앞에서 항공 차트에 TC를 측정하는 방법과 편차 · 자차를 보정하는 방법이 설명되었지만 바람은 고려되지 않았다.바람은 지구 표면 위를 일정한 방향으로 이동하는 공기 덩어리이다. 바람이 북쪽에서 25노트로 불어온다는 것은 공기가 1시간 동안 남쪽으로 25NM을 이동한다는 것을 의미한다.
이때 지구와 접촉하지 않은 물체는 1시간 동안 남쪽으로 25NM 운반된다. 이러한 영향은 구름, 먼지, 그리고 풍선과 같은 것들이 바람에 의해 날아가는 것을 관찰할 때 명백해진다. 움직이는 공기 덩어리를 비행하는 항공기도 이와 비슷한 영향을 받는다. 비록 항공기가 바람을 타고 자유롭게 떠있지는 않지만 공기가 이동하는 동안 항공기도 전진하므로 바람의 영향을 받는다. 따라서 1시간의 비행이 지난 후에 항공기는 다음 두 가지 움직임이 결합된 지점에 놓이게 된다:
∙ 공기 덩어리의 움직임. ∙ 항공기의 전방 움직임.
사실상 이 두 움직임은 서로 독립적이다. 항공기가 비행하는 공기 덩어리가 움직이고 있는지 정지해 있는지는 아무런 차이가 없다. 70노트의 바람 속에서 비행하는 조종사는 지면을 참조하지 않는 한 바람의 존재를 알지 못할 것이다(단, 난기류 제외). 허나 지면을 참조하게 되면 항공기가 배풍과 함께 더 빠르게 비행하거나, 정풍과 함께 더 느리게 비행하거나, 혹은 측풍과 함께 왼쪽/오른쪽으로 편류하는 것이 보일 것이다.
움직임이 없는 공기에서 120노트의 대기속도로 동쪽으로 향하는 항공기는 120노트의 groundspeed(GS)를 가진다. [그림 16-13] 만약 공기 덩어리가 동쪽을 향해 20노트로 움직이면 항공기의 대기속도에는 변화가 없으나 groundspeed는 140노트가 된다. 반면 공기 덩어리가 서쪽을 향해 20노트로 움직이면 여전히 항공기의 대기속도에는 변화가 없으나 groundspeed는 100노트가 된다.
항공기가 동쪽을 향해 120노트로 전진하고 있고 바람이 남쪽으로 20노트 불고 있을 때 바람의 영향을 보정하지 않으면 항공기는 1시간 후에 출발 지점으로부터 120마일 동쪽 · 20마일 남쪽에 위치한다. 이때 대기 속도는 120노트로 유지되지만GS는 항공기의 움직임과 공기 덩어리의 움직임이 결합되어서 결정된다. GS는 출발 지점으로부터 1시간 후 항공기 위치까지의 거리를 통해 측정될 수 있다. GS는 특정 거리에 놓인 두 지점 사이를 비행하는데 필요한 시간을 통해 계산될 수 있다. 또한 GS는 이후에 설명되는 wind triangle을 통해서도 결정될 수 있다. [그림 16-14]
항공기가 비행 도중 가리키는 방향을 heading이라 부른다. 지상에 그려지는 항공기의 실제 경로(항공기의 움직임과 공기의 움직임이 합쳐진 것)를 track이라 부른다. heading과 track 사이의 각도를 drift angle이라 부른다. 만약 heading이 TC와 동일한데 바람이 왼쪽에서 불고 있다면 track이TC와 일치하지 않는다. 바람은 항공기를 우측으로 편류하게 만들며 따라서track이 TC의 우측으로 향하게 만든다. [그림 16-15]
다음은 compass heading을 결정하기 위해 사용되는 방법이다: TC를 측정하고, 바람 수정을 적용해서 TH를 구하고, TH ± variation(V)을 적용해서 Magnetic heading(MH)을 구하고, MH ± deviation(D)을 적용해서 compass heading(CH)을 구한다. [그림 16-16]
편류의 양을 결정하면 조종사가 바람의 영향을 상쇄할 수 있으며 항공기의 track을 본래 의도하였던 course와 일치시킬 수 있다. 만약 공기 덩어리가 course의 왼쪽에서 불어오고 있다면 항공기가 오른쪽으로 편류하므로 이 편류를 상쇄하기 위해 항공기를 충분히 왼쪽으로 향하게 만들어야 한다. 즉, 바람이 왼쪽에서 불고 있다면 항공기를 특정 각도만큼 왼쪽으로 향하게 만들어서 편류를 수정한다. 이것이 바로 wind correction angle(WCA)이며 이는 TC의 왼쪽이나 오른쪽 각도로 표시된다. [그림 16-17]
요약:
∙ Course – 의도하는 항공기 경로. 이는 특정 기준점으로부터 시계 방향으로 측정된 각도(0 ~ 360도)로 표시된다.
∙ Heading – 비행 도중 항공기의 기수가 가리키는 방향.
∙ Track – 비행 도중 지상에 그려지는 실제 경로. (만약 바람 수정이 적절히 이루어졌다면 track과 course는 일치한다.)
∙ Drift angle – heading과 track 사이의 각도.
∙ WCA – track이 course와 일치하도록 heading을 설정하기 위해 course에 적용하는 수정 각도.
야외비행(cross-country)을 수행하기 전에 조종사는 보통 시간, 속도, 거리, 그리고 필요한 연료량을 계산해야 한다.
Converting Minutes to Equivalent Hours
속도, 시간, 그리고 거리를 계산할 때 분(minute)을 이와 동등한 시간(hour)으로 변환해야 하는 경우가 존재한다. 분을 시간으로 변환하려면 분을 60으로 나눈다(60분 = 1시간). 따라서 30분은 30/60 = 0.5시간이다. 시간을 분으로 변환하려면 시간에 60을 곱한다. 따라서 0.75시간은 0.75 x 60 = 45분이다.
Time T = D/GS
시간(T)을 구하려면 거리(D)를 GS로 나눈다. GS 140노트로 210NM을 비행하면 시간은 210/140 = 1.5 시간이다.
Distance D = GS x T
특정 시간 동안 비행한 거리를 구하려면 GS에 시간을 곱한다. GS 120노트로 1시간 45분을 비행하면 거리는 120 x 1.75 = 210NM이다.
GS = D/T
GS를 구하려면 거리를 시간으로 나눈다. 항공기가 270NM을 3시간에 비행하면 GS는 270/3 = 90노트이다.
Converting Knots to Miles Per Hour
다음은 knots를 mph(mile per hour)로 변환하는 것이다. 비록 항공 업계에서는 mph보다 knots가 더 자주 사용되지만 속도와 관련된 문제를 다룰 때 mph를 사용하는 사람들은 이러한 변환을 이해해야 한다. NWS는 지표면 바람과 고고도 바람을 knots 단위로 보고한다. 허나 일부 항공기의 속도계는 mph로 눈금 되어 있다. 따라서 조종사들은 knots 단위로 보고된 풍속을 mph로 변환하는 방법을 익혀야 한다.
knots는 1 nautical mile per hour(NMPH)이다. 1NM은 6,076.1ft이고 1SM은 5,280ft이므로 변환 계수 1.15이다. knots를 mph로 변환하려면 knots 단위의 속도에 1.15를 곱한다. 예를 들어 20 knots의 풍속은 23 mph와 같다.
