인터넷과 국제전화 데이터의 상당 부분은 바다 밑에 설치된 해저케이블을 통해 이동합니다. 대륙과 대륙을 연결하는 케이블의 길이는 수천 킬로미터에 이르며, 일부 구간은 수심 수천 미터의 깊은 바다를 통과합니다.
그렇다면 해저케이블 부설선은 이렇게 긴 케이블을 바닷속에 어떻게 내려놓을까요? 케이블 끝에 무거운 추를 매달아 해저로 떨어뜨리는 방식은 아닙니다. 부설선은 항해 속도와 케이블을 내보내는 속도 및 장력을 정밀하게 조절해 케이블이 완만한 곡선을 그리며 내려가도록 만듭니다.
케이블은 중력에 의해 가라앉지만, 최종 위치는 단순한 중력만으로 결정되지 않습니다. 사전에 조사한 해저 지형과 선박의 위치, 수심, 조류 및 케이블의 수중 무게를 종합적으로 계산해야 지정된 경로에 안전하게 내려놓을 수 있습니다.
해저케이블은 바다에 그냥 떨어뜨리지 않는다
해저케이블 부설에서 가장 중요한 개념은 케이블을 수직으로 떨어뜨리지 않는다는 점입니다. 부설선이 앞으로 천천히 이동하면서 선미로 케이블을 내보내면 케이블은 선박과 해저 사이에서 길고 완만한 곡선을 형성합니다.
이 곡선은 매달린 줄이나 사슬에서 볼 수 있는 형태와 비슷하며 일반적으로 현수선 또는 카테너리라고 부릅니다. 선박 바로 아래로 케이블을 떨어뜨리는 것이 아니라, 배 뒤쪽으로 충분한 길이를 내보내 케이블이 해저 지형을 따라 자연스럽게 안착하도록 만드는 것입니다.
케이블이 해저에 처음 닿는 지점은 터치다운 포인트라고 합니다. 작업자는 이 지점을 직접 눈으로 볼 수 없기 때문에 수심, 선박 위치, 케이블 방출 길이와 장력 데이터를 이용해 위치를 계산합니다.
수천 킬로미터 케이블을 싣는 원형 탱크
해저케이블 부설선 내부에는 케이블 탱크라고 불리는 거대한 원형 저장공간이 설치됩니다. 케이블은 일반적인 전선 드럼에 감기는 것이 아니라 탱크 바닥부터 원을 그리며 층층이 쌓입니다.
케이블을 아무렇게나 적재하면 꺾임이나 비틀림이 발생할 수 있습니다. 광섬유와 전력 공급용 도체가 들어 있는 해저케이블은 허용 굽힘 반경과 장력 한계를 지켜야 하므로, 적재 단계부터 케이블의 방향과 배열을 세심하게 관리합니다.
장거리 통신용 해저케이블에는 광신호를 증폭하는 중계기와 경로를 나누는 분기 장치도 연결됩니다. 이러한 장비는 케이블보다 크고 단단하기 때문에 탱크에 함께 보관하거나 별도의 거치대에 고정한 뒤 정해진 순서에 맞춰 투입합니다.
실제 케이블선의 적재 능력은 선박마다 다릅니다. 예를 들어 Global Marine의 C.S. Recorder는 주 케이블 탱크 두 곳에 최대 5,200톤, 보조 탱크에 약 1,000톤의 광섬유 해저케이블을 실을 수 있도록 설계되어 있습니다.
부설 전에 해저의 길을 먼저 측량
해저케이블 설치는 부설선이 출항하기 훨씬 전부터 시작됩니다. 조사선이 예정 항로를 따라 이동하면서 수심과 해저 경사, 퇴적물의 성질, 암반, 해저협곡 및 기존 케이블과 파이프라인의 위치를 조사합니다.
지진이나 해저 산사태 가능성이 있는 곳, 경사가 지나치게 급한 지역, 어업 활동과 선박 투묘가 집중되는 구간도 확인합니다. 조사 결과를 토대로 케이블이 통과할 최종 경로와 구간별 보호 방법을 결정합니다.
