유사 이래, 새처럼 하늘을 날고자 하는 인류의 욕망은 끊임없이 이어져 왔다. 고대 그리스 신화에도 날개를 만들어 태양을 향하여 날아올랐으나 날개를 붙인 촛농이 태양의 열기에 녹아 버리는 바람에 추락하였다는 이카루스(Icarus)의 이야기가 나온다. 따라서 추측하건데 인간은 이미 기원전부터 비행에 대해 관심을 가졌던 것이 틀림없다. 그러나, 비행에 대한 기초적인 이론과 형태는 레오나르도 다빈치(Leonardo da vinci, 1452~1519)로부터 시작되었다. 16세기 초 레오나르도 다빈치는 새의 비행 원리와 생리학에 관해 철저히 연구하였다. 그는 새가 자체의 중량을 지지(支持)할 정도로 충분한 공기의 밀도층 위에서는 뜨게 된다는 것을 발견하였다. 이어 레오나르도 다빈치는 박쥐의 날개를 모델로 한 ‘오너솝터’를 설계하였다. 그는 인간이 기계적인 날개를 퍼덕임으로써 체중을 지지해 하늘을 비행할 수 있을 것으로 믿었던 것이다. 이러한 선구자적 연구는 동력에 의한 비행 원리를 이해하는 데 비약적인 진보를 이룩한 것이다. 물론, 실제 제작하여 실험을 했다는 기록은 없지만, 그의 이러한 천재적 업적은 인류의 비행 역사에 상당히 중요한 계기로 작용한다.
유인 비행 - 열기구
그 후, 비행기는 아니지만, 인간이 실제로 기구를 타고 하늘을 날게 된 것은 18세기 말경이었다. 프랑스의 몽골피에 형제가 열(熱)기구를 발명한 것이다. 리용 근처 제지업자 집안의 형제 조셉과 쟈크는 종이 봉투에 불을 쬐면 하늘로 올라가는 것에 착안하여 열기구 개발에 착수, 1783년 6월 마침내 종이와 베로 거대한 기구를 만들기에 이르렀다. 1783년 11월 21일, 열기구를 타겠다고 지원한 물리학자 드 로제 (Rozier, F. de)와 아를란드 후작을 태운 열기구는 약 500m 높이로 9km를 25분 정도 비행하는 데 성공하였다. 세계 최초의 유인 비행인 셈이다.
비행선과 글라이더
기구에 의한 하늘 날기에 이어 열·수소 기구보다 한 단계 더 발전한 비행선(airship)이 등장한다. 당시 기구는 독자적인 엔진이 부착되어 있지 않아 자유로운 조종에 의한 비행이 매우 어려운 실정이었다. 그 후 유럽 각국에서 활발하게 비행선을 연구·개발하였으나, 19세기 말까지도 뚜렷한 진전을 보지 못하다가 1900년에 이르러 독일의 장성 출신 체펠린(Zeppelin, F., 1838~1917) 백작이 가솔린 엔진과 알루미늄 프로펠러를 장착한 대형 비행선을 완성하였다. 한편, 영국의 케일리(George Caley)는 각종 실험을 통하여 비행이 가능한 날개의 모양, 크기 등을 연구하였다. 그리고, 새의 모형을 본떠서 하늘을 날 수 있는 글라이더를 제작하였는데, 그 모형은 오늘날 비행기의 모체라 할 수 있을 만큼 유사한 모습을 하고 있었다. 그 후 수십 년이 지난 1891년, 독일의 릴리엔탈(Lilienthal, 1848~1896)이 드디어 자신이 제작한 글라이더를 직접 타고 비행에 성공하였다. 비행의 방향을 자유자재로 조종하기 위해 글라이더에 비행키를 달아서 실험하려던 릴리엔탈은 1896년 8월 어느날, 엔진이 달린 비행기의 꿈을 이루지 못하고 세상을 떠났으나, 그의 노력과 집념은 훗날 라이트 형제가 동력 비행기를 발명할 수 있게 하는 토대가 되기에 충분하였다.
