[연재] CNS/ATM의 현재와 미래 - Communication 부분

기본적으로 항공이라는 분야는 굉장히 보수적입니다.

세세한 부분 하나하나의 변화에 수백명의 승객의 목숨이 왔다갔다 합니다.

아직까지 항공기의 FMC에서는 AMD29050 이라는 80년대 중 후반에 개발된 프로세서를 사용합니다. 우주를 좋아하시는 분들은 NASA가 안정성을 위해 아주 오래된 프로세서를 사용한다는 얘기를 들어보셨을 겁니다. 항공분야도 마찬가지 입니다. '안정성'을 이유로 다른 산업 분야에 비해 보수적인 것이 사실 입니다.

 

문제는 안전을 위한 특성인 그 보수성이 되려 항공 안전에 위협 요소가 될 수 있을 정도로 항공교통량이 증가하고 전세계가 변화하고 있다는 것입니다.

 

항공 수요가 증가하여 언젠가 기존의 VOR/DME, ILS와 VHF/HF 아날로그 통신으로는 전세계의 항공안전을 보장할 수 없다는 것을 미리 알아챈 시점은 1980년대 입니다. UN 산하 국제 민간 항공기구인 ICAO의 회원국들은 그떄부터 이러한 문제를 해결하기 위해 머리를 맞대던 도중 인공위성과 컴퓨터, 무선 통신의 발달에 주목합니다. 이때 나온 개념이 CNS/ATM의 전신이라고 할 수 있는 FANS 라고 할 수 있습니다. ICAO는 이 FANS(Future-Air-Navigation System)를 위한 특별위원회를 1983년 설치하였고 이후 90년대 FANS에 대한 구체화를 시켜 CNS/ATM 이라는 개념을 도입시킵니다.

 

CNS/ATM, 약어 자체는 단순합니다.

 

Communications

Navigation

Surveillance

Air Traffic Management

 

이것의 약자 입니다.

위성기반항행시스템이라고 하는데 더 쉽게 말하자면 위성과 컴퓨터 데이터 통신을 통한 1. 통신 2. 항법 3. 감시 4. 항공교통관제를 뜻합니다. 이것에 대한 모든 것을 한번에 설명하려면 많이 길어지기 때문에 오늘은 통신 이야기만 하도록 할게요.

 

먼저 기존의 교신 시스템은 어떻게 이루어지는지 굳이 설명안해도 다 아실거지만, 그래도 간단하게 요약 정리해 볼게요. 30MHz~300MHz 대역의 VHF 주파수와 3MHz~30MHz 대역의 HF 주파수를 이용합니다. 일반적으로 인천컨트롤, 도쿄컨트롤, 서울 어프로치 등 여러분들이 굉장히 익히 들으신 각종 관제소와 항공기간의 통신을 할떄 VHF와 HF 주파수를 사용하며 항공기와 항공기 운용회사와 교신을 할때도 이때의 대역의 주파수를 사용합니다. 여러분들이 아시는 바와 같이 주로 음성을 통해 이루어지는데 디지털 신호로 변환하지 않고 바로 전환하는, 아날로그 방식을 사용합니다. 디지털 신호를 이용하지 않기 때문에 잡음도 많이 끼고 또 일정거리 이상 벗어나거나 지형 지물로 인해 영향을 받게 되면 거의 통신이 안되는 경우가 발생합니다. 제주 공항이나 대양주에서 많이 발생하는데 그것 때문에 관제기관과 가까이 있는 항공기가 멀리 있는 항공기와 관제소간의 통신을 중간에서 연결해주는 웃지못할 일도 발생합니다.

그래서 일부 구간이나 항공사와 항공기끼리 음성 통신은 잡음도 끼고 기록도 어려우니까 문자로 통신을 시작합니다. 그게 바로 ACARS 이지요.  1978년 ARINC에서 최초로 서비스 되었습니다. 아마 CDU MENU에서 모드 선택하는 것을 보면 ACARS 가 있을텐데 바로 그것이지요. 911 테러가 일어났을때도 많은 상업 항공사들은 ACARS를 이용해 이러한 사실을 통보했습니다.

  

영화 해피플라이트에서도 ACARS 를 이용해 운항관리사가 조종사한테 루트를 보내는 장면이 있는데 참고하시면 좋을듯 합니다. 아래 사진을 참고해주세요. 이런것들은 모두 데이터를 기반으로 이루어 집니다.

모든 상업용 항공사가 모두 이것을 보유하고 잇는 것은 아니고 일부 메이져 항공사에서 많이 사용하고 있습니다. 위와 같이 프린트 하기도 하고 CDU에서 문자로 받기도 해요. 보통 HF 주파수를 많이 사용합니다만 점차 인공위성으로 대체되는 추세입니다. AFTN 이라고 해서 공항간의 통신망도 이에 맞추어 진보하기 시작했습니다.