ITU-T G.971 해저 광케이블 시스템 권고안에서도 케이블 부설 전 해저 수심과 지형, 해저면의 성질, 기존 시설물, 해류, 지진 활동 및 어업 활동 등을 조사하도록 설명하고 있습니다.
해저 지형이 복잡한 곳에서는 조사 항로 안에서도 바위나 장애물을 피하는 미세 경로 조정이 이루어집니다. 부설선은 이렇게 만들어진 경로 데이터를 따라 움직이며 케이블을 내려놓습니다.
케이블 엔진과 선박 속도의 정밀한 균형
케이블 탱크에서 나온 케이블은 여러 안내 롤러와 케이블 엔진을 거쳐 선미로 이동합니다. 케이블 엔진은 바퀴나 벨트 사이에서 케이블을 잡고, 바다로 나가는 속도와 장력을 제어하는 장비입니다.
- 케이블 방출 속도 선박이 이동한 거리보다 약간 긴 케이블을 내보내 해저의 굴곡을 따라갈 수 있는 여유 길이를 확보합니다.
- 케이블 장력 장력이 지나치게 높으면 케이블이 해저의 골짜기를 건너 공중에 매달릴 수 있습니다. 반대로 장력이 너무 낮으면 케이블이 겹치거나 고리처럼 놓일 위험이 있습니다.
- 선박 속도 케이블 방출 속도와 맞지 않으면 예정된 경로에서 벗어나거나 케이블에 과도한 힘이 발생할 수 있습니다.
- 굽힘 반경 케이블이 선미의 대형 도르래인 시브를 통과할 때 지나치게 꺾이지 않도록 관리합니다. 중계기와 분기 장치가 통과할 때는 속도를 더 낮추고 별도의 취급 장비를 사용합니다.
결국 케이블을 정확한 위치에 놓으려면 선박의 이동거리와 케이블 방출 길이 사이의 비율을 계속 조절해야 합니다. 이때 추가로 내보내는 여유 길이를 슬랙이라고 합니다.
깊은 바다에서 만들어지는 완만한 곡선
수심이 깊어지면 선박과 해저 사이에 매달린 케이블의 길이도 길어집니다. 케이블은 선미에서 나온 직후 곧바로 바닥에 닿지 않고, 긴 시간 동안 물속을 통과한 뒤 선박 뒤쪽의 해저에 도달합니다.
작업자는 다음과 같은 조건을 계속 확인합니다.
- 수심과 해저 경사 해저가 갑자기 깊어지는 곳에서는 더 많은 케이블이 필요하며, 지형이 높아지는 구간에서는 방출량을 줄여야 합니다.
- 케이블의 수중 무게 케이블 종류와 외장 구조에 따라 물속에서 가라앉는 특성이 달라집니다. 해안용 외장 케이블과 깊은 바다에 사용하는 경량 케이블은 동일하게 취급할 수 없습니다.
- 바람과 조류 조류가 강하면 물속에 매달린 케이블이 옆으로 밀릴 수 있으므로 선박의 항로와 방출량을 보정합니다.
- 동적 위치 제어 해저케이블 부설선은 추진기 출력을 자동으로 조절하는 DP 시스템을 이용해 계획된 항로와 선수를 정밀하게 유지합니다.
국제케이블보호위원회와 UNEP-WCMC의 해저케이블 보고서는 깊은 바다에서 선내 기술자가 케이블 장력과 선박 속도를 조절해 적절한 슬랙을 유지하고, 케이블이 해저의 굴곡을 따라 자연스럽게 자리 잡도록 한다고 설명합니다.
중계기와 분기 장치도 함께 내려간다
대양을 횡단하는 통신용 해저케이블에는 일정한 설계 간격으로 중계기가 연결됩니다. 광신호는 이동하면서 점차 약해지므로 중계기 내부의 광증폭기가 신호를 증폭합니다.
