mecㆍviewer v1.4 :: 15. 최은호_발사임무를 위한 기상발사기준의 기술동향.pdf

항공우주산업기술동향 15권 2호 (2017) pp. 160~174

http://library.kari.re.kr

에서 보실 수 있습니다.

기술동향

발사임무를 위한 기상발사기준의 기술동향

최은호*

Technological Trends in Weather Launch Standards

for Launch Mission

Choi, Eunho*

ABSTRACT

An incident occurred on March 26, 1987, when Atlas-Centaur 67(AC67) was launched from Florida.

Since  that  incident,  National  Aeronautics  and  Space  Administration(NASA)  has  significantly
improved its Lightning Launch Commit Criteria(LLCC) and has revised its launch criteria based
on continued research. LLCC provides weather-related conditions that can cause natural/induced
lightning strikes. In addition, launch criteria are established for avoiding lightning for conditions,
respectively.  Since  the  proposed  conditions  are  classified,  elements  of  criteria(temperature,
magnitude  of  the  electric  field,  and  threshold  value  of  MRR)  are  different,  respectively.
Therefore, the appropriate distance between the cloud boundary and the flight path, and the
appropriate  waiting  time  for  launch  after  a  lightning  strike  are  also  different.  In  this  paper,
launch criteria and rationale for various conditions are introduced based on latest LLCC.

초 록

1987년 3월 26일 플로리다에서 발사된 Atlas-Centaur 67(AC67)이 낙뢰를 맞는 사고가 발생했

다. 이 사건 이후 미항공우주국(NASA)은 기존의 낙뢰발사기준(LLCC)을 대폭 개선하였으며 계속
되는 연구를 바탕으로 발사기준들을 개정해왔다. LLCC에는 자연/유도낙뢰가 발생할 수 있는 기
상관련조건이 제시되어 있다. 또한 각각의 조건들에 대해 낙뢰를 회피하기 위한 발사기준들이
정립되어있다. 제시된 조건들이 상이하기 때문에 발사기준을 구성하는 온도, 전기장의 크기,
MRR의 임계값 또한 상이하며 이로 인한 구름경계와 비행경로 사이의 적정거리, 낙뢰 발생 후
발사를 위한 적정 대기시간 또한 조건마다 다르게 구성되었다. 본 논문에서는 최신 LLCC를 바
탕으로 다양한 조건에서의 발사기준과 그 이론적 근거를 소개하였다.

Key Words : Launch Commit Criteria(발사커밋기준), Lightning(낙뢰), Electric Field(전기장),

Maximum Radar Reflectivity(최대 레이다 반사율), Anvil Clouds(모루운)

* 최은호, 한국항공우주연구원, 나로우주센터 비행안전기술팀

ehchoi@kari.re.kr

최은호 / 항공우주산업기술동향 15/2 (2017) pp. 160~174

161

1. 서 론

1987년 3월 26일 미 해군 통신위성을 탑재한

Atlas-Centaur 67(AC67) 이 발사되었다. 당시의

기상조건은 층운이 뒤덮인 흐린 날씨였으며,

적은 강수와 낙뢰가 동반되어 있었다. AC67이

발사된 지 48초 만에 구름-지상 유도낙뢰를 맞

는 사고가 발생하였다. 낙뢰는 일시적으로

AC67의 배선에 장애를 일으켰고 결국은 폭발

로 이어졌다.

AC67사고

이후,

미항공우주국(National

Aeronautics and Space Administration, NASA)

은 자연적으로 발생하거나 그로인해 유도되는

낙뢰의 위험성을 직접적으로 인식하였고, 이후

낙뢰전문가집단(Lightning Advisory Panel, LAP)

을 조직하고, 미 국방부와 함께 기존의 낙뢰

발사 기준(Lightning Launch Commit Criteria,

LLCC)을 개선하여 위성탑재체 등의 발사 시

적용해왔다. AC67 사고 이후에 과학자들이 이

해했던 구름전하, 자연/유도된 낙뢰, 발사체의

전화에 대해 포괄적으로 검토되었으며, 발사규

칙과 적용장비를 검토한 후, 이를 바탕으로 이

론적 근거를 강화하여 LLCC를 구성하였다[1].

현재 업데이트된 LLCC는 2014년 8월 20일

LAP 권고안이며, 이는 LAP에서 작성되고 추천

된 가장 최신의 버전이다. 또한 이 문서는

NASA에서 관리하는 생산품으로서 NASA의 사

용규칙에 따라 수정되었다[2].

비단 LLCC 뿐만이 아니라, 항공기와 우주선

에 대한 낙뢰의 위험성은 다양한 연구들에서

잘 알려져 있다[3-4]. 이 연구들에서는 낙뢰의

위험에 대비하기 위해 표면을 강화하는 것은

발사체의 무게를 늘려 비용면에서 불이익이 상

승하기 때문에, 현실적이고 유일한 낙뢰의 위

험에 대비하는 방법은 회피하는 것이라고 결론

짓고 있다. LLCC에서도 관련 연구들과 마찬가

지로 발사체가 낙뢰 유발을 피하기 위한 조건

을 제시하고 있다.

본 논문에서는, 최신 버전의 LLCC를 바탕으

로 다양한 기상과 관련된 조건에서 발사수행을

위한 발사기준들을 살펴보고자 한다. 2장에서

는 LLCC에서 분류한 다양한 기상조건의 정의

와 특징을 살펴보았다. 3장에서는 각 기상조건

에 대한 발사기준과 그 이론적 근거를 서술하

였다.

2. 기상관련조건

LLCC에서는 낙뢰, 전기장, 구름, 구름층, 연

기기둥, 마찰대전에 대한 기상관련조건이 존재

한다. 각각의 기상관련조건에 대해 간략하게

정의하고 그 특징을 살펴보면 다음과 같다.

2.1 낙뢰(Lightning)

낙뢰는 모든 채널과 가지를 포함한 전체 낙뢰

방전을 의미한다. LLCC에서 사용된 ‘낙뢰’

는 모든 자연 낙뢰, 즉 구름과 지면 양쪽 모두

에서 일어나는 현상을 의미하는데, 이는 발사

체에 직접적이고 간접적인 위협이 되며 상승류

가 있는 위험한 구름의 가장 좋은 지표이다.

이 정의는, ‘낙뢰’라는 용어가 3차원 공간에

서 일어나고, 구름-지상 플래시뿐만 아니라, 구

름-구름 낙뢰까지 포함한다는 사실을 내포하고

있다.

2.2 표면전기장(Surface Electric Fields)

전기장이란 정전기가 지구 표면 근처의 고도

에 따라 증가하는 비율을 의미한다. 양의 전기

장이 양의전하 오버헤드에 의해 생성된다는 극

성 규칙을 사용하여 Vm-1로 측정된다. LLCC에

서 주목할 만한 점은, 벡터 정전기장이 본질적

으로

수직인

지표부근에서만

적용되고,

‘gradient’가 일반적으로 사용되는 물리학의

부호와 반대가 된다는 점이다.

