계기착륙장치

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1. 개요[편집]

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계기착륙장치(Instrument Landing System)는 비행기가 안전하게 공항에 착륙하도록 도와주는 중요한 장치 중 하나다. 대단한 최신 장비 시설 같지만, 의외로 역사가 오래되었다. 현재 사용되는 것과 유사한 형태의 ILS가 등장한 시기는 1930년대 후반이었다. 이를 개발한 사람은 맨해튼 계획에 참여해서 원자폭탄 개발에 일익을 담당했고 1968년 노벨물리학상을 수상한 루이스 월터 앨버레즈이다. 1947년 ICAO(International Civil Aviation Organization, 국제민간항공기구)에서 활주로 접근 및 착륙 유도용 국제 표준 시설로 채택되었다.

글라이드 슬롭, 로컬라이저 및 마커 비콘(Marker Beacon)이라는 장비를 이용하며, 공항 활주로 주변 및 접근 경로에 설치되며 전파를 발산해 비행기가 자동으로 고도 및 위치를 잡을 수 있도록 도와 준다. 신호를 제대로 잡았다면 오토파일럿이 적절한 착륙 진입각과 방향을 알아서 해 준다.

그러나 실제로는 오토파일럿 종류에 따라 조종사가 속도나 고도는 수동으로 계속해서 조정해 줘야 하는 경우도 있고, 공항 ILS가 실제 활주로와 정확히 일치하지 않는 황당한 경우도 있다.[1] 사실 정확히 일치한다 치더라도 주변 항공기 등에 의한 신호간섭으로 ILS 위치가 벗어나거나, ILS가 작동하지 않는데도 신호를 보내는 등 예상치 못한 비상 상황은 언제든지 일어날 수 있는 법이고, ILS가 안내하는 활공각으로 활주로에 착륙하면 강한 충격이 가해지는 경우가 있으므로 대부분은 활주로로부터 일정 고도에서 오토쓰로틀(Autothrottle) 및 오토파일럿(Autopilot)을 해제하고 ILS 정보를 기반으로 한 수동 조종으로 착륙한다. 또한 모든 공항의 모든 활주로에 ILS가 있는 게 아니다. 한 공항 안에서도 특정 활주로의 특정 진입각에만 ILS가 지원되는 경우가 있다. A320이나 보잉 737NG급의 항공기도 사실 완벽한 ILS 없이 RNAV, VOR DME(VDM), FLS모드를 이용한 접근이 되긴한다. 그러나, 해당 접근법들은 ILS보다 DH고도(착륙결심 고도)가 대부분 높고 ILS와 달리 비정밀 접근으로 분류된다.


ILS의 개요도[2]

다만 전투기를 비롯한 대다수의 군용 항공기는 군용 공항이나 항모가 대체로 PAR(정밀접근레이더: Precision Approach Radar)를 쓰기 때문에 ILS로 내리는 경우가 드물다. 또한 민수용 기체와 달리 오토파일럿이 없거나 간단한 기종도 많기 때문에 기존에는 군용기에서 중요한 분야는 아니었다. 당연하지만 오토파일럿이 없어도 ILS 신호는 읽을 수 있기 때문에 HSI, 혹은 VOR을 봐가며 수동으로 조작해 착륙해야 한다. 의외랄 것도 없지만 항공모함이나 공중급유기도 ILS를 사용한다. 공중급유기에서는 착륙이 목적이 아니라 급유를 위해 급유받을 항공기가 제 위치에 오도록 하는 용도지만. 다만 최근에는 군용기용 애비오닉스도 점점 더 정밀하고 기능이 많아 지면서, 특히 함재기들의 이 기능이 정밀해지는 추세다. F/A-18E/F 수퍼호넷은 ILS는 물론 GPS까지 사용하여 완전 자동착륙까지 가능하다.

만일 주변 환경상 ILS를 설치하기에 조건이 여의치 않다면, 꿩 대신 닭이라고 PAR을 쓰기도 한다. 참고로 세계적으로 보면 ILS가 없는 공항은 매우 많고, PAR이 대신 있는 공항도 많다.