대부분의 flight computers나 electronic calculators가 이러한 변환을 수행할 수 있다. 항공 차트의 맨 아래에 있는 NM and SM 눈금 또한 이러한 변환에 사용될 수 있다.
Fuel Consumption
의도하는 비행을 위한 연료가 충분하도록 보장하기 위해선 비행 전 계획 도중 연료 소비량을 정확하게 계산해야 한다. 휘발유를 사용하는 항공기의 연료 소비량은 보통 gallons per hour로 측정된다. 터빈 엔진은 왕복 엔진보다 훨씬 많은 연료를 소비하기 때문에 터빈 항공기는 더 많은 연료를 필요로 하며 따라서 더 큰 연료 탱크를 필요로 한다. 이렇게 많은 양의 연료량을 측정할 때 부피 단위 측정법(예를 들어 gallons)을 사용하게 되면 연료의 부피가 온도에 따라 달라져서 문제가 발생한다.반면 밀도(무게)는 온도의 영향을 덜 받으므로 보다 일정한 측정 값을 제공한다. 이러한 이유로 제트 연료는 보통 밀도와 부피를 기준으로 측정된다.
이러한 항공업계의 표준 관행으로 인해 pounds-of-fuel-per-hour가 채택되었다. 시간당 항공기 이동거리(TAS ± wind)를 pounds-of-fuel-per-hour로 나누면 비항속거리(specific range)가 도출된다. 비항속거리는 연료 1파운드당 이동거리(NM)나 연료 1,000파운드당 이동거리로 표시된다. 소모된 연료량을 적절히 모니터링하고 특정 연료 관리 절차와 혼합비 조정 절차를 사용해서 비행 전 계획을 뒷받침해야 한다.
왕복 엔진을 갖춘 간단한 항공기의 경우에는 AFM/POH에서gallons-per-hour가 제공되며 이는 비행 전 계획을 수립하는데 도움을 제공한다.
비행을 계획할 때 예상 groundspeed(GS)에 대한 연료 소모율(gal/hr이나 lbs/hr)로 항공기가 이동할 수 있는 거리(바람 고려)를 계산해서 목적지에 도달하는데 필요한 연료가 어느 정도인지를 결정해야 하며 이 연료량과 충분한 예비 연료량이 항공기에 탑재될 수 있는지 확인해야 한다. GS는 비행에 걸리는 시간을 결정한다. 특정 비행에 필요한 연료량은 예상 비행시간에 연료 소모율을 곱해서 계산할 수 있다. 예를 들어 GS 100노트로 400NM을 비행하는데 4시간이 걸린다. 만약 항공기가 시간 당 5갤런의 연료를 소모한다면 총 연료 소비량은 20갤런이다. 이 예시에서는 바람이 없으므로TAS(true airspeed)도100노트이다. 주어진TAS에서 연료 소모율은 비교적 일정하게 유지되므로 만약 바람이 존재한다면 GS를 통해 연료 소비량을 계산해야 한다. 비항속거리(NM/lb나 NM/gal) 또한 연료 소비량을 계산하는데 유용하다.
조종사는 항상 다음과 같은 상황이 발생하기 전에 착륙하도록 계획해야 한다:
∙ 비행 전에 계산한 연료 소비량을 기준으로 하는 비행 시간이 초과됨.
∙ fuel gauge가 low fuel level을 표시함.
연료 소모율은 여러 요인에 의해 달라진다: 엔진의 상태, propeller pitch, propeller rpm, mixture의 richness, 그리고 순항 속도로 비행하는데 사용되는 마력의 비율. 조종사는 cruise performance charts나 경험을 통해 대략적인 연료 소모율을 알아야 한다. 비행에 필요한 연료량 뿐만 아니라 충분한 예비 연료도 있어야 한다. 연료 소비량을 계산할 때에는 순항 비행뿐만 아니라 startup, taxi, 그리고 climb도 고려해야 한다. 상승 및 순항 도중 일정한 대기 속도를 유지한다 해도 순항 도중에 유지되는 ground speed가 상승 도중에 유지되는 ground speed보다 더 높다는 것을 기억하라.
Flight Computers
지금까지는 시간, 거리, 속도, 그리고 연료 소비량과 같은 항목들을 결정하는데 수학 공식만 사용되었다. 사실 대부분의 조종사들은 E6B라 불리는 mechanical flight computer나electronic flight calculator를 사용한다. 이 장치들은 비행 계획 및 항법과 관련된 수많은 문제들을 계산할 수 있다. 조종사가 장치의 기능과 작동 방법에 익숙해지는 것을 돕기 위해 장치의 설명서에 예제 문제가 포함될 수도 있다. [그림 16-18]
Plotter
비행 계획에 도움이 되는 또 다른 도구는 plotter로 이는 각도기와 자(ruler)로 구성된다. 조종사는 TC를 결정하고 거리를 측정할 때 plotter를 사용할 수 있다. 대부분의 plotter는 NM 단위와SM 단위를 둘 다 측정하는 자를 가지고 있으며 한쪽 면에는 sectional chart용 눈금이 있고 다른 한쪽 면에는 world aeronautical chart용 눈금이 있다. [그림 16-18]
지문항법(pilotage)은 landmarks나 checkpoints를 참조하여 항행하는 것이다. 지문항법은 적절한 checkpoints를 갖춘 모든 course에서 사용될 수 있으나 보통 추측 항법(dead reckoning), 그리고 VFR 무선 항법(radio navigation)과 함께 사용된다.
checkpoints는 눈에 띄는 특징이 있어야 한다. checkpoints는 다른 특징들(예를 들어 도로,강,철도,호수,그리고 전력선)에 의해쉽게 식별될 수 있어야 한다. 가능하다면 course의 양쪽으로 경계를 만드는 특징들(예를 들어 고속도로, 강, 철도, 그리고 산)을 선택한다. 조종사는 해당 경계들을 넘어서지 않도록 비행함으로써 편류를 방지할 수 있다. 절대로 하나의 checkpoint만을 의존하지 않는다. 충분한 checkpoints를 선택하라. 만약 checkpoint를 놓쳤다면 heading을 유지하면서 다음 checkpoint를 찾는다. checkpoints로부터 위치를 결정할 때 sectional chart의 축적이 1인치 당 8SM(혹은 6.86NM)이라는 것을 기억하라. 예를 들어 특정 checkpoint가 차트의 course line으로부터 대략 1/2인치에 있다면 이는 실제 경로 상 4SM(혹은 3.43NM)에 위치한다. 혼잡한 지역의 경우에는 몇몇 작은 특징들이 차트에 포함되지 않는다. 만약 헷갈린다면 heading을 유지한다. heading으로부터 벗어나면 길을 잃기 쉽다.
