여름이 되면 기온이 높아지면서 자연스럽게 비도 많이 온다.

비가 자주 내리기 위해서는 비구름도 자주 만들어져야 하는 만큼, 구름에서 떨어져 내리는 낙뢰를 볼 확률 또한 높아지게 된다.

낙뢰를 만들어내는 구름은 적란운이라고 하며 수직으로 길게 발달해서 비, 난기류, 착빙, 우박, 번개, 천둥과 같은 현상을 만들어낸다.

그 중에서도 특히 폭풍우와 함께 천둥 번개가 치는 것을 뇌우라고 부른다..

항공기가 날아가다가 뇌우가 만들어진 지역을 발견하게 되면 회피 비행을 통해 우회해야 하는데, 어쩔 수 없이 뇌우 지역을 관통하게 되는 경우가 생긴다.

뇌우 지역의 낙뢰는 어떻게 발생되고, 특징에는 어떤 것들이 있으며, 항공기들은 어떻게 위험한 뇌우 지역을 뚫고 무사히 목적지로 갈 수 있을까?

낙뢰

엄밀히 말해서는 다른 의미이지만, 일반적으로는 번개라고도 불리는 낙뢰, 이것은 적란운에서 발생하는 방전 현상이다.

적란운은 수직으로 길게 생성되기 때문에 구름에서 양전하(+)와 음전하(-)가 나뉘게 된다. 이 때, 상대적으로 가벼운 입자인 양전하는 상부로 올라가고 무거운 음전하가 하부로 내려가게 된다.

음전하가 하부에 쌓여감에 따라 전압이 높아지고 결국에는 방전하게 된다. 이 뇌방전 현상은 발생 되는 구역은 4 가지로 구분할 수 있는데, 그것은 다음과 같다.

1) 같은 구름의 상부에 있는 양전하와 하부에 있는 음전하 사이 (운내방전)

2) 음전하가 모인 구름의 하부와 다른 구름의 상부 양전하 사이 (운간방전)

3) 구름에서 주변 대기로 (대기방전)

4) 구름의 음전하와 땅에 존재하는 양전하 사이 (낙뢰)

낙뢰가 떨어지면 보통 10억 볼트(V) 정도의 전압을 가지고 2만 암페어(A)정도의 전류가 흐르게 되는데, 전류의 경우 수십만의 값을 가지기도 한다. 또한 엄청난 에너지가 흐르는 것이기 때문에 온도 또한 약 3만도에 달하게 된다.

번개와 천둥은 이렇게 낙뢰가 발생했을 때 만들어지는 매우 밝은 빛과 소리를 각각 부르는 용어이다.

낙뢰를 버티는 항공기

앞서 살펴본 바와 같이 뇌우 지역에서는 엄청난 에너지를 가지는 낙뢰가 발생할 수도 있고, 그 외에도 폭풍우가 휘몰아치기 때문에 항공기가 지나가기 위해선 엄청난 위험을 감수해야 한다.

그렇기 때문에 기상 레이더로 미리 관측이 된 경우 최소 20마일 넘게 거리를 유지하면서 우회해야 한다.

우회하지 못하고 뇌우 지역 속으로 진입하게 되었다면, 항공기는 직석의 항로를 유지하면서 통과해야 한다.

만약, 항공기가 뇌우 지역에서 선회 기동을 통해 빠져나가려 한다면, 난기류의 영향을 받아서 항공기에 실리는 하중이 가중되고 이는 기체에 부담으로 작용하게 된다.

뇌우 지역의 위험 요소로는 폭풍우에서 발생된 난기류만 잇는 것이 아니다. 항공기는 뇌우 지역 속의 낙뢰로부터 안전하게 승객들을 보호하고 비행 임무를 수행하기 위한 장치들을 가지고 있는데, 크게 2 가지로 나뉜다.

1) 패러데이의 새장(Faraday cage)

2) 방전 시스템

패러데이의 새장은 패러데이의 실드(Faraday Shield)라고도 불리는데, 항공기에 탑승한 인원들을 보호하기 위한 장치이다.

외부의 표피를 만들 때 전기가 잘 통하게 굵은 도체로 모든 부분들을 접합시킨다면 낙뢰가 쳤을 때 전류가 표피를 따라 흐르게 되면서 인명피해를 막는다.

만약 항공기의 구조물을 도체가 아닌 복합 소재를 이용해서 만들게 된다면 표면에는 반드시 전기 전도성을 가진 띠를 설치해서 낙뢰에 대비해야 한다.

낙뢰에 항공기가 피격될 경우, 항공기의 구조물들은 그 충격을 감당할 수 있을 만큼 강하지 못해서 손상될 수 있다.

방전 시스템은 날개 끝에 설치되어 낙뢰의 충격에 대비하는데, 전기 에너지가 기체의 표면을 타고 날개 끝으로 흘러가 공기 중으로 다시 돌아가게 만드는 방식으로 기내로의 영향을 차단한다.