1. 개요

○ 항공교통관리(Air Traffic Management, ATM)는 모든 관계자의 협력 하에 안전하고 경제적이며 효율적인 항공교통과 공역(空域)의 통합적 관리이다. 앞으로 증가하는 항공교통량에 대응하고, 안전하고 효율적인 항공기 운항을 실현하기 위한 ATM의 운용개선이 추진되고 있다. 장래 ATM의 주요 구성요소로서 항공기 궤도(Trajectory)를 예측하고 관리하는 궤도관리(Trajectory Management)와 궤도베이스 운항(Trajectory Based Operation)이 검토되고 있다.

○ 본 보고서에 장래 ATM의 주요 구성요소로 생각되는 궤도관리를 소개하였다. 우선, ATM의 개요와 국제적 동향을 소개하고, 다음으로 궤도관리의 개요를 정리하였다. 그리고, 전자항법연구소에서 연구개발 중인 궤도예측기술에 대하여 언급하였다.

２. 항공교통관리의 개요

○ CNS/ATM구상이란, 새로운 통신(Communication), 항법(Navigation), 감시(Surveillance)기술을 활용하여, 항공기를 보다 안전하고 효율적으로 비행시키기 위한 ATM을 실현한다는 구상이다. 공역관리, 항공 교통 흐름 관리 및 항공 교통업무의 각 기능이 상호 연대하여 종합적으로 기능하는 ATM을 구성한다.

○ CNS/ATM시스템의 전략적 비전에서는 항공기 운항자가 계획한 대로 출발 및 도착시각을 맞추고, 희망하는 비행경로를 따라 규정된 안전수준을 만족시키면서 운항할 수 있도록 전 세계 규모의 ATM시스템 구축을 목표로 한다.

2.1 국제민간항공기관(International Civil Aviation Organization, ICAO)의 장래구상

○ ICAO는 2003년에 ATM 운용개념을 작성하였다. 이것은 운용상 요건에 기초하여 CNS/ATM을 도입하기 위한 기반적 개념이다. ATM 공동체(항공회사, 공항관리기관, 관제기관 등)의 기대로서 접근과 공평성, 용량, 비용 대비 효과, 효율, 환경, 탄력성, 세계적 상호 운용성, ATM 공동체 참가, 예측성(운항 스케줄 작성과 운항에 필요한 성능), 안전성, 안전보장 등 11종류로 제시되었다.

○ ATM 운용개념의 구성요소로서 공역편성과 관리, 비행장 운용, 수요와 용량의 균등화(공항 및 공역의 용량에 대한 교통수요의 초과 대책), 교통동기화(항공로 교차점 부근의 합류지점에서 대기하는 행렬의 관리 등 안전하고 효율적인 교통흐름 설정과 유지), 공역 유저의 운항(운항정보의 이용 등에 의한 궤도의 생성 등의 ATM과 관련된 항공기 운항자의 측면), ATM 서비스 제공 및 관리(항공기의 전 비행단계에서 관제기관으로부터 서비스 제공) 등 7종류가 제시되었다.

2.2 미국 NextGen계획

○ 미국은 항공교통량이 2025년까지 현재의 2~3배에 달할 것으로 예측되기 때문에, 현재의 항공관제 구조에서는 대처할 수 없다는 위기감에서 2003년에 NextGen계획을 작성하였다. JPDO(Joint Planning and Development Office)는 2008년에 통합 워크플랜(Work plan)을 책정하였다. 계획 실현에 필요한 기능분야로서 궤도베이스 및 성능베이스에 의한 운용과 지원(비행궤도에 기초한 항공기 성능에 따른 서비스와 보다 유연한 운용 제공), 공항운용 및 지원, 기상정보 서비스, 안전성 관리, 계층형 적응 안전보장, 환경관리 프레임워크(Framework), Net Centric-Infra 서비스, 위치, 항법 및 시간관리 서비스, 감시 서비스가 있다.

2.3 유럽 SESAR계획

○ SESAR(The Single European Sky ATM Research Program)은 유럽 항공관제기반의 근대화 계획이다. 유럽위원회(European Commission, EC)와 유로 컨트롤이 설립한 SJU(SESAR Joint Undertaking)이 작업계획을 관리한다. 2020년까지 2005년과 비교하여 처리용량은 3배로 증가시키고, 안전성 개선은 10배로 증가시키며, 1회 비행 당 환경에 대한 영향을 10% 삭감하며, ATM관련 소요 비용을 50% 저감하는 것을 목표로 하였다.

