 자기 우현에 둔 배가 피항선이다. 가능하면 상대 선수 앞을 가로지르지 않는다(상대 선미 쪽으로 돌아간다).
- Rule 16·17: 피항선은 일찍 크게 피한다. 유지선은 침로와 속력을 유지하되, 피항선이 피하지 않는 것이 분명하면 스스로 피할 수 있고, 충돌을 피할 수 없을 만큼 가까워지면 반드시 최선의 동작을 해야 한다. 횡단 상황의 유지선은 좌현 쪽 배를 피하려고 좌현 변침하지 않는다.
- Rule 18 선박 간 책임: 동력선은 조종 불능선, 조종 제한선, 어로 종사선, 범선의 진로를 피한다(좁은 수로·통항 분리 수역 규정 우선).
COLREG 상황 판정기
항해등: 밤에 읽는 상대의 침로
밤에는 배의 모양이 보이지 않는다. 그래서 COLREG(Part C)는 배마다 켜야 할 등화의 색, 위치, 비추는 범위(호)를 정해 두었다. 어떤 등이 보이느냐로 상대가 어느 쪽을 향하는지, 어떤 종류의 배인지 알 수 있다.
- 마스트등(Masthead Light): 흰색, 선수 방향 225°(양쪽 정횡 후 22.5°까지). 길이 50 m 이상은 앞뒤 두 개, 뒤쪽이 더 높다. 두 마스트등의 간격과 겹침으로 상대의 진행 방향을 읽는다.
- 현등(Sidelights): 좌현 빨강·우현 초록, 각각 정선수에서 정횡 후 22.5°까지 112.5°.
- 선미등(Sternlight): 흰색, 선미 쪽 135°. 마스트등과 현등이 끝나는 곳에서 이어진다. 선미등만 보인다면 그 배를 추월하는 중이다(Rule 13의 22.5° 기준이 여기서 나온다).
야간 등화 읽기: 보이는 불빛으로 상대 침로 맞히기
특수한 상태의 배는 추가 등화로 자신을 알린다. 주간에는 같은 의미의 형상물(구, 원뿔, 마름모)을 단다.
| 선박 | 야간 등화(현등·선미등에 추가) | 주간 형상물 |
|---|---|---|
| 조종 불능선 (Rule 27a) | 수직으로 붉은 전주등 2개 (항행 중이 아니면 현등 끔) | 구 2개 |
| 조종 제한선 (Rule 27b) | 수직으로 빨강–흰색–빨강 전주등 | 구–마름모–구 |
| 흘수 제약선 (Rule 28) | 수직으로 붉은 전주등 3개 | 원통 1개 |
| 트롤 어선 (Rule 26) | 위 초록, 아래 흰색 전주등 | 꼭짓점 맞댄 원뿔 2개 |
| 트롤 외 어선 | 위 빨강, 아래 흰색 전주등 | 꼭짓점 맞댄 원뿔 2개 |
| 도선선 (Rule 29) | 위 흰색, 아래 빨강 전주등 | — |
| 예인선 (Rule 24) | 마스트등 2~3개 수직 + 선미등 위 황색 예인등 | 예인 길이 200 m 초과 시 마름모 |
| 정박선 (Rule 30) | 앞뒤 흰색 전주등 (현등·마스트등 끔) | 구 1개 |
| 범선 (Rule 25) | 현등·선미등만 (마스트등 없음), 선택적으로 돛대 위 빨강–초록 | 기관 병용 시 원뿔(꼭짓점 아래) |
충돌 회피 조종 연습
이제 규칙과 계산을 한꺼번에 써 볼 차례다. 실제 회피 조종에서 기억할 원칙은 단순하다. 일찍 판단하고, 상대가 레이더로 알아챌 만큼 크게(보통 30° 이상) 변침하며, 마주침·횡단의 피항선이면 우현으로 돌아 상대 선미 쪽으로 지나가고, 피한 뒤에는 상대가 완전히 멀어질 때까지 확인한다. 속력을 줄이는 것도 좋은 수단이지만 대형선은 효과가 늦게 나타난다. 좌현 변침은 상대의 우현 변침과 겹쳐 오히려 충돌로 이어질 수 있어, 상대를 추월하는 경우 등을 빼면 피한다.
회피 조종 게임: CPA 1해리를 지키며 목적지로
음향 신호, 제한 시계, 그리고 사람
서로 보이는 곳에서 배가 조종 동작을 하면 기적으로 알린다(Rule 34). 단음은 약 1초, 장음은 4~6초다. 안개처럼 시계가 제한되면(Rule 35) 항행 중인 동력선은 2분 이내 간격으로 장음 1회를 울리며, 정지해 있으면 장음 2회를 울린다.
| 신호 | 의미 |
|---|---|
| 단음 1회 • | 우현으로 변침하고 있다 |
| 단음 2회 • • | 좌현으로 변침하고 있다 |
| 단음 3회 • • • | 기관을 후진하고 있다 |
| 단음 5회 이상 • • • • • | 상대의 의도를 알 수 없다 / 상대의 동작이 충분한지 의심스럽다(경고) |
| 장음 2 + 단음 1 / 장음 2 + 단음 2 | 좁은 수로에서 우현 쪽 / 좌현 쪽으로 추월하겠다 |
| 장음 1 단음 1 장음 1 단음 1 | 추월에 동의한다 |
| 장음 1 (2분 이내마다) | 제한 시계, 항행 중 동력선(대수 속력 있음) |
| 장음 2 (2분 이내마다) | 제한 시계, 항행 중이나 정지 |
기적 신호 듣기
제한 시계(Rule 19)에서는 서로 보이지 않으므로 마주침·횡단 같은 '보이는 상태' 규칙이 적용되지 않는다. 대신 모든 배가 안전 속력으로 기관을 즉시 쓸 수 있게 준비하고, 레이더로만 탐지한 배와 근접 상황이 생기면 일찍 피한다. 이때 정횡 앞쪽의 배를 피하려고 좌현 변침하지 않으며(추월당하는 경우 제외), 정횡이나 그 뒤쪽의 배 쪽으로 변침하지 않는다. 앞쪽에서 무중 신호가 들리면 필요하면 정지할 만큼 속력을 줄인다.