2.3 적운(Cumulus Clouds)

162

최은호 / 항공우주산업기술동향 15/2 (2017) pp. 160~174

‘기상학 용어사전’에서의 정의에 따르면,

‘일반적으로 밀도가 높고 비섬유질 외곽선이

있으며 분리된 개별요소 형태를 갖는 불투명한

구름’이다. 대기의 불안정 조건에 따라 적운

은 매우 빨리 성장할 수 있는데, 운고가 역전

층을 넘어설 때 매우 폭발적으로 성장하고 궁

극적으로 적란운(cumulunimbus)으로 성장할 수

있다. 한편 적운은 고도에 따라 cirocumulus,

altocumulus, stratocumulus로 분류할 수 있는데

LLCC에서는 낙뢰 발생 가능성이 현저히 낮은

이 구름들을 제외한 불투명한 구름만을 다룬

다.

2.4 모루운(Anvil Clouds)

모루운은 뇌우 또는 대류구름에서 상층 유출

또는 분출에 의해 형성되는 층운 또는 섬유질

모양의 구름을 의미한다. LLCC에서는 급격한

전화가 일어나는 대류의 중심과 구분한다. 또

한 대류의 중심을 가지고 있는 부모구름에서

모루방향으로 전하의 이동이 일어날 수 있는

연결된 모루운(attached anvil clouds)과 물리적

으로 고립되어 있는, 분리된 모루운(detached

anvil clouds)으로 구분하여 발사기준을 수립한

다.

2.5 파편구름(Debris Clouds)

파편구름은 부모 적란운 또는 뇌우에서 분리

되거나 부모 적란운 또는 뇌우의 쇠퇴로 인해

만들어지며, 모루운을 제외한 모든 구름을 의

미한다. 이 파편구름은 뇌우에 의해 생성된 난

층운 및 기타 구름을 포함한다. LLCC에서는

부모구름의 운고에서 분리되어 구름이 형성될

경우, –10℃를 초과할 때 붕괴되면 파편구름으

로 분류하고, 그 이하의 온도일 때는 적운으로

분류한다.

2.6 불안정한 날씨(Disturbed Weather)

불안정한 날씨는 역학적 과정이 개별 구름이나

셀보다 큰 규모의 공기를 불안정하게 만드는

기상 시스템을 의미한다. 불안정한 날씨의 예

는 전선, 기압골, 스콜라인이 있다. LLCC에서

는 구체적으로 Apollo 12 및 AC 67 사고 당시

의 날씨를 일반화한 것을 불안정한 날씨로 정

의한다. 이 때 기상조건은 지표가열이나 지형

에 의한 영향보다 전선통과에 따른 역학적 과

정이 우세했으며, 구름의 대전에 필요한 공기

의 초기상승도 전선통과로 인한 것이라고 가정

한다.

2.7 두꺼운 구름층(Thick Cloud Layers)

두꺼운 구름층은 하나 이상의 구름층을 의미하

며 하단 구름층의 바닥부터 맨 위 구름층의 상

단까지의 합한 수직범위는 1.4 km (4500 ft)를

초과한다. 구름층은 인접한 층과 결합되어 수

직으로 연속된 구름이 물리적으로 연결된 경우

에만 총 두께를 결정한다. 전체 두께를 정의하

기 위한 목적으로 개별 구름층을 단일층으로

결합하는 것은 층간이 전기접촉으로 상호연결

되는 경우에 허용된다.

2.8 연기기둥(Smoke Plumes)

대기 오염물질의 수평 또는 수직흐름을 의미한

다. 일반적으로 초기 연기기둥의 수평지름은 1

~ 10 m이고, 점진적으로 100 m 이상으로 확장

된다. 이때의 길이는 1 ~ 100 km이다. 연기기

둥의 경로와 모양은 고리모양, 부채모양, 원추

모양으로 나타나며, 모양에 따라 대류경계층에

서 난류의 지표로 활용할 수 있다.

2.9 마찰대전(Triboelectrification)

마찰대전은 얼음입자가 비행중인 발사체와 충

돌할 때, 둘 사이의 전하이동을 의미한다. 분리

된 전하의 극성 및 크기는 특정재료와 밀접한

관련이 있다. 얼음입자가 고속으로 비행하는

최은호 / 항공우주산업기술동향 15/2 (2017) pp. 160~174

163

발사체와 충돌할 때 발사체의 전위를 수십 킬

로볼트 혹은 수백 킬로볼트(보통 음의 극성)로

상승시킨다. 이 과정에서 표면 방전, 물리적 손

상, 그리고/또는 전기적 손상을 일으키는 방식

으로 발사체가 코로나를 생성하거나 처리되지

않은 유전체 또는 전도체가 부착되지 않은 표

면에 대전할 수도 있다[5-6]. 대전은 발사체의

금속 구조와 유전체 표면에서 발생한다. 이때

얼음입자는 물방울보다 훨씬 효과적인 대전재

료이다(발사체 엔진에 의한 대전, 먼지/연기입

자와의 충돌, 또는 화산재 기둥을 통과하는 비

행에서 발사체에 대전이 일어날 수도 있지만

위의 정의에는 포함되지 않는다.).

3. 기상관련조건에 대한 발사기준

각 기상관련조건에 대한 발사기준들은 구름

경계로부터 비행경로를 설정할 때의 적정거리,

전기장의 크기, 최대 레이다 반사율(Maximum

Radar Reflectivity, MRR) 크기 등의 요소로 구

성되어 있다. 이 발사기준들은 여러 연구결과

들을 바탕으로 LAP의 검토 끝에 정해진 값들

이며, 각각의 기상관련조건들마다 상이하다. 여

기에서는 가장 최신버전의 LLCC에서 제공되는

발사기준을 소개하고, 그 이론적 근거를 간략

히 언급한다.

3.1 낙뢰

3.1.1 발사기준

(a) 발사 통제자는 다음과 같은 경우를 제외하

고, 비행경로로부터 10 nmi 이하의 거리에서

임의의 낙뢰가 발생하면, 이후 30분간 발사대

기하여야 한다.

(1) 낙뢰를 일으킨 구름의 불투명한 부분이 비

행경로에서 10 nmi 이상 떨어진 거리에 있다.

(2) 각 낙뢰 방전으로부터 5 nmi 이하의 수평

거리에 적어도 하나의 field mill이 있다.

(3) 비행경로로부터 5 nmi 이하의 수평거리

및 (a)(2)에서 규정된 각 field mill에서의 모든

전기장 측정의 절대값이 최소 15분 동안 1000

Vm-1 이하이다.

(b) 발사 통제자는 뇌우의 어떠한 불투명한 부

분에서든지 10 nmi 이하의 경사거리에서 발사

체를 운반할 경우, 뇌우 내부 혹은 뇌우에서

낙뢰가 발생한 후 30분을 대기하여야 한다. 이

단락은 부모 뇌우에 붙어있는 모루운에는 적용

되지 않는다.

3.1.2 이론적 근거

낙뢰 발사기준은 LLCC의 많은 발사기준 중

처음으로 소개된다. 그 이유는 천둥 번개가 높

은 벡터 정전기장의 가장 유효한 지표이기 때

문이다. 낙뢰 방전의 극단은 전하의 존재 또는

침착을 나타내며, 채널의 모든 세그먼트 전파

는 높은 벡터 전전기장의 존재 가능성을 나타

낸다. 따라서 알려진 위험 요소를 피하기 위해

모든 유형의 낙뢰 가지는 물론이거니와 모든

채널에 의해 차지된 공간을 피하는 것이 가장

중요하다.