레오나르도 다빈치의 이론과 비행 형태가 기구·비행선·글라이더로 점차 구체화되면서 마침내 발동기 엔진을 이용한 본격적인 비행에 대한 착상이 20세기에 이르러 실현된다. 1903년 12월 17일, 인류의 역사가 시작된 이래 최초로 인간이 동력에 의한 비행에 성공을 거두는, 당시로서는 기적과도 같은 사건이 일어났다. 그 사건의 주인공은 바로 항공기의 아버지로 일컬어지는 라이트(Orville and Wilbur Wright) 형제였다. 이들이 12마력의 4기통 가솔린 엔진(분당 1,090번 회전)으로 목제 레일을 활주하여 비행에 성공한 것이다. 랭글리(Langley) 등과 같이 근대적 의미의 비행기를 제작하여 하늘을 날기 위한 시도가 끊임없이 지속되었으나, 인류 최초의 동력 유인 비행은 이날 비로소 성공하였다. 미국 노스캐롤라이나(North Carolina) 주의 키티호크(Kitty Hawk) 해안 모래 언덕 킬 데블(Kill Devil Hill)에서 동생 오빌이 먼저 12초 동안 36m를 비행한 후, 형 윌버가 59초 동안 260m를 비행한 것이다. '라이트 플라이어-1'로 명명된 이 비행기의 초기 속도는 시속 48m에 불과하였으나, 이후 세계적으로 비행기의 개발 경쟁에 폭발적인 촉매제로 작용하였다. 자전거 제작, 수리업을 하던 라이트 형제는 독일 릴리엔탈의 연구 자료에서 모순점을 발견, 공기 역학을 실험할 수 있는 풍동 장치를 제작하여 연구에 몰두한 결과, 플라이어 1호를 제작하기에 이르렀다. 그러나, 플라이어 1호에는 방향타(rudder)나 승강타(elevator)가 없었다. 이후 1호기는 4번째 비행을 한 후 추락했으며, 이어 제작한 2호기는 80회의 비행을 하였다. 그 중 최고 기록은 5분 4초 동안의 4.4km 비행이었다. 라이트 형제가 개발·제작한 비행기 중 가장 의미있는 것으로 평가되는 플라이어 3호는 통상적으로 20마일을 비행했으며 비행시마다 30분 이상을 날았다. 이로써 새처럼 날고자 하는 인류의 꿈은 마침내 이루어졌다.
제1차 세계대전은 항공기 개발에 획기적인 계기로 작용하였다. 전쟁 초기에는 주로 정찰용으로만 사용되던 항공기에 기관총이 장착되면서 공중전의 역사가 시작된 것이다. 최고 시속 106km를 자랑하던 1914년식 블레리오 XⅠ로부터 뉴포트(Nieuport) 시리즈를 거쳐 1917년에 제작된 스파드 S13은 220마력의 엔진을 장착하기에 이르러 최고 고도 6,650m에 최고 시속 222km를 기록한다. 개전 초기에는 연합군이 하늘을 장악하였으나, 독일의 명기(名機) 포커 아인데커(Fokker Dr. 1)가 출현하면서 사정이 달라지기 시작하였다. 이 전투기는 프로펠러 사이로 총알이 빠져 나가도록 고안한 기관총을 장착하였다. 이처럼 본격적인 실용화 초기부터 최근에 이르기까지 항공기의 최대 수요처는 국방 분야였으며, 그 제작 기술은 세계대전을 치르면서 비약적인 발전을 시현하게 된다. 전쟁이 끝나면서 세계 선진 각국은 항공기의 상업화를 적극 모색하게 된다. 1920년 당시 유럽에는 20여개의 중소 규모 항공사가 설립되었고, 미주 지역에도 내셔날 항공 등 10개 항공사가 문을 열었다. 유럽에서 최초로 상업적 비행에 투입된 비행기는 1919년 독일의 안네리제였다. 승객 8명을 태우고 6,000m 상공을 비행한 것이 상업적 항공 여객 운송의 효시(嚆矢)가 된 것이다. 미국에서는 상업적 항공 운송으로 가장 먼저 착안된 분야가 우편물 수송이었다. 그런데 당시 대부분의 중소 상업 항공사들은 창설 초기, 비행기에 대한 공포로 인한 여객 수요의 제한과 빈약한 경영 기반 등으로 거의 1년을 넘기지 못한 채 도산되는 등의 악순환을 거듭하였다. 그러나, 당시 선진 각국은 항공기의 상업화에 지대한 관심을 기울였다.