1956년 짙은 안개 속에서 여객선 Andrea Doria호와 Stockholm호는 서로를 레이더로 보며 접근했다. 한쪽은 상대가 자기 우현에 있다고 보고 좌현으로, 다른 쪽은 우현으로 변침했고, 두 배는 결국 충돌해 Andrea Doria호가 침몰했다. 레이더 정보를 잘못 해석하거나 늦게, 작게 행동한 이런 사고를 '레이더 보조 충돌'(radar-assisted collision)이라 부른다. 이 사고는 레이더 플로팅 교육과 제한 시계 규칙(Rule 19)을 강화하는 계기가 되었다. 2013년 영국 도버 해협의 Varne 천퇴에 좌초한 케미컬 탱커 Ovit호는 ECDIS 계획 항로가 천퇴를 지나고 있었지만 안전 설정이 맞지 않았고 경보음이 꺼져 있었다. 장비가 아무리 좋아도 설정하고, 해석하고, 판단하는 것은 사람이다.
해양 사고 조사에서 반복해서 나오는 인적 요인은 경계 소홀, 피로, 한 가지 정보원에 대한 과신(AIS·ECDIS), 선교 팀 사이의 소통 부족이다. 그래서 선교 자원 관리(BRM) 교육은 당직자가 다른 사람의 판단에 의문을 제기하도록 장려하고, BNWAS는 당직자가 깨어 있는지 확인하며, VDR은 사고 뒤 원인을 밝힌다. 다음 22장에서는 이 판단을 기계가 대신하려는 자율운항선박의 시도를 다룬다.
핵심 정리
- 선교 장비는 자이로·GNSS·로그의 정보를 공유하는 하나의 체계다. 레이더 2대(X·S 밴드), ECDIS, AIS, 조타·기관 제어, 통신, VDR, BNWAS가 기본이다.
- 레이더 거리 \(R = ct/2\), 거리 분해능 \(c\tau/2\), 방위 분해능 \(\approx R\theta_B\), 레이더 수평선 \(\approx 2.2(\sqrt{h_1}+\sqrt{h_2})\) NM. 게인·STC·FTC로 해면·우천 클러터를 다룬다.
- 상대 운동 표시에서 표적의 잔상 연장선이 자선을 향하면 충돌 코스다. 진운동은 실제 침로를 보여 준다.
- \(\vec V_r = \vec V_t - \vec V_o\). CPA와 TCPA로 충돌 위험을 수치화하고, 방위가 변하지 않고 거리가 줄면 위험하다.
- AIS는 SOTDMA로 1분 2,250슬롯을 나눠 쓰며 2초~3분 간격으로 보고한다. 꺼진 AIS, GNSS 오류, 입력 오류 때문에 보조 수단으로만 쓴다.
- ECDIS는 안전 수심으로부터 안전 등심선을 정하고 항로 점검·좌초 경보를 한다. 설정이 잘못되거나 경보를 끄면 무용지물이다.
- COLREG: 마주침은 둘 다 우현, 횡단은 상대를 우현에 둔 배가 피항, 추월은 따라잡는 배가 피항(정횡 후 22.5°). 피항은 일찍·크게, 유지선도 마지막엔 최선의 동작을 한다. Rule 18의 책임 순서를 따른다.
- 현등은 좌현 빨강·우현 초록 각 112.5°, 선미등 135°, 마스트등 225°. 보이는 등화 조합과 마스트등 간격으로 상대 침로를 읽는다.
- 단음 1회 우현, 2회 좌현, 3회 후진, 5회 경고. 제한 시계에서는 Rule 19에 따라 일찍 피하되 정횡 앞 배를 피하려 좌현 변침하지 않는다.
확인 퀴즈
1. 레이더 펄스가 발사된 뒤 메아리가 74 μs 후에 돌아왔다. 물표까지 거리는 약 얼마인가?
2. 안테나 높이 36 m인 레이더로 높이 16 m인 배를 탐지할 수 있는 최대 거리(레이더 수평선 기준)는 대략?
3. 비가 많이 와서 PPI 화면 한쪽이 넓은 얼룩으로 덮였다. 그 속의 배를 찾기 위해 먼저 조정할 것은?
4. 상대선의 나침 방위가 10분째 045°로 변하지 않으면서 거리가 6해리에서 3해리로 줄었다. 판단으로 옳은 것은?
5. 두 동력선이 정면으로 마주쳤다(Rule 14). 올바른 동작은?
6. 밤에 상대선의 흰 등 두 개(낮은 것이 오른쪽, 높은 것이 왼쪽)와 그 아래 초록 등 하나가 보인다. 상대선은?
7. AIS에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?
8. 흘수 12 m인 배가 여유 수심 2 m를 두려 한다. ECDIS에서 안전 등심선을 결정하는 안전 수심 설정과 그 의미로 옳은 것은?