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* 힌덴부르크의 외피를 원본 그대로 재현하고 실험 수행
* 전기로 충전된 폭풍 구름이 결정적인 역할
* 비극적인 종말은 심각한 설계 결함과 불행한 기상 조건의 사슬

힌덴부르크(Hindenburg) 사고의 수수께끼 풀었다.

세계에서 가장 큰 비행선 중 하나가 1937년에 화염에 휩싸인 이유

수십 년 동안 논쟁의 여지가 있는 질문이었다.
1937년 5월 6일에 세계에서 가장 큰 비행선 "Hindenburg"가 왜 그렇게 빠르고 극적으로 불타올랐을까? 이제 미국 연구원이 답을 찾았다. 그는 힌덴부르크의 외피를 원본 그대로 재현하고 거대한 비행선의 선체에서 방전이 어디서 어떻게 발생할 수 있는지 알아보기 위한 실험을 수행했다. 놀라운 결과를 얻었다. 

▲ 1937년 5월 6일 저녁 "Hindenburg"비행선의 종말 : 선미에서 화재가 발생해 몇 분 내에 비행선 전체를 삼켜 버렸다.  © Gus Pasquarella / US Navy

비행선은 약 100년 전 전성기를 경험했다.
거대한 비행선에 탑승한 부유한 승객은 배를 타는 것보다 훨씬 빠르게 2~3일 만에 처음으로 대서양을 횡단할 수 있었다. 지금까지 건설된 가장 큰 비행선 중 하나는 길이가 거의 250m에 달하고 약 19만㎥의 수소로 채워진 “Hindenburg”였다. 이 회사는 프랑크푸르트와 뉴욕 근처의 미국 뉴 저지에 있는 비행장 레이크허스트(Lakehurst)와 리우데자네이루 사이에 정기 서비스를 통해 70명의 승객과 11 톤의 화물을 운송했다.

그러나 1937년 5월 6일 “Hindenburg”가 Lakehurst에 상륙했을 때 재앙이 발생했다.
Zeppelin의 선미에서 수소 화재가 발생해 빠르게 번졌다. 몇 초 후 닻을 내리고 거의 닻이 땅에 닿을 무렵 가라앉아 화염에 휩싸였다. 비행선에 탑승 한 97명 중 35명이 사망했다.
일부는 화재로, 일부는 불타는 난파선에서 뛰어내리면서 사망했다.

수소가 왜 발화했을까?

이 화재가 어떻게 발생했으며 왜 그렇게 빠르게 확산되었는지는 여전히 논란의 여지가 있다.
처음에 일부 전문가들은 비행선의 디젤 엔진이 스파크를 일으켜 선미의 누출로 인해 새는 수소에 불을 붙일 수 있다고 의심했다. 다른 사람들은 사보타주(Sabotage)로 여겼다.

오늘날에는 Lakehurst에서 전기로 충전된 폭풍 구름이 결정적인 역할을 한 것이 분명해 보인다.

뇌우 대기는 아마도 비행선의 외피를 차지했을 것이다.
비행선의 랜딩 로프가 지면에 닿았을 때 갑작스런 방전이 발생하여 빠져나가는 수소에 불이 붙을 수 있다. 그러나 문제는 이 간단한 그림에 맞지 않는 관찰과 요인이 있다는 것이다.

▲ Lakehurst에서 불타는 Hindenburg의 충돌. © historish / Murray Becker, Associated Press

실험실에서 재구성된 상황

California Institute of Technology의 미국 연구원 콘스탄티노스 기아피스(Konstantinos Giapis)의 실험은 이제 "Hindenburg"의 불같은 종말에 대한 자세한 정보를 제공한다.
TV 방송인 PBS Nova가 그에게 다가와 다큐멘터리를 위해 재난의 원인을 재조사해 달라고 요청했다. “첫 번째 반응은 다음과 같다. 오늘은 누가 신경 쓰나요? 두 번째는 : 왜 그 이유를 모르십니까? 이 수수께끼가 지금까지 풀리지 않은 이유는 무엇입니까?”라고 말합니다.

그의 실험을 위해 연구원은 먼저 자신의 실험실에서 가능한 한 원본과 동일하게 비행선 외피의 일부를 만들었다. 이것은 면과 린넨 웹으로 구성됐으며 함침을 위해 셀룰로오스 아세테이트와 장뇌의 난연성 혼합물인 셀론 층으로 여러 번 코팅됐다. 덮개를 반사하고 태양에 의해 가열되는 것을 방지하기 위해 이 혼합물에는 알루미늄 플레이크도 포함돼 있다.

