*항행 안전시설, 공항설비공사 동향*

지난 15일 급작스럽게 발생한 중국 국제항공공사 소속 보잉 767 여객기 추락사고는 많은 사람들에게 충격을 안겨줬다. 사고원인이 기상악화에 따른 조종사의 운항미숙으로 추정되고 있는 가운데 이번 참사를 항공기 사고 재발방지의 계기로 삼자는 목소리가 커지고 있다. 아울러 관제시스템을 비롯, 공항에 설치· 운용되는 정보통신설비에 대한 관련 업계의 관심도 높아지고 있다.
이와 관련 본지에서는 공항의 통신 및 관제시스템 등 항행 안전 체계와 여기에 수반되는 공항 설비공사의 동향에 대해 살펴보는 자리를 마련했다.

*항행 안전 시설 및 관련공사의 구성

항공기 운행에 필요한 안전시설은 크게 △계기착륙시설 △무선표지시설 △레이더 시설 △항공등화시설 △항공통신시설 등으로 대별된다. 이와 관련 현행 정보통신공사업법에서는 정보설비 공사 중 항공·항만 통신설비 공사를 정보통신공사의 범위에 포함시키고 있다.
대표적인 항공·항만 통신설비 공사로는 NDB(무지향표식) 및 VOR(전방향표식) 설비, DME(거리측정) 및 ILS(계기착륙) 설비를 설치하는 공사를 들 수 있다. 또한 로란 및 레이다(ASDE·ASR·MSR)설비, TACAN(전술항행)설비 등의 공사도 해당 공사의 범위에 포함된다.

*계기착륙시설(ILS)

□ 개 요 = 1940년대 초까지만 해도 조종사들은 지상을 볼 수 없는 기상상태에서의 비행은 불가능한 것으로 인식하고 있었다. 그러나 과학기술의 발달에 따라 미국에서 지난 42년 현대적인 계기착륙시설이 개발되기 시작해 47년 국제민간항공기구(ICAO)에서 착륙용 표준시설로서 ILS(Instrument Landing System)방식을 채택했다.
계기착륙시설(ILS)은 비행장에 진입하고 착륙하는 항공기에 대해 전파로 항공기의 강하경로 정보(수평과 수직정보)를 제공해 주고 특정한 지점에서 착륙점까지의 거리를 알려주는 역할을 한다. 특히 ILS는 구름이 낮게 깔리고 앞이 잘 보이지 않는 기상상태에서 유용하게 이용된다.

□ ILS의 구성 = ILS는 일반적으로 △방위각 장비(Localizer) △활공각 장비(Glide Path) △마커비콘(Marker Beacon) 등으로 구성된다. 여기서 방위각 장비는 활주로 중심선의 지시정보를 제공하고 활공각 장비는 통상 3도의 착륙 활공각 정보를 제공한다. 또 마커비콘은 위치정보를 제공하는 역할을 한다.
완벽한 계기착륙을 위해 ILS설치시 DME, VOR, NDB등의 무선시설 장비를 함께 설치함으로써 항공기의 정밀착륙을 유도한다.

□ ILS의 설치조건 = ILS는 전파를 이용하는 시설이므로 정확한 유도정보 제공의 능력은 전적으로 전파의 신뢰성에 달려있다. 고르지 못한 지형, 고층건물, 밀집된 수목, 이동하는 항공기와 차량 등은 전파의 신뢰성을 떨어뜨리는 장애요인이 되며 이는 ILS의 설치 및 운영시 가장 큰 제한요인이 되고 있다.
특히 3도의 활공각 정보를 제공하는 활공각 장비(Glide Path)의 설치기준은 매우 까다로워 착륙시 최소안전고도를 충분히 고려해 진입구역내 장애물 제한고도를 반드시 지켜야 한다.
김해국제공항의 경우 북쪽 활주로의 중심 연장선 9Km지점에 높이630m의 신어산이 제한고도와 활공각 3도를 초과하고 있다. 이에 따라 정상적인 계기착륙접근절차가 이뤄지려면 산의 절반이 넘는 320m이상을 깎아내야 하는 문제가 발생한다. 하지만 이는 천문학적 공사비와 자연환경, 문화유적 등의 훼손이라는 더 큰 손실을 초래하기 때문에 계기착륙시설의 설치가 불가능한 상황이다. 또한 속초공항이나 목포공항은 이러한 설치기준에 현 공항이 적합치 못해 설치기준을 충족하는 인근지역인 무안에 대체 신공항을 건설 중에 있다.