차트에 표시되는 도로는 주로 사람들이 많이 다니는 도로이거나 공중에서 볼 때 가장 눈에 띄는 도로이다. 새로운 도로들과 구조물들이 계속해서 건설되고 있으므로 다음 차트가 발부되기 전까지는 이들이 차트에 나타나지 않을 수 있다. 일부 구조물들(예를 들어 안테나)은 확인되기 어려울 수 있다. 가끔은 TV 안테나들이 마을 근처에 모여 있다. 이러한 안테나들은 거의 눈에 보이지 않는 당김줄에 의해 지탱된다. 가장 높은 안테나로부터 500ft 미만으로 접근하지 않는다. 대부분의 높은 구조물들은 가시성을 위해 섬광등을 갖추고 있다. 그러나 일부 기상 조건이나 배경 조명으로 인해 이들이 잘 보이지 않을 수도 있다. 항공 차트는 인쇄 시점에 이용 가능한 최상의 정보들을 표시한다. 따라서 조종사들은 인쇄 시점 이후에 발생한 새로운 구조물이나 변화에 주의해야 한다.
※ 다음은 대한항공 항법 교재를 발췌한 내용이다.
1. 지문항법 (Pilotage)
최초의 공중 항법은 지상의 시각 참조물들을 보고 자신의 위치를 파악하여 비행을 하는 지문항법(Pilotage) 입니다. 지문항법이란 자동차로 여행을 하는 경우 적당한 도로지도나 시가지의 안내 지도를 지형이나 도로 표지와 잘 비교하여 가면 목적지에 도달할 수 있는 것처럼, 항공기 운항에 있어서도 이와 유사한 방법으로 지상의 고정된 목표로부터 자기의 위치를 구하여 하나의 지점에서 또 다른 하나의 지점을 찾아가는 방법을 말합니다. 이 항법은 지상의 시각 참조물들을 눈으로 확인해 가면서 비행을 하기 때문에 특별한 장비 없이 쉽게 실시할 수 있는 것이 장점입니다. 그러나 기상 상황이 나빠 지상을 볼 수 없거나, 또는 특별한 시각 참조물들이 없는 사막이나 대양 지역에서 사용할 수 없는 것이 단점입니다. 또한 지상의 시각 참조물들을 기준으로 하여 비행을 하기 때문에 직선 비행을 할 수 없다는 단점도 있습니다.
추측항법(dead reckoning)은 시간, 대기 속도, 거리, 그리고 방향을 기반으로 항행하는 방법이다. 이러한 변수들에 풍향 및 풍속을 적용하여 산출한 결과물이 heading과 GS이다. 예상되는 heading은 특정 경로를 따라 항공기가 이동하게 만든다. 그리고 예상되는 GS는 각 checkpoint와 목적지에 도착하는 시간을 설정한다. 추측항법은 보통 야외비행(cross-country)을 위해 지문항법과 함께 사용된다(단, 수면 위를 비행하는 경우 제외). 계산된 heading과 GS를 지속적으로 모니터링 해야 하며 checkpoints에서 확인된 지문항법을 통해 수정이 이루어져야 한다.
※ 다음은 대한항공 항법 교재를 발췌한 내용이다.
2. 추측항법 (Dead Reckoning)
지문 항법의 단점을 극복하기 위해 개발된 항법이 추측항법(Dead Reckoning) 입니다. 지문항법을 수행할 수 없는 기상 조건이나 뚜렷한 시각 참조물들이 없는 상황에서도 예상되는 바람 정보와 항공기의 Heading, 속도 등의 정보를 이용하여 한 지점에서 목표지점까지 비행하는 방법을 추측항법이라 합니다. 1927년 린드버그가 뉴욕~파리 간의 대서양 무착륙 단독비행에 사용했던 항법이 바로 추측항법입니다. 1927년 5월 20∼21일 린드버그는 정확하게 항로를 계산하여 지상의 시각 참조물 없이 비행하는 추측항법(Dead-reckoning)으로 대서양 횡단을 성공함으로써 장거리 항행기술의 새로운 장을 열게 됩니다. 그러나 추측항법은 예보된 기상 정보를 사용하기 때문에 바람의 정확한 예보가 필수적일 뿐만 아니라 비행 시간이 길어지면 길어질수록 오차가 증가한다는 단점을 가지고 있습니다.
Wind Triangle or Vector Analysis
바람이 존재하지 않는 경우에는 항공기 ground track이heading과 동일하며 GS는 true airspeed와 동일하다. 허나 이러한 상황은 거의 존재하지 않는다. wind triangle은 추측항법의 기초가 된다.
wind triangle이란 비행 도중 바람이 미치는 영향을 그림으로 나타낸 것이다. wind triangle을 통해 GS, heading, 그리고 시간을 결정할 수 있다. 이는 가장 간단한 종류의 야외비행 뿐만 아니라 가장 복잡한 계기 비행에도 적용될 수 있다. 숙련된 조종사는 그림을 그리지 않고도 측정이 가능할 정도로 기본 원리에 익숙해진다. 허나 초보 조종사가 바람의 영향을 완전히 이해하기 위해선 이러한 그림을 그려내는 기술을 개발해야 한다. 훌륭한 조종사는 의식적이든 무의식적이든 비행을 wind triangle의 측면에서 생각한다.
동쪽으로 비행할 때 북동쪽에서 바람이 불어오고 있다면 편류를 상쇄하기 위해 약간 북쪽으로 향하여야 한다. [그림 16-19] 각 선은 방향과 속도를 나타낸다. 파란색과 흰색의 점선은 항공기가 향하는 heading을 나타내며그 길이는 지시 대기속도로 1시간 동안 이동한 거리를 나타낸다. 오른쪽의 짧은 파란색 화살표는 풍향을 나타내며 그 길이는 1시간 동안의 풍속을 나타낸다. 노란색 실선은 지구 표면에서 측정된 경로(track)의 방향을 나타내며 그 길이는 1시간 동안 이동한 거리(ground speed)를 나타낸다.
실제로는 그림 16-19에 표시된 삼각형을 그리지 않는다. 대신 그림 16-20의 파란색, 노란색, 그리고 검은색 선으로 이루어진 삼각형을 그린다. 이는 다음 예시에서 설명된다.
E에서 P를 향하여 비행하다 가정해보자. 이 두 지점을 연결하는 선을 항공 차트에 그린다. 각도기나 plotter를 사용하여 자오선을 기준으로 그 방향을 측정한다. 이것이 TC이다(이 예시의 경우 90도). 바람은 북동쪽(045도)으로부터 40노트로 불고 있다.
이제 종이 위에 북쪽에서 남쪽으로 향하는 수직선을 그린다. 자세한 순서는 그림 16-21에 나타나 있다.
Step 1
각도기의 밑면이 수직선에 놓이도록 배치시킨다. 밑면의 중앙에 “E”(출발 지점)라 표시된 점을 찍는다. 그리고 각도기의 90도 지점(true course의 방향)과 45도 지점(바람의 방향)에도 점을 찍는다.
Step 2
E 지점에서 90도 지점을 향하여 true course를 그리고 “TC 090°”라 표시한다.