그림 1. 1997년 3월 – 2000년 12월 지상타격점

과 LDAR사이의 수평거리 히스토그램

164

최은호 / 항공우주산업기술동향 15/2 (2017) pp. 160~174

표 1. 구름-지상 낙뢰 플래쉬의 계절별, 수평거

리별 통계

<그림 1>과 <표 1>은 모든 구름-지상 스트로

크의 28.4 %가 과거 LLCC를 통해 낙뢰 경고에

사용되는 5 nmi 거리기준을 넘어 수평으로 전

파되었음을 보여준다[1-2]. [7]은 낮은 전류 추

정값들이 일반적으로 더 높은 고도에서 발생하

여 더 먼 수평거리를 전파하며, 과거 LLCC에

서의 5 nmi 거리기준은 항공자산을 위험에 처

하게 할 수 있다고 경고했다. 분석에 따르면

뇌우 경계와 비행경로 사이의 거리가 10 nmi,

주기가 30분일 경우, 낙뢰가 발사체를 타격할

확률은 3.2× 10-4로 추정되었다. 최신의 LLCC

에서는 낙뢰를 피하기 위한 적정거리를 보수적

으로 반영하여, 10 nmi 거리와 1000 Vm-1의 값

이 설정되었다. 이는 [8]과 일치한다.

3.2 표면전기장

3.2.1 발사기준

(a) 발사 통제자는 비행경로로부터 5 nmi 이하

의 수평거리에 있는 전기장 측정의 절대값이

1500 Vm-1 이상일 때, 발사를 위해 15분을 기

다려야 한다.

(b) 발사 통제자는 비행경로로부터 5 nmi 이하

의 수평거리에 있는 전기장 측정의 절대값이

1000 Vm-1 이상일 때, 다음을 제외하고는 발사

를 위해 15분을 기다려야 한다.

(1) 비행경로에서 10 nmi 이하의 경사거리에

있는 구름은 불투명하다

(2) 비행경로에서 10 nmi 이하의 경사거리에

있는 모든 불투명 구름이

(i) 운고가 5 ℃인 고도에 위치하여야 한다.

(ii) 대류운의 일부와 운고가 섭씨 –10 ℃인

고도에 3시간동안 존재해서는 안 된다.

3.2.2 이론적 근거

이 발사기준의 (a)는 모든 상황에서 1500 V

m-1의 값을 규정하고 있는데, 그 이유는 연기,

지상 안개, 서프 전기화, ‘일출 효과(sunrise

effect)’, 우주 전하와 같은 고전압 전력 라인

은 때때로 갠 날씨에서 1 kV m-1와 1.5 kV m-1

사이의 전기장을 생성하기 때문이다. 이 규칙

의 (b)는 발사지점 근처의 구름이 코로나 우주

전하로 인해 표면 측정을 차단할 수 있는 상승

된 전기장을 생성할 경우, 임계값을 1 kV m-1

보다 보수적인 수준으로 줄인다. 이러한 위험

한 필드는 3.2.1 (b)(1)의 투명한 구름이나, 3.2.1

(b)(2)의 짧은시간 잠재적으로 대전된 구름의

일부가 아닌 따뜻한 구름에 의해서는 생성되지

않는다.

3.3 적운

3.3.1 발사기준

(a) 이 기준은 cirocumulus, altocumulus 또는

stratocumulus 구름을 제외하고 불투명한 적운

구름에 적용된다. 이 기준은 부모적운에 부착

된 모루운에는 적용되지 않는다.

(b) 구름을 통과하는 비행경로: 다음조건 중 하

나가 적용되면, 적운을 통과하는 비행경로로

발사체가 지날 때는 발사 통제자가 발사하지

않는다.

(1) 다음과 같은 경우가 아니면 구름 온도가 5

°C 이하이고 –5 °C 이상인 고도에 운고가

있다

(i) 구름은 강수량을 생성하지 않는다.

(ii) 운고에서 최소한 1개의 field mill까지의

수평거리가 2 nmi 미만이다.

(iii) 비행거리로부터 5 nmi 이하의 수평거리

및 (b)(1)(ii)에 명시된 각 field mill에서의 모든

전기장은 적어도 15분 동안 -100 Vm-1에서

최은호 / 항공우주산업기술동향 15/2 (2017) pp. 160~174

165

+500 Vm-1 사이의 값이다.

(2) 구름은 기온이 –5 °C 이하인 고도에서

운고를 갖는다.

로: 비행경로에 대한 경사거리가 운고가 –10

°C 이하인 곳에 있는 어떠한 적운으로부터 0

nmi 이상이고 5 nmi 이하인 경우 발사 통제자

가 발사할 수 없다.

(d) 구름으로부터 0 nmi 내지 5 nmi의 비행경

로: 비행경로에 대한 경사거리가 운고가 –20

°C 이하인 곳에 있는 어떠한 적운으로부터 5

nmi 이상이고 10 nmi 이하인 경우 발사 통제

자가 발사할 수 없다.

3.3.2 이론적 근거

‘cirrocumulus’와 ‘altocumulus’는 추운

기온에서 발생하고, 구름이 고도로 전기화되기

위해 필요한 얼음 결정, 과냉각 물방울의 풍부

한 물리량을 포함하지 않기 때문에 이 규칙에

포함되지 않는다. ‘Stratocumulus’는 낮은 고

도와 더 높은 기온에서 발생하며 내장된 대류

에서 대전이 발생할 수 있는 –20 ~ 0 ℃ 범위

내에 존재할 수 있지만, stratocumuli는 ‘두꺼

운 구름층’과 ‘교란된 날씨’발사기준에서

별도로 처리된다. .

5 ℃ 이하이고 –5 °C 이상인 고도에 운고가

있는 경우 적운은 성장가능성이 있고, 얼음을

형성하며, 강수가 있는 경우 신속하게 전기가

통하게 된다. 하지만 강수가 없거나 (3.3.1

(b)(1)), 적어도 하나 이상의 전기장 측정값이

존재하거나 (3.3.1 (b)(2)), 비행경로 근처의 전

기장이 매우 낮아 구름에 전기가 흐르지 않을

것이 명확하면 (3.3.1 (b)(3)) 구름을 통과하는

비행경로로 발사체를 발사할 수 있다. 몇몇 항

공기 관측[9]에 따르면, –10 °C에 도달하는 적

운은 일부 벡터 정전기장이 나타난다. 3.3.1 (c)

의 경우 잠재적인 대전가능성이 있으므로 5

nmi 이하의 거리를 비행경로로 설정할 수 없으

며, 3.3.1 (d)에서와 같이 –20 °C 이하일 경우

얼음 간 충돌을 포함하는 비(

非)유도 전기 메커

니즘이 이미 높은 벡터정전기장을 만들었거나,

곧 생성될 가능성이 높다. 따라서 이미 자연낙

뢰를 발생시킨 것처럼 생각해야 하고, (c)보다

보수적으로 거리를 설정한다.

3.4 연결된 모루운

3.4.1 발사기준

(a) 이 기준은 온도가 –10 °C 이하인 고도에

운고가 있거나 그곳에 있는 부모구름에서 형성

된 모든 투명한 모루운에 적용된다.

(b) 구름에서 3 nmi 이내를 통과하는 비행경로:

연결된 모든 모루운으로부터 3 nmi 이하의 거

리의 비행경로를 발사체가 통과하는 경우 발사

통제자는 다음의 경우를 제외하고는 발사를 할

수 없다:

(1) 비행경로로부터 5 nmi 이하의 경사거리에

있는 연결된 모루운의 일부는 온도가 0 °C 이

하인 고도에 위치한다.

