계기비행

항공기에서 사용되는 계기에 대한 내용은 항공 계기 문서 참고하십시오.

1. 계기 비행2. 지상 이동 (Taxiing)3. 이륙 (Take-off)4. 출발 (Departure)5. 순항 (Enroute)6. 도착 (Arrival)7. 접근 (Approach)8. 실패 접근 (Missed Approach)9. 홀드 (Holds)

1. 계기 비행

계기 비행(Instrument Flight Rules), IFR)은 항공기의 비행 규칙 중의 하나이다. 계기 비행이란 시계비행과 달리 항공기의 조종사가 육안으로 지형지물을 참조할 수 없는 상황[1]이나 기상 상태(Instrument Meteological Condition, IMC)[2]에서 항공기 내부의 계기를 참조하여 비행하는 방식이다. 이 때 관제사에게 비행중 장애물 회피 및 주변 항공기와의 안전거리 유지에 대한 책임이 있다.

계기 비행 방식은 기상 측면에서 상대적으로 악조건 하에서도 비행을 가능하게 해주지만, 모든 기상 조건에서의 비행을 가능하게 하는 만능 비행 방식이 아니다. 계기 비행 방식으로 비행하는 중에도 이륙과 착륙시에는 조종사가 직접 외부를 보며 이륙 및 착륙에 사용되는 활주로를 육안으로 식별 가능한지 확인하는 절차를 거치게 된다. 즉, 계기 비행 방식에도 활주로를 식별 가능한 최소한의 기상 요구 조건이 존재하는 것이다. 또한 태풍과 같이 폭우와 강풍을 동반하는 극한의 기상 상황에서는 조종사가 계기 비행 자격을 가지고 있다고 해도 비행을 하는 것 자체가 위험할 수 있다. 때문에 조종사가 계기 비행 자격을 가지고 있는지와 상관없이 기상 상황과 예보를 확인하고 비행에 위험을 줄 수 있는 요인들을 고려해 적합한 비행 규칙을 선택하고 출발 여부를 결정하는 것이 중요하다.

계기 비행 방식에서 가장 핵심이 되는 개념은 충돌 회피(Collision Avidance)이다. 시계 비행이 가능한 상황 하에서는 항공기의 조종사가 직접 장애물(지형 또는 다른 항공기)을 육안으로 확인하고 회피할 수 있지만 계기 비행만 가능한 상황에서는 그럴 수 없다. 때문에 지역 항공 당국[3]에서는 확보된 지형 데이터를 토대로 각 비행 단계별로 항공기가 지형에 충돌하지 않고 효율적이고 안전하게 운항할 수 있는 경로를 차트로 만들어 공시한다. 또한 관제 기관은 레이더 유도(Vectoring) 등 가용한 수단들을 이용해 항공기와 다른 항공기와의 안전 거리를 유지한다.

비행기가 출발지 공항에서 출발하여 목적지 공항까지 계기 비행 방식으로 비행하는 경우, 일반적으로 아래의 단계별로 절차를 수행하게 된다.

2. 지상 이동 (Taxiing)

항공기의 탑승구를 닫고 출발 준비가 완료된 항공기는 이륙을 위해 지상 이동을 하게 된다. 이 단계에서 조종사는 계기보다는 육안을 이용해 활주로까지 이동하게 되는데, 한 치 앞도 보이지 않을 정도로 시정[4]이 불량한 상황(안개 등)에서는 다른 항공기, 지상 조업 차량, 사람 등을 피해 안전하게 이동을 하기 어렵다. 때문에 각 공항에서는 지상 이동에 요구되는 최저 시정을 공시하여 일정 기준 미만에서는 지상 이동을 금지하거나 도움(조명 또는 Follow Me Car[5] 등)을 받아 이동을 하도록 하고 있다.

3. 이륙 (Take-off)

출발을 위해 활주로에 정렬한 항공기는 관제탑으로부터 이륙 허가를 받은 이후, 출력을 높이고 활주를 시작하게 된다. 계기 비행 규칙에서 이륙을 위해서는 공시된 최저 이륙 시정 이상에서만 이륙이 가능하다.[6] 최저 이륙 시정은 다음과 같은 우선순위로 평가된다.