계기 착륙 시스템에서 에이비오닉스(Avionics)도 할 게 별로없다. E-GPWS에서 온 지형데이터나 윈드시어 데이터랑 글라이드 슬롭 수신값, 로컬라이저 수신값만으로 제대로 착륙된다. 다만, 조종사 유고 시를 제외하면 ILS를 참고로 수동으로 착륙한다. 이유는 상술한 그대로.

2. 장비[편집]

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2.1. 글라이드 슬롭 [편집]

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제주공항 RWY25에 설치된 글라이드슬롭

글라이드 슬롭(Glide Slope)[5]은 운항 승무원에게 비행해야 할 활공각을 지시해주는 역할을 한다. 짧게는 G/S 또는 GP라고 한다.

활주로의 한계점(threshold)에서 활주로 안쪽으로 약 300m 되는 지점, 활주로의 중앙선(centerline)에서 좌우 약 120m 지점 이내에 설치되어 있다.


글라이드 슬롭은 높이 정보를 제공하고 활주로와의 좌우 정렬은 활주로 센터라인과 정렬된 로컬라이저가 담당하기 때문에, 글라이드슬롭의 위치는 보통 활주로 센터라인에서 좌우로 좀 떨어진 거리에 있는 경우가 대부분이다.[6] 그래도 이해가 안 된다면 한번 ILS가 있는 공항들의 차트를 찾아서 로컬라이저와 글라이드슬롭의 위치를 직접 확인 해 보자.

전파의 발신은 329.15 ~ 335MHz UHF 대역의 전파를 사용하며, 이들 주파수는 아래 설명할 로컬라이저와 한 쌍으로 묶여 있다. 항공기에서의 ILS 주파수 설정은 VHF 대역에 대해서만 실시하는데, 로컬라이저나 글라이드슬롭의 주파수가 미리 지정되어 한 쌍으로 묶여 있기 때문에 그러한 것이다.

아래 설명할 로컬라이저와 동일하게, 글라이드슬롭은 90Hz와 150Hz로 변조된 신호를 방출한다. 올바른 활공각을 기준으로 하여, 아래로는 150Hz, 위로는 90Hz의 신호를 보내게 된다. 항공기의 글라이드슬롭 안테나는 90Hz 신호와 150Hz 신호를 수신하여 ILS 수신기로 보내게 되고, 여기서 처리되는 신호는 ADI(Attitude Director Indicator)와 HSI(Horizontal Situation Indicator)로 보내져서 운항 승무원에게 올바른 활공각을 지시해주게 되어 있다.

90Hz와 150Hz의 신호를 보내는 것은 글라이드슬롭/로컬라이저 모두 동일한데, ILS가 DDM(Difference Depth of Modulation)의 차이를 이용하여 올바른 활공각, 활주로 진입 경로를 지시해주기 때문이다. DDM은 두 주파수의 변조세력의 차이를 말하는 것으로, ILS의 동작성능을 점검하는 기본 단위이다. 글라이드슬롭이 지시하는 올바른 활공각을 탈 경우, 로컬라이저가 지시하는 올바른 경로로 활주로와 정렬되었을 경우의 DDM 값은 0이 되고, 경로에서 벗어날 경우 DDM의 값은 + 또는 - 가 된다. ADI나 HSI의 디비에이션 바(Deviation Bar) 또는 스티어링 바(Steering Bar)가 지시하는 방향은 DDM이 0이 되는 방향을 나타내는 것.[7]

이륙하는 쪽에 있는 로컬라이저와는 달리, 접근하는 쪽에 설치되어서 다른 항공기나 지상조업 차량, 야생동물으로 신호가 혼선된수도 있다. 이럴때는 조종사는 고어라운드를 실행해야 한다. 이를 방지하기 위해 지상에는 "Ils Critical Area"라는 마킹이 있으며, 가시거리가 나쁜 등 신호가 이상해져도 시계비행으로 착륙이 불가능한 날에는 ILS Critical Area에 홀드숏 해야한다.

글라이드 슬롭 안테나는 실제 글라이드 슬롭을 반사해 더 위에 9도와 15도 각도로 거짓된 글라이드 슬롭을 송출한다. 이를 잡게되면 아주 빠른 하강률을 사용하기 때문에 글라이드 슬롭은 항상 아래서 잡아야만 한다. 이 거짓 신호 때문에 발생한 사고가 바로 터키항공 6491편 추락 사고이다.