 

ARINC사의 ACARS는 처음에는 OOOI라고 하여 출발/푸쉬백 등 단순한 두~세자 이내의 메세지만 보낼 수 있었는데 기술의 발전으로 그뿐만아니라 자유로운 문자, 가령 위와 같이 테러 상황이나 기상상황 역시 보낼 수 있게 됩니다.

 

이후 ACARS 기술을 위한 데이터 링크 기술이 ICAO에 의해서 표준화 되면서 점점 진보되고 시작합니다. 그 단계에 따라 VDL(VHF Data Link System), HFCD(HF Data Link System) MODE1, MODE2 순으로 점점 진화하며 발달하게 됩니다. VDL과 HFDL을 이용한 관세사나 컴퍼니와의 교신은 점차 복잡화 됩니다. 하지만 즉각즉각 이루어 져야 하는 회피기동 지시나, 레이더 벡터 이륙 허가등은 아직까지 ACARS로 이루어지고 있으며 이들과 관련한 교신은 아직까지 시범단계 입니다.

 

앞으로 기술이 발달함에 따라 어떻게 될지는 지켜 볼 일이지요. 이렇게 관제사와 조종사간의 데이터링크를 이용한 교신을 CPDLC 라고 합니다. 기존에 항공사와 관제사, 항공기간의 매우 단순한 교신만 이루어졌는데 이렇게 기초적인 데이터 링크 교환을 VDL Mode 1 이라고 하지요. 이때 자세한 내용의 교신은 불가능하기 때문에 CPDLC의 사용이 어려웠지만 이후 더 빠르고 많은 양의 교신이 가능한 VDL Mode 2 가 등장하면서 가능케 됩니다.

이에 발 맞추어 이와 관련한 장치들이 '법제화' 되기 시작합니다. 현재 19개 국가에서 FL245 이상을 비행하는 모든 데이터 링크 시스템을 이용하는 항공기는 일정 주파수 이상의 간격을 갖추어야 한다거나 하는 규칙이 생겨납니다. 특히 유럽에서는 2014년 이후 출고하는 일정 규모 이상의 항공기의 경우 위와같은 장치의 탑재를 의무화 하는 것을 추진하고 있습니다.

 

국내의 경우 어떠할까요?

먼저 순항중인 항공기에 대해서는 CPDLC를 통한 교신이 거의 없다시피하지만 지상에서 이루어지는 딜리버리에서의 비행허가 발부 및 ATIS 의 경우 일부 공항에서 문자로 이루어지고 있습니다. 딜리버리에서의 내용은 관제 내용이 많아서 불편하다는거 밧심 하신 분들도 직접 느끼셨을테지요. 이런 것들이 음성이 아닌 문자로 제공되는 것입니다. 이와같이 클리어렌스 딜리버리에서 항공기간의 교신이 데이터 기반의 문자로 이루어질 경우를 PDC 라고 합니다. 아래는 PDC를 이용해 받은 클리어렌스 입니다.

ATIS의 경우도 비슷한 원리로 제공될 수 있는데 이를 D-ATIS 라고 합니다. D-ATIS와 PDC를 운영하고 있는 공항은 김포/인천/김해/광주/울산/제주/대구 등이 있으며 일부 공항의 경우 둘 중 하나만 운영하기도 합니다.

 

아래는 D-ATIS를 이용해 받은 공항 정보 입니다.

 

위에서 언급한것처럼 현재까지 VDL Mode 2 까지 왔는데 현재 개발/시범운용중인 것이 VDL Mode 3 입니다. VDL Mode 3는 음성파일 까지 전송할 수 있을 정도로 강력해졌습니다. 쉽게 말해서 텍스트 파일만 전송할 수 있게되었는데 mp3 파일도 보낼 수 있게 된 것이지요. 이렇게 되면 텍스트 교신도 빨리 할 수 있을 뿐만 아니라 시간이 생명인 레이더 벡터라던지, 트래픽 간의 충돌 가능성에 관한 정보라던지-를 노이즈도 많이 줄어들고 빠르게 전달할 수 있게 됩니다.

 

VDL Mode 4의 경우 아직까지 정의만 내려졌습니다. 지상과 항공기 뿐만 아니라 항공기와 항공기간의 데이터 통신을 가능하게 하는 것이지요.  이것이 이루어지면 비행기에 문제가 발생했을시 동일 기종을 운항하며 같은 섹터에 있는 항공기 끼리 서로 대처 방안이라던지-를 공유하는 모습도 보게 될 것입니다.

 

잠깐, 뭔가 빠진것 같다구요?

 

제대로 보셨습니다. HFDL에 관한 내용은 빠져있지요. 사실 HFDL은 점차 그 존재감이 희박해지는 듯 합니다. HF는 파장이 기니까 대륙간, 대양간 장거리 통신에 사용되는데 그 역할을 인공위성을 이용한 통신, SATCOM 이 해주고 있으니까요. 하지만 아직도 SATCOM의 백업용으로 사용되고 있답니다.

 

지금까지 미래의 항행시스템, 그 중 Communications 부분을 살펴보았습니다.

다음에는 Navigaion 부분에 대해 알아보도록 하겠습니다.