대서양 단독 횡단과 금속제 항공기 출현
제1차 세계대전을 거친 이후에도 세계 항공 역사에는 새로운 사건들이 꾸준히 기록되었다. 1919년 5월에는 미 해군의 리드(Read) 소위 팀이 커티스(Curtiss) 수상정(seaplane)을 타고 대서양 횡단에 성공하였으며, 같은 해 7월에는 존 알콕 대위와 브라운 중위가 폭격기 빅커스 비미(Vickers Vimmy)를 타고 뉴펀들랜드(Newfoundland)의 세인트존(St. John’s) 섬에서 영국 아일랜드(Ireland)의 클리프덴까지 1,890마일을 한번의 중간 착륙도 없이 횡단하였다. 이어, 1927년 5월에는 미국의 우편물 수송 비행사였던 24세의 청년 찰스 린드버그(Char-les Lindberg)가 대서양 단독 무착륙 횡단에 성공한다. 린드버그의 대서양 횡단은 사상 99번째였지만, 뉴욕과 파리라는 대도시를 잇는 비행이었고 거리가 3,614마일로 당시까지는 최장의 논스톱(non-stop)비행이었으며, 33시간 29분의 사투(死鬪)를 벌인 단독 비행이었다는 점에서 세계 항공사에서 높이 평가되고 있다. 이 횡단 비행에 사용된 비행기는 스피릿 오브 세인트루이스(Spirit of St. Louis)였다. 린드버그의 대서양 무착륙 단독 횡단 비행은 미국의 항공산업 발전에 커다란 영향을 주었다.
제트 여객기의 등장
제2차 세계대전을 전후하여 제트(jet) 엔진이 개발된다. 1937년, 영국의 프랭크 휘틀(Frank Whittle)이 세계 최초로 제트 엔진을 발명한다. 같은 해 휘틀의 아이디어를 빌린 독일의 한스 폰 오하인도 제트 엔진 개발에 성공한다. 1939년에는 최초의 제트 비행기 하인켈 178기가 독일에서 개발된다. 이어, 1941년 영국은 글로스터 메태어 F28/37 제트 비행기를 개발하였다. 그러나, 이들 제트 비행기는 실험기 수준에 그쳤고 실용화되지는 못하였다. 2차 세계대전 말에 이르러 독일은 최초의 실용 제트 전투기인 메사슈미트 Me 262를 제작한다. 이 전투기는 당시까지 최고 속도를 보유하였던 무스탕을 훨씬 능가하는 최고 시속 870km를 기록하였다.
종전 후 1946년 영국에서는 코멧(De Havilland Comet) 1호기를 생산하기 시작했다. 코멧 1호기는 세계 최초로 제트 엔진을 탑재한 여객기로서 시험 비행에 성공한 후, 1952년 5월 승객 36명을 태우고 시속 730km로 런던~요하네스버그 노선에 첫 취항하였다. 이로써 항공기는 기존의 교통 수단 못지 않는 대중 교통 수단으로서의 지위를 굳히는 계기가 된다. 전 세계 항공업계에서는 코멧기의 놀라운 시간 절약성과 경제성 그리고 정시성에 크게 놀라지 않을 수 없었으며, 이러한 충격은 본격적인 제트 여객기 시대의 개막으로 이어진다.