(2) MRR은 비행경로에서 1 nmi 이하의 경사

거리에 있는 모든 지점에서 +7.5 dBZ 미만이

다.

로: 3 nmi 이상의 거리에 있고, 연결된 모루운

에서 5 nmi 이하의 거리의 비행경로로 발사체

가 통과하는 경우, 발사 통제자는 비행경로에

서 5 nmi 이하의 경사거리에 있는, 기온이 0

°C보다 낮은 고도에 연결된 모루운의 일부가

위치하지 않는 한, 부모운 또는 모루운 안팎의

모든 낙뢰가 방전된 후 발사까지 3시간을 기다

려야 한다.

(d) 구름으로부터 5 nmi 내지 10 nmi의 비행경

로: 5 nmi 이상의 거리에 있고, 연결된 모루운

에서 10 nmi 이하의 거리의 비행경로로 발사체

가 통과하는 경우, 발사 통제자는 발사 통제자

는 비행경로에서 10 nmi 이하의 경사거리에 있

는, 기온이 0 °C보다 낮은 고도에 연결된 모

166

최은호 / 항공우주산업기술동향 15/2 (2017) pp. 160~174

루운의 일부가 위치하지 않는 한, 부모운 또는

모루운 안팎의 모든 낙뢰가 방전된 후 발사까

지 30분을 기다려야 한다.

3.4.2 이론적 근거

3.4.1 (a)에서 모루는, 구름 온도가 –10 ℃ 이

상의 적운이 뇌우-강도 필드를 포함하는 경우

가 드물다는 연구 결과가 있기 때문에, -10 ℃

이하의 고도에서 대류 구름으로부터의 유출이

제한된다.

그림 2. MRR의 임계값에 따른 파편구름의 가용성

과 위험가능성을 나타낸 hodogram. 실선은 3

kVm-1을 초과하는 확률의 hodograph를 나타낸다.

<그림 2>는 파편구름에서 MRR의 임계값에

의해 매개변수화된 표본크기에 대하여 3 kVm-1

을 초과하는 확률의 hodograph를 보여준다[2].

예를 들어, 7.0 dBZ가 나타내는 곳에서

WSR-74C 레이다의 표본크기 200이 얻어지고,

이 때 3 kVm-1을 초과할 확률은 10-6을 나타낸

다. 또한 샘플크기가 100이하로 매우 작아서

불확실한 값을 제외하면 9 dBZ 이하의 값에서

는 3 kVm-1를 초과하는 확률은 10-4를 나타낸

다.

그림 3. MRR의 임계값에 따른 모루운의 가용성

과 위험가능성을 나타낸 hodogram. 실선은 3

kVm-1을 초과하는 확률의 hodograph를 나타낸

다.

<그림 3>은 모루운에 대한 hodograph이다.

WSR-74C 레이다의 경우, MRR에서 거의 10

dBZ까지의 임계값에 대한 확률이 높지만 10-4

를 약간 초과하며 샘플수에 따라 변화폭이 크

다. 이러한 분석과 통계들을 통해, 최신 버전의

LLCC에서는 MRR 임계값에 대한 분석 및 논의

를 통해 기존 9 dBZ를 7.5 dBZ로 변경하였다

[2].

3.4.1 (b)에서, 지난 3시간 내에 낙뢰가 없더

라도 연결된 모루의 3 nmi 또는 그 이내의 거

리에서의 비행은 금지된다. 그러나 MRR을 계

산할 수 있는 경우 이 기존 조항에는 레이다

기반의 중요한 예외가 있다. 모루에 대한

AirBorne Field Mill program (ABFM) 관측 및

새로운 통계 연구에 따르면 MRR이 7.5 dBZ 미

만일 때 벡터 정전기장이 3 kVm-1을 초과하는

경우는 비행경로를 따라 존재할 가능성이 거의

없다.

결과적으로, 본 발사기준의 3.4.1 (b)의 조건

(1)과 (2)가 모두 충족되면, 모루의 3 nmi를 통

과하는 비행이 허용된다. 강력한 벡터 정전기

장은 많은 강수 구름층의 용융 구역에서 발생

하는 것으로 알려져 있으므로, 모루 베이스 온

최은호 / 항공우주산업기술동향 15/2 (2017) pp. 160~174

167

도가 0 ℃보다 따뜻할 때 전하 발생확률이 높

아진다. (1)과 (2)를 모두 충족하는 조건에서 낙

뢰 유발에 필요한 벡터 정전기가 발생할 확률

은 지극히 작다 (< 9 × 10-5). 3.4.1 (c)에서, 낙

뢰가 3시간 내에 발생했지만 비행경로 근처의

연결된 모루 부분이 0 ℃보다 따뜻한 조건일

경우, 비행경로는 모루로부터 5 nmi를 초과하

는 거리로 제한된다[10]. 3.4.1 (d)에서는, 상기

3.4.1 (b)에 주어진 물리적 이유로 인해 안전마

진을 추가하기 위해 0 ℃를 초과하는 기온의

연결된 모루를 지난 30분 내에 낙뢰가 발생한

것으로 간주된다.

3.5 분리된 모루운

3.5.1 발사기준

(a) 이 기준은 기온이 –10 ℃ 이하인 고도에서

분리가 있거나 분리되기 전 부모운으로 형성된

모든 투명한 모루운에 적용된다.

(b) 구름을 통과하는 비행경로: 분리된 모루운

을 통과하는 비행경로를 발사체가 지나는 경우

발사 통제자는 다음과 같은 경우가 아니면 발

사를 수행할 수 없다.

(1) 발사 통제자는 분리된 모루운 안팎에서 모

든 낙뢰 방전 후 4시간을 대기해야 한다. 그리

고 관찰결과 모루운이 모운에서 분리된 후 3시

간이 경과한 것으로 나타나야 한다. 또는,

(2) 다음 각 조건이 존재한다.

(i) 비행경로로부터 5 nmi 이하의 경사거리에

있는 분리된 모루운의 모든 부분은 기온이 0

℃보다 낮은 고도에 위치하고 있다.

(ii) MRR은 비행경로 내의 모든 곳에서 +7.5

dBZ 미만이다.

로: 분리된 모루운으로부터 0 nmi 내지 3 nmi

의 경사거리에 비행경로가 있는 경우, 발사 통

제자는 다음 두 가지를 모두 수행해야 한다.

(1) 모루운이 분리되기 전에 부모운 또는 모루

운 안팎에서 매번 낙뢰가 방전한 후, 그리고

분리된 후에는 분리된 모루운 안팎에서 모든

낙뢰 방전 후 30분간 기다린다.

(i) 분리된 모루운의 비행경로로부터 5 nmi

이하의 부분은 기온이 0 ℃ 미만인 고도에 위

치하고 있다

(ii) MRR은 비행경로에서 1 nmi 이하의 경사

거리에 있는 모든 지점에서 +7.5 dBZ 미만이

다.