□ 향후전망 = 계기착륙시설은 탁월한 편리성에도 불구하고 지형, 지리적 제한에 따른 한계점이 드러남에 따라, 인공위성을 이용한 항행시스템에 대한 연구가 시작됐다. 지난 83년 국제민간항공기구(ICAO)에서 FANS(Future Air Navigation System- 미래항행시스템) 특별위원회를 구성하면서 위성을 이용한 항행시스템에 대해 본격적인 연구 및 개발이 진행되기 시작했고 91년 제10차 항공항행회의에 이르러 ICAO 조약국가들은 FANS 개념을 21세기 표준항행시스템으로 채택하기로 결의했다. 현재 FANS는 'CNS/ATM(통신, 항법, 감시/항공교통관리)란 용어로 통일됐다.
우리나라도 이런 국제적 추세에 부응하고 증가하는 항공교통량을 원활하게 처리하기 위해 지난 97년 12월 위성항법시스템의 연구개발에 착수했다. 99년에는 지상시스템 시제품을 개발해 차량으로 정밀성 및 항법시스템으로의 가능성을 시험했으며 2000년에는 비행점검기를 이용해 울산공항에서 시험용 비행을 실시했다.

*무선표지시설(VOR·DME·NDB)

□ 개 요 = 무선표지시설은 일반적으로 VOR·DME·NDB 등으로 이뤄진다. 초음파 전방향식 무선표지를 의미하는 VOR(Very high frequency Omni directional Range)은 108∼118MHz대의 주파수를 사용해 360˚ 전 방향의 항로를 선정할 수 있는 무선 표지(radio beacon)를 말한다. ICAO는 1960년대부터 단거리용 국제표준항행 원조시설로 VOR을 채용해 NDB와 함께 항행을 위한 주 표지국으로 이용하고 있다.
DME(Distance Measuring Equipment)는 전파가 항공기의 레이더와 응답 신호를 발생하는 지상의 레이컨(racon) 사이를 왕복하는 데 걸리는 시간을 측정해 지상의 특정지점까지의 거리를 측정하는 장치다.
NDB(Non-Directional radio Beacon)는 중·장파대(160∼526.5kHz)의 무지향성 전파를 전 방향으로 발사해 항공기의 항행을 안내하는 시설이다. 항공기상의 자동 방향 탐지기(ADF)를 사용해 무지향성 무선 표지(NDB)의 주파수에 맞춰 동조시켜서 표지 신호를 확인, 지침이 표시하는 방향을 비행하면 그 NDB를 향해서 비행할 수 있게 된다.

□ VOR의 동작원리 및 기술기준 = VOR은 통상 CVOR(Conventional VOR)과 DVOR(Doppler VOR)로 구분된다. 차이점은 전파의 변조방식에 있다. CVOR의 경우 기준위상은 FM변조, 가변위상은 AM변조로 이뤄지는데 반해 반해 DVOR은 기준위상은 AM변조, 가변위상은 FM변조로 이뤄진다. 근래에는 방위오차를 줄이기 위해서 CVOR보다는 DVOR을 선호하는 추세다.
DVOR의 동작은 기준위상 및 가변위상이라고 부르는 반송파에 변조된 2개의 30Hz 신호간의 위상차이에 근거를 둔다. 기준위상신호는 30Hz 정현파 신호로 진폭변조된 반송파에 의해 얻어진다. 진폭이 변조된 신호는 중앙의 반송파 안테나에서 수평면으로 전 방향에 복사된다. 복사패턴은 원형이며 방위각의 독자적인 위상으로 30Hz 신호를 항공기수신기에 만들어 준다.
항공기의 수신기에서 30Hz 신호는 9960Hz FM부 반송파로부터 추출된다. 이 두 번째 30Hz 신호의 위상은 수신지점 방위의 변경에 따라 직선으로 변하는데 매 각도마다의 방위변경에 따라 30Hz 가변위상신호의 위상이 1°씩 변경된다.