글라이드 슬롭이 지시하는 활공각보다 낮게 비행하게 되는 경우, GPWS에서는 "Glide slope" 라는 경고음을 내게 된다.

대한항공 801편 추락 사고가 글라이드 슬롭과 관련되어 있다.

2.2. 로컬라이저[편집]

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로컬라이저는 간단히 말하자면, 항공기가 활주로 중앙으로 정렬할 수 있도록 도와주는 설비를 말한다. 짧게는 LOC라고도 한다.

로컬라이저는 활주로의 중앙선과 수직을 이루도록 하여 배치되며, 90Hz와 150Hz로 변조된 신호를 VHF 대역 108.10 ~ 111.95MHz의 주파수로 송신한다. 다만 로컬라이저 주파수는 소수점 첫째자리가 홀수여야 한다.

글라이드슬롭과 원리는 동일하여, 활주로로 진입하는 항공기 기준으로 왼쪽으로 90Hz, 오른쪽으로 150Hz의 변조 주파수(Modulation Frequency)를 쏘아보내게 된다. 90Hz 신호와 150Hz 신호의 DDM(Depth of Modulation) 값이 0을 지시하는 경로가 활주로의 중앙선이다. 항공기는 로컬라이저 안테나를 통해 이 신호를 ILS 수신기로 보내게 되고, 이 신호를 처리하여 ADI(Attitude Director Indicator), HSI(Horizontal Situation Indicator)를 통해 운항 승무원에게 올바른 방향을 지시하게 된다.

경우에 따라서는 로컬라이저가 아닌 LDA(Localizer Directional Aid)라는 것도 사용되기도 한다. 이는 지형/지물 등의 요인으로 인해 로컬라이저 안테나를 활주로에 중앙선에 정렬하여 설치할 수 없을 경우에 사용되며, 활주로 중앙선과 벗어난 각도로 위치해 있다.

아시아나항공 162편 활주로 이탈 사고에서 착륙 중이던 162편 여객기와 충돌하여 파손된 무선 설비가 바로 이것이다. 사고 후에 로컬라이저의 잔해는 랜딩 기어를 비롯한 비행기 곳곳에 끼어 있는 채로 발견되었다.

대한항공 631편 활주로 이탈 사고에서도 로컬라이저가 파손되었다.

2.3. 마커 비콘[편집]

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마커 비콘(Marker Beacon)은 항공기가 활주로에 접근하는 경로상에 설치되어 항공기가 잘못된 고도로 하강할때 이를 경고하는 역할을 한다.

• 이너 마커 (Inner Marker, IM)

• 미들 마커 (Middle Marker, MM)

• 아우터 마커 (Outer Marker, OM)

아우터 마커나 미들 마커에 컴퍼스 로케이터가 설치된 곳도 있으며, 이는 15NM의 거리를 가진 NDB 역할을 한다. 아우터 마커와 같이 있으면 '로케이터 아우터 마커'라 하며, ILS 이름의 첫 두 글자를 모스코드로 송출한다.[8] 미들 마커에 설치되어 있으면 '로케이터 미들 마커'라 하며, ILS이름의 마지막 두 글자를 송출한다.[9]

이론적으로는 그런데 GPS와 DME 등이 일반화 된 현대에는 크게 의존도가 높은 장비들은 아니다.

2.4. 접근등 (ALS)[편집]

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ALSF-2에 해당하는 ALS의 사진

진입등이라는 표현도 사용한다. 의외로 ILS 시스템 중 하나다.

접근등은 운항 승무원이 착륙을 하기 위한 올바른 방향, 거리, 활공각을 유지하고 있는지 시각적인 정보를 제공한다.

일반적으로 ILS를 이용하여 착륙하는 것은 두 단계로 나누어 볼 수 있는데, 하나는 전파 유도를 이용하여 계기 접근(instrument approach)를 하는 것이고 다음 단계는 활주로의 상황을 육안으로 보고 안전하게 접근하는 단계이다.