이 덮개는 줄로 비행선의 알루미늄 프레임에 부착되었다.
쉘과 프레임 사이의 직접적인 접촉을 피하기 위해 나무 스페이서가 스페이서로 삽입됐다. Giapis는 이 구조를 실험실에서 재현했다. 

▲ 복제 Zeppelin 선체로 테스트하는 기아피스(Giapis). © Caltech / PBS

엘모(Elmo)의 불(뇌우 때 첨탑에 발생하는 전광) 또는 불꽃?

1937년 5월 6일 저녁의 조건을 시뮬레이션하기 위해 연구원은 Lakehurst의 폭풍 구름에서 예상되는 만큼의 모델에 에너지를 공급했다. 실제로 피뢰침 방전과 유사한 비행선 주변에서 확산 된 "기운"을 보았다고 주장하는 목격자들이 있었다.
그러나 그것만으로는 화재의 원인이 될 수 없었다. "이 확산된 빛 에너지는 매우 낮다. 수소를 점화하기에 충분하지 않았을 것이다"고 Giapis는 말했다.

따라서 사고 직후 독일 조사위원회와 유사하게 미국 과학자는 고에너지 국소 스파크가 화재의 원인일 가능성이 높다고 생각했다. 이를 테스트하기 위해 그는 정전기로 충전된 모델을 접지하고 미세한 물막을 뿌렸다.
그리고 실제로 즉시 딱딱거리는 불꽃이 형성되어 외부 껍질과 비행선의 프레임 사이의 틈새를 뛰어 넘었다.

거리와 지연 문제

그러나 이것은 수소가 비행선의 선미에서 점화된 이유를 설명하지 않는다.
스파크는 주로 앵커 로프가 매달려 있던 활에서 시작됐기 때문이다. 스파크는 200미터 이상 퍼져 있어야 한다. "충전은 젖은 선체에서 짧은 거리로 이동할 수 있지만 비행선의 뱃머리에서 선미까지의 전체 경로는 훨씬 더 어렵다"고 Giapis는 설명했다.

이상한 것은 앵커 로프가 지면에 닿은 직후 이 스파크가 모델에 나타났지만,
"Hindenburg"에서 화재는 비행선이 로프를 통해 접지된 후 4분만에 점화됐다. 독일 조사위원회는 이 지연이 앵커 로프가 착륙장에서 비에 흠뻑 적신 후에야 전도성이 되었기 때문이라고 생각했다.

Giapis는 그의 실험에서 이것을 반박했다.
이슬은 건조할 때도 전도성이었다. "내 계산에 따르면 건식 로프로 비행선 프레임을 접지하는 데 10~15초 밖에 걸리지 않았다. 4분이 아니라"라고 연구원은 말한다. "그러므로 스파크는 훨씬 더 일찍 나타났을 것이다.“

축전기로서의 프레임 및 쉘
Giapis는 추가 측정과 테스트를 거쳐 마침내 해결책을 찾았다.
그는 구름의 정전기가 비행선의 외피에 양전하를 주었다는 것을 발견했다.
그러나 비계에 연결된 앵커 로프가 땅에 닿았을 때 프레임에 음전하를 주었다. 껍질과 프레임이 나무 조각으로 서로 격리됐기 때문에 충전 배터리처럼 점점 더 충전된 전기장이 생성됐다.

"프레임 워크를 접지하면 전기 에너지를 저장하는 가장 간단한 구성 요소 중 하나인 커패시터가 생성된다"라고 Giapis는 설명한다. 쉘과 프레임이 상대적으로 가까워질 때마다 이러한 전하 차이는 마치 제플린에 수백 개의 커패시터가 흩어져있는 것처럼 흔들렸을 것이다. "내 계산에 따르면 이 크기의 커패시터를 충전하는 데 거의 정확히 4분이 걸렸을 것이다"고 Giapis는 말했다.

 

선체 전체에 스파크

연구원에 따르면, 이것은 누출된 수소가 즉시 점화되지 않은 이유와 스파크가 활에서 국부적으로 발생하지 않은 이유를 설명할 수 있다.
“각 축전기는 자체 스파크를 생성했다. 따라서 그 당시 비행선 전체에 수많은 불꽃이 나타났다. 그들 중 일부는 수소 누출이 있었던 곳이기도 하다”고 Giapis는 설명했다.

"Hindenburg"의 비극적인 종말은 심각한 설계 결함과 함께 불행한 기상 조건의 사슬이었다.
셸과 프레임 사이의 목재 단열재 만이 설계자가 어떤 대가를 치르더라도 피하고 싶어했던 스파크 형성을 정확히 발생시킬 수 있었기 때문이다.
출처 : California Institute of Technology[더사이언스플러스]

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