기계가 측정한 활주로 가시 범위 (Runway Visual Range)
관제탑에서 보고한 지상 시정 (Tower Visibility)
조종사가 측정한 지상 시정 (Ground Visibility)

4. 출발 (Departure)

이륙 직후 항공기는 공항 관제탑에서 출발 관제소로 관제를 이양받는다. 출발 절차는 지역 항공 당국에서 발행한 표준 계기 출발 절차(Standart Instrument Departures, SID)를 따르거나, 또는 출발 관제소의 유도를 받아 순항경로로 진입한다. 이 때부터 항공기는 각종 항행 장비(Navigational Aid)[7]를 이용해 경로를 설정하고 관제소의 허가를 받아 순항 고도까지 상승한다.

5. 순항 (Enroute)

순항 고도에 접어들면서 항공기는 지역 관제소로 관제를 이양받는다. 국제선 항공기의 경우 약 35,000 ft[8] 의 고고도로 순항하게 되는데 이 고도는 에베레스트보다 높아서 사실상 지형보다는 다른 항공기와의 충돌 방지를 위해 지역 관제소의 도움을 받아 안전 거리를 유지하게 된다.

6. 도착 (Arrival)

목적지 공항 인근에 다다른 항공기는 이제 착륙을 위해 강하하게 되는데 접근 관제소에서 이 과정을 안내한다. 출발 절차와 마찬가지로 항공기는 지역 항공 당국에서 발행한 표준 계기 도착 절차(STandard instrument ARrivals, STAR)를 따르거나, 또는 접근 관제소의 유도를 받아 목적지 공항에 접근하게 된다.

7. 접근 (Approach)

착륙까지 얼마 남지 않은 항공기는 착륙 준비를 하고 최종 접근을 시작하게 된다. 이 구간은 조종사의 업무 부하량(Workload)이 가장 높은 구간으로, 이는 앞이 보이지 않는 상황에서 지면과 근접한 상태로 지역 항공 당국에서 발행한 접근 절차(Instrument Approach Procedure, IAP)를 참조하면서 계획된 경로를 따라 착륙 대상인 활주로를 향해 강하하는건 높은 집중력이 필요하기 때문이다. 계기 접근에는 아래와 같은 3가지 방식이 사용된다.

정밀 계기 접근(Precision Instrument Approach)

수평 유도(Lateral Guidance)[9]와 수직 유도(Vertical Guidance)[10] 가 모두 제공되는 가장 정밀한 접근 방식이다.
사용되는 장비로는 대표적으로 계기착륙장치(ILS)[11]가 있다.

APV(Approach Procedure with Vertial Guidance)

수평 유도(Lateral Guidance) 와 수직 유도(Vertical Guidance)가 모두 제공되지만 정밀 계기 접근방식보다는 정밀도가 떨어져[12] 별도로 분리된 접근 방식이다.
GPS가 항법 분야에 널리 사용되게 되면서 만들어진 접근 방식이다
대표적으로 RNAV LPV 또는 RNAV LNAV/VNAV 가 있다.

비정밀 계기 접근(Non-Precision Instrument Approach)

수평 유도(Lateral Guidance)만 제공되는 접근 방식이다.
VOR 또는 NDB가 주로 사용되며 종종 DME와 결합되기도 한다. GPS를 이용하기도 한다.

이러한 접근법을 가지고 접근 관제소와 긴밀하게 관제하며 마침내 바퀴를 내리고 목표물인 활주로에 사뿐히 앉게 된다.

8. 실패 접근 (Missed Approach)

접근 절차를 따라 공항까지 접근한 항공기는 고도를 낮추면서 활주로가 식별되는지 조종사의 육안으로 확인하게 된다. 그러나 악기상으로 인해 활주로 식별이 불가능할 경우 항공기는 반드시 실패 접근 절차를 시작해야 한다. 실패 접근 절차는 계기 접근 절차에 명시되어 있다. 활주로 식별을 시도할 수 있는 최저 고도 또한 계기 접근 절차에 명시되어 있다. 상술한 접근 방식에 따라 각 최저 고도를 부르는 명칭이 다르다.

