공중충돌방지장치
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공중충돌방지장치(Traffic Collision Avoidance System, TCAS)는 지상의 항공관제시스템에는 의존하지 않고 항공기의 주위를 감시해, 공중충돌(MAC, Mid Air Collison) 의 우려가 있는 다른 항공기의 존재를 조종사에게 경고하는 항공전자 장비이다. 국제민간항공기구(ICAO)에서 5700kg 이상 또는 객석수 19석 이상의 모든 항공기에 장착하도록 의무화 하고 있다. 공중충돌방지장치는 항공기충돌방지장치의 하나이다. 현대의 글래스칵핏(Glass Cockpit)에서는 항법 전시기가 TCAS 전시기에 통합되고 있다. 낡은 글래스칵핏(Glass Cockpit)이나 기계식 계기을 장착하고 있는 항공기에서는 기계식 수직속도계(강하·상승의 속도가 표시)가 TCAS 전시기로 변경되고 있다。
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[편집] 역사
1950년 이래, 충돌 방지 장치에 대한 연구가 진행되어 왔지만, 미연방항공국(FAA) 등의 당국이 움직이기 시작한 것은, 다음과 같이 다수의 인명이 없어진 비극적인 공중 충돌이 일어나고 나서이다.
- 1956년 미국 그랜드캐년(Grand Canyon) 공중충돌. (en)
- 1970년 처음 소개 (FAA 보류)
- 1976년 유고 자그레브로(Zagreb) 공중 충돌. (en)
- 1978년 퍼시픽 사우스웨스트 항공(PSA) 182 사고. 보잉727와 세스너 172 충돌. (en)
- 1986년 아에로메히코 항공 498 사고. 최종적으로, 이 사고에 의해 미 연방 의회가 관련 감독기관을 움직여, 충돌 방지 장치가 의무화 되었다. (en)
- 1994년 모든 민항기 탑재 의무화。
시스템은 항공기용 트랜스폰더의 출현으로 시작된다. 이것은 BCAS(Beacon Collison Avoidance System)이라고 하며, 비콘(Beacon)은 ATCRBS의 트랜스폰더이었다. 새로운 트랜스폰더인 Mode S가 개발되어 활용되었다. TCAS는 공중에서 상호 질문과 트랜스폰더를 통해 충돌 가능성이 있는 물체를 결정한다. 거리, 트랙, 고도, 속도를 측정(TCAS에서는 속도를 변화율("range rate")라고 한다)하여 계산한다. 충돌 가능성이 있는 항공기를 찾는 항공기를 자신("own") 항공기라고 하며, 충돌 가능성이 있는 다른 항공기를 근접("proximate") 항공기라고 한다.
TTP에 의해서 TCAS 성능을 평가하였다.
[편집] 기본 운용 방법
트랜스폰더(Transponder)를 구비한 모든 항공기 간에 통신이 행해지는 것이 필요하다. TCAS를 탑재한 각 항공기는, 정해진 범위내에 있는 다른 모든 항공기에 1030MHz 주파수로 "문의"를 수행하며 다른 모든 항공기는 1090MHz 주파수로 응답한다. 이 문의와 응답의 반복은 매초 몇차례 행해진다. 이러한 지속적인 통신 교류를 통해서 주변 공역에 존재하는 잠재 충돌 위협 항공기(CPA, Closest Point of Approach)에 대한 시간을 계산하는데 상대 항공기의 위치, 고도, 속도에 의한 접근율(Closure rate)을 거리로 나눈 것이다. 이때 시간 값이 주 경고용 파라미터이다. 단, TCAS와 유사기종과 통신 대화할 수 있는 것은, 정상적으로 동작하고 있는 트랜스폰더를 장착한 항공기 뿐인 것에 주의하지 않으면 안 된다。
모드 C 탑재 항공기 감시 문제는 동기/비동기 혼합 및 지상으로부터 반사되어온 다중경로(Multipath) 신호가 발생한다.
[편집] ADS와 관계
적합한 트랜스폰더를 탑재한 항공기에서는 식별자, 현재 위치, 고도, 대기속도와 같은 정보를 포함한 방송형자동종속감시(Automatic Dependent Surveillance-Broadcast : ADS-B)신호가 송신된다. 이 신호는 TCAS의 응답과 같이 1090MHz 주파수로 송신되어 ADS-B 메시지를 처리할 수 있다. ADS-B 메시지를 처리할 수 있는 TCAS 장치는 통상 TCAS 메시지와 함께 ADS-B 메시지를 사용하고, 예측 능력과 상황 표시의 강화가 가능해진다. 이 방법을 「하이브리드 감시」라고 불리고 있다. 능동형 TCAS가 감시할 수 있는 범위는 40 해리인 점을 비교해 보면 ADS-B는 약 100 해리 이상의 원거리로부터 수동적으로 수신할 수 있다고 하는 것 뿐만이 아니라, ADS-B 메시지에는 추가 정보(대기속도등)가 포함되어 있는 것으로 예측 능력이 향상된다. ADS-B 메시지 안에 있는 식별 정보는 조정석에 있는 전시기에서 다른 항공기에 식별자를 붙이기 위해서 사용하거나 상황인식을 개선할 수 있다. 하이브리드 감시를 사용했을 경우에서도 TCAS 의 기본적인 충돌방지 기능에는 변화는 없다。
[편집] 종류
- TCAS I1987년 3월 실용 TCAS I 시스템용 기술개발이 MOPS(현재 버전은 DO-185A)를 발간함으로써 완성되었다. 1989년 1월 10 ~ 30석 상업용 항공기에 의무적으로 시스템 탑재를 1995년 2월 까지 규정하였다.