(2) 발사 통제자가 이 기준의 (c)(1)에 따라 처

음 30분 이내에 발사할 수 없는 경우, 발사 통

제자는 모루운이 분리되기 전 모운 또는 모루

안팎에서, 매번 방전한 후 3시간 동안 발사대

기 한다. 그리고 모든 낙뢰가 방전된 후, 분리

된 부모운이 완전히 떨어진 후에 3시간 동안

발사대기 하여야한다. 이 때 다음의 사항은 제

외한다:

(i) 다음 모든 사항에 해당:

(A) 분리된 모루운으로부터 5 nmi 이하의

수평거리에 적어도 하나의 field mill이 있다;

(B) (c)(2)(i)(A)에 규정된 비행경로로부터 5

nmi 이하의 수평거리 및 모든 비행경로에서의

모든 전기장 측정의 절대값이 최소 15분 동안

1000 Vm-1 미만이다;

에서 분리된 모루운의 어떤 부분에서 나타나는

최대 레이다 반사율이 적어도 15분 동안 +10

dBZ 미만이다; 또는

(ii) 다음 두 가지는 모두 해당된다.

(A) 분리된 모루운의 비행경로로부터 5 nmi

이하의 경사거리에 있는 부분은 기온이 0 ℃

미만의 고도에 위치하고 있다;

(B) MRR은 비행경로로부터 1 nmi 이하의

경사거리에 있는 모든 지점에서 +7.5 dBZ 미만

이다.

(d) 구름에서 3 nmi 내지 10 nmi 사이의 비행

경로: 분리된 모루운으로부터 3 nmi 내지 10

nmi의 경사거리에 비행경로가 있는 경우, 발사

통제자는 모루운이 분리되기 전 부모운 또는

모루 안팎에서, 매번 방전한 후 30분 동안 발

168

최은호 / 항공우주산업기술동향 15/2 (2017) pp. 160~174

사대기 한다. 그리고 모든 낙뢰가 방전된 후

분리된 모운이 완전히 떨어진 후에 30분 동안

발사대기 하여야한다. 단, 분리된 모루운 부분

이 비행경로에서 10 nmi 이하의 경사거리에 있

는 경우 온도가 0 ℃ 미만의 고도에 위치하지

않아야 한다.

3.5.2 이론적 근거

분리된 모루운은 전하를 저장할 수 있기 때

문에 대류세포나 자연낙뢰가 없는 경우에도 장

시간 유도낙뢰의 위험을 야기할 수 있는 높은

벡터 정전기장을 보유한다. 높은 벡터 정전기

장은 차단층의 증가로 인해 외부에서 더 이상

탐지할 수 없는 경우에도 구름 내부에서 지속

될 수 있다. 벡터 정전기장이 충분히 강한 경

우에는 낙뢰를 유도할 수 있다.

3.5.1 (a)는 3.4절의 연결된 모루운의 발사기

준과 그 내용을 공유한다. 3.5.1 (b)는 분리된

모루운을 통한 비행에만 적용된다. 이 때 두

가지 예외가 있다. 첫 번째 예외는 분리된 후

3시간동안 유효하지만 분리된 모루운의 낙뢰로

인해 대기시간이 4시간으로 리셋된다. 3시간의

대기시간은 ABFM의 측정결과 구름의 위험한

필드가 보다 빠르게 감소했기 때문에 안전하다

는 기존요구사항이다. 4시간 리셋은 분리형 모

루에 있는 낙뢰가 활성전기의 발전기 역할을

하므로, 보다 보수적인 대기시간이 필요하기

때문이다([11]은 부모대류 코어에서 분리될 수

도 있고 분리되지 않을 수도 있는 광범위한 이

동형 구름에서 미세물리 및 전기적 재생산이

발생할 수 있음을 보였다.). 두 번째 예외는,

ABFM 데이터 세트의 재분석 자료가 이러한 조

건을 유발하기에 충분한 벡터 정전기장이 발생

할 확률이 매우 낮다는 것(< 9 × 10-5)을 보여

주기 때문에 두 MRR 조건이 모두 만족되는 경

우이다. 3.5.1 (c)(1)은 분리 전 모루운 자체 또

는 부모운에서 마지막 낙뢰 방전 후 처음 30분

동안 분리된 모루운 으로부터 3 nmi 적정거리

를 필요로 한다. 또한 3.5.1 (c)(2)는 분리된 모

루운으로부터 0 nmi 내지 3 nmi에만 적용되지

만, 모루운 자체 또는 부모운에서 마지막 낙뢰

방전 후 30분에서 3시간 사이의 시간 간격동안

발생한다. 3시간의 대기시간은 장시간동안 분

리된 모루운에서도 높은 필드가 지속될 수 있

음을 보여주는 존데 및 항공기 관측과 대략적

으로 일치하는 기존의 LLCC결과에서 가져온

것이다. 3.5.1 (d)는 3 nmi 내지 10 nmi에서만

적용된다. 예외적으로 구름이 0 ℃보다 완전히

추운 경우에는 구름에서 3 nmi까지의 거리에서

비행할 수 있다. ABFM 데이터 세트는 낙뢰를

유도하기에 충분한 벡터 정전기장이 구름 바깥

의 어디에서나 발생한다는 매우 작은 가능성(<

10-9)을 보여주었다.

3.6 파편구름

3.6.1 발사기준

(a) 이 기준은 –20 ℃ 미만의 고도에 있는 부모

적운 또는 뇌우에 의해 형성된 파편구름에 대

해 적용된다. 이 기준은 연결된 또는 분리된

모루운에는 적용되지 않는다.

(b) 발사 통제자는 다음 시간 중 가장 늦은 시

점부터 “3시간”을 계산해야 한다.

(1) 파편구름이 부모운에서 분리되는 것이 관

측된다.

(2) 파편구름이 부모운의 운고에서 기온이 –10

℃ 이상의 고도까지 붕괴되면서 형성되는 것이

관측된다.

(3) 파편구름 안팎에서 낙뢰가 발생한다.

과하는 비행경로로 발사체가 지나가는 경우 발

사 통제자는 다음과 같은 경우가 아니라면 이

기준 (b)의 “3시간” 동안 발사할 수 없다.

(1) 비행경로에서 5 nmi 이하의 경사거리에

있는 파편구름 부분은 기온이 0 ℃ 이하인 고

도에 위치하고 있다.

(2) MRR은 비행경로 내의 모든 곳에서 +7.5

최은호 / 항공우주산업기술동향 15/2 (2017) pp. 160~174

169

dBZ 미만이다.

(d) 구름으로부터 0 nmi 내지 3 nmi의 비행경

로: 파편구름으로부터 0 nmi 내지 3 nmi의 경

사거리에 비행경로가 위치하는 경우 발사 통제

자는 다음 중 하나가 적용되지 않는 한 “3시

간”동안 발사할 수 없다.

(1) 발사 통제자는 다음 경우에 이 기준 (b)의,

“3시간”동안 발사할 수 있다.

(i) 파편구름으로부터 5 nmi 이하의 수평거리

에 적어도 하나의 field mill이 있다

(ii) 비행경로로부터 5 nmi 이하의 수평거리

및 이 기준 (d)(1)(i)에 명시된 각 field mill에서

모든 전기장을 측정했을 때 그 절대값이, 적어

도 15분 동안 1000 Vm-1 미만이고,

(iii) 비행경로로부터 5 nmi 이하의 경사거리

에 파편구름 중 최대 레이다 반사율은 적어도

15분 동안 +10 dBZ 미만이다.

(2) 발사 통제자는 다음 경우에 이 기준 (b)의,

“3시간”동안 발사할 수 있다.

(i) 비행경로로부터 5 nmi 이하의 경사거리에

있는 파편구름의 일부는 기온이 0℃ 미만의 고

도에 위치하고 있다.

