[연재] CNS/ATM의 현재와 미래 - Surveillance 부분

오늘은 CNS/ATM의 현재와 미래, 감시 부분입니다. 당연하게도 1984처럼 콕핏에 몰래 CVR 하고 소형 카메라 달아놓고 Watching You 하는게 아닙니다! 감시라고 해서 뭔가 은밀하고 위대하게(?) 이루어지는 것 같지만 그것도 아닙니다. 그냥 편하게 레이더 생각하시면 됩니다.  관제 레이더 그거 말입니다.

 

 

흠, 그냥 여러가지 점들이 찍혀있는것 외에 별다른 게 생각나지 않는, 더 이상의 역할은 필요없을것 같은 항공 교통 관제 모니터링 시스템에 무슨 진보가 있을 것이며 현재는 어떻게 시스템이 굴러가는 것일까요?

 

이 부분은 관제탑에서 항공기를 어떻게 모니터링하는지와 항공기와 항공기 끼리 어떻게 서로를 모니터링 하는지로 나누어쓸게요. 먼저 관제사가 레이더 스크린을 통해 보는 정보는 아래와 같은 화면을 통해 표시됩니다.  

 

일반적으로 항공기의 위치, 고도 정보, 속도 정보, 장착된 장비(RNP 센서, RNAV 센서 등의 유뮤, 어떤 종류의 트랜스 폰더를 사용하는지)가 표시 됩니다. 이것들은 공항근처에서 사용되는 ASR 레이더(공항감시레이더)와 SSR 레이더(2차공항감시레이더) (주로 공항의 Approach 나 Departure, 타워의 관제 범위에서 사용) 이들이 통합된 형태로 이용되며 En-Route 에서 이용되는 ARSR 레이더로 사용됩니다. 이외에도 여러가지 레이더가 있는데요, 현재 시스템을 대표할 수 있는 레이더가 ASR 레이더와 SSR 레이더라 판단하여 이들이 어떻게 작동하는지에 대해 설명해보도록 할게요. 다른 레이더들과 기본적으로 큰 차이는 없습니다.

 

먼저 ASR 레이더는 1차 감시 레이더로서 항공기의 위치를 잡아냅니다.

아래 사진이 ASR 레이더의 사진입니다. 계속해서 빙글빙글 돌아가면서 항공기의 위치에 대한 정보를 수신합니다.

 

 

그런데 이 레이더의 단점이 하나 있어요. 관제사에게 위치정보는 줄 수 있지만 그 항공기의 콜싸인이 무엇인지, 그 항공기가 무슨 기종인지, 어느 정도이 속도인지 알 수 가 없습니다. 그래서 ASR 레이더를 대신해 항공기에 대한 텍스트로 된 정보를 수신해주는게 있어요. 그게 바로 SSR 레이더 입니다.

 

 

이 SSR 레이더 잡아낸 정보와 ASR 레이더에서 잡아낸 위치를 기반으로 관제사는 관제석에서 관제를 하는것이지요. 그런데 SSR 레이더가 갑자기 항공기 정보를 텍스트로 읽을 수 있는 것은 아닐것입니다. 그래서 관제사에게 정보를 주는 것에 도움을 주는것이 항공기에 장착된 트랜스폰더 입니다. 

일단 현재 가장 많이 사용되는 트랜스 폰더는 모드 C 트랜스 폰더 입니다. 관제탑에서 항공기를 식별하기 위해 사용되는 스쿼크와 함께 100ft 단위로 고도정보를 송신할 수 있습니다. 스쿼크 코드로 사전에 조종사나 항공기 운영 주체가 제출한 비행계획서를 확인하면서 관제사의 지시가 이루어지지요. 모드 A  트랜스 폰더는 단지 스쿽 코드의 발신만 가능합니다.

트랜스폰더는 관제탑에 정보 송신만이 아니라 공중충돌을 예방해주는 TCAS 에서도 사용됩니다.

(TCAS 에 관해서는 여기 를 참고해주세요!)

그런데 요즈음, 이 부분에서 하나의 과제를 해결해야합니다. 뭐 어딜가나 비슷한 클리셰로 전개되는 내용이라 식상하실지도 모릅니다만 항공 교통량의 증가와~ 어쩌구 저쩌구 하는 내용이지요. (관련 보고서 찾아 보시면 아시겠지만 어느 연구기관이던 거의다 서론이 이렇습니다-_-)

그래서 등장한게 무엇이냐, 바로 ADS-B와 ADS-C 라는 시스템입니다. ADS는 Automatic Dependent Surveillance(자동종속감시)의 약자로, -B는 뒤에 Broadcast가, -C는 Contract가 붙습니다. 사실 ADS-B는 많이 들어보셨겠지만 ADS-C는 많이 들어보지 못하셨을 겁니다. 한번 익숙한 ADS-B 부터 들어가보도록 하겠습니다.

*이번 부분은 Communication 부분과 연관이 깊기 때문에 먼저 Communication 부분을 일독해주세요*

Broadcast, 방송하다라는 의미 입니다. 자, 방송을 하는데 무얼 방송하느냐? 

먼저 ADS-B를 활용하지 않았을때 EFIS 에서 TFC Display를 활성화 시켰을때와 ADS-B를 활용했을때 어떻게 표시되는지 두 사진을 통해 한번 비교해보겠습니다.

