보잉사의 인기 효자기종 B737 MAX(https://blog.naver.com/spsssjk/221430633518 참조)가 연이은 추락사고로 논란의 중심에 서게 되었다. B737 MAX를 운항하던 세계 각국의 항공사들이 비행중지 결정을 내렸을 뿐만 아니라 이 여객기를 주문했던 항공사 중 일부는 주문취소의 뜻도 비치고 있어 현재 궁지에 몰려 있는 것 같다. 작년 10월 29일 인도네시아 라이온항공 소속 B737 MAX 8 (라이온 항공 610편)가 추락한 데 이어서 올해 3월 10일에도 에티오피아 항공 소속 B737 MAX 8 (에티오피아항공 409편)가 라이온 항공 경우와 아주 유사한 패턴으로 또 다시 추락하였던 것이다.

현재 미국 FAA는 보잉사의 MCAS 관련 개선작업들이 이루어진 B737 MAX의 재인증 절차와는 따로이, 전세계 9개국과 3개의 미국 항공안전관련 기관(FAA, NASA, NTSB)으로부터 차출 받은 인증전문가들과 함께 B737 MAX의 초기 인증이 제대로 이루어졌었는지를 검토할 위원회, Joint Authorities Technical Review를 구성해 4월 29일부터 90일간 평가작업에 들어 간다고 발표했다. 적어도 앞으로 90일 이내에는 MAX의 운항이 없을거라는 얘기인 것이다. 뭐, 극적으로 FAA가 재인증 결단을 내릴 수도 있겠지만..... 전세계에서 B737 MAX를 가장 많이 보유하고 있는 AA(American Airlines)는 운항중지를 일단 8월 중순까지 연장한다고 발표했다. 매일 115회 정도의 MAX 비행이 있었던 AA로써는 하루 총 항공편의 1.5%가 운항중지 된다는 의미로 상당한 손실이 생길 것으로 보인다.

지난 3월 이후 계류된 Southwest 항공의 B737 MAX (AFP/GETTY IMAGES/FILE)

B737 MAX 8의 정확한 사고원인은 아직 최종 확인되지 않았으나 라이온 항공 610편 사고의 경우 기존의 B737기종들과 달리B737 MAX에 새로 도입된 MCAS (Maneuvering Characteristics Augmentation System: 기동특성강화장치)가 사고의 원인으로서 의심을 받고 있으며 에티오피아 항공 409편의 사고도 라이온 항공 610편의 사고와 다음과 같은 유사점이 있는 것으로 알려져 있다.

1. 이륙직후 항공기의 고도와 속도에 문제가 발생하면서 추락

2. 조종사가 비행제어계통의 이상을 감지하였지만 정상화 시킬 수 없었음

3. 이륙 후 얼마 되지 않아 항공기가 비정상적인 상승과 하강을 반복하다 추락

2019년 3월 10일에 추락한 에티오피아 항공의 B737-8과 동일기종 항공기

일반적으로 항공기의 추락은 딱 한가지의 잘못만으로는 잘 일어나지 않는다. 항공기를 설계할 때 2중 3중으로 보완체계를 만들어 고장이나 오작동에 대비하기 때문이다.

인하대학교 항공우주공학과 초빙교수 김영환박사는 필자의 블로그에 올린 글( https://blog.naver.com/spsssjk/221506135938참조) 에서 직접 원인은 오작동한 받음각 센서( https://blog.naver.com/spsssjk/221506134161 참조)로부터의 과장된 받음각 신호값이 MCAS의 잘못된 자동 트림 기동을 유발한 것이겠지만 근본적으로는 B737의 명성과 오래된 역사성에 발목이 잡혀서라고 설파하였다.

1966년에 출고되어 67년에 초도 비행에 성공한 B737 Original (B737-100/200) ( https://blog.naver.com/spsssjk/221430632058참조)에는 Pratt & Whitney JT8D 엔진을 날개에 장착하게끔 설계되었다. JT8D엔진은 직경이 49.2 in (1.25 m)정도였기 때문에 랜딩기어가 유별나게 짧은 B737에서도 별다른 무리 없이 지면과 적정수준의 이격(ground clearance)을 유지할 수 있었다. 그러나 1979년 B737 새 버전을 계획하면서 기존 B737 Original의 설계를 토대로 해서 추력과 연료효율이 더 좋은 CFM international社의 高바이패스比 터보팬 엔진을 채택하였다. 그러나 B737 Classic (B737-300/400/500)과 이 후의 B737 Next Generation (B737-600/700/800/900) ( https://blog.naver.com/spsssjk/221430632734 참조)에서 채택한 이 CFM56-3계열 엔진은 연료효율면에서는 최적이었지만 팬 사이즈가 커지는 바람에 엔진의 높이와 폭이 각각 71.5 in / 79.4 in (1.82m / 2.01m)에 달하며 팬의 직경만도60 in (1.52m)나 되었다. 이러한 사이즈가 커진 엔진의 채택으로 엔진 공기흡입구가 지면과 충분히 이격되기 어려워지자 보잉사는 엔진의 충분한 이격거리 확보를 위한 해결책으로, 공기흡입구가 다른 기종처럼 둥글지 않고, 아래 면이 평평한 햄스터 볼주머니형 공기흡입구 (Hamster pouch inlet)가 설치된 나셀을 선택했었다.

그러나 에어버스사가 A320 NEO의 연료효율성을 무기로 먼저 치고 나가면서 (https://blog.naver.com/spsssjk/221461930186참조) 많은 주문을 받게 되자 위기를 느낀 보잉사는 2011년 B737의 신규 버전 개발계획을 발표하게 된다.  B737 MAX(https://blog.naver.com/spsssjk/221430633518 참조)로 명명된 이 여객기에는 당시 최고 연료효율을 자랑하던 LEAP 엔진을 채택하여 항공기 운항사들의 요구사항인 연료효율성 향상을 극대화 하기로 결정한다.