앞에서도 설명하였지만, ILS가 무조건 활주로에 정확하게 유도를 해주는 것은 아니다. 주변 지형 지물 조건 등으로 인해 살짝 뒤틀려 있을 수도 있고, 활주로에 뭐가 있는지 전파유도로는 알 수 없으므로 결국 최종 접근 단계에는 운항 승무원이 육안으로 활주로를 확인해야 하고, 활주로를 육안으로 확인할 수 없으면 착륙 절차를 중단해야 한다. GPWS에서 'Minimum'이라 외치는 것도 그렇고, 아래 설명처럼 ILS가 Category(CAT)별로 나뉘는 이유도 동일 선상에 있다.

이 또한 종류가 여럿으로 나뉘게 되는데, 나열하자면 다음과 같다.

• ALSF-2/1(Approach light system with Sequenced Flashing lights)
• SSALR(Simplified Short Approach Lighting System with Runway alignment indicator lights)
• MALSR(Medium intensity Approach Light System with runway alignment indicator lights)
• MALSF(Medium intensity Approach Light System with Sequenced Flashing lights)
• REIL(Runway End Identification Lights)
• ODALS(Omnidirectional Approach Light System)
• VASI(Visual Approach Slope Indicator)
• PAPI(Precision Approach Path Indicator)

이 중에서, 조종사들이 착륙중에 중요하게 보는 것은 VASI와 PAPI. 흰색, 혹은 빨간색이 들어오는 라이트들로 구성되어 있으며, 흰색/빨간색이 반 반일 때 적절한 진입각도를 나타낸다. VASI는 2개, PAPI의 경우에는 4개의 라이트로 구성되며, 3~4개가 흰색으로 점등되었을 경우, 글라이드 슬롭에서 높고, 3~4개가 빨간색으로 점등되었을 경우, 글라이드 슬롭에서 낮은 것이다. 흰색 둘, 빨간색 둘일 때가 가장 적절한 진입각도임을 나타낸다.

3. 등급[편집]

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ILS는 크게 세 카테고리로 나뉜다. 각 레벨에 따라 착륙을 할 수 있는 최저시계거리가 바뀐다. 뒤로 갈수록 정밀도가 높아져 CAT-III 등급 정도 되면 조종실 창문을 전부 가리고(장님 상태로) 착륙이 가능할 정도[10]라 한다. 그런데 실제로 위에서도 보았듯이 그런 상황에 거의 준하는 케이스가 종종 있다. 심지어 노즈기어가 닿아야 비로소 활주로가 보이는 환경에서도 잘만 착륙한다.[11]

물론 ILS가 있다고 누구나 마음놓고 쉽게 착륙할 수 있는 것은 아닌데, 조종사의 일종의 자격 등급이 따로 있기 때문이다. 즉, 예를 들어 CAT-III를 만족하는 인천국제공항에서 CAT-III 상황에 여객기가 김포국제공항, 제주국제공항, 김해국제공항, 일본 등으로 굳이 회항하는 사례가 있다면, 인천국제공항에 무슨 문제가 있다기보다는 그 조종사의 자격이 CAT-III를 위한 교육훈련을 아직 이수하지 않았거나 현재 조종 중인 기종의 총 비행시간이 300시간 미만일 경우일 가능성이 더 높다.

한편 CAT란 카테고리(Category)의 약자이다.

3.1. CAT I[편집]

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이 등급의 착륙 시설을 갖춘 공항은 고도 200피트 이상에서 착륙결정이 가능해야 하며, 시정 800m 또는 RVR[12] 550m(1800피트) 이상일 때 착륙이 가능해야 한다.

3.2. CAT II[편집]

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이 등급의 착륙 시설을 갖춘 공항은 고도 100피트~200피트에서 착륙 결정이 가능해야 하며, 시정 300m[13]/350m[14] 이상일 때 착륙이 가능해야 한다.

3.3. CAT III[편집]

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결심고도가 없거나 100피트 미만이고, RVR 300m(1,000ft) 미만 또는 RVR 제한이 없는 기상상태에서 착륙이 가능해야 한다. 시계가 짧기 때문에 비행기의 콧등 바로 앞 정도만 바닥이 보이고, 유도로나 활주로 위에 다른 항공기가 안 보이기 때문에 지상 관제사의 매우 정확한 교통정리가 필요하다. 교통정리중 관제사의 실수가 발생한다면 테네리페 참사 같은 끔찍한 사고가 일어날수있다

기존에는 CAT III a,b,c 3가지로 등급이 세분되어 있었으나, FAA가 2020년 개정함에 따라 등급이 통합되었다. 한국의 항공안전법 시행규칙 제 177조도 2020년 12월 10일 개정되었다.