□ DME의 동작원리 및 기술기준 = DME 시스템은 지상 장비인 트랜스폰더와 비행기내에 장착된 인터로게이터(신호 호출기)로 구성된다. 인터로게이터가 지상장비에 신호를 보내면 DME는 질문 펄스(pulse)를 분석한다. 만약 신호들이 유효하면 다른 주파수로 응답 신호를 송신한다. 인터로게이터는 신호의 왕복시간을 측정하고 이 시간을 거리로 환산해 표시한다.
DME는 해당장치가 구비된 지상시설의 기준점으로부터 항공기까지의 경사거리(Slant Range)를 조종석 내에 지속적으로 정확하게 나타내야 한다.

*레이더 시설

□ 개 요 = 레이더(RADAR - Radio Detection And Ranging)는 2차세계대전 중에 개발된 시스템으로 항공교통관제 및 항공기 정밀접근을 위한 보조시설로 이용된다. 레이더는 1940년대말 미연방항공청(FAA)에 의해 공항에 설치되기 시작해 현재는 항공교통관제에서 빼어놓을 수 없는 주요장비가 됐다.
레이더의 기본원리는 반사파에 있다, 라디오 에너지(short pulse)가 지향성 안테나에서 발사돼 어느 목표물에 부딪히면 에너지의 일부가 되돌아 나오는 반사파가 생기는데 이때 레이더는 이 반사파를 수신하는 기능을 해 그 목표물에 대한 방위(bearing)를 알려준다. 즉 전파를 목표물에 보내 그 전파 에너지의 반사파를 수신하고 전파의 직진성을 이용해 그 왕복시간과 안테나의 지향특성에 의해 목표물의 방위 및 거리를 측정하는 장비인 것이다.
전파가 지상 안테나에서 전방향으로 발사되고 수신되는 것은 그 소요시간이 거리에 비례하므로 목표물의 방위(bearing)로 위치확인과 동시에 거리도 알 수 있게 되며 이는 거리측정시설(DME)의 원리에도 이용되고 있다. 또 음의 전파와 같이 360도 전방향으로 회전하고 있는 레이더 안테나가 있다면 전파가 도달되는 지역은 그 지역내의 모든 목표물이 레이더 탐지권(Radar Coverage)에 속하게 되는 것이다.

□ 레이더의 종류 = 레이더는 운영상 기본형태인 1차 감시레이더와 2차감시 레이더로 구분된다. 항공교통관제에 이용되는 레이더는 그 업무에 따라 다시 세부적으로 나뉜다.
미연방 항공청(FAA)의 항공체계에 사용되는 레이더는 △ARSR(Air Route Surveillance Radar - 항공로 감시 레이더) △ASR(Airport Surveillance Radar - 공항감시 레이더) △ASDE(Airport Surface Detection Equipment - 공항 지상감시 레이더) △TDWR(Terminal Doppler Weather Radar- 공항 도플러 기상 레이더) △PAR(Precision Approach Radar- 정밀 진입 레이더) 등을 들 수 있다.

*관제통신 시설

□ 개요 = 관제통신 시설은 VHF 및 UHF 주파수 대역을 사용해 항공기 조종사와 지상 관 제사간의 음성통신을 지원하는 시설 일체를 말한다. 기본적으로 항공기와 직접 적인 교신을 가능케하는 관제 송·수신기를 의미하지만 정보통신 기술의 발달로 현재는 관제사가 더욱 편리하게 송·수신기를 사용할 수 있게 지원하는 각종 제어 시스템들을 관제통신시설에 포함시키고 있다.
관제통신시설은 항공기 관제를 위한 가장 기본적인 시설로서 국내 법규 및 국제민간항공기구(ICAO) 에서 기술 및 운영기준을 제시하고 있으며 국내에서도 제규정에 적합하게 시설을 운영하고 있다.

