항행안전시설

왜 배우는가: 항행안전시설은 조종사가 이륙부터 착륙까지 항공기 위치와 활주로 진입 경로를 확인하는 수단이므로, 공항 설계와 운항 안전의 기반이 된다. 기능별 분류와 기준 체계는 공항계획 및 시설 문제에서 반복해서 묻는 주제다.

출제 이력: 제139회 3교시 3번, 제123회 3교시 6번, 제114회 4교시 5번

1. 한 줄 정의와 핵심 키워드

항행안전시설(NAVAID)은 전파·불빛·형상·음성 정보를 이용해 항공기의 이륙·항행·착륙을 보조하는 지상 설비의 총칭이다.

• 항행안전무선시설: 전파를 이용해 방위·활공·거리 정보를 제공하는 시설
• 항공등화시설: 활주로와 진입 경로에 설치된 등화 시설
• 항공관제통신시설: 조종사와 관제사 사이 음성 통신을 담당하는 시설
• 계기착륙장치(ILS): 방위각과 활공각 전파로 정밀 접근 경로를 안내하는 장치
• 시계 외 항법(NAVAID 보조): 장비 고장이나 기상 조건에 대비한 보조 수단
• 부러지기 쉬운 구조: 항행안전시설 지주가 충돌 시 항공기 피해를 줄이도록 설계된 구조
• 공항시설법 제24조: 항행안전시설의 설치기준을 정한 근거 조문
• CNS/ATM: 통신·항법·감시·항공교통관리를 통합한 차세대 체계

2. 개념 풀이

쉽게 말하면 항행안전시설은 조종사가 "어디에 있는지, 어느 방향으로 어느 각도로 내려가야 하는지"를 알려 주는 공항의 눈과 귀다. 구름이나 야간에도 활주로를 찾게 하는 것이 목적이다.

정식 정의는 전파·불빛·색·형상·음성을 이용하여 항공기의 항행을 보조하기 위하여 설치된 지상 또는 공항 내 시설이다. 「공항시설법」 제2조제7호는 항행안전시설을 공항시설의 기본시설로 분류하고, 같은 법 시행령 제3조는 이를 기본시설 중 하나로 정한다.

항행안전무선시설은 지상 안테나로 전파를 보내 항공기에 위치와 경로 정보를 주는 시설이다. 방위각시설, 활공각시설, 거리측정장치, 전방향표지시설, 레이더가 여기에 속한다. 전파는 직진성이 있어 원거리·산악 지역에서 탐지가 제한된다는 한계가 있다.

항공등화시설은 활주로와 그 주변에 설치된 빛을 내는 시설이다. 진입등, 진입각지시등, 활주로등, 활주로 시작 표시등이 대표적이다. 조종사가 시각으로 활주로를 확인하도록 돕는다.

항공관제통신시설은 항공기가 이륙·운항·착륙할 때 조종사와 관제탑이 음성으로 정보를 주고받는 시설이다. 관제 업무의 실행 수단이다.

핵심은 이 세 가지가 서로 다른 정보 매체를 쓰면서 함께 작동한다는 점이다. 전파는 경로를, 등화는 시각 확인을, 음성은 지시와 확인을 담당한다.

3. 등장 배경과 필요성

항공기 운항 초기에는 조종사가 시각 비행에 의존했다. 1927년 무렵 장파를 이용한 항공기 무선통신이 시작되었고, 1937년 미국 LA공항에 NDB가 설치되면서 전파 기반 항법이 본격화되었다. 2차 세계대전 중 개발된 레이더 등 전자·통신 기술이 민간 항공에 적용되면서 항행안전시설 체계가 갖추어졌다.

현재 쓰이는 계기착륙장치와 레이더 등 무선 시설은 1950~60년대에 개발된 것이다. 이 시설들은 전파의 직진성 때문에 통달거리가 제한되고, 주파수가 부족해 용량에 한계가 있다. 또 정밀도가 낮아 최단 항로 제공이 어렵고, 설치와 운영 비용이 크며, 시스템 간 호환성이 부족하다는 문제가 있다.

이 문제를 풀기 위해 ICAO는 1983년 미래항행시스템(FANS) 특별위원회를 구성했다. 이후 위성 기반 통신·항법·감시와 항공교통관리를 통합한 CNS/ATM 개념이 제시되었다. 즉 항행안전시설의 필요성은 공항 수요 증가와 안전·효율 요구에서 나온다.

항행안전시설은 충돌 위험도 함께 갖는다. 등화 지주나 안테나가 활주로 주변에 있으면 항공기 이탈 시 충돌 대상이 된다. 이 때문에 공항시설법 제24조제1항제3호는 활주로 종단안전구역과 연접 구역 안의 항행안전시설 물체를 부러지기 쉬운 재질로 하고 최소 중량과 높이로 설치하도록 정한다. 시행규칙 제16조제3항은 충돌 시 기체 손상을 줄이는 구조이면서 바람과 눈에도 기능을 유지하는 강도를 요구한다.