또한, 1947년 10월 14일에는 마침내 항공기의 음속 돌파라는 세계 항공사의 새로운 이정표(里程標)가 수립된다. 미국의 시험 비행 조종사 척 예거 소령이 Bell-X 프로그램으로 제작된 로켓(rocket) 엔진 추진의 Bell X-1 실험기를 타고 사상 최초로 음속을 돌파하는 데 성공한 것이다. 전 세계 항공업계를 놀라게 했던 영국의 코멧기는 그러나, 첫 취항 이후 꼭 1년만인 1953년 5월 2일 캘커타에서 이륙 직후 공중 분해되는 참사를 겪게 된다. 그로부터 4년 후인 1958년 10월 26일 미국의 보잉(Boeing)사가 개발한 B-707이 뉴욕∼런던 구간에 취항함으로써 본격적인 제트 수송기 시대가 개막되었다.
B-707 이후 1964년부터 1968년까지 전성기를 맞이했던 VC-10, HS-121(Tri-dent), BAC-111, DC-9, B-727, F-28 등을 이른바 제2세대 제트기로 일컫는다. 이 그룹의 제트기는 쌍발형(雙發型)과 삼발형(三發型)으로 분류되며, 터보팬(turbofan) 엔진을 본격적으로 실용화함으로써 연비 효율을 더욱 개선, 중·단거리 노선에서도 채산성 확보가 가능해지게 되었다. 이어, 1969년부터 1974년 사이에 소위 광동형(廣胴型, widebody) 제트기들이 개발된다. 이 시기에 개발된 B-747, DC-10, L-1011, A-300 등은 제3세대 제트기로 분류된다. 특히, B-747이 1969년 12월 2일 시애틀∼뉴욕 구간의 장거리 시험 비행에 성공하여 FAA의 운항 증명을 획득하면서 민간 항공계는 이른바 ‘점보(jumbo)’ 시대를 맞이하게 되었다. 제3세대 제트기들의 특징은 대형화로 요약된다. 제3세대 제트기는 각종 시스템에 2중, 3중의 다중 장비 시스템을 도입함으로써 조작상의 오류를 사전에 예방할 수 있게 하였다. 특히, 에어버스의 경우 그동안 군용기에만 사용하던 램 에어 터빈(ram air turbine)을 장착하고, 보조 동력 장치(APU)의 작동 범위를 더욱 크게 함으로써 안전성을 최대한 확보하였다는 평가를 받았다. 점보기 시대를 개막시킨 B-747은 안전성 배려와 설계상의 우수성, 그리고 초대형기의 개척자라는 점에서 최근까지도 높은 평가를 받고 있다.
제4세대 제트 수송기
제트 수송기의 연료 및 수송 효율 극대화를 위해 지속적으로 연구·개발하고 있는 소위 미래형(未來型) 항공기 중에서 가장 먼저 실용화되고 있는 기종이 보잉사의 B747-400(4발), 더글러스사의 MD-11형(3발), 에어버스사의 A-340형 등이다. 이른바 제4세대 제트기는 이들 미래형 항공기들을 지칭한다. 보잉사의 B-747 시리즈는 이 기종에 필적할 만한 항공기가 없었다는 점에서 비교적 소폭의 개량만으로 B747-300형까지 이르렀다. 그러나, 1988년 말에 제작 완료되어 주요 노선에 취항을 시작한 B747-400은 운항의 안전도를 극대화하고 조종의 간편화를 지향한 최신 디지털(digital)조종 시스템·최신 엔진·신소재 활용 기체·연장 수직 날개의 주익 개조·항속 거리 및 탑재 능력의 획기적 증대 등 대대적인 개량이 시도된 결과였다.
1990 년부터 운항을 시작한 더글러스사의 MD-11형 역시 최신 기술을 집대성한 기종으로 DC-10기를 발전시킨 대형 항공기이면서도 좌석수가 적어 수요 밀도가 낮은 장거리 노선의 운항에 적합한 것으로 평가받고 있다. 한편, 쌍발기만 개발해 오던 에어버스사가 4발기로 처음 개발한 A-340은 가변 캠버식 주익(variable camber wing)을 사용한다는 점, 컴퓨터로 전·후연의 프랩을 조종한다는 점, 순항시의 조건에 적합한 양항비가 큰 주익을 사용함으로써 경제성이 더욱 강화되었다는 점 등에서 높은 평가를 받고 있다.