A320 계열과 B737계열의 연료경제성 비교

사실 CFM International사의 엔진이 기존의 CFM56-7B 엔진 대비 연료효율이 10~12% 더 높은 최신기술의 엔진이었지만 효율 향상의 주된 요소인 더 커진 팬 직경이, B737의 낮은 날개 높이로 인해, 지면과의 이격거리 확보에 있어 더욱 심각한 문제를 유발하게 되었다. 그래서 보잉사 엔지니어들은 고육지책으로 앞쪽 노즈기어 길이를 늘이는 설계변경을 통해 날개의 地上高를 높여 필요한 이격거리를 확보하게 되었다.

A320은 LEAP-1A 장착에 어려움이 없었다

이 설계변화는 궁극적으로 항공기 추력선의 각도를 높이는 결과를 가져 왔고 이에 따라 받음각이 상승하게 되었지만 이러한 설계변경이 기존의 B737 조종사들이 적응하는데 불편을 주지 않으려고 MCAS를 고안하여 자동적으로 처리하게 한 것으로 보인다.

B737의 받음각 센서 오류가 MCAS의 잘못된 반응을 유발한 것으로 추정된다

이 의도 자체는 사실 “궁극적인 항공기의 자율비행”이라는 목표 달성을 위해서는 적절한 조치였다고 생각된다. 미래의 완전자율 항공기는 항공기 조작에 필요한 모든 것을 AI 기술이 탑재된 컴퓨터 시스템에 의존할 테니까……  그래서 MCAS가 이번 B737 MAX의 사고의 원인으로 지목 받고는 있기는 하지만 미래의 완전 자율비행을 구현하기 위해서는 어차피 지나가야 할 단계라고 보는 것이 타당하다는 생각이다. 완전자율비행이라는 말은 항공기가 조작하는 조종사의 탑승 없이 비행할 수 있어야 한다는 것이다. 따라서 자율비행에 관련된 장치들에 대한 세부적인 설명이나 운용절차들은 단순한 탑승자인 승객에게 설명 될 필요가 없는 게 순리일 것이다.

그러나 아무리 훌륭한 자율운항시스템이더라도 의사 결정에 필요한 기본적인 정보가 엉터리로 들어 가게 되면 그 결과는 치명적으로 될 수 밖에 없다. 이번 보잉 737 MAX의 경우 탑승객의 안전을 총체적으로 책임지게 되는 중차대한 MCAS 자율시스템에 단 한 개의 받음각 센서가 정보를 공급하였고 그 단 한 개의 센서가 MCAS에 과장된 받음각을 공급하게 되면서 문제가 발생한 것이다. 기본적으로 너무나 방만한 설계라고 볼 수 밖에 없다는 생각이 든다.

B737과 A320의 ADIRS(Air Data Inertial Reference System) 구성

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그런데 사고가 일어 나려니까 설계상의 소극적 선택들이 줄줄이 문제점으로 들어나게 된다. 보잉엔지니어들은 왜, 3개의 받음각 센서를 장착한 경쟁사인 에어버스 A320 NEO와 달리, 2개만 달았을까? 게다가 2개의 받음각 측정기가 있었는데도 왜 MCAS는 1개로부터만 받게 되어 설계가 되었을까? 또 기왕에 랜딩기어의 설계를 바꾸는데 왜 앞의 노즈기어와 함께 뒤의 메인기어도 같이 높여서 추력선을 기존 B737과 같게 만들지 않았는지? 그리고 조종석 계기판에 안전과 직결될 수도 있는 비행정보와 경고기능 표시를 선택사양으로 제공했는가도 의문사항 중에 하나이다. 계기판에 실제와 크게 차이 나는 받음각이 표시되고 관련 경고가 있었다면 추락으로 이어질 이륙 자체를 시도하지 않았을 수도 있으니까.

2개의 받음각 센서가 설치된 B737의 ADIRS

3개의 받음각 센서가 설치된 A320의 ADIRS

 선택사양으로 PDF에 표시되는 받음각

일부에서는 에어버스와 과열된 경쟁 속에서 빠른 시간 내에 B737 MAX를 제품개발을 목표로 하다보니 설계, 개발, 특히 시험단계에서 너무 서둘렀다고 보이며 미국의 FAA도 예산과 인력부족 핑계로 보잉사의 “빨리 빨리”에 말려 손쉽게 인증을 해준 것이 아닌가 하는 비판도 있다. 또한 항공기 가격을 낮추라는 압력하에서 안전에 직결될 수도 있는 사항들을 기본이 아닌 선택사양으로 바꾼 판매전략이 이런 상황을 불러 왔다고 말하기도 한다.

마지막으로 중요한 포인트!

라이온항공 사고가 나자 MCAS를 끌 수 있는 옵션을 조종사에게 숙지시켰더라면 사고가 없었을 것이라는 비난이 일었다. 그래서 보잉사는 그간 조종사에게 인지시키지 않던 MCAS 끄는 방법에 대해 공지를 했었다고 한다. 그래서 에티오피아 항공의 조종사는 실제로 항공기의 기수가 정상보다 내려가면서 원하는 상승기동이 안되자 새 매뉴얼대로 MCAS를 끄는 절차를 수행함과 동시에 부조종사와 함께 기수를 들어 올리는 기동을 시도했다고 한다. 그러나 어쩐 일인지 죽여 놓았던MAX의 자동 조종시스템이 되살아 나면서 조종사의 상승 시도를 무산시키고 급기야 추락시켜 버렸다는 것이다. 마지막 몇 초간 이 두 조종사는 얼마나 황당했을까? 인