2.4 일본의 미래 계획

○ 국토교통성 항공국은 2009년 4월부터 “미래 항공교통시스템에 관한 연구회”를 개최하고, 미래 항공교통시스템 구축을 위하여 장기 비전을 검토하고 있다. 운용개념과 기반기술 변혁의 방향성으로서 궤도베이스 운항, 예견능력 향상, 성능 준거형 운용의 고도화, 혼잡공역, 공항의 용량 확대를 위한 유연하면서도 정밀한 운항 실현, 전 비행상태에서의 위성항법 실현, 지상 및 기상에서의 상황인식능력 향상, 고도로 자동화된 포괄적 지원시스템에 의한 기계와 인간능력 확대 활용, 정보공유와 협조적 의사결정 철저 등 8개 항목이 검토되고 있다.

３. 궤도관리의 개요

○ 궤도관리는 정밀한 궤도예측에 지원되는 항공기의 새로운 운항방식이다. 항공기의 비행관리시스템(Flight Management System, FMS)은 궤도를 생성하는 기능이 있다. FMS는 비행 경로와 통과 예정지점(waypoint)에서의 고도제한 등을 입력하면 그것에 따라 궤도를 생성한다. 이 때 비행조건(중량, 고도, 바람 등)에 따라 연료효율을 최적으로 하는 속도를 산출하여 통과 예정지점의 통과시각을 구한다. 또한, 통과 예정지점의 통과시각을 지정할 수 있는(Required Time of Arrival, RTA) 기능이 있다. 항공기는 자동조종장치(Autopilot System)와 자동추력조정장치(Autothrottle System)를 매개로 하여 생성된 궤도를 비행할 수 있다.

○ 궤도관리에서는 실제 세계에서의 항공기와 정보처리시스템에서의 항공기 정보가 정확히 대응하는 것이 중요하다. 그 때문에 항공기의 비행성능 및 기상조건 등의 비행환경의 모델화 기술의 정밀도 향상이 요구된다. 또한, 항공기와 관제기관이 궤도정보를 공유하기 위해서 하늘과 땅 사이의 데이터 통신기술이 필요하다.

４. 궤도예측기술

○ 궤도관리를 실현하기 위해서는 정확한 궤도예측기술이 필요하다. 전자항법연구소에서는 궤도예측시스템의 연구개발을 추진하고 있다. 항공기가 경로상의 통과 예정지점을 통과하는 시각을 산출하기 위해서는 현재 위치로부터 해당 통과 예정지점까지의 경로에 따른 거리와 구간을 비행하는 속도를 사용한다. 거리는 광역항법(Area Navigation, RNAV)과 같이 경로에 따라 비행을 상정하면 정확히 계산할 수 있다. 소요시간은 (거리/속도)로 구할 수 있으므로 속도를 정확히 산출하는 것은 중요하다.

○ 항공기는 비행조작에 사용되는 지시대기(指示？？)속도 등을 일정하게 하여 비행하는 경우가 많다. 예측시스템도 이 방식에 따라 지시대기속도에서 실제 대기속도(？？速度)로 변환하여, 바람의 영향을 고려하여 대지속도(？地速度)를 산출한다. 항공기의 운동계산에는 에너지보존에 기초한 모델을 사용하며, 이것은 항공기에 작용하는 힘의 공률이 기체의 운동에너지와 위치에너지의 증가율로 같게 되는 모델이다. 여기서 운동에너지는 속도, 위치에너지는 고도에 대응한다.

５. 마무리

○ ATM의 개요와 국제적 동향, 궤도관리의 개요, 전자항법 연구소에서 연구개발 중인 궤도예측기술에 대하여 언급하였다. 궤도관리를 도입하기 위해서는 궤도예측기술을 개선함과 동시에 그것을 활용하기 위한 운용방법을 개발하고, 관계자에게 수용되지 않으면 안 된다. 이를 위해서는 본 기술의 유용성과 사용 용이성의 실증이 중요하다. FMS의 RTA기능의 활용, 궤도정보를 하늘과 땅 사이에 서로 공유하는 데이터 통신기술, 관제정보처리시스템에서의 궤도정보의 데이터관리, 항공관제관에게 정보제공 방법 등이 앞으로의 과제이다.