1. 서론

 

항공 산업은 개시 이래 가장 최첨단 기술이 적용되어 분야 중 하나임.

차세대 항공 운송 시스템(NextGen: Next Generation Air Transpotation System)으로의 전환은 신규 기종의 도입, 발전된 정보기술의 국가 영공 시스템(NAS: National Airspace System)으로의 통합, 그리고 항공 회사에 의한 신규 운영 모형 이행 등을 포함

이와 같은 발전은 환경적 지속가능성에 대한 체계적인 접근성과 연료 효율화를 위한 혁신적 방안, 그리고 공항 역량 최적화 등을 요구

괄목할만한 항공 산업분야 기술 성장에도 불구하고 항공기 소음은 지난 20여년 간 공항 용량 확대의 가장 큰 장애요인으로 지적

공항 확장과 관련된 거의 모든 환경적 캠페인은 소음 노출과 연관된 지역사회를 중심으로 함.

또한 항공산업 부문의 세계적인 온실가스 배출의 약 3% 이하 기여도에도 불구, 기후변화 및 지역 대기 질에 관한 우려는 이산화탄소 및 여타 대기오염물질 배출 규제 체계의 도입을 요구

이와 같이 여러 가지 직면한 문제에도 불구하고 항공 산업은 NextGen계획 이행을 지속해야 할 것임.

또한 NAS의 현대화, 운영 개선, 그리고 신기술 등에 투자 확대 필요

NextGen은 시스템 용량의 오랜 병목현상을 해결하고 보다 환경친화적, 에너지 효율적 운영 개념 활용에 기회가 될 것으로 기대

 

2. 사업범위 및 목적

 

본 사업의 이륙 최적화 방법 개발에 있으며 다음의 사항들에 중점을 둠.

1) 소음, 연료 연소, 배출 등의 잠재적 저감 정량화

2) 공항 주변 지역사회 소음 노출 문제의 지속적 해결노력과 동시에 이륙 절차 최적화를 통해 달성할 수 있는 항공 운송 용량 개선 추정

3) 현존 및 미래 항공기종과 NextGen 하에서의 계획된 개선사항에 대한 설명

 

현행 이륙 소음 저감 절차(NAPs: Noise Abatement Procedures) 하에서 본 사업은 다음의 지역적 기여사항과 관련된 환경 및 용량 관련 편익을 분석

1) 미래 엔진/기체 기술 소음 저감

2) 규제기관 및 공항 관리자로 하여금 환경적 최적 결정 창출에 도움을 주는 소음 감소 이륙 절차의 현실적 대안

 

구체적으로 본 사업은 이 단계로 구성되며 총 7개의 과업이 존재(그림 1 참조)

 

그림 1. 사업 과제 및 단계

 

 

자료출처: TRF ACRP report 86, nvironmental Optimization of Aircraft Departure: Fuel Burn, Emission, and Noise, p. 4.

 

본 사업은 NextGen 목표를 보완하고 신규 항공기 및 NAS 기술 운영 편익 획득과 함께 지속가능한 환경적 해결책을 추구하는 공항의 능력을 보완

사업 목표는 최신 환경적 모델링 역량과 개선된 최적화 기술이 결합된 사례 분석 체계를 통해 NADP(Noise Abatement Departure Profile) 최적화를 위한 방법을 제공하는 것임.

최적화 체계는 항공 운송협회, 공항, 운항 노선, 그리고 항공기종 자료 등을 활용

또한 소음과 오염배출, 그리고 연료 연소 간의 잠재적 상쇄효과 분석을 위해 이륙 최적화 조사 도구(DOIT: Departure Optimization Investigation Tool) 개발

현실적 공항 시나리오 변화를 반영해 DOIT는 사용자로 하여금 항공기종, 트랙 효율화, 그리고 기술 진보에 관한 투입자료에 따른 각 결과의 민감도를 보다 잘 이해하도록 지원

 

3. 분석결과

 

소음, 연료 연소, 그리고 오염배출 간의 상쇄효과는 OPD(Optimized Profile Descents)을 위해 광범위하게 분석되어 왔음.

그러나 NADPs에 대해서는 상대적으로 성과가 크지 않음.

항공기 기체 방음장치와 엔진 기술이 발전함에 따라 보다 직접적인 운항 궤도가 소음에 최소한의 영향을 주도록 사용될 수 있음.

다만 연료 연소 및 오염배출은 상당한 감소 가능

이를 평가하기 위해 최적 시나리오를 인지할 수 있는 가능영역 분석 방법론 필요

 

약 100건의 서류(연구물 등) 검토 및 조사는 소음, 연료 연소, 오염배출의 상쇄효과를 다루는(특히 공항 성장과 용량에의 영향을 다루는 사항) 기존 연구 선행조사를 위해 수행

문헌 검토, 조사를 통해 소음 저감 궤도를 포함하는 어떠한 연구들도 다른 환경적 변화에 대한 소음의 변화에 대한 지역 사회 대응을 고려해야 함을 알 수 있음.