Step 3
E 지점과 45도 지점이 연장되도록 자를 배치한다. 그리고 E 지점에서 바람의 풍하쪽으로 wind arrow를 그린다. 이때 풍속 40노트에 해당하는 40 단위의 길이로 그린다. 이 선의 끝부분에 문자 “W”를 표시한다.
Step 4
마지막으로 대기 속도를 나타내기 위해 자의 120 단위 지점에 점을 찍는다. 이러한 단위는 축적(예를 들어 1/4인치 = 10노트)을 통해 이루어질 수 있다. 그런 다음 자의 끝부분이 W 지점에 놓이도록, 그리고 120 단위 점이 TC line을 가로지르도록 배치한다. 선을 그린 다음 이를 “AS 120”라 표시한다. 교차점에 위치한 “P”는 1시간 후의 항공기 위치를 나타낸다. 이제 그림이 완성되었다.
1시간 동안 비행한 거리(GS)는 TC line의 단위를 통해 측정된다(88knots). 편류를 상쇄하는데 필요한 TH는 airspeed line의 방향으로 표시되며 이는 두 가지 방법 중 하나를 통해 결정될 수 있다:
∙각도기의 밑면이 남북 수직선과 연장되도록, 그리고 각도기의 중심점이 airspeed line과 남북 수직선의 교차점에 위치하도록 배치한다. 그리고 TH를 읽는다(076°). [그림 16-22]
∙각도기의 밑면이 TC line과 연장되도록, 그리고 각도기의 중심점이 P에 놓이도록 배치한다. 그리고 TC line과 airspeed line 사이의 각도를 읽는다. 이것이 WCA이다. TH를 구하기 위해선 TC에 WCA이 적용되어야 한다. 만약 바람이 TC의 오른쪽에서 분다면 WCA를 더한다. 만약 바람이 TC의 왼쪽에서 분다면 WCA를 뺀다. 이 예시에서 WCA는 14°이고 바람이 왼쪽에서 불어오므로 TC(090도)에서 14도를 뺀다. 그 결과 TH는 076도이다. [그림 16-23]
TH를 계산한 후 magnetic heading을 구하기 위해 magnetic variation을 적용한다. 그리고 compass heading을 구하기 위해 compass deviation을 적용한다. compass heading은 추측항법으로 목적지까지 비행하는데 사용될 수 있다.
비행에 필요한 시간과 연료를 결정하기 위해선 먼저 목적지까지의 거리를 찾아야 한다. 이는 항공 차트에 그려진 course line의 길이를 통해 측정될 수 있다. 거리가 220NM로 측정된 경우 이를 GS(88knots)로 나누면 2.5시간이 나온다. 연료 소비량이 시간 당 8갤런인 경우 대략 20갤런이 사용된다.
비행 정보를 얻는 단계들을 간단히 요약하자면 다음과 같다:
∙TC – 원하는 두 지점을 연결하는 선의 방향. 이는 중앙자오선의 진북(TN)으로부터 시계 방향으로 측정된다.
∙WCA – wind triangle로부터 결정되는 값. 바람이 오른쪽에서 부는 경우에는 TC에 WCA를 더한다. 바람이 왼쪽에서 부는 경우에는 TC에서 WCA를 뺀다.
∙TH – 진북으로부터 시계방향으로 측정된 방향. 이는 특정 course를 유지하기 위해 비행기의 기수가 가리켜야 하는 방향이다.
∙Variation – 차트의 등편차선으로부터 얻어지는 값. 서편차인 경우에는 TH에 편차를 더한다. 동편차인 경우에는 TH에서 편차를 뺀다.
∙MH – TH에 편차를 적용하여 얻어지는 값.
∙Deviation – 항공기의 deviation card로부터 얻어지는 값. deviation card에서 지시하는 대로 이를 MH에 적용한다.
∙Compass heading – 원하는 course를 유지하기 위해 따라야 하는 나침반 값. 이는 MH에 deviation을 적용하여 구해진다.
∙Total distance – 차트의 TC line 길이를 측정하여 얻어지는 값. 차트 하단의 축적을 사용한다.
∙GS – wing triangle의 TC line 길이를 통해 측정된 값. 그림을 그리는데 사용된 축적을 사용한다.
14 CFR part 91에 따라 항공기의 PIC는 비행 전에 비행과 관련된 모든 정보를 숙지해야 한다. 공항 근처에서 이루어지는 비행이 아닌 경우에는 이 정보에 최신 기상 보고 및 예보, 연료 필요량, 계획된 비행이 완료될 수 없는 경우에 이용 가능한 대체 방안, 그리고 ATC로부터 전달받은 항적 지연에 대한 정보가 포함되어야 한다.
Assembling Necessary Material
조종사는 비행을 시작하기 전에 필수 자료들을 미리 수집해야 한다. 비행경로가 차트의 경계선 근처에 놓여있다면 적절한 sectional chart와 비행경로에 인접한 지역에 대한 차트가 필수 자료들에 포함되어야 한다.
추가 장비에는 flight computer나 electronic calculator, plotter, 그리고 특정 비행에 적합한 그 외 품목이 포함되어야 한다. 예를 들어 야간 비행을 수행하는 경우에는 손전등을 휴대해야 하고 사막 지역 상공을 비행하는 경우에는 물과 그 외 생필품을 휴대해야 한다.
Weather Check
비행 계획의 다른 측면을 계속 진행하기 전에 먼저 기상을 확인해서 비행이 가능한지 확인하고 만약 가능하다면 어떤 경로가 가장 좋은지 확인하는 것이 현명하다. Chapter 12, “Aviation Weather Services”는 기상 브리핑을 받는 방법에 대하여 설명한다.
Use of Chart Supplement U.S.
착륙하려는 각 공항에 대해 이용 가능한 정보를 공부한다. 여기에는 NOTAMs와Chart Supplement U.S.가 포함되어야 한다. [그림 16-24] 여기에는 위치, 표고, 활주로 및 등화 시설, 이용 가능한 서비스, aeronautical advisory station frequency(UNICOM)의 가용성, 이용 가능한 연료의 형식(이는 재급유 지점을 결정하기 위함), 공항에 위치한 FSS, control tower 주파수와 ground control 주파수, 항적 정보, remarks, 그리고 기타 관련 정보가 포함된다. Chart Supplement U.S.가 발부된 후에 발생한 위험 조건이나 변화에 대한 추가 정보를 위해 NOTAM(이는 28일마다 발부됨)을 확인해야 한다.
각 sectional chart의 마지막 발행일 이후에 발생한 주요 변경 사항을 확인하기 위해 sectional chart bulletin subsection을 확인해야 한다. 차트는 최대 6개월 이전의 것일 수 있다는 점을 기억하라. 차트의 유효 날짜는 차트의 전면 상단에 표시된다. 만약 차트 뒷면의 정보와 Chart Supplement U.S.의 정보에 차이가 있다면 Chart Supplement U.S.가 해당 사항에 대한 최신 정보를 포함하고 있으므로 이를 우선적으로 사용해야 한다.
