[이덕환의 과학세상] (257) 수중 통신의 정체

물속 전파 흡수 휴대전화 무용지물
GPS 부착 RFID도 신호 전달안돼
해군 초계함이 침몰하면서 46명의 젊은이들이 희생되는 황당한 일이 벌어졌다. 가족들이 실종된 병사와 휴대전화 통화를 시도했다는 안타까운 소식도 있었다. 그런데 바다 속에서는 휴대전화나 무전기가 무용지물이 될 수밖에 없다. 일부 언론에서 조난용으로 들먹이는 위성 항법장치(GPS)가 부착된 무선인식장치(RFID)도 물 속에서는 소용이 없게 된다.

물은 가시광선을 흡수하지 못해 투명하게 보인다. 그런데도 수심이 깊은 곳에는 햇빛이 닿지 못한다. 물 속에서 가시광선이 산란되어 흩어져 버리기 때문이다. 그래서 강력한 서치라이트도 물 속에서는 큰 힘을 발휘하지 못하고, 남태평양의 맑은 바다에서도 수십 미터만 들어가면 햇빛의 대부분이 흩어져 버린다. 심해 생물의 눈이 퇴화된 것도 그런 탓이다.

통신용으로 사용하는 마이크로파나 라디오파와 같은 전파의 경우에는 문제가 더욱 심각하다. 물에 의한 전파의 흡수율은 가시광선의 흡수율보다 백만 배나 더 크다. 물 속에서는 전파가 쉽게 흡수돼 버린다는 뜻이다. 전자 오븐에 넣은 음식물이 뜨거워지는 것도 음식에 포함된 물이 마이크로파를 흡수해버리기 때문이다.

더욱이 침몰된 철선의 밀폐된 격실에서는 휴대전화의 신호가 빠져나오기도 어렵다. 전기를 통하는 전도체(傳導體)가 전자파를 차단해 버리기 때문이다. 특히 마이크로파는 전자 오븐의 유리에서 볼 수 있는 것처럼 좁은 간격의 철사 망으로도 완전히 차단이 된다. 승강기 안에서 휴대전화 통화가 어려운 것도 비슷한 이유 때문이다.

RFID를 부착한 구명복도 침몰된 배에 남아있는 조난자에게는 쓸모가 없다. RFID는 물론이고 위치추적에 사용하는 GPS도 마이크로파를 이용하기 때문이다. 그런 장치가 효과를 발휘하려면 조난자가 침몰된 배에서 탈출해 수면으로 올라와야만 한다. 침몰하는 선박이 사용하는 조난신호 발신기도 수면에 떠올라야만 제대로 신호가 전달된다. 선박과 비행기 항해에 필수장치가 된 GPS도 깊은 물 속을 항해하는 잠수함에는 무용지물이 되는 것도 같은 이유 때문이다. 심해에서는 자이로스코프를 이용한 관성항법장치를 사용할 수밖에 없다.

결국 물 속에서 전파를 이용한 통신은 쉽지 않다. 물 속에서 운항하는 잠수함에게는 골치 아픈 문제가 된다. 얕은 바다에서는 전파 발신기를 수면으로 올려 보내거나, 대형 송신 안테나가 필요한 저주파를 이용해야만 한다. 심해를 운항하는 잠수함에서의 통신은 더욱 어렵다. 지상의 특수 시설에서 보내는 초저주파 신호를 일방적으로 수신할 수 있을 뿐이다. 지상과의 쌍방향 통신을 위해서는 어쩔 수 없이 수면 가까이로 올라와야만 한다. 물론 적에게 발각될 위험을 감수해야 한다.

물 속에서 가장 효율적인 통신 수단은 음파(音波)다. 전기장과 자기장이 진동하는 빛이나 전파와 달리 공기나 물의 밀도 변화에 의해 전달되는 음파는 물 속에서도 멀리까지 전달된다. 사람의 귀에 들리는 20헤르츠에서 2만 헤르츠 사이의 가청 음파는 물론이고, 진동수가 2만 헤르츠 이상으로 사람에게 들리지 않는 초음파도 그렇다. 실제로 고래를 비롯한 많은 해양 생물들이 초음파를 이용한다. 물론 음파를 이용하는 통신은 속도가 느리고, 누구나 쉽게 들을 수 있기 때문에 보안이 어려운 문제가 있다.

초음파는 몸속 장기나 태아의 상태를 진단하거나, 해저 탐사나 어군(魚群) 탐지에 사용하기도 한다. 초음파 발생장치에서 쏘아 보낸 초음파가 몸속 장기, 해저 물체, 물고기 떼에 반사되어 돌아오는 시간을 이용한다. 이번에 침몰된 선체를 찾아낸 것도 그런 초음파 어군 탐지기 덕분이었다. 바다에 추락한 항공기의 위치를 알려주는 블랙박스도 초음파를 사용한다.