비록 현재 수립된 소음 저감 절차가 상당 수준 변화될 수 없지만 연료 연소 및 오염배출 부문의 최대한 감소를 보장하도록 최적화하는 것이 가능(각 시나리오별로 달성가능한 수준)

 

문헌조사에 기초해 환경적 영향들과 공항 용량 간의 상쇄효과 분석을 위한 조건들을 개발

-필수적 공항 자료 수집

-지상 트랙 및 프로파일 개발

-상쇄효과 분석 수행

 

위 분석 사항들은 사례 연구 분석 도구로써 9개 공항 평가에 사용(표 1 참조)

선정 대상 공항은 공항 크기, 여러 종류의 NADPs, 항공기 종류, 그리고 인구 밀도 등 다양한 조합으로 구성(표 2 참조)

 

 

표 1. 사례 분석 공항

(1) Boeing NER Database 2009

(2) VALE Airport Status List 2009

(3) EMTS 2006

자료출처: TRF ACRP report 86, nvironmental Optimization of Aircraft Departure: Fuel Burn, Emission, and Noise, p. 15.

 

표 2. NAP 연구 메트릭스

 자료출처: TRF ACRP report 86, nvironmental Optimization of Aircraft Departure: Fuel Burn, Emission, and Noise, p. 15.

 

모든 공항을 함께 고려한 분석에서 이산화탄소 배출 감소 대비 소음 증가효과 형태의 상쇄효과는 그림 2와 같이 나타남.

 

그림 2. 공항 별 이산화탄소 및 소음 변화 비교

자료출처: TRF ACRP report 86, nvironmental Optimization of Aircraft Departure: Fuel Burn, Emission, and Noise, p. 35.

 

그림 2에서 각각의 커브는 현존 소음저감 프로파일(NAP)와 지상 궤도에 대한 자료를 이용해 대부분의 공항별로 작성

그 결과 이산화탄소 저감 정도에 대응하여 상당한 소음 증가 결과가 나타남.

공항별로 커브의 다양성은 각 공항별로 상이한 항공기 형태, 지상 궤도 지형, 그리고 상이한 이륙 출구 위치 등에 따라 달리 나타남.

예를 들면 지역 공항의 jet기 배출량은 대형 jet기 배출량 보다 작으므로 저감 잠재력 또한 낮음.

또한 지상 궤도 지형은 중요한 요인인데, 예를 들면 NAP 전환이 급격하게 큰 경우(APRT1, 2, 3, and APRT 6)는 단위 트랙 변화 정도가 작은 궤도의 지형보다 오염배출 감소 유인이 더 크게 나타남.

 

표 3은 현존 한계 소음 단계 3 항공기에 대응한 소음 저감 영역을 보여주고 있음.

 

표 3. 항공기 기술 수준 별 소음 저감 수준

 

1) 누적 소음 인증 수준은 이륙, 선회(sideline), 접근 소음 측정의 합을 기초로 함. 전형적으로 이륙은 총 누적 소음의 30-35%, sideline은 약 30-35%를 차지

2) 현재 개발 진행중인 항공기술

3) 2020년 개발 목표

4) 2035년 개발 목표

자료출처: Rachami(2008); FAA Advisory Circular AC36-1H

 

항공기 기술 3단계와 4단계(stage 3 and stage 4)의 누적 소음 수준의 차이는 연방 항공연합 인증 요구에 기반하였고 미래 항공기 누적 수준은 Rachami(2004) 연구를 참조

분석 결과 사례 연구에서 단일 출발 운영 모형의 경우 3단계를 4단계로 재편할 경우 3-4dB의 소음 감소 발생

따라서 이 경우는 단일 사례 기준 제한에서의 지지대 교체는 그림 2에 보고된 소음 증가효과의 저감 잠재력 보유

 

4. 결론

 

사례분석 결과는 비록 활주로에 대한 편익은 전반적으로 크지 않지만(fanning을 제외하고는 무시할 수준) 일반적으로 소규모의 소음 노출 변화도 연료 연소 및 오염배출 감소에 영향을 줄 수 있는 것으로 나타남.

지역 인구에 미치는 영향은 공항마다 상이하게 나타남.

몇몇 사례에서는 지역사회에의 소규모 소음 영향이 오염배출의 큰 감소와 상쇄될 수준으로 나타남.

위 사례연구 자료에 기반한 결과 상쇄효과 곡선은 다양한 영향요소 별(예를 들면 소음 vs 오염배출) 로 나타날 수 있음.

소음에 민감한 인구 집결 지역인지에 의존해 직항 궤도는 가장 큰 소음을 유발하는 한편 연료 연소나 오염배출은 가장 크게 감소

소음과 연료 연소, 그리고 오염배출간의 상쇄관계 이해를 돕기 위해 항공기 지지대 조정, 운영, 그리고 서로 다른 이륙 트랙 사용에 관핸 최적평가 이행 시 DOIT 활용

비록 공향 용량이 위 평가의 직접적 조정 선택사항은 아니지만 운영상의 변경사항 반영 및 트랙 활용도 등이 그 효과를 고려할 때 사용될 수 있음.

DOIT는 여러 가지 NADP 상황을 포함하거나 항공기 지지대, 트랙 활용도, 그리고 미래 기술에 대한 변화를 반영한 분석이 가능하도록 가설적 공항 시나리오 제공

물론 이러한 가설은 항공기 소음, 연료 연소, 그리고 오염배출 특성 변화를 통해 반영되는 항목들과 연계가 필수

본 연구의 시나리오 산출 결과는 소음, 연료연소, 오염배출 등의 각각의 시나리오에 대한 최적 여건을 나타내도록 감소 또는 증가한 상태를 보여줌.