Airplane Flight Manual or Pilot’s Operating Handbook(AFM/POH)
AFM/POH를 통해 항공기의 올바른 적재 조건(weight and balance data)을 확인해야 한다. 항공기에 탑재된 usable fuel과 drainable oil의 무게를 알아야 한다. 또한 승객들의 무게, 수하물의 무게, 그리고 항공기의 empty weight를 확인해서 총 무게가 최대 허용 무게를 초과하지 않는지 확인해야 한다. 적재물이 어떻게 분배되어있는지 알아야 무게 중심이 허용 한계 이내에 있는지 알 수 있다. empty weight와 empty weight CG를 얻으려면 AFM이나 그 외 영구 항공기 기록에서 최신 weight and balance 정보를 사용한다.
계산된 하중, 공항 표고, 그리고 온도를 기반으로 적절한 차트를 통해 이착륙 거리를 결정하고 이 값을 runway available과 비교한다. 하중이 무거울수록, 그리고 표고 ∙ 온도 ∙ 습도가 높을수록 이륙 활주와 착륙 활주가 길어지며 상승률이 낮아진다는 것을 기억하라.
예상하는 비행 고도 및 출력 설정에서의 연소 소모율을 결정하기 위해 fuel consumption charts를 확인한다. 연료 소모율을 계산한 다음 이를 비행 예상시간과 비교해서 경로 상 급유 지점을 계획에 포함한다.
기상을 확인하였고 몇 가지 예비 계획을 완료하였다면 이제는 course를 작성하고 비행에 필요한 데이터를 결정할 차례이다. 다음 섹션에서는 course 작성, flight log 작성, 그리고 비행 계획서 제출 도중 따라야 할 논리적 순서가 제공된다. 아래의 정보와 그림 16-25를 통해 비행을 계획해보자.
Steps in Charting the Course
다음은 비행과 관련된 정보를 얻기 위해 권장하는 순서이다. 정보가 결정되면 이를 flight log에 기록할 수 있다. [그림 16-26] 계산이 필요한 경우에는 수학적 공식이나manual/electronic flight computer를 이용할 수 있다. manual/electronic flight computer의 사용 방법에 익숙하지 않다면 설명서를 읽어보고 몇몇 연습 문제를 풀어보는 것이 좋을 것이다.
먼저 Chickasha Airport(point A)에서 Guthrie Airport(point F)까지 직선을 그린다. course line은 출항 공항의 중심에서 시작되어 목적지 공항의 중심에서 종료되어야 한다. 직항 경로인 경우에는 course line이 하나의 직선으로 구성된다. 직항 경로가 아닌 경우에는 두 개 이상의 직선 구간들로 구성된다. 예를 들어 비록 VOR station이 직항 경로로부터 벗어나있다 하더라도 항법을 용이하게 만들기 위해 이를 선택할 수 있다(무선 항법은 이 장의 뒷부분에서 설명된다).
경로를 따라 적절한 checkpoints를 선택한 다음 이를 어떤 방법으로든 기록해둔다. 이러한 checkpoints는 찾기 쉬운 지점(예를 들어 대도시,큰 호수,그리고 강)이거나 쉽게 알아볼 수 있는 것들이 조합된 지점(예를 들어 공항이 있는 도시, 고속도로망이 있는 도시, 그리고 철도가 오고가는 도시)이어야 한다.
보통 차트에 노란색으로 표시된 도시만 선택하라. 작은 원으로 표시된 도시는 선택하지 않는다. 이러한 도시에는 집이 대여섯 채에 불과할 수도 있다. (단, 외딴 지역에서는 작은 원으로 표시된 도시가 눈에 띄는 checkpoints가 될 수 있음). 이 비행을 위해 네 개의 checkpoints가 선정되었다. checkpoint 1은 course의 동쪽에 위치한 타워이며course와 평행하게 놓인 고속도로와 철도를 통해 더 자세히 식별될 수 있다. checkpoint 2는 course의 서쪽에 위치한 장애물이며바로 동쪽에 위치한 Will Rogers World Airport를 통해 더 자세히 식별될 수 있다. checkpoint 3은 Wiley Post Airport이며항공기는 이 공항의 상공을 통과해야 한다. checkpoint 4는 course의 서쪽에 위치한 개인 공항이며course의 동쪽에 위치한 철도와 고속도를 통해 더 자세히 식별될 수 있다.
계획하는 경로의 주변에 조종사가 주의해야 하거나 특별한 운영 조건을 필요로 하는 공역이 있는지 확인해야 한다. 이 경우에는 course가 Will Rogers World Airport를 둘러싼 C등급 공역(point B)을 통과한다. 이 공역의 하단은 2,500ft MSL이고 상단은 5,300ft MSL이다. 또한 관제탑이 운영되는 동안 지표면으로부터 3,800ft MSL까지 Wiley Post Airport를 둘러싸는 D 등급 공역(point C)도 있다.
경로를 따라 위치하는 지형 및 장애물을 조사한다. 이를 통해 가장 높은 표고, 가장 낮은 표고, 그리고 가장 높은 장애물을 파악한 다음 14 CFR part 91을 준수하는 적절한 고도를 선택할 수 있다. 지형으로부터 3,000ft 너머를 비행하는 경우에는 비행 방향에 적합한 순항 고도를 준수해야 한다. 특히 경로 상에 험준한 지형이 있는지 확인하해서이를 피할 수 있도록 한다. 이착륙이 수행되는 지역에 높은 장애물이 있는지 확인해야 한다. 텔레비전 송신탑이 주변 지형으로부터 1,500ft 너머로 뻗어있을 수 있다. 조종사는 송신탑의 존재 여부와 그 위치를 인지해야 한다. 이번 비행에서 가장 높은 장애물은 2,749ft MSL(point D)의 안테나라는 것을 유의해야 한다. 가장 높은 표고는 북동쪽 사분면에 위치하며 2,900ft MSL(point E)이다.
바람은 문제가 되지 않으며 C등급 공역과 D등급 공역의 상공을 비행하는 것이 바람직하므로 5,500ft MSL을 선택한다. 이 고도는 모든 장애물로부터 충분한 안전거리를 제공할 뿐만 아니라 14 CFR part 91의 조건(0 ~ 179도의 magnetic course에서는 홀수 고도 +500ft)에도 부합한다.
그런 다음에는 course의 총 거리와checkpoints 사이의 거리를 측정해야 한다. 총 거리는 53NM이고 checkpoints 사이의 거리는 그림 16-26의 flight log에 표시되어 있다.
거리를 결정하였다면 TC를 측정한다. TC는 031도이다. TH가 설정되었다면 이제 compass heading을 결정할 수 있다. 이는 이 장의 앞부분에 설명된 공식을 따르면 된다.
공식은 다음과 같다:
TC ± WCA = TH ± V = MH ± D = CH
WCA는 manual/electronic flight computer를 통해 결정될 수 있다. 풍향 360도 · 풍속 10노트를 통해 WCA가 3도 왼쪽으로 결정된다. 이를 TC에서 빼면 TH 28도가 결정된다. 그런 다음 비행경로와 가장 가까운 등편차선을 찾아서 편차를 결정해야 한다. 그림 16-25에서 편차가 6.30°E(7°E로 반올림)로 표시되므로 TH에서 이 값을 뺀다. 그 결과는 MH 21도이다. 그런 다음 자차를 보정하기 위해 MH에 2를 더한다. 그 결과 compass heading 23도가 주어진다.