(ii) MRR은 비행경로로부터 1 nmi 이하의 경

사거리에 있는 모든 지점에서 +7.5 dBZ 미만이

다.

3.6.2 이론적 근거

파편구름은 두 구름 종류가 부모 뇌우에서

대류의 소산에 의해 생성된다는 점에서 분리된

이동형 구름과 유사하다.

3.6.1 (b)(2)에 있는 용어(“파편구름이 부모

운의 운고에서 기온이 –10 ℃ 이상의 고도까지

붕괴되면서 형성되는 것이 관측된다.”)는 구름

정상이 아직 –10 ℃ 이상의 고도로 떨어지지

않은 붕괴형 구름 또는 뇌우를 제외하기 위해

“파편구름”규칙 적용을 효과적으로 제한한다

(고도가 낮아질수록 기온은 증가한다). 그러한

구름은 여전히 정의(“부모 적란운 또는 뇌우

의 감쇠로 인한 구름”)에 의해 파편구름으로

식별되지만, 또한 적운이며, 따라서 –10 ℃ 이

상의 고도로 떨어질 때까지 ‘적운’ 발사기준

3.3.1 (c) 또는 (d)에 의해 다루어진다. 3.6.1 (c)

에서, 파편구름을 통과하는 비행에 “3시간”

동안의 시간이 허락되는 경우는 오직 구름이 0

℃ 레벨을 포함하지 않을 때와 ABFM 재분석에

서 결정된 바와 같이 레이다 반사율이 매우 낮

은 유도확률(< 2 × 10-8)을 구성할 경우이다.

3.6.1 (d)에서 서술된 파편구름으로부터 3 nmi

거리는 ABFM 데이터 세트 분석을 기반으로 한

다. 이 분석에 따르면 파편구름 외부에서 벡터

정전기가 3 kVm-1보다 짧은 거리(1 km 이내)일

확률은 10-10을 초과하지 않는 정도에 불과하

다. 통계적 불확실성을 허용하고 추가적인 안전

마진을 제공하려면 3 nmi 적정거리가 필요하다.

3.7 불안정한 날씨

3.7.1 발사기준

발사 통제자는 비행경로가 기온이 0 ℃ 미만의

고도에 운고가 있는 구름을 포함하고, 불안정

한 날씨와 관련된 비(

非)투과 구름을 통과한 비

행경로로 발사체가 지날 경우, 발사할 수 없다.

이 때, 비행경로로부터의 경사거리는 5 nmi 이

하의 거리에서 다음이 발생한 경우이다:

(a) 중간 또는 그 이상의 강수

(b) 레이다의 bright band와 같은 용융강수의

증거

3.7.2 이론적 근거

이러한 종류의 날씨와 관련된 구름은 0 ℃보

다 높은 고도까지 확장되면 높은 벡터 정전기

장을 포함할 수 있다. 수년에 걸친 구름 벡터

정전기장의 수많은 존데 연직 관측자료는 가장

큰 필드와 가장 강력한 전하영역이, 불안정한

날씨와 관련된 층운을 침강시키는 0 ℃ 레벨

근처에서 종종 발견된다는 것을 보여준다. 이

170

최은호 / 항공우주산업기술동향 15/2 (2017) pp. 160~174

필드는 Apollo XII 및 the AC 67 사고 모두에

의해 입증된 것처럼 충분히 광범위한 영역에

퍼져있으며 심각한 유도 위험요소를 구성한다.

이러한 구름에 강한 장을 만드는 전하분리 메

커니즘에 대한 이해는 아직 부족하지만, 대류

의 셀 및/또는 빙결된 강수의 용융과 관련이

있는 것으로 보인다. 이 기상상황에서 여러 항

공기 연구는 높은 벡터 정전기장과 강수화된

얼음 입자가 동시에 존재함을 보여준다. 이러

한 종류의 구름에서는 명백한 위험 때문에

3.7.1 (a)에서와 같이 적당한 강수량이 있거나,

3.7.1 (b)와 같이 레이다 bright band가 감지될

경우 비행이 금지된다.

이 기준은 불안정한 날씨와 관련된 어떠한

구름의 두께와 종류 또는 고도를 막론하고 비

행을 금지한다. 이 금지는 구름이 0℃ 미만이

고 3.7.1 (a) 또는 (b)가 비행경로의 5 nmi 이내

에서 만족될 때마다 영향을 받는다. 심지어는

통과하는 구름이 둘 중 하나의 조건을 만족하

지 않을 경우에도 그러하다. 5 nmi 거리는 중

간 또는 그 이상의 강수량에 대한 요구사항과

마찬가지로 완전한 통계적 타당성을 가지지 않

은 기존조항이다. 적절한 강수량 또는 레이다

bright band를 포함하는 찬 구름에서 작동하는

모든 전기 발전의 원천이 충분히 가까워지면,

통과한 구름으로 전하를 전달할 수 있기 때문

에 이러한 보수적인 제한이 부과된다.

3.8 두꺼운 구름층

3.8.1 발사기준

(a) 이 기준은 연결된 또는 분리된 모루운에는

적용되지 않는다. 두 개 이상의 구름층은 높이

솟은 적운에 의해 물리적으로 연결된 경우 조

합해야 하지만, 적운은 구름층과 결합되어 층

두께를 합한 것보다 더 두꺼워지지 않는다.

(b) 다음과 같이 불투명한 구름층을 통과하는

비행경로로 발사체가 지나갈 경우, 발사 통제

자는 발사할 수 없다:

(1) 두께가 1.4 km(4,500 ft) 이상이고 비행경

로 내 구름층의 일부는 온도가 –20 ℃ 내지 0

℃인 고도에 있다.

(2) 두께가 1.4 km(4,500 ft) 이상인 두꺼운 구

름층에 연결되고, 비행경로로부터 5 nmi 이하

의 경사거리에 있으며, 온도가 –20 ℃ 내지 0

℃인 고도에 구름층의 일부라도 존재한다.

이 있다면 (b)(1) 및 (b)(2)에도 불구하고 발사를

수행할 수 있다.

(1) 대류운과 관련이 없는 권운층

(2) 온도가 –15℃ 이하인 고도에 온전히 위치

한 경우

(3) 액체 수상을 갖고 있다는 증거가 없는 경

우

(d) 발사 통제자는 구름층이 어느 위치에서나 0

dBZ 이상의 레이다 반사율을 포함하지 않으면,

(b)(1) 및 (b)(2)의 낙뢰발사 확정기준을 적용할

필요가 없다. 그것은 비행경로에서 5 nmi 이하

이다.

3.8.2 이론적 근거

이 기준의 적용범위에서 모루운이 제외되지

만, 연결된/분리된 모루에 대한 별도의 기준이

있기 때문에, 주어진 상황에서 어떤 기준이 적

용되는지 모호성을 줄이기 위해 불가피한 것이

다. 그러나 고적운 및 권적운 구름층은 이 규

칙이 적용된다. 그렇지 않으면 고도가 분리된

구름층을 물리적으로 연결하는 우뚝 솟은 적운

이 이들 층을 전기적으로 연결하여 전체 두께

를 증가시키는 것으로 간주된다.