중계기는 케이블보다 굵고 무거운 압력용기 형태입니다. 중계기가 선미에 가까워지면 작업자는 케이블 엔진의 속도와 장력을 낮추고 크레인 또는 전용 거치장비를 사용해 바다로 이동시킵니다. 중계기가 수면에 부딪히거나 케이블 연결부가 급격히 꺾이지 않도록 천천히 투입해야 합니다.
여러 국가나 섬으로 통신망을 나누는 분기 장치도 비슷한 방법으로 설치됩니다. 장비가 투입되는 동안에는 광신호와 전기적 특성을 검사해 적재나 부설 과정에서 케이블이 손상되지 않았는지 확인합니다.
깊은 바다에서는 케이블을 묻지 않는 이유
해저케이블은 모든 구간에서 해저면 아래에 매설되는 것이 아닙니다. 어선의 저인망과 선박의 닻이 닿을 가능성이 높은 연안에서는 케이블을 보호하기 위해 해저면 아래로 묻는 경우가 많습니다.
해상 쟁기인 케이블 플라우를 부설선이 끌면서 도랑을 만들고 케이블을 동시에 넣거나, 케이블을 먼저 놓은 뒤 제트 트렌처나 수중로봇이 고압수를 분사해 매설하기도 합니다.
반면 인간의 어업과 투묘 활동이 드문 깊은 바다에서는 케이블을 해저면 위에 그대로 놓는 방식이 일반적입니다. 심해에서는 케이블을 묻는 것보다 조사된 경로를 정확히 따라가고 적절한 슬랙을 유지하는 것이 더 중요합니다. 단단한 암반이나 급경사 구간에서도 무리하게 매설하지 않고 지형을 피해 경로를 조정하거나 보호 구조를 강화한 케이블을 사용합니다.
해저케이블 부설 과정 정리
해저케이블이 공장에서 출발해 깊은 바다에 놓이기까지의 과정을 정리하면 다음과 같습니다.
| 작업 단계 | 주요 장비 | 핵심 작업 |
|---|---|---|
| 항로 조사 | 멀티빔 소나, 지층탐사기 | 수심, 지형, 퇴적물과 장애물 확인 |
| 케이블 적재 | 원형 케이블 탱크 | 케이블과 중계기를 순서대로 적재 |
| 항로 진입 | DP 시스템, 항법장비 | 조사된 부설 경로와 선박 위치 일치 |
| 케이블 방출 | 케이블 엔진, 롤러, 선미 시브 | 방출 속도와 장력 조절 |
| 심해 안착 | 장력계, 길이계, 항로 계산 시스템 | 슬랙과 터치다운 위치 관리 |
| 특수 장비 투입 | 크레인, A프레임, 거치대 | 중계기와 분기 장치를 안전하게 투입 |
| 연안 보호 | 플라우, 제트 트렌처, ROV | 케이블을 해저면 아래에 매설 |
| 최종 검사 | 광학·전기 시험장비 | 신호 손실과 케이블 상태 확인 |
표에서 볼 수 있듯이 해저케이블 부설선의 역할은 케이블을 운반해 바다에 푸는 데서 끝나지 않습니다. 항로를 정밀하게 따라가면서 케이블 장력과 선박 속도를 맞추고, 해저 지형에 필요한 만큼의 여유 길이를 공급하는 작업이 핵심입니다.
결론적으로 깊은 바다의 해저케이블은 선박에서 수직으로 떨어지는 것이 아닙니다. 해저케이블 부설선이 앞으로 이동하는 동안 케이블 엔진이 계산된 속도로 케이블을 내보내고, 케이블은 완만한 곡선을 그리며 수천 미터 아래로 내려갑니다. 바다 위의 선박과 눈에 보이지 않는 해저의 터치다운 지점을 하나의 정밀한 시스템처럼 제어하는 기술이 대륙과 대륙을 연결하는 통신망을 완성합니다.