TCAS I은 제1세대의 충돌 방지 기술이다. 가격이 저렴하지만 현대의 TCAS II 시스템 정도의 능력은 없다. TCAS I 시스템은, 항공기 주변(약 40 마일까지)의 교통 상황을 감시하고, 다른 항공기에 대한 상대 위치와 고도에 관한 정보를 제공한다. 다시 말해서 「근접 정보」 (Traffic Advisory : TA) 로서 충돌 경보를 발생한다. 다른 항공기가 근처에 있는 경우, TA는 "traffic, traffic" ( 타항공기가 있어)이라는 음성으로 조종사에게 경고하지만, 회피 방법까지는 지시하지 않는다. 어떻게 할까를 결정하는 것은 조종사에게 맡기며, 통상은 항공 교통 관제(ATC : Air Traffic Center)의 지원을 받는다. 위험이 없어지면 "clear of conflict" (충돌은 회피되었다) 음성을 발생한다.
- TCAS II
1998. 1월 Piedmot 항공사의 B-727 항공기에 탑재한 시제기 평가가 완료되었다. 양산제품으로 Bedix King사 제품이 UAL B737 항공기와 DC-8 항공기에 탑재되었고, Honeywell사 제품은 Northwest 항공사 MD-80 항공기 장착 운용중에 있다. 항공사와 조종사 모두 안전성과 효용성이 있다고 보고하고 있다. FAA는 1993년 12월 까지 30석 이상 민항공기에는 의무적으로 장착하도록 규정하였다.
TCAS II는 제2세대 기술로서 소프트웨어 TCAS II 버전 7을 탑재하여 현대의 대다수의 민간 항공기로 사용되고 있다. TCAS I 의 기능을 모두 포함하여 한층 더 위험 회피를 위해 「회피 지시」 (Resolution Advisory : RA)를 음성으로 조종사에게 직접 명령한한다. 이를테면, "descend, descend" (강하하라) 또는 "climb, climb" (상승하라)일라고 음성으로 제공하고, 또한 조종사에게 고도를 바꾸도록 제안한다. 한편, 조종사에게 현재의 고도로부터 일탈하지 않게 음성으로 "monitor vertical speed" (수직 속도를 감시하라)를 제공한다. 조종사에게 지시를 내리기 전에, TCAS II 시스템끼리로 회피 지시의 협조가 행해진다. 그 결과, 어느 항공기에 강하가 지시받으면 다른 항공기에는 상승이 지시받아 항공기 간의 거리는 커진다.
- TCAS III
TCAS III는 차세대」의 충돌 방지 기술로, 하니월사와 같은 항공 관련 기업으로 현재 활발하게 개발이 진행되고 있다. TCAS III는 TCAS II 시스템의 기술적 성능을 향상시켜, 접근 정보의 제공과 수직 방향 뿐만이 아니라 「수평 방향」도 제공하여 조종사에게 충돌 회피를 지시하는 능력이 있다. 예를 들어, 정면에서 접근하는 상황으로, 어느 항공기에 "turn right, climb" ( 오른쪽 선회해 상승하라) 지시가 나오면, 다른 기에는 "turn right, descend" (오른쪽 선회해 강하하라) 지시가 나오게 된다. 그렇게 하는 것으로, 수평 방향과 수직 방향의 양쪽 모두로 항공기끼리의 간격을 보다 크게 할 수 있다.
[편집] 현재상황
이따금 오경고가 있는 것이 약점이지만, 조종사는 「모든 TCAS 메시지를 진짜 경보로서 우선적으로 즉각 대응하라」라고 엄격하게 명령받고 있다. TCAS 보다 우선되는 것은 대지접근경보장치 경보 뿐이다. FAA나 그 외 대부분 국가에서는 "TCAS RA와 관제부(ATC)의 지시가 어긋나는 경우에는 항상 TCAS RA가 우선한다"라고 규칙에 정해져 있다. (어떤 항공기가 TCAS RA에 따르고, 다른 항공기가 거기에 반해 ATC의 지시에 따르면, 2002년 7월 1일에 독일 유바린겐의 사고(en)와 같은 충돌이 일어나 버린다. 이 공중 충돌에서는, 쌍방의 항공기에 TCAS II 탑재되어 정상적으로 동작하고 있었지만, 항공기 한쪽은 TCAS 의 지시에 따라고 다른 항공기는 TCAS 지시를 무시해 ATC에 따랐다. 그 결과는 치명적인 충돌이 일어나 양 비행기는 모두 추락했다.)