이제 GS를 결정할 수 있다. 이는 manual/electronic flight computer를 통해 결정될 수 있다. GS는 106노트로 계산된다. 이 정보를 바탕으로 총 비행시간, checkpoints 사이의 시간, 그리고 연료 소비량을 결정할 수 있다. 이러한 수치들은 manual/electronic flight computer를 통해 계산될 수 있다.
이 비행의 경우 GS는 106노트이고, 총 비행시간은 35분이며, 연료 소비량은 4.7갤런이다. checkpoints 사이의 시간은 그림 16-26의 flight log를 참조한다.
비행 도중 headings와 time을 기록하고 heading, GS, 그리고 time을 수정할 수 있다.
비행 계획서를 제출하는 것은 규정상 의무사항은 아니다. 허나 비상 상황이 발생하면 비행계획서에 포함된 정보가 search and rescue에 활용될 수 있으므로 비행 계획서를 제출하는 것이 권장된다.
비행 계획서를 공중에서 라디오로 제출할 수 있긴 하지만 출항 전에 전화로 제출하는 것이 가장 좋다. 이륙 후에 FSS와 교신해서 이륙 시간을 알리면 비행 계획서가 활성화 된다.
VFR 비행 계획서가 제출되면 FSS는 이 비행 계획서를 proposed departure time으로부터 1시간 후까지 보관한 후에 이를 취소한다(단, 실제 출항 시간을 수신한 경우, 수정된 proposed departure time을 수신한 경우, 혹은 조종사가 비행 계획서 제출 시proposed departure time이 지켜질 예정이나 교신 부족으로 인해 실제 출발 시간은 제공할 수 없다고 알린 경우 제외). 허나 FSS specialist는 조종사에게 이러한 절차를 알리지 않는다.
그림 16-27은 FSS에 제출하는 비행 계획서 양식을 보여준다. 전화나 라디오로 비행 계획서를 제출하는 경우에는 양식의 번호 순서대로 정보를 제공한다. 이는 FSS specialist로 하여금 정보를 더 효율적으로 받아 적을 수 있게 해준다. 대부분의 항목들은 VFR 비행 계획서에 적용되지 않거나(예를 들어 item 13) 자명하다. 허나 몇몇 항목들을 설명이 필요할 수 있다.
∙ Item 3은 항공기 형식과 특별 장비이다. 예를 들어 C-150/X는 항공기에 트랜스폰더가 없다는 것을 의미한다.
∙ Item 6은 proposed departure time이다. 이는 UTC(“Z”)를 기준으로 한다.
∙ Item 7은 순항 고도이다. 여기에는 보통 “VFR”이 입력될 수 있다. 왜냐하면 조종사는 FAA 규정을 준수하는 순항 고도를 선택하기 때문이다.
∙ Item 8은 비행경로이다. 만약 직항경로라면 “direct”이라는 단어를 입력한다. 만약 직항경로가 아니라면 실제 경로를 입력한다(예를 들어 via certain towns나via navigation aids).
∙ Item 12는 시간/분 단위의 탑재 연료이다. 이는 사용 가능한 총 연료량(갤런)을 예상 연료 소모율(갤런)로 나눠서 결정된다.
비행계획서를 제출하면 모든 이점을 가진다는 것을 기억하라. 허나 도착하는 즉시 비행 계획서를 종료하는 것을 잊지 않아야 한다. 라디오 혼잡을 방지하기 위해 이를 전화로 수행해야 한다.
항공기에 설치된 항법 무선 수신기가 발전하였고, 지상 송신국의 정확한 위치 및 주파수를 나타내는 항공 차트가 개발되었으며, 세련된 조종실 계기가 출현한 덕분에 조종사는 원하는 모든 지점을 향하여 정확하게 항행할 수 있게 되었다. 이러한 장비들을 통해 정밀한 항법이 가능하긴 하지만 초보 조종사들은 먼저 지문항법을 보완하기 위해 해당 장비들을 사용해야 한다. 이 방법은 교신 두절 조종사의 방향감각 상실을 방지하는데 효과적이다.
※ 다음은 대한항공 항법 교재를 발췌한 내용이다.
3. 무선항법 (Radio Navigation)
추측항법을 아무리 정확하게 수행한다 하더라도, 바람이 예상과 다르게 불거나 기타 다른 요소들로 인하여 오차가 발생할 수 밖에 없습니다. 악기상이나 지상에 특별한 시각 참조물들이 없는 상황에서도 비행하면서 추측항법으로 인해 발생하는 오차를 극복하고, 항상 일정한 항로를 비행하기 위하여 세계 제 2차 대전을 기점으로 해서 발전된 항법이 바로 무선항법입니다. 무선항법이란 지상 송신국으로부터 보내진 전파를 항공기에 탑재된 수신 장비를 통해 수신하여 현 위치를 파악하고 이를 토대로 비행하는 항법입니다. 무선항법에 사용되는 대표적 지상 항행안전시설로는 VOR, NDB, DME, ILS 등이 있습니다. 무선항법은 기존의 지문항법과 추측항법의 단점을 극복하고 항상 일정한 항로를 비행할 수 있다는 장점이 있으나, 지상 항행안전시설들의 위치라는 한계로 인해 많은 제약을 받습니다. 최근 들어 RNAV 항로가 도입되고는 있으나 아직은 도입 초기 단계로 현 지상 항로의 큰 틀은 여전히 지상 항행안전시설들을 기준으로 설계가 되어 운영되고 있다고 할 수 있습니다. 출 도착 및 접근 절차들 역시 지상 항행안전시설들을 기준으로 설계 되고 운영되었으나, 최근에는 RNAV 출 도착 절차들과 RNP 접근 절차들의 비율이 커지고 있는 추세입니다.
VFR 항법에 사용할 수 있는 무선 항법 시스템은 세 가지가 있다:
• VHF Omnidirectional Range(VOR)
• Nondirectional Radio Beacon(NDB)
• Global Positioning System(GPS)
Very High Frequency(VHF) Omnidirectional Range(VOR)
VOR 시스템은 세 가지 항법 보조 시설(NAVAIDs)로 존재한다: VOR, VOR/DME(distance measuring equipment), 그리고 VORTAC. VOR은 station에 대한 to from magnetic bearing 정보를 제공한다. DME가 VOR과 함께 설치되면 이는 VOR/DME라 불린다. 군의 TACAN(tactical air navigation)이 VOR과 함께 설치되면 이는 VORTAC이라 불린다. DME는 항상 VORTAC의 구성 요소이다. VOR indicator는 NAVAID의 형식(VOR, VOR/DME, 혹은 VORTAC)과 상관없이 동일하게 작동한다. 따로 설명되지 않는 한 이 장의 VOR, VOR/DME, 그리고 VORTAC은 모두 VOR이라 불린다.
omnidirectional range는 송신국으로부터 모든 방향으로 직선 경로(radials)를 투사하는 VHF radio transmitting ground station이다. 이를 위쪽에서 바라보면 바퀴 허브의 바퀴살처럼 보일 수 있다. VOR radials가 투사되는 거리는 송신기의 전력 출력에 따라 달라진다.
