우리는 이제 GPS 없이는 단 하루도 살기 힘든 세상에 살고 있는데요.

자동차 운전은 물론이고, 맛집을 찾아갈 때조차 스마트폰 지도 앱에 의존하는 것이 너무나 당연한 일상이 되었습니다.

그런데 문득 이런 궁금증이 생기거든요.

GPS 위성 신호는 물을 통과하지 못하는데, 과연 수백 미터 깊이의 바닷속을 항해하는 잠수함은 어떻게 자신의 위치를 파악하고 길을 잃지 않는 걸까요?

사실 잠수함은 우리가 상상하는 것 이상으로 정교하고 다양한 기술들을 복합적으로 활용해 망망대해 속 자신의 좌표를 정확히 찾아내고 있습니다.

눈 감고 걷기? 잠수함 항법의 핵심 ‘관성 항법 장치’

잠수함 항법의 가장 기본이 되는 핵심 기술은 바로 ‘관성 항법 장치(Inertial Navigation System, INS)‘인데요.

이건 아주 간단한 원리에서 출발하는 기술입니다.

만약 우리가 눈을 감고 출발점에서부터 앞으로 열 걸음, 오른쪽으로 다섯 걸음을 걸었다면 눈을 뜨지 않고도 대략적인 현재 위치를 짐작할 수 있거든요.

관성 항법 장치가 바로 이 원리를 기계적으로 구현한 것입니다.

잠수함은 항구를 떠나는 순간의 ‘정확한 위치’를 시스템에 입력하는데요.

그 후부터는 내부에 장착된 아주 정밀한 ‘자이로스코프(gyroscope)‘와 ‘가속도계(accelerometer)‘를 이용해 잠수함의 모든 움직임을 실시간으로 측정합니다.

잠수함이 얼마나 빠르게 움직였고, 어느 방향으로 얼마나 회전했는지를 계속해서 계산하고 더해나가면서 처음 출발점으로부터 현재 어디쯤 와있는지를 추정하는 방식인 셈이죠.

이 기술 덕분에 잠수함은 외부 신호 없이도 독립적으로 자신의 항로를 계산할 수 있습니다.

쌓이는 오차를 줄이는 비밀 무기 ‘중력 지도’

하지만 관성 항법 장치에도 한 가지 약점이 있는데요.

아무리 정밀한 센서를 사용하더라도 아주 미세한 오차는 발생할 수밖에 없고, 이 작은 오차들이 시간이 지날수록 눈덩이처럼 불어나 실제 위치와 계산된 위치의 차이가 점점 커지게 된다는 점입니다.

군사 잠수함에게 위치 오차는 치명적일 수 있기 때문에, 이 오차를 보정해 줄 또 다른 기술이 필요하거든요.

여기서 등장하는 것이 바로 ‘중력 지도’를 활용한 최첨단 항법 기술입니다.

지구의 중력은 모든 곳에서 동일하지 않고, 해저 산맥처럼 밀도가 높은 지형이 있는 곳에서는 미세하게 더 강하게 작용하는데요.

군사 강국들은 이미 전 세계 바다의 정밀한 ‘중력 변화 지도’를 확보하고 있습니다.

잠수함은 아주 민감한 중력 센서를 이용해 현재 위치의 중력 값을 측정한 뒤, 이 값을 지도 데이터와 비교하는데요.

마치 퍼즐 조각을 맞추듯 현재 측정된 중력 값과 일치하는 지점을 지도에서 찾아내면서 관성 항법 장치의 누적된 오차를 기가 막히게 수정하는 것입니다.

이 방식은 잠수함이 외부로 아무런 신호를 보내지 않는 ‘수동적인’ 방식이라 적에게 발각될 위험 없이 자신의 위치를 정확히 파악할 수 있다는 엄청난 장점을 가지고 있습니다.

전통과 첨단의 조화 ‘위치 보정’

물론 잠수함은 중력 지도 외에도 다양한 방법으로 위치를 보정하는데요.

상황이 허락된다면 수면 가까이 올라가 잠망경이나 안테나를 이용해 별의 위치를 관측하는 ‘천문 항법’을 사용하기도 합니다.

이는 수백 년 전부터 뱃사람들이 사용해 온 가장 전통적이면서도 신뢰도 높은 방법이죠.

또한, 아주 가느다란 케이블에 연결된 작은 안테나 부표를 수면 위로 띄워 GPS 신호를 잠시 수신한 뒤 관성 항법 장치를 재조정하는 방법도 사용되거든요.

이 방법은 잠수함 본체는 깊은 물 속에 숨어있을 수 있어 안전합니다.

물론, 자신의 위치가 노출될 위험을 감수해야 할 때는 ‘능동 음파 탐지기(Active Sonar)‘를 사용하기도 하는데요.

음파를 발사해 해저 지형을 스캔하고, 이것을 이미 확보된 해저 지도와 비교하여 정확한 위치를 찾는 방식입니다.

결론적으로 잠수함은 하나의 기술에만 의존하는 것이 아니라, 관성 항법이라는 기본 축을 중심으로 중력 지도, 천문 항법, GPS 수신 등 여러 기술을 상황에 맞게 조합하여 오차를 최소화하고 있습니다.

GPS가 통하지 않는 깊고 어두운 바닷속에서도 길을 잃지 않는 잠수함의 비밀은 이처럼 첨단 기술과 전통적인 지혜의 완벽한 조화 속에 숨어 있었던 것입니다.