참고를 위해 기재해두자면, 2020년 개정 이전은 다음과 같다.
개정 전에는 IIIc는 규약상에는 존재했으나, 실제로 이 등급으로 인증받은 공항은 존재하지 않았다.

• IIIa : 결심고도 없거나 100ft 미만, RVR 700ft 이상
• IIIb : 결심고도 없거나 50ft 미만, RVR 700~150ft
• IIIc : 결심고도 없음, RVR 제약 없음

4. 대한민국 공항의 계기착륙장치 등급[편집]

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• 인천국제공항[15]
  대한민국에서 유일하게 모든 활주로가 CAT-III 등급 이상을 받았다.
  • 15R/33L(제1활주로)
    • 15R: CAT III
    • 33L: CAT III
  • 15L/33R(제2활주로)
    • 15L: CAT III
    • 33R: CAT III
  • 16L/34R(제3활주로)
    • 16L: CAT III
    • 34R: CAT III
  • 16R/34L(제4활주로)
    • 16R: CAT III
    • 34L: CAT III

• 김포국제공항
  • 14L/32R(구 활주로)[16]
    터미널 쪽에 붙은 활주로
    • 14L: CAT I
    • 32R: CAT I
  • 14R/32L(신 활주로)[18]
    인천 쪽에 가까운 활주로
    • 14R: CAT III[17]
      김포를 등지고 광명을 향하는 방향
    • 32L: CAT I

* 제주국제공항

• 07/25(주 활주로)
  • 07: CAT II
  • 25: CAT I
• 13/31(보조활주로)
  • 13: 없음
  • 31: 없음

• 김해국제공항[21]
  18R/18L 쪽에 ILS가 없는 이유는 어차피 돗대산을 비롯한 산지때문에 ILS를 설치해도 저시계에서 제대로 착륙할 수가 없기 때문이다.
  • 18R/36L(대형기 활주로)[19]
    주로 착륙위주로 사용되며 대형기는 이 활주로에서 이륙하는 경우가 가끔 있다.
    • 18R: 없음
    • 36L: CAT II
  • 18L/36R(중소형기 활주로)[20]
    주로 이륙위주로 사용되며 중대형기인 B787, A330. A350도 왠만해서는 이 활주로에서 이륙한다.
    • 18L: 없음
    • 36R: CAT I

• 대구국제공항
  • 13R/31L(민항기 활주로)
    • 13R: CAT I
    • 31L: CAT I
  • 13L/31R(군용기 활주로)
    • 13L: 없음
    • 31R: LOC/DME

• 청주국제공항
  • 06R/24L
    • 06R: 없음[설치공사중]
    • 24L: 없음[설치공사중]
  • 06L/24R
    • 06L: DME
    • 24R: DME

• 무안국제공항
  • 01/19
    • 01: CAT I
    • 19: CAT I

• 광주공항
  • 04R/22L(주 활주로)
    • 04R: CAT I
    • 22L: LOC/DME
  • 04L/22R(보조 활주로)
    • 04L: 없음
    • 22R: 없음

• 양양국제공항
  • 15/33
    • 15: CAT I
    • 33: CAT I

• 울산공항
  • 18/36
    • 18: 없음
    • 36: CAT I

• 여수공항
  • 17/35
    • 17: CAT I
    • 35: CAT I

• 포항경주공항
  • 10/28
    • 10: LLZ/DME[22]
      LOC만 지원한다. G/S은 없다.
    • 28: 없음

• 사천공항
  • 06L/24R(주 활주로)
    • 06L: 없음
    • 24R: CAT I
  • 06R/24L(보조 활주로)
    • 06R: 없음
    • 24L: 없음

• 군산공항
  • 18/36
    • 18: CAT II
    • 36: CAT II

• 원주공항
  • 03/21
    • 03: CAT I
    • 21: CAT I