층운에서의 위험에 대한 LLCC 개발은 구름

속 벡터 정전기장의 관측 부족으로 인해 여전

히 힘든 상황이다. 그나마 과거 소련의 과학자

들에 의한 많은 구름 내 전기장 측정이 있었

다. 이 관측에 따르면 일반적으로 구름속이 고

층운에서 권층운으로, 이어 난층운으로 이동하

면서 벡터 정전기장이 증가하는 것으로 나타났

최은호 / 항공우주산업기술동향 15/2 (2017) pp. 160~174

171

다. 또한 구름층 속에서 두꺼운 구름은 더 큰

최대 벡터 정전기장을 갖는 경향이 있다. 이

자료에서 명백한 것은, 낙뢰가 생성되지 않더

라도 계층화된 구름은 때로는 고도로 대전될

수 있다는 것이다. 두께가 2,000 m(6,500 ft) 이

상인 층 구름은 특히 유도 낙뢰를 생성하는 중

대한 위협이 된다. 3.8.1 (b)(1)에서, 1.4 km

(4,500 ft)의 두께 한계값은 보수적인 것으로 사

용된다. 강한 전기 메커니즘이 작동할 수 있는

범위이기 때문에 –20℃ 내지 0℃의 온도범위가

부과된다. 3.8.1 (b)(2)에서, 두꺼운 구름 제한은

3.8.1 (a)(1)에서 정의된 두꺼운 구름층에 (수평

으로) 연결되어 있는 구름층 (두께 또는 고도에

상관없이)으로 확장된다. 멀리 떨어진 층에서

작동하는 전기의 원천이 침투된 층으로 전하를

전달할 수 있기 때문에 비행경로의 일정거리를

유지해야 한다. 3.8.1 (b)(2)의 5 nmi 거리는 불

완전한 통계적 근거를 가진 값이다.

3.8.1 (c)에서, 해당 구름층이 활성전기 메커

니즘을 지원하는 데 필요한 혼합상 성분을 가

지지 않는 경우(즉, 과냉각 물방울, 풍부한 얼

음 결정체, 융해된 얼음입자 등), 엄격한 요구

사항을 완화한다. 이 구름은 또한 전기 원천에

서 운반된 전기적 전하로 공급될 수 없다. 대

류가 없을 경우 얼음이 형성될 수 있고, 대류

로 인한 상승기류가 없어서 과냉각수 및 혼합

상의 공급을 유지할 수 없기 때문에 –15 ℃의

온도가 지정된다.

3.8.1 (d)에서 정의된 두꺼운 구름층은 파편

구름이 아니며 모루운을 포함하지 않는다. 두

꺼운 구름층이 ‘표면 전기장’기준을 위반하

거나 ‘적운’기준을 위반하는 대류세포 또는

타워를 포함하지 않는다고 생각되며, 때문에

과거에 전화되었다고 볼 수는 없다. 두꺼운 구

름층은 ‘불안정한 날씨’기준을 위반하지 않

는 것으로 추정되고, 때문에 약한 반사율을 포

함할 경우 강한 대전을 일으키지 않는다. 레이

다 반사율 대 벡터 정전기장에 대한 결정적인

통계적 연구는 현재 이용이 불가능하지만,

ABFM 실험에서 구름층에 높은 벡터 정전기장

이 발생하지 않았다는 사실은 확인되었다[12].

따라서 반사율이 낮으면 매우 보수적인 레이다

기반 예외가 기준에 추가된다.

3.9 연기기둥

3.9.1 발사기준

(a) 발사 통제자는 구름이 연기기둥에 붙어있는

동안 연기기둥에서 발생한 비(

非)투과 적운을

통과시켜 발사체를 운반할 수 없고, 연기기둥

에서 분리된 적운이 발생한 경우, 이후 처음

60분 동안 발사체를 운반할 수 없다.

3.9.2 이론적 근거

3.9.1 (a)에서, 토지 화재로 인해 발생한 연기

기둥에 의해 좋은 날씨 벡터 정전기장이 양쪽

극성에서 미터당 수백 볼트씩 흔들릴 수 있지

만[13], 우주비행작전에 있어 본질적으로 위험

한 것으로 간주되지는 않는다. 그러나 대기가

조건적으로 불안정한 경우 큰 면적의 화재로

인한 열과 습기로 대류가 시작되어 궁극적으로

적운이 발생하며, 높은 벡터 정전기장 및 낙뢰

가 발생할 수 있다[14-16]. 만약 ‘화재에 의

한’ 적운이 연기기둥에 붙어 있다면, 화재는

대기이온과 전리의 추가적인 원인이 될 수 있

다. 따라서 구름이 적어도 60분 동안 연기기둥

에서 분리되지 않는 한 그러한 구름을 통과하

는 비행은 금지된다.

3.10 마찰대전

3.10.1 발사기준

(a) 발사 통제자는 비행경로가 어떤 고도에 있

든, 구름의 어떠한 부분이라도 통과해 발사체

를 지나게 할 경우, 다음의 경우에는 발사할

수 없다.

(1) 온도가 –10℃ 이하이다.

172

최은호 / 항공우주산업기술동향 15/2 (2017) pp. 160~174

(2) 발사체의 속력이 910 m s-1(3,000 ft s-1)보

다 작거나 같다.

(b) (a)는 다음 경우에는 적용되지 않는다.

(1) 발사체는 다음과 같이 표면 대전처리된다.

(i) 얼음입자의 충격에 취약한 발사체의 모든

표면은 표면저항이 평방당 109 Ω 미만이어야

한다.

(ii) 전도성 물질로 코팅된 유전체 표면을 포

함한 표면상의 모든 도체는 105 Ω 미만의 저

항으로 발사체에 결합된다.

(2) 발사 통제자는 시험 또는 분석을 통해 마

찰대전에 의한 발사체의 정전기 방전이 발사체

또는 우주선에 위험하지 않음을 입증한다.

3.10.2 이론적 근거

유전체 및 금속표면을 발사체 외장재에 마찰

대전시키는 것은 비행 중 중요부품에 대한 전

기적 손상 및/또는 심지어는 물리적 손상까지

일으킬 수 있다[5-6, 17]. (대전된 또는 비대전

된)얼음입자가 비행 항공기 또는 우주선과 충

돌하여 분리되면 일반적으로 구름입자와 발사

체 외부표면 사이의 전하를 교환하여 발사체가

대전된다. 입자충돌(마찰전기 제거)과 엔진 대

전으로 인한 발사체 전기화의 탁월한 논의, 그

것이 야기할 수 있는 문제점 및 잠재적 해결책

은 [5-6, 18]에 의해 제공된다. 얼음입자는 액

체 물방울보다 전하이동에 훨씬 더 효과적이

다. 레이돔 또는 바람막이 유리와 같이 처리되

지 않은 유전체 표면의 단 1제곱 인치라도 대

전되면, 유전체의 외부 및/또는 내부 표면에서

표면방전이 발생할 수 있으며, 결과적으로 발

생하는 순간적인 전기적 현상으로 인해 중요한

탐색 또는 통신이 중단될 수 있다[6]. 금속성

표면에 대전될 경우, 발사체의 퍼텐셜이 수십

또는 수백 킬로볼트로 증가할 수 있다. 또한,

기체에 적절하게 결합되지 않은 금속표면의 차

등 대전으로 스파크가 발생할 수 있다. 이러한

모든 영향으로 비행을 위한 시스템에 치명적인

물리적 손상이나 전기적인 문제가 발생할 수

있다.

