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나도 드론을 배우고 싶다- ⅩⅢ

드론 비행을 본격적으로 시작하기 전에 꼭 알아야 할 기본적인 사항

서울 서대문소방서 허창식 | 기사입력 2021/11/19 [11:00]

나도 드론을 배우고 싶다- ⅩⅢ

드론 비행을 본격적으로 시작하기 전에 꼭 알아야 할 기본적인 사항

서울 서대문소방서 허창식 | 입력 : 2021/11/19 [11:00]

<지난 호에서 연결되는 내용입니다.>

 

8. 지구자기장(우주기상)

지구자기장은 드론 입문자가 반드시 알아야 할 내용 중 하나다. 그러나 입문자들은 드론 입문 초기부터 비행절차 조종방법 등 직접 관련된 것만 해도 알아야 할 내용이 너무 많아 지구자기장에 관해선 크게 관심 두지 않는 게 대부분이다. 심지어 진지한 여가를 즐기는 조종자조차도 지구자기장에 대해 간과하는 경우가 잦을 정도다. 

 

만약 지구자기장이 드론에 미치는 영향에 대해 전혀 모르거나 관심이 없다면 처음 구매 후 촬영용 드론의 첫 비행이 마지막 비행이 될 수 있다. 즉 큰맘 먹고 산 드론이 일회용이 될 수도 있다는 얘기다.

 

실제 지구자기장의 영향을 받은 기체는 오류가 발생해 조종 불능 상태가 되기도 하고 심하면 분실하는 사례까지 종종 발생하고 있다. 하지만 지구자기장에 대해 모르는 조종자들은 기체 오류 또는 주변 전파환경 탓으로 오해하거나 이유도 모른 채 넘어가곤 한다. 

 

지구자기장과 드론의 연관성은 관심이 있다면 꼭 필자가 다루는 연재가 아니더라도 인터넷 검색만으로 관련 정보를 어렵지 않게 취득할 수 있다. 다만 대부분 형식적인 내용으로 실제 드론 비행 경험을 바탕으로 명확히 어떠한 증상이 발생하는지 설명해 주는 정보를 찾기란 쉽지 않다. 

 

필자는 지난 수년간 재난대응 업무로 장소와 시간을 가리지 않고 재난 현장에서 소방드론을 운용한 경험이 있다. 그로 인해 원하든 원치 않든 드론이 지구자기장에 영향을 미쳤을 때의 경험을 많이 할 수밖에 없었다. 따라서 그동안 쌓아온 경험을 바탕으로 지구자기장이 실제 드론에 미치는 현실적인 영향과 그에 따른 대처 방안을 공유하고자 한다. 

 

1) 지구자기장이란? 

지구상의 임의 지점에 자침을 놓으면 일정한 곳을 가리키는데 우리는 그 방향을 남(south)과 북(north)이라고 한다.

 

인류가 16세기부터 대탐험의 시대를 열 수 있었던 것도 자침을 이용한 나침반을 개발했기 때문에 가능했다. 방향을 알면 지형지물을 이용하기 어려운 장소에서도 길을 잃지 않고 원하는 곳에 갈 수 있다.

 

과거 태평양을 누비던 폴리네시아인(BC 1200~3000년)이나 대서양을 누비던 바이킹(AC 800~1000년)이 태양 또는 별에만 의존해 방향을 찾았던 것과 비교할 때 작은 도구만으로 비약적인 발전을 한 거다. 

 

이렇게 자침이 지구상 어디에 있더라도 항상 같은 방향을 가리킬 수 있는 이유는 지구 주변이나 부근의 공간이 자계(자기장)를 형성하기 때문이다. 이 자계는 지구 내부로부터 겉면 우주 공간까지 형성되는데 그걸 지구자기장(Earth Magnetic Field)이라고 한다. 지자계와 지구자계 모두 같은 의미다. 

 

▲ [그림 1] 지구자기장과 막대자석 자기장 비교


2) 지구자기장이 지구에 미치는 영향

지구자기장을 한 층 더 이해하기 위해서 우린 장(Field)의 개념에 주목할 필요가 있다. 장(Field)이란 운동장이나 비행장, 격투장 등에 사용되는 특정 공간을 의미한다. 지구자기장은 지구 주변에 자기를 형성하는 공간이다.

 

따라서 지구자기장에 문제가 생긴다는 건 지구 주변 공간에 문제가 발생한다는 의미다. 지구자기장은 지구에서 수많은 역할을 한다. 그중에서 가장 중요한 역할은 태양풍과 함께 방출되는 미립자로부터 지구를 방패처럼 보호하는 거다. 

 

태양은 지구에 열과 빛 등 필요한 여러 에너지를 공급하고 있지만 강력한 감마선과 자외선 등 광범위한 전자기파도 포함 돼 있다.

 

만약 지구자기장이 없다면 지구는 태양풍에 의해 오존층이 파괴되고 높은 방사능에 노출된다. 인류가 지구자기장의 보호를 받고 있다 해도 과언이 아닐 정도로 지구자기장은 인류를 보호해 주는 매우 중요한 존재다.

 

지구의 극지방(고위도)에서 자주 볼 수 있는 오로라(Aurora)의 경우 그저 아름다운 풍경으로만 생각하겠지만 사실 태양풍의 입자 일부가 지구자기장에 이끌려 극지방에 진입하는 과정에서 생기는 자연 현상이다.

 

지구자기장이 인류에게 유해한 태양풍을 방어한다고 해도 지구에 전혀 영향이 없는 건 아니다. 태양풍이 강력하게 거세지면 방출되는 입자가 지구로 돌진하며 지구의 자기장을 교란한다.