송신국으로부터 투사되는 radials는 자북을 기준으로 한다. 따라서 radial은 VOR station에서 바깥으로 연장되는 magnetic bearing으로 규정된다. radials는 001(자북으로부터 1도 동쪽) ~ 360의 모든 숫자들로 식별된다. 방향정위를 돕기 위해 자북을 기준으로 하는 compass rose가 항공 차트의 송신국 위치에 겹쳐져 있다.
VOR ground stations는 108.0-117.95MHz의 VHF 주파수 대역 내에서 송신한다. 장비가 VHF이기 때문에 송신 신호는 가시선의 제한을 받는다. 따라서 VOR의 범위는 수신 장비의 고도에 비례해서 달라진다. 보통 1,000ft AGL에서는 신호의 수신 범위가 약 40 ~ 45마일이다. 이 거리는 고도에 따라 증가한다. [그림 16-28]
VOR과 VORTAC은 운영 용도에 따라 세 가지 등급으로 분류된다:
• T (Terminal)
• L (Low altitude)
• H (High altitude)
일반적인 유효 거리가 다음 표에 나타나 있다:
(출처: FAA AIM)
특정 시설의 유효 거리는 50마일 미만일 수 있다. 이러한 제한 사항과 관련된 자세한 내용은 Chart Supplement U.S.의 Communication/NAVAID Remarks를 참조한다.
VOR radials의 경로 정확성은 우수하다. 그 정확성은 일반적으로 ±1도 이내이다. 허나 VOR 수신 장비의 특정 부분이 손상되면 정확성이 영향을 받는다. 이는 특히 VOR station으로부터 멀리 떨어진 곳에 있을 때 더욱 그러하다. VOR 수신기의 정확성을 확인하기 위해 주기적으로 점검 및 보정을 수행한다. VOR 수신기의 정확성을 점검하는 것은 VFR 비행을 위한 필수 조건이 아니다. 허나 장비의 정확성을 확인하기 위해 이러한 점검이 자주 수행되어야 하며 해마다 완전한 보정이 이루어져야 한다. 조종사가 VOR의 정확성을 확인할 수 있는 방법은 다음과 같다:
• FAA VOR test facility(VOT)
• 인증된 공중 점검지점
• 인증된 지상 점검지점
만약 항공기에 두 개의 VOR 수신기가 설치되어 있다면 dual VOR receiver check을 수행할 수 있다. dual receiver check을 수행하기 위해 두 개의 VOR 수신기를 동일한 VOR 지상시설로 동조한다. 두 개의 VOR 수신기가 지시하는 bearings 사이의 최대 허용 편차는 4도이다. 지상 및 공중 점검지점의 목록은 Chart Supplement U.S.에 게재되어 있다.
기본적으로 이러한 점검은 항공기 장비가 수신하는 VOR radials가 송신국이 송출하는 radials와 정렬되어 있는지 확인하는 것으로 구성된다. VFR 비행을 위한 특정 허용 편차는 없긴 하지만 정확성을 보장하기 위해 IFR에서 요구하는 허용 편차를 이용할 수 있다(지상 점검의 경우 ±4도, 공중 점검의 경우 ±6도). 이러한 점검은 조종사가 수행할 수 있다.
VOR 송신국은 모스코드 식별부호를 통해, 또는 송신국 명칭과 “VOR”을 명시하는 음성 녹음을 통해 확인될 수 있다. 많은 FSS가 VOR이 작동하는 주파수를 통해 음성 메시지를 송출한다. 송신국을 식별하기 위해 FSS의 음성 메시지를 의존해서는 안 된다. 왜냐하면 많은 FSS들이 본인의 이름과 다른 몇몇 omniranges를 통해 원격으로 음성 메시지를 송출하기 때문이다. VOR이 정비로 인하여 작동하지 않는 경우에는 식별 부호가 송출되지 않는다. 이는 조종사에게 해당 송신국이 항법에 사용되어서는 안 된다는 것을 경고한다. VOR 수신기는 alarm flag를 갖추고 있으며 이는 항법 장비를 작동시키기엔 신호 강도가 불충분한 경우를 나타낸다. 이러한 상황은 항공기가 VOR로부터 너무 멀리 있거나 항공기가 너무 낮아서 송출 신호의 가시선을 벗어나는 경우에 발생한다.
Using the VOR
VOR 무선 항법을 위해선 두 가지 요소가 필요하다: 지상 송신기와 항공기 수신 장비. 지상 송신기는 지상의 특정 위치에 존재하며 할당된 주파수로 송출을 수행한다. 항공기 장비에는 송신기, 그리고 VOR이나 omninavigation instrument가 포함된다. 항법 계기는 CDI(course deviation indicator), HSI(horizontal situation indicator), 혹은 RMI(radio magnetic indicator)일 수 있다. 각 계기는 모두 VOR에 대한 course를 지시한다.
Course Deviation Indicator(CDI)
CDI는 대부분의 훈련 항공기에 존재한다. 이는 OBS(omnibearing selector. 간혹 course selector라고도 불림), CDI needle(left-right needle), 그리고 TO/FROM indicator로 구성된다.
course selector란 원하는 radial을 선택하기 위해, 혹은 항공기가 비행 중인 radial을 결정하기 위해 조작될 수 있는 방위각 다이얼이다. course selector를 통해magnetic course “TO” or “FROM” the station도 결정할 수 있다.
course selector를 돌리면 항공기로부터의 radial 위치를 나타내기 위해 CDI가 움직인다. deviation needle이 중앙에 위치할 때까지 course selector를 조작하면 radial(magnetic course “FROM” the station)을, 혹은 radial의 reciprocal(magnetic course “TO” the station)을 결정할 수 있다. course selector에 설정된 radial로부터 항공기가 벗어나거나 편류하는 경우에도 course deviation needle이 좌우로 움직인다.
needle을 중앙에 두면 course selector는 course “FROM” the station이나course “TO” the station을 지시한다. 만약 “TO”가 표시되었으며 해당 경로를 따라 비행하면 항공기는 station으로 향한다. [그림 16-29] 만약 “FROM”이 표시되었으며 해당 경로를 따라 비행하면 항공기는station으로부터 멀어진다.
Horizontal Situation Indicator
HSI는 compass card를 구동하기 위해 flux valve를 이용하는 방향 지시계이다. HSI는 magnetic compass를 항법 신호와, 그리고 glideslope와 결합시킨다[그림 16-30]. HSI는 조종사가 설정한 course나 radial로부터의 항공기 위치를 조종사에게 제공한다.