표면대전을 통제하기 위한 예방조치와 처치

가 실시되지 않는다면 위험한 정전기 방전을

일으킬 수 있는 구름을 통과하는 발사를 피하

기 위해 제한을 가하는 것이 필요하다. 이러한

구름은 –10 ℃의 온도에서 발사체의 속력이

910 m s-1(3,000 ft s-1)을 초과하는 고도에서 발

견된다. 구름의 투명도는 마찰전기를 일으키는

능력과는 거의 관계가 없으므로 투명구름이 이

러한 조건에 특별히 포함된다. 비행 테스트에

서는 항공기의 마찰충전이, 얼음결정이 함유된

구름에서 작동할 때만 문제가 되는 것으로 나

타났다. 일반적으로 얼음결정은 –10 ℃보다 온

난한 구름에서 감지할 수 없으며, 발생하지 않

는다고 본다. 초음속 비행시험에 의해 뒷받침

된 실험실의 얼음 결정과의 충돌 실험결과는

약 910 m s-1(3,000 ft s-1) 이상의 속도에서 결

정이 완전히 녹기 위한 충분한 에너지가 있음

을 보여주므로, 이 속도보다 높은 경우 마찰전

기가 없어져 되어 문제가 되지 않는다.

4. 결 론

본 논문에서는 최신 LLCC를 기준으로 다양한

기상과 관련된 조건에서 발사임무를 위한 기상

발사기준들을 살펴보았다. 발사기준의 핵심은

낙뢰가 발생했거나 발생가능성이 있을 경우 그

것을 회피하는 것이며, 제시된 조건들이 상이

하기 때문에 발사기준을 구성하는 온도, 전기

장의 크기, MRR의 임계값 또한 상이하며 이로

인한 구름경계와 비행경로 사이의 적정거리,

낙뢰 발생 후 발사를 위한 적정 대기시간 또한

조건마다 다르게 구성되었다.

한국항공우주연구원에서도 LLCC를 비롯한 다

양한 기상자료를 바탕으로 기상발사기준판단절

차서를 작성하였고, 2013년 나로호(Korea

Space Launch Vehicle I, KSLV-I)발사에 활용되

었다. 최신 버전의 LLCC에서 변경되거나 추가

최은호 / 항공우주산업기술동향 15/2 (2017) pp. 160~174

173

된 발사기준들은 기상관련 발사기준 분야에 있

어서 선도적인 자료이며, KSLV-II 발사 시 비행

안전을 위한 기상발사기준판단절차서의 개선에

도움이 될 것이다.

참고문헌

1. Willett, J. C., and F. J. Merceret (Eds.), E.

P. Krider, J. E. Dye, T. P. O'Brien, W. D.

Rust, R. L. Walterscheid, J. T. Madura, and

H. J. Christian, 2010: Rationales for the

Lightning

Flight

Commit

Criteria,

NASA/TP-2010-216291, 236 pp.

2. Willett, J. C., and F. J. Merceret (Eds.), E.

P. Krider, T. P. O'Brien, J. E. Dye, R. L.

Walterscheid, M. Stolzenburg, K. Cummins,

H. J. Christian, and J. T. Madura, 2016:

Rationales for the Lightning Launch Commit

Criteria, NASA/TP-2016-219439, 236 pp.

3. Plumer, J. A., and J. D. Robb, 1982: The

direct effects of lightning on aircraft, IEEE

Trans. on EMC, EMC-24, 158-172.

4. Walterscheid, R. L., J. C. Willett, E. P.

Krider, L. J. Gelinas, G. W. Law, G. S.

Peng, R. W. Seibold, F. S. Simmons, P. F.

Zittel, 2010: Triggered lightning risk

assessment for reusable launch vehicles at

four regional spaceports, Aerospace Report

No. ATR-2010(5387)-1, 30 April 2010.

5. NASA, 1974: Space Vehicle Design Criteria

(Environment) - Assessment and Control of

Electrostatic Charges, SP-8111, May, 1974.

6. Nanevicz, J. E., 1982: Static charging and

its effects on avionics systems, IEEE Trans.

on EMC, EMC-24 (2), May, 1982.

7. McNamara, T. M., 2002: The horizontal

extent of cloud-to-ground lightning over

the Kennedy Space Center. M.S. thesis, Air

Force

Institute

Technology,

Wright-Patterson

AFB,

Ohio,

AFIT/GM/ENP/02M-06, 114pp, 14 January

2002.

8. Merceret, F. J., J. G. Ward, D. M. Mach,

M. G. Bateman, and J. E. Dye, 2008: On

the magnitude of electric fields near

thunderstorm associated clouds, J. Appl.

Meteorol. Clim., 47(1), 240 – 248.

9. Szymanski, E. W., S. J. Szymanski, C. R.

Holmes, and C. B. Moore, 1980: An

observation

precipitation

echo

intensification associated with lightning. J.

Geophys. Res., 85 (C4), 1951–1953.

10. Weiss, S. A., D. R. MacGorman, and K. M.

Calhoun, 2012: Lightning in the anvils of

supercell storms, Mon. Weather Rev., 140,

2064-2079, doi:10.1175/MWR-D-11-00312.1.

11. Dye, J. E., and J. C.Willett, 2007:

Observed enhancement of reflectivity and

the electric field in long-lived Florida

anvils,

Mon.

Weather

Rev.,

135,

3362-3380.

12. ABFM I Analysis Team, 1996: ABFM 1996

reanalysis of winter 1991 and winter 1992

data with calibrated PAFB radar data,

unpublished white paper, available at

http://box.mmm.ucar.edu/abfm/webpage/Rep

orts/ABFM_I/ABFM96.htm.

13. Rison, W., C. R. Holmes, and D. Latham,

1988: Electrification of smoke clouds in

the Yellowstone fires of 1988, EOS, 69

(14), p. 1071.

14. Latham, D., 1991: Lightning flashes from a

prescribed fire-induced cloud, J. Geophys.

Res., 96 (D9), 17,151-17,157.

15. Vonnegut, B., and R. E. Orville, 1988:

Evidence of lightning associated with the

Yellowstone Park forest fire, EOS, 69 (14),

p. 1071.

174

최은호 / 항공우주산업기술동향 15/2 (2017) pp. 160~174

16. Vonnegut, B., D. J. Latham, C. B. Moore,

and S. J. Hunyady, 1995: An explanation

for anomalous lightning from forest fire

clouds, J. Geophys. Res., 100 (D3),

5037-5050.

17. Lorenz,

D.,

2008:

Atmospheric

electricity hazards, Space Sci. Rev., 137,

287–294, doi:10.1007/s11214-008-9364-x.

18. Heritage, H. A., 1988: Launch vehicle

lightning/atmospheric electrical constraints

post-Atlas/Centaur 67 incident. 31 August

1988.

TOR-0088(3441-45)-2,

The

Aerospace Corporation, El Segundo, CA,

1988.

19. American Meteorological Society, 2000:

Glossary

Meteorology,

2nd

ed.,

American Meteorological Society, Boston,

MA, 850 pp.

20. Merceret, F .J., and J. C. Willett (Eds.), H.

J. Christian, J. E. Dye, E. P. Krider, J. T.

Madura, T. P. O'Brien, W. D. Rust, and R.

L. Walterscheid, 2010: A History of the

Lightning Launch Commit Criteria and the

Lightning Advisory Panel for America’s

Space Program, NASA/SP-2010-216283, 234

pp.