 

태양풍은 우리가 평소에 관심이 없을 뿐이지 지금도 여전히 그 세기에 따라 전자기기에 충분히 영향을 미칠 수 있을 정도의 영향력을 갖고 있다. 

 

실제 강력한 코로나 물질(CME, Coronal Mass Ejection)이 동반되는 태양폭풍은 고자기 플라스마 덩어리로 지구에 제대로 닿으면 미치는 영향력은 어마어마하다.

 

코로나 질량 방출이 강력해지는 시기는 대체로 약 11년 주기인데 그땐 자기장의 균형이 무너져 우리가 실생활 속에서도 충분히 느낄 수 있을 만큼 문제가 발생한다.

 

1859년 9월 1일에는 지금껏 보지 못한 강력한 태양폭풍 발생 후 18시간 만에 전선에서는 불꽃이 튀고 나침반은 멋대로 움직이는 현상이 전 세계에서 일어났다. 이를 캐링턴 사건이라고 부른다. 극지방에서만 보이던 오로라 현상도 쿠바와 호주, 영국, 미국 등에서 발생했다.

 

이뿐만이 아니다. 지구로 쏟아진 태양폭풍 전기 입자로 인해 모든 전기와 통신이 차단(델린저 현상)되거나 순간적으로 흐르는 과전류로 인해 사망사고까지 발생했다. 자기장은 원활한 전류에 의해 발생한다. 반대로 자기장이 교란될 수 있을 정도로 외부로부터 강한 공격을 받으면 전류를 원활하게 통제하지 못한다.

 

당시에는 지금과 같이 전자기기가 많지 않아 큰 피해가 없었지만 만약 캐링턴 사건과 같은 현상이 지금 당장 발생한다면 전 세계의 변전소와 통신소가 제 기능을 하지 못해 과거와 차원이 다른 규모의 대혼란 시기가 올 수도 있을 거다.

 

▲ [그림 2] 태양풍 입자가 지구에 미치는 영향


3) 태양풍에 의한 지구자기장 상태를 확인하는 방법

앞서 언급한 캐링턴 사건 정도의 태양풍이 아니더라도 지금 이 순간 우린 크고 작은 영향을 받고 있다. 거의 짧은 시간 영향을 받거나 실생활에 크게 불편함이 없어 잘 알지 못한다.

 

전문적으로 전파ㆍ전자기기를 다루지 않는 일반인들은 가끔 라디오, TV 수신이 잘 안 되거나 자동차 내비게이션 GPS 위치가 제대로 잡히지 않는 정도의 불편함만 느낄 거다.

 

하지만 철새, 꿀벌, 개미 그리고 바다거북, 바닷가재, 연어, 돌고래와 같은 여러 생물 등에는 민감하게 영향을 미치고 있다.

 

위 생물들은 자기장을 보거나 느낄 수 있는 생물들로 만약 지구자기장이 교란받는다면 방향을 감지하고 이동하는 항법 기능에 영향을 받는다. 지구자기장 교란으로 방향 감각을 잃으면 평소 서식하던 안전한 장소로 돌아오지 못해 죽음을 맞이하기도 한다.

 

드론도 마찬가지다. 앞서 자동차 내비게이션의 GPS는 지구자기장 교란에 의한 오류가 나더라도 도로와 이정표가 있으므로 어떻게든 찾아가거나 여의치 않으면 제자리에 머물 수 있다. GPS 오류가 직접적인 사고로 이어지긴 어렵다.

 

하지만 하늘을 나는 드론은 비행 중 GPS 기능의 역할 비중이 매우 높다. 위치제어가 되지 않으면 제자리 비행이 어렵고 정확한 항법이 되지 않아 사고로 이어질 가능성이 높다. 이처럼 일반적으로 인간이 느끼지 못하는 정도의 지구자기장이라도 드론에는 충분히 치명적일 수 있다.

 

그렇다면 인류는 크고 작은 태양풍에 대해 어떻게 대처하고 있을까? 지금 우리가 사는 시대는 예전보다 과학 기술이 발전해 태양풍이 언제 지구에 영향을 미치는지 예보할 수 있다.

 

현재 국립전파연구원 우주전파센터 홈페이지(spaceweather.rra.go.kr)에서는 태양흑점 폭발(R1~R5), 태양 입자 유입(S1~S5), 지자기 교란(G1~G5)에 대한 정보를 예상되는 피해 등급별로 나눠 제공한다. 이 중 드론 조종자가 주목해야 할 정보는 바로 지자기 교란 등급이다.

 

▲ [그림 3] 국립전파연구원 우주전파센터 홈페이지(지구자기장 교란 등급)

 

[그림 3]과 같이 드론과 관련된 지구자기장 교란 정보는 G1~5등급보다 Kp=1~9지수를 많이 사용한다(G1 등급은 Kp=5과 같다).

 

그리고 만약 스마트폰으로도 간단히 지구자기장 교란 등급(지수)을 확인하고 싶다면 <119플러스> 매거진 2021년 3월호 ‘나도 드론을 배우고 싶다 Ⅴ’ 에서 언급한 비행공역을 확인하는 앱을 활용하면 된다. 비행공역 정보 앱에서 함께 제공하는 지구자기장 교란 등급(지수) 정보 또한 국립전파연구원 우주전파센터에서 제공되는 정보와 동일하다. 

 

▲ [그림 4] 드론플라이 비행공역 정보 앱(지구자기장 교란 정보)

 

서울 서대문소방서_ 허창식 hcs119@seoul.go.kr

 

<본 내용은 소방 조직의 소통과 발전을 위해 베테랑 소방관 등 분야 전문가들이 함께 2019년 5월 창간한 신개념 소방전문 월간 매거진 ‘119플러스’ 2021년 11월 호에서도 만나볼 수 있습니다.> 

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