‘하늘의 기상관측소’라는 기상 항공기와 특화된 미세먼지 항공기가 한국의 대기 질을 추적한다. 비치크래프트사의 쌍발 프로펠러기 ‘킹에어 350HW(King Air 350HW)’와 ‘1900D’가 그 주인공. 두 항공기가 협력하여 미세먼지의 발생원인과 대기오염 물질이 미세먼지에 얼마나 영향을 미치는지 등을 밝힌다.
‘킹에어 350HW’로 국내 대기 질 관측
지난 4월 18일 국내에 처음 도입된 종합기상관측용 항공기 ‘킹에어(King Air) 350HW’가 서해상에서 대기 질을 측정하기 시작했다. ‘킹에어 350HW’는 태풍, 집중호우, 대설 등과 같은 계절별 기상 위험 요인을 비롯해 대기오염 물질, 온실가스를 포함한 주요 기후변화 원인 물질, 황사·미세먼지, 방사선 등의 현상별 대기 질을 관측할 수 있는 다목적 항공기다. 높이 4.4m, 길이 14.2m 규모다. 지난해 12월 말 기상청이 미국 항공기 제조회사 비치크래프트(Beechcraft)사에서 도입한 쌍발 터보 프롭(Twin Turboprop)기이다.
삼면이 바다로 둘러싸인 우리나라는 집중호우와 대설, 아시아 대륙에서 이동해오는 황사, 미세먼지 등에 많은 영향을 받는다. 이러한 지리적 특성으로 입체적 관측 자료 수집을 통한 연구와 분석이 필요하다. 그동안 지상 관측에 비해 상공을 관측한 자료는 절대적으로 부족했던 게 사실. 기상청이 기상 항공기를 도입하게 된 이유다. 물론 지상관측소에서 전파를 쏘아 구름 속을 들여다보거나 해당 지점 미세먼지 농도 등을 단편적으로 파악해왔지만 기상 항공기처럼 실제 기상에서 관측하는 게 아니어서 자료 수집에 오차범위가 클 수밖에 없었다.
‘킹에어 350HW’는 앞으로 한반도 공영에서의 모든 기상관측 임무를 위해 집중 투입된다. 연간 400시간 운항이 목표다. 특히 매년 미세먼지와 황사가 심한 4〜6월에 서해상에서 대기오염 물질의 이동경로나 미세먼지를 만들어내는 질소산화물 등의 질량을 실시간 분석하거나 미세먼지 입자 주요 성분을 분석하는 데 활용될 예정이다.
이 항공기에는 14종 25개의 첨단 기상관측 장비가 탑재돼 있다. 이 기기들은 비행기 엔진에서 에너지를 공급받아 작동한다. 엔진과 각종 장비가 함께 에너지를 소모하기 때문에 기상관측을 위해 한 번 운행할 때의 최대 비행시간은 6시간 정도다. 최고 고도는 3만2000ft(약 10㎞). 조종사 2명, 장비 운영자 2명, 연구자 1명 등 총 5명이 탑승한다.
기상청은 ‘킹에어 350HW’를 통해 기상과 바다, 공중, 우주 등의 입체적 기상관측 시스템을 구축하는 한편 기상관측 전용위성(천리안)·기상관측 선박(기상 1호)의 산출 정보와 함께 한반도 대기 질의 종합적 입체 관측망을 완성할 계획이다. 지금은 시작 단계라서 다목적 기상 항공기가 한국 공영만을 비행하지만 곧 중국과 일본을 포함한 동북아시아 인근을 돌며 한국·중국·일본의 공동 관측 네트워크를 구성하는 일도 가능해질 것으로 보인다.
‘비치크래프트 1900D’ 추가 투입
미세먼지가 극심한 4~6월엔 ‘킹에어 350HW’와 협력하여 ‘비치크래프트 1900D’가 활약한다. ‘비치크래프트 1900D’는 올 12월부터 국내 대기 질을 관측할 예정이다. 미세먼지 조성뿐 아니라 미세먼지 재료가 되는 오염물질과 미세먼지 생성 반응을 일으키는 산화제 등을 동시에 측정하고 미세먼지 발생 원인과 경로를 실시간 모니터링하게 된다.