초음속 수송기, 콩코드
아음속(亞音速, subsonic) 제트기의 개발에 이어 1950년대 말부터 영국과 프랑스를 중심으로 초음속(超音速, supersonic) 수송기의 개발이 시작된 이래, 1969년 3월에 원형의 콩코드기(Concorde)가 첫 비행을 하였다. 이후, 1976년 1월 21일에는 정기 노선에 취항하였으나, 콩코드기는 소음·대기오염·태양 에너지의 차폐·오존에 미치는 영향 등의 문제점이 지속적으로 제기되면서 생산국인 영국·프랑스를 제외하고는 취항을 거부당하고 있는 실정이다. 콩코드의 순항 속도는 음속의 2배인 마하 2.2 정도이지만, 장거리 운항을 위해서는 중간 급유가 필요하고, 좌석수가 상대적으로 적어 손익 분기점이 매우 높다는 단점을 안고 있다.
공항이 생기기 시작한 것은 비행기가 상업화 시대에 접어들면서부터였다. 비행선으로 여객을 운송하거나 목제 비행기로 우편물을 나르던 시대에 있어서 공항의 중요성은 그리 부각되지 않았다. 그 때 필요한 것은 넓은 공간과 이착륙을 위한 평평한 바닥뿐이었다. 맨 처음 항공기가 이착륙할 수 있는 대규모의 시설을 갖춘 곳은 군용 비행장이었다. 공항의 발달은 상업 운송의 발전 및 항공기의 발달과 밀접한 관련을 맺고 있다. 최초의 상업 비행은 미국에서 우편물의 수송을 위해 처음 이루어졌다. 1918년 부정기적인 우편 비행이 1920년에 이르러 차츰 정기적인 우편 운송으로 변모했고 1925년에는 로스엔젤레스와 샌디에고를 연결하는 여객 노선을 개선하면서 상업 운송이 본격화되었다. 초기의 공항은 시설들이 보잘 것 없는 수준이었다. 1911년에 개항한 샌프란시스코 공항은 전원식 활주로와 주차장, 목조로 된 사무실과 식당만을 갖추었을 뿐이며, 당시의 공항들은 기본적인 시설과 가건물 형태의 여객 청사만으로 극소수의 여객을 수송했다. 그러나, 새로운 기종이 등장하면서 항공 운송 능력은 기하급수적으로 증가하였다. 장거리 수송, 대량 수송, 신속한 수송 체계가 확립되자 많은 이용객들이 생겨났으며 이에 따라 공항의 시설도 근대화의 길로 접어들게 된다.
공항의 근대화
1950년대 말부터 등장하기 시작하는 B-707 이후 제트 항공기들은 기존의 프로펠러기들보다 훨씬 고공에서의 비행이 가능해졌으며, 기체도 초대형화되기 시작하였다. 더불어 안전성도 확보해 가면서 전 세계적으로 항공 운송이 국가간 운송 수단의 총아(寵兒)로 각광을 받게 된다. 따라서, 항공 운송 수요도 급격하게 늘어나게 된다. 이에 따라 1960년대로 접어들면서 공항 시설도 크게 변모하기 시작하였다. 항공 운송 시장이 장거리·대량·신속한 수송을 추구하면서 공항 시설 역시 근대화가 불가피하였던 것이다. 활주로의 길이도 3,000m 정도가 필요하였고, 이들 초대형 항공기가 주기할 수 있는 계류장(繫留場)도 필요하게 되었다. 따라서 공항 시설은 지속적으로 확장되었으며, 실질적인 여객 청사도 갖추어 여행자들이 탑승 대기 시간 등에 지루하지 않도록 식당, 판매점 등의 편의 시설이 마련되었다.