활주로 종단안전구역 및 연접 구역 내 물체는 부러지기 쉬운 재질·최소 중량·최소 높이

이 법령 요건이 항행안전시설을 공항 계획 단계에서 배치 위치와 구조 형식을 함께 검토해야 하는 이유다.

4. 구성요소·원리·절차

항행안전시설은 전파를 쓰는 항행안전무선시설, 빛과 색·형상을 쓰는 항공등화시설, 음성을 쓰는 항공교통 관제통신시설로 나뉜다. 세 종류는 기능이 다르지만 조종사에게 같은 정보, 곧 방향·거리·고도·활주로 위치를 전달하는 것이 목적이다. 구성요소를 기능별로 정리하면 다음과 같다.

표의 구분은 시설이 제공하는 정보의 형태로 나눈 것이다. 같은 장비라도 용도에 따라 항로·접근·착륙 단계에서 다르게 쓰인다.

항행안전무선시설의 원리는 지상 안테나가 발사한 전파의 방향과 신호 세기를 항공기 수신기가 해석하는 데 있다. 계기착륙시설은 활주로 중심선의 방향을 알려 주는 방위각 전파(국부지향 장치)와 착륙 각도를 알려 주는 활공각 전파를 함께 쓴다. 두 전파가 만드는 공간이 정밀접근 경로가 된다. 활공각은 일반적으로 약 3° 로 설정된다.

거리측정시설은 질문 신호를 보낸 뒤 응답이 돌아오는 시간을 재서 거리를 구한다. 전파 속도를 곱하고 왕복 시간으로 나누는 방식이다. 식은 다음과 같다.

$d = \frac{c \cdot \Delta t}{2}$

여기서 d는 항공기까지의 거리(m), c는 전파 속도(3 \times 10^{8} m/s), \Delta t는 왕복 시간(s)이다.

계산 예제를 본다. 왕복 시간이 100\,\mu s 로 측정되었다면 다음과 같다.

$d = \frac{3 \times 10^{8} \times 100 \times 10^{-6}}{2} = 15{,}000\,m = 15\,km$

결과 15km는 접근 단계의 거리 범위와 맞는다. 값이 상식 범위인지 확인하는 과정이 필요하다.

항공등화시설은 빛의 색과 배열로 활주로의 방향과 경계를 나타낸다. 활주로 시작 표시등과 진입등은 접근하는 조종사가 활주로를 찾는 데 쓰인다.

착륙을 기준으로 한 항행안전시설의 운용 절차는 다음과 같다.

• 항로 단계에서 VOR·DME 등으로 항공기의 대략적인 위치와 경로를 확인한다.
• 접근 단계 초입에서 계기착륙시설의 방위각 전파에 따라 활주로 중심선으로 진입한다.
• 활공각 전파를 따라 강하하면서 DME로 활주로까지 남은 거리를 확인한다.
• 결심고도 부근에서 진입등과 활주로등을 육안으로 확인한다.
• 육안 확인이 어려우면 복행 절차를 수행한다.

이 절차는 항행안전무선시설이 먼저 정확한 경로를 주고, 항공등화가 마지막 육안 확인을 맡는 구조다.

도식은 접근 과정에서 항행안전무선시설과 항공등화가 맡는 역할이 어떻게 이어지는지 보여준다. 되돌아가는 화살표는 복행을 뜻한다.

5. 관련 법령·기준·표준

항행안전시설의 설치 기준은 「공항시설법」과 하위 규칙에 있다. 「공항시설법」 제2조제7호는 공항시설에 항공기의 이륙·착륙 및 항행을 위한 시설을 포함한다고 정의한다. 「공항시설법 시행령」 제3조제1호다목은 항행안전시설을 공항의 기본시설로 규정한다. 항행안전시설은 공항의 필수 시설이라는 뜻이다.

설치 기준의 핵심은 「공항시설법」 제24조다. 제1항제3호는 활주로 종단안전구역 및 연접 구역 안에 있는 항행안전시설 등의 물체를 부러지기 쉬운 재질로 하고 최소 중량 및 높이로 설치하도록 정한다. 제2항은 시설설치기준을 신설·변경·해석할 때 「국제민간항공협약」과 부속서의 기준에 부합하도록 한다. 이 조항은 국내 기준을 국제 기준과 맞추는 근거다.

「공항시설법 시행규칙」 제16조는 구체적 요건을 정한다. 제1항은 활주로 종단안전구역이 항공기 피해를 줄이기에 충분한 길이와 폭을 갖추고, 평탄하며 장애물이 없어야 한다고 정한다. 제2항은 착륙대와 개방구역을 이 구역에 포함한다. 제3항은 항행안전시설 등의 물체가 충돌 시 기체에 손상을 주지 않도록 쉽게 부러지거나 구부러지는 구조 또는 재질이어야 하고, 바람이나 눈 등에 쓰러지거나 변형되지 않고 기능을 유지할 강도를 가져야 한다고 정한다. 세부 기준은 국토교통부장관이 고시한다(제4항).