‘비치크래프트 1900D’는 ‘미세먼지 국가프로젝트 사업단’이 한국의 연중 대기 질 관측을 위해 도입한 항공기이다. 사업단은 정부 차원에서 과학기술을 동원해 미세먼지 해결책을 모색해나간다는 취지 아래 지난해 5월 출범한 단체. 과학기술정보통신부, 환경부, 보건복지부가 지원하고 한국과학기술연구원을 비롯해 한국기계연구원, 서울대 등 10개 연구기관에서 500여명의 연구자들이 참여한다. 2020년까지 492억원의 연구개발비가 투입된다.
미세먼지 사업단장인 배귀남 한국과학기술연구원(KIST) 책임연구원은 “최근 발생하는 미세먼지 현상을 설명할 수 있는 미세먼지의 발생원인이나 대기 중 생성에 관한 과학적 정보가 부족하다 보니 국민들의 불안감이 커지고 있다”면서 “미세먼지 연구는 대기오염 현상 규명, 예보, 배출원 집진 저감기술, 공기청정기술, 건강 영향 평가 등 모든 분야에 걸쳐 관련돼 있기 때문에 다양한 분야의 전문가들이 힘을 모아 해결할 사회문제”라고 말한다.
이런 미세먼지 문제의 해결책 중 하나로 ‘미세먼지 국가프로젝트 사업단’은 한서대학의 항공기 ‘비치크래프트 1900D’를 개조하여 연중 대기 질 관측용으로 활용한다는 계획을 최근 확정했다. ‘비치크래프트 1900D’는 ‘킹에어 350HW’와 마찬가지로 비치크래프트사가 제작한 비행기로, 일본 쓰시마섬 등에서 민간인들을 태우던 소형 항공기이다.
다목적 항공기인 ‘킹에어 350HW’가 있는데 왜 굳이 민간 항공기를 개조하여 사용하려는 것일까. ‘킹에어 350HW’는 다양한 기상관측을 우선으로 하는 항공기라 미세먼지와 미세먼지를 만드는 물질을 자세히 측정하기 어렵다. 따라서 대기오염 물질과 미세먼지를 만들어내는 물질을 측정하는 데 특화된 장비를 탑재하기 위해 ‘비치크래프트 1900D’를 개조해 사용하는 것이다.
현재 이 항공기는 미국의 항공기 개조업체인 글로벌에이비에이션테크놀러지(GAT) 대만지사로 이송된 상태. 11월 초 국내로 들어온다. 개조된 ‘비치크래프트 1900D’는 ‘킹에어 350HW’와 함께 상호보완적으로 운용될 계획이다. 길이 18m, 높이 4.5m, 탑재 중량은 2.1t. 국내 연구용 항공기 중에는 최대 규모다. 한 번 운행할 때 5시간 이상 비행이 가능하다.
‘비치크래프트 1900D’는 오는 12월부터 전국을 날며 미세먼지를 집중 관측하게 된다. 특히 내년 4월까지는 겨울철과 봄철의 미세먼지를 집중적으로 관측하여 두 계절의 미세먼지 양상을 비교한다. 항공기로 한국의 겨울철 미세먼지를 관측하는 건 처음이다. 또한 중국에서 넘어오는 미세먼지를 밝히기 위해 서해안에서 월경성 미세먼지를 관측할 예정이다. 이를 통해 서해안과 내륙의 미세먼지 차이도 확인한다.
중국 미세먼지 문제의 심각성과 관심도는 크지만 아직까지 이렇다 할 해결책이 부족한 실정에서 ‘비치크래프트 1900D’를 사용할 경우 실시간 관측을 통해 오염원 근처에서 오염물질 배출량을 정확하게 산출할 수 있을 전망이다.