□ 구성 = 관제통신 시설은 비행장관제, 접근관제, 항로관제등 관제의 목적에 따라 시설을 구성할 수 있다. 일반적인 관제통신 시설은 △관제통신 제어장치(VCCS : Voice Communication Control System) △관제송신기(ATC Tx Radio) △관제수신기(ATC Rx Radio) △관제녹음기 및 재생기(Recorder/Reproducer) △공항정보 자동방송 장치 △(ATIS : Automatic Terminal Information Service) △관제용 시계 시스템 △비상용 송수신기 △이동지역 통제용 VHF 송수신기 △무선방향탐지기(RDF) 등으로 이뤄진다.

□ 관제통신 제어장치(VCCS)의 기능 및 구성 = VCCS는 관제탑 및 접근관제소에서 항공기 이착륙을 유도하고 및 항로를 관제하는데 있다. 아울러 외곽에 있는 관제 송수신기의 원격조정, 관제소간의 통신, 유지보수 현장간의 인터폰 기능을 담당하고 ACC 및 외부 관련 기관과의 비행정보 교환 등의 기능을 한다. VCCS는 주장비 및 관제 포지션 장비, 제어장치 등으로 구성된다. 여기에 관제 송수신기, 관제녹음기, 관제용 전용회선 등 부대장비들이 접속돼 있다.

□ 공항정보자동방송장치(ATIS) = ATIS는 항공기에게 자동으로 활주로 정보, 기상정보, NOTAM사항 등 표준화된 각종 표준화된 정보를 제공하는 역할을 한다.
관제탑에는 ATIS정보 입력 단말기가 설치되며 관제통신 장비실에는 음성합성장치가 설치된다. ATIS 단말기는 관제사가 각종 정보를 입력할 수 있는 프로그램을 갖추고 있다. 음성합성장치는 관제사가 입력한 정보를 컴퓨터에 저장돼 있는 음성화일과 비교한 후 조합해 음성신호로 변환한다. 변환된 신호는 VCCS로 보내지고 관제송신시로 전달돼 전파로 항공기에 정보를 제공할 수 있게 해준다.
ATIS정보는 운항개시 시각부터 관제사가 입력한다. 일반적으로 정보입력시간은 기상정보가 업데이트되는 1시간마다 갱신되는데 기상상태가 나쁠 때는 수시로 갱신할 수 있다.

□ 비상용 송·수신기 = 관제 송수신기의 장애시 긴급히 사용할 수 있는 무선장비로서 사용허가된 주파수를 장비 전면에서 직접 선택해 사용할 수 있게 제공된다.
비상용 송수신기는 송수신기 일체형으로 구성돼있으며 형태는 손쉽게 이동할 수 있게 데스크탑 형으로 돼있다. 장비 자체에 부착된 안테나를 사용할 수도 있고 건물외부에 안테나를 설치하여 운영할 수도 있다.

□ 이동지역 통제용 FM송수신기 = FM 송수신기는 항공기 이동지역내를 이동하는 각종 차량을 통제하기 위한 송수신기로서 169.450MHz의 주파수를 사용한다.
FM 송수신기는 1주파 단신방식(1대1교신)으로 되어있으며, FM 변조방식을 사용한다. 장비는 송수신기 일체형으로 데스크 탑형 또는 휴대형으로 운영된다. 데스크 탑형의 경우 외부안테나 또는 장비에 직접 장착한 안테나를 사용할 수 있고, 휴대용은 장비 부착형 안테나를 사용한다.

□ 무선방향탐지차량 = 무선방향 탐지기는 항공교통 관제용 주파수 대역에 혼신을 초래하는 전파를 추적하기 위한 장비로서 전파 발사원의 위치를 확인하는 기능을 한다.
무선방향 탐지기는 전파 수신장비와 안테나 및 이동을 위한 차량으로 구성돼 있다. 안테나는 전파방향을 탐지할 수 있게 몇개의 안테나 배열로 이루어져 있으며, 전파수신장비는 안테나로부터 수신된 전파의 방향 및 수신세기를 표시한다.

<자료제공= 한국공항공사 >