한편, 항공기가 새로운 교통 수단으로서 각광을 받으며 산업 발전에 기여하는 역할이 증대되자 각국 정부에서는 항공사의 확보, 공항 시설의 현대화, 공역(空域)의 관리 등 항공 사업을 국영이든 민영이든 더욱 적극적으로 지원하게 되었다. 이를 바탕으로 안전성, 쾌적성과 신속성을 기반으로 하는 항공기의 발전은 일반 교통 수단으로서 확연한 지위를 굳히게 되었다. 이러한 시대적 배경과 요구는 결국 항공 운송의 비약적인 기술 혁신으로 이어졌다. 여행객의 편의 도모를 위한 각종 편의 시설과 면세 매점의 설치 운영, 여객이 지상을 거치지 않고 항공기에 직접 탑승하는 탑승교(搭乘橋)의 설치가 전 세계적으로 보편화되었으며, 여객의 급증에 따른 신속한 업무 처리를 위하여 청사 설계 방식도 많은 변화를 보였다.
최초에는 선형(linear) 방식으로 모든 공항이 설계되었으나, 공항 운영의 효율성과 여객의 효율적인 동선을 확보하기 위하여 중앙 집중식 피어(pier)형과 중앙 집중식 위성형(satellite) 방식으로 전환 설계, 신축되는 등 1960년대부터 공항 관리 운영은 비약적인 발전을 거듭하였다.
현대적 공항의 등장
1970년대에 들어서면서 전 세계의 항공사가 운영하는 대부분의 항공기 기종이 제트 추진 항공기로 교체됨으로써 본격적인 제트 여객기 시대를 맞이하였다. 특히 B-747 점보기가 주도하는 항공기의 대형화와 고속화는 대량 수송과 장거리 수송에 일대 혁신을 가져왔다. 뿐만 아니라, 해외 여행의 자유화 추세에 따른 항공 여행의 대중화는 세계의 지구촌화 시대를 개막시키는 촉매 역할을 하기에 이르렀다.
항공 운송 산업의 변화와 소득 증대 및 생활 수준 향상으로 인한 여행 목적의 다양화, 공항 이용객의 다양한 요구, 시간 가치 상승에 따른 항공 화물의 증가 등은 항공기 제작 기술 발달에 따른 항공기 대형화, 고속화와 더불어 기존 공항의 기능과 역할을 변화시키는 요인으로 작용하게 되었다.
그러나 항공기가 대형화, 고속화되고 세계적으로 경제가 성장함에 따라 항공 교통이 대중화되면서 공항의 기능과 역할이 점차 다양화되기 시작하였다. 여기에다 이용객들의 소득 증대 및 생활 수준 향상으로 여행 목적이 다양해지고 이용객들의 서비스 욕구도 과거 대중적이고 공통적인 것에서 개별적이고 높은 수준으로 상승하게 되면서 공항은 거대한 종합 서비스 센터로서의 역할까지도 담당하게 되었다. 이와 같이 공항의 역할이 다양해지면서 공항의 기능 역시 복잡하고 다양해져 가고 있다.
기본적으로는 운송 규모 증대에 맞추어 공항 규모를 확충하고 항공기 및 항행시스템의 발달에 따라 첨단 과학 장비들을 구비하여 항공기가 안전하게 이착륙하고, 여객과 화물의 흐름이 원활히 이루어지게 할 수 있는 기능을 갖추게 되었다.
물 류 센터로서의 역할을 충실히 하여 국가 경제와 산업 발달에 기여하기 위해서는 공항의 모든 기능이 신속하게 이루어지도록 해야한다. 이를 위해 공항에 신속하게 접근할 수 있도록 도로, 철도, 지하철 등 지상 연계 교통이 유기적으로 연결되고, 여객 입출국 시스템이나 수하물 처리 시스템 등도 전산화, 자동화되어 공항 내에서의 모든 절차가 신속하게 처리되도록 모든 시스템이 고도화되고 있다.
이 때문에 세계 주요 공항들은 다양한 품목의 물품을 구비한 상가와 면세점, 각종 식당, 여유시간을 보낼 수 있는 레크레이션 시설, 사업 여행자를 위한 비즈니스센터는 물론 호텔, 영화관, 박물관, 미술관 등의 시설을 갖추고 있으며 이러한 변화는 운송 규모에 따라 지속적으로 요구되는 공항 시설 확장에 필요한 재원을 확보하기 위한 수익 증대와도 직결되는 사항이기 때문에 각국의 주요 공항은 경쟁적으로 편의 시설 확충에 노력하고 있다.