결심 고도(Decision Altitude/Height, DA/H)

정밀 접근 및 APV에서 적용되는 최저 고도이다.
해당 고도 도달시 활주로가 식별되지 않으면 즉시 실패 접근 절차가 시작되어야 한다.

최저 강하 고도 (Minumum Descent Alitude)

비정밀 접근에서 적용되는 최저 고도이다.
해당 고도 도달시 활주로가 식별되지 않으면 항공기는 실패 접근 지점(Missed Approach Point, MAP)까지 고도를 유지할 수 있다. 다만, 해당 지점까지 활주로가 식별되지 않으면 즉시 실패 접근 절차가 시작되어야 한다.

실패 접근 절차를 시작한 항공기는 지표면과 매우 가까운 상황이므로 충돌 방지를 위해 가능한 빠르게 고도를 높이고 주변 지형과 안전 거리를 유지해야 한다. 이후에는 관제기관의 관제를 받아 접근 절차를 재시도하거나 대체 공항으로 회항을 고려할 수 있다.

조종사들은 성공적인 착륙이 아니라, 실패 접근을 전제로 접근 절차를 시작한다. 성공적인 착륙을 전제로 접근을 하게 되면 악기상에도 착륙을 성공시키기 위해 무리한 시도[13]를 할 가능성이 있기 때문이다. 이 때문에 발생한 수많은 사고들이 실패 접근 절차의 중요성을 반증한다.

9. 홀드 (Holds)

비행기는 비행 중에 정지를 할 수 없다. 대신 선회는 가능하다. 계기 비행에서 홀드란 항공기가 특정 지점을 기준으로 선회를 하며 관제기관의 허가를 기다리는 것을 의미한다. 하지만 조종사에 의해서도 홀드가 요청될 수 있다. 관제 기관이 홀드를 지시하거나, 조종사가 홀드를 요청하는 가장 큰 이유는 '시간을 벌기 위함'이다. 특정 지점 주변의 기상이 악화되어 개선을 기다리거나 항공 교통량이 많아 정리가 필요할 경우에 주로 홀드가 이루어지게 된다.

[1] 250노트를 초과하는 속도로 비행 중 이거나, 20000ft 이상의 고고도에서의 비행 또는 바다 위를 비행할 경우가 해당한다. [2] 시계 비행 기상 조건(Visual Meteological Condition, VMC) 이하의 상대적으로 "나쁜" 날씨 [3] 대한민국은 국토교통부, 미국은 연방항공청 등 [4] 지표면에서 정상적인 시각을 가진 사람이 목표를 식별할 수 있는 최대 거리 [5] 항공기 이동 구역 내에서 사용되는 차량으로 시인성이 높은 색상으로 도색되고 차량 지붕에 전광판을 달아 항공기 선두에서 이동 경로를 유도 하는 차량이다 [6] 이 때 운고는 이륙 가능 여부 판단 조건이 아니다. [7] 항공기의 항행을 돕는 장비로 VOR, NDB, GPS 등을 말한다. [8] 미터 단위로 환산 시 10668m, 그러니까 대략 지표면에서 10.7km 정도 위에 있는 것이다. [9] 방위 측면에서 항공기의 경로가 올바른 접근 경로와 좌우로 얼마나 차이가 나는지 안내 [10] 고도 측면에서 항공기의 경로가 올바른 접근 경로와 상하로 얼마나 차이가 나는지 안내 [11] 로컬라이저(Localizer)와 글라이드슬로프(Glide Slopre)가 모두 사용 가능해야 한다. 글라이드슬로프가 가용하지 않을 경우는 비정밀 접근이 된다. [12] ICAO Annex 10에 규정된 조건을 충족하지 못한다. [13] 대표적으로 활주로가 식별되지 않은 상황에서 결심 고도 또는 최저 강하 고도 이하로 하강이 있다.