 

이 둘의 미묘한 차이가 느껴지시나요? 아마 모드C 트랜스폰더를 기반으로한 TCAS가 장착된 ND(혹은 모드 S 트랜스폰더를 사용하더라도 ADS-B의 서비스가 안되는 지역)와는 달리 모드S 트랜스 폰더를 기반으로한 ADS-B의 사용이 가능한 ND에 항공기에 관한 훨씬 더 많은 정보가 포함되어 있으신걸 볼 수 있습니다. 일단 사진상으로는 콜싸인이 더 추가된것 뿐이지만 실제로는 상호간의 위치, 고도는 물론 속도를 비롯한 여러가지 데이터를 인공위성과 함께 모드S 트랜스폰더로 주고 받습니다. 이게 무슨 의미를 가질까요?

과거, 그리고 현재의 많은 케이스의 경우 항공기간의 간격분리는 관제사의 레이더와 지시에 굉장히 많이 의존했습니다. 조종사는 Traffic 과 관련한 정보에 대해서는 알 수 있는 정보가 많이 않으니 당연한 결과 입니다. 그러다보니까 관제사의 업무량은 자연스럽게 많아지고 조종사 역시 트래픽과 관련해서는 받을 수 있는 정보가 제한되어 있기에 트래픽이 많이 몰려있는 지역에서는 신경이 곤두 설 수 밖에 없습니다. TA 경보라도 발령되면 아마 진땀을 흘리게 될겁니다. 그 만큼 일단 가까워진 항공기들은 자동차와 달라서 쉽게 멈출 수도 없고 위험에 처할 가능성이 높아집니다. 

 

이 그림이 뜻하는 바가 무엇일까요? 아마 아시는 분들은 다들 잘 알고계실 B757과 Tu154의 공중추돌 사고 입니다. 이 사고 당시 두 항공기에 TA경보와 RA경보가 울렸고 조종사들은 그걸 인지하고 있었습니다만 TCAS의 지시와 관제사의 지시가 달라서 혼란에 빠지다가 ACAS기동을 제대로 실시하지 못하고 사고가 일어났지요. 이후 TCAS와 관제사의 지시가 어긋날시에는 TCAS의 지시를 우선시해서 ACAS 기동을 실시해야한다고 정해졌습니다만, En-Route에서 TCAS 경보가 울렸다는 상황 자체가 그닥 유쾌한 일은 아닙니다. 

자, 그럼 만약 당시 두 비행기에 ADS-B가 장착되었다고 가정해 봅시다. 역사에 가정은 없다고 하지만, 서로간의 속도와 고도, 대략적인 방향에 대해 먼저 파악하고 서로 회피 방향에 대해 협의한다음 다른 트래픽 때문에 바쁠 관제사가 신경써주기 전에  미리 관제사에게 통보했다면?

역사에 가정은 없다지만 아마 이런 사고가 일어났을 확률을 낮아졌을지 모릅니다. 그렇습니다, 결국 ADS-B로 인해 조종사와 관제사 모두가 어느 정도 부담을 덜게 된 것입니다..

ADS-B 시스템은 2005년, ICAO에서 보급을 위한 관련 기구가 설치된 이후 꾸준히 채용이 늘고 있습니다.

그럼 ADS-C는 무엇일까요? ADS-B는 조종사와 조종사간에 있어서 통신의 편의를 두었다면 ADS-C는 조종사와 관제사간의 편의를 도모한 시스템이라고 할 수 있습니다. (조종사와 관제사간의 편의 증진, 협력 증진...아마 다음에 쓸 ATM 부분에서도 많이 언급될겁니다. 그 만큼 중요한 과제이지요) 

기존의 관제 레이더에서는 항공기의 고도, 콜싸인, 탑재 장비(RNP 센서라던지, OPMA의 유무라던지), 스쿽만 드러납니다. 하지만 점점 관제사가 필요로 하는 정보의 양은 많아지고 있어요. 제가 지난번에 CPDLC와 ACARS에 대해 언급했습니다만 이렇게 CPDLC로 받는 정보에는 한계가 있고(아무래도 결국 운영하는건 사람이니까요) 또 수초간격의 업데이트가 어렵습니다. 그래서 관제사는 IAS와 헤딩, 버티컬 프로파일에 대해 물어보려면 일일히 음성으로 호출해서 받아적어야 했습니다. En-Route 에서야 서로 말 잘 통하면 된다고 칩시다. 그런데 문제는 복잡한 B클래스/C클래스/D클래스 공역입니다. 이 경우 항공기들의 고도도 상대적으로 낮은 게 많고 항공기가 어쩔 수 없이 몰리게 되어있습니다. 이렇게 음성으로 일일히 호출할 수 가 없어요.

그래서 ADS-C가 등장한 것입니다.

 사진의 CDU 에서 보여지는 정보들은 FMC가 ADS-C를 이용했을때 관제사한테 실시간으로 어떤 정보가 전송되는지 모니터링 해주는 화면입니다. 버티컬 프로파일이라던지, 사진에 나와있지는 않지만 실시간으로 항공기 GPS/IRS(INS)의 좌표라던지-가 지속적으로, 자동적으로 시스템에 로그인만 되어 있다면 보내지기 때문에 조종사와 관제사간에 피로는 줄어 들게 되지요.

더 깊게 들어가면 TIS-B, FIS-B 등등 도 있겠지만 저희가 논문을 쓸 것도 아니고, 국책연구를 진행하는 것도 아니기에 여기서 마치겠습니다. 수고하셨습니다.