그림 16-30에서 compass card의 lubber line에 표시된 magnetic heading은 184도이다. course select pointer는 295도로 설정되어 있다. pointer의 꼬리는 그 reciprocal인 115도를 가리킨다. course deviation bar는 course select pointer로 선정한 course로부터의 좌우 편차를 나타내기 위해 VOR/Localizer(VOR/LOC)나GPS navigation receiver와 함께 작동한다. 동일한 방식으로 작동하는 종래의 VOR/LOC needle은 각이 진 움직임을 통해 course의 편차를 지시한다.
course select knob를 통해 course select pointer를 회전시켜서 원하는course를 선택할 수 있다. HSI의 중앙에는aircraft symbol이 고정되어 있으며 course deviation bar는 조종사가 설정한 course로부터의 항공기 위치를 나타낸다. 삼각형 모양의 포인터는 TO/FROM indicator이다. TO/FROM indicator가 course select pointer의 머리 부분을 가리키고 있을 때 이 course를 제대로 교차 및 비행하게 되면 항공기가 특정 시설로 향하게 된다. TO/FROM indicator가 course select pointer의 꼬리 부분을 가리키고 있을 때 이 course를 제대로 교차 및 비행하게 되면 항공기가 특정 시설로부터 멀어지게 된다.
NAV warning flag가 표시되었다면 이는 신뢰할 수 없는 신호가 수신되고 있다는 것을 나타낸다. HDG flag는 compass card가 제대로 작동하지 않다는 것을 나타낸다.
Radio Magnetic Indicator(RMI)
RMI는 항공기의 magnetic heading(혹은 directional gyro heading)과 VOR∙GPS∙ADF(automatic direction finder) bearing 정보를 제공하는 항법 보조 장치이다. [그림 16-31] 오래된 heading indicators의 오류와 한계들을 보상하기 위해 remote indicating compasses가 개발되었다. remote compass transmitter란 보통 자기 간섭을 피하기 위해 wingtip에 장착되는 별도의 장치이다. RMI는 compass card, heading index, 두 개의 bearing pointers, 그리고 pointer function switches로 구성된다. 두 개의 포인터는 GPS, ADF, 그리고/혹은 VOR 중 두 개가 조합되어 작동한다. 조종사는 계기에 표시될 항법 보조 장치를 선택할 수 있다. 포인터는 NAVAID나 waypoint로 향하는 course를 표시한다. 그림 16-31에서 녹색 포인터는 ADF에 동조된 송신국을 지시한다. 노란색 포인터는 VOR이나 GPS waypoint로 향하는 course를 지시한다. RMI에서는 조종사가 course를 선택하지 않아도 된다. 선택된 navigation source만이 지시침에 의해 지시된다.
Tracking With VOR
다음은 CDI를 통해 tracking to and from a VOR station을 수행하는 절차를 설명한다. [그림 16-32]
먼저 VOR 수신기를 특정 VOR 지상국 주파수로 동조한다. 예를 들어 Bravo VOR을 수신하기 위해 115.0을 설정한다. 그 다음 원하는 VOR이 수신되는지 확인하기 위해 식별자를 확인한다. VOR이 동조되면 course deviation needle이 왼쪽이나 오른쪽으로 벗어난다. 이제 course deviation needle이 중앙에 오고 TO-FROM indicator가 “TO”를 지시할 때까지 course selector를 돌린다. 만약 needle이 중앙에 왔으나 “FROM”이 지시되면 방위각을 180도 돌려야 한다. 왜냐하면 이 예시에서는 “TO” the station을 비행하고 있기 때문이다. 이제 course selector가 지시하는 heading(이 예시에서는 350도)으로 선회한다.
우측풍이 부는 상태에서 heading 350을 유지하면 항공기는 특정 track으로부터 좌측으로 편류한다. 항공기가 course로부터 편류할수록 VOR course deviation needle이 점점 중앙에서 우측으로 움직인다.
원하는 radial로 돌아가기 위해선 항공기의 heading이 우측으로 향하여야 한다. 항공기가 특정 track으로 돌아갈수록 deviation needle이 천천히 중앙으로 움직인다. needle이 중앙에 맞춰졌다면 항공기는 특정 radial로 돌아온 것이다. 이때 좌측으로 선회하되 원래의 heading인 350까지 선회하지는 않는다. 왜냐하면 편류를 수정해야하기 때문이다. 수정의 양은 풍속에 따라 달라진다. 만약 풍속을 모른다면 정확한 heading을 찾기 위해 시행착오가 이루어질 수 있다. 이 예시에서는 10도의 수정(heading 360)을 유지해본다 가정하자.
heading 360을 유지하는 동안 course deviation이 좌측으로 움직였다면 이는 10도의 수정이 너무 커서 항공기가 course의 우측으로 비행하고 있다는 것을 의미한다. 특정radial로 돌아오기 위해 약간 좌측으로 선회한다.
deviation needle이 다시 중앙에 오면 5도의 수정(heading 355)을 유지해본다. 이 수정이 적절하면 항공기는 radial에 남아있는다. 만약 그러지 않다면 heading의 조그마한 변화가 만들어져야 한다.
VOR 지상국을 통과하는 동안 course deviation needle이 흔들리다가 안정되며 “TO” 지시가 “FROM” 지시로 변화한다.
보통 tracking inbound에 사용되는 방법과 tracking outbound에 사용되는 방법은 동일하다. 만약 지상국 상공을 통과한 후에 inbound radial의 reciprocal에서 track outbound를 할 목적이라면 course selector를 변경하지 않는다. 지시침을 중앙에 유지하기 위해 동일한 수정 방법을 수행한다. 단 하나의 차이점은 omnidirectional range가 “FROM”을 지시하는 것이다.
inbound radial의 reciprocal이 아닌 outbound course를 tracking하는 경우에는 새로운 course를 course selector에 설정해야하며 해당 course를 교차하기 위해 선회가 이루어져야 한다. course에 설정된 후에는 이전에 언급한 것과 동일한 tracking 절차를 따른다.
Tips on Using the VOR
• 코드나 음성 식별부호를 통해 송신국을 확실히 식별한다.
• VOR 신호는 “가시선”임을 기억하라. 항공기가 송신국으로부터 너무 낮거나 너무 멀면 약한 신호가 수신되거나 신호가 전혀 수신되지 않는다.
• 송신국을 향하여 비행하는 경우에는 먼저 inbound radial을 결정하고 해당 radial을 사용한다. course를 유지할 수 있는 heading으로 비행한다. 항공기가 편류하였다면 course를 다시 교차할 수 있는 heading으로 비행한 다음 편류 수정을 적용한다.
• course deviationneedle이 약간 흔들리는 경우에는 즉시 heading을 바꾸지 않는다. needle이 다시 중앙으로 돌아오는지 확인하기 위해 잠깐 기다린다. 만약 그렇지 않는다면 heading을 바꿔서 course를 needle에 정확히 정렬시켜야 한다.
• “TO” a station을 수행할 때에는 항상 특정 course를 “TO” indication과 함께 비행한다. “FROM” a station을 수행할 때에는 항상 특정 course를 “FROM” indication과 함께 비행한다. 만약 비행이 이렇게 수행되지 않으면 course deviation needle의 움직임이 반대로 나타난다. 항공기가 “FROM” indication과 함께 “TO” a station을 수행하거나“TO” indication과 함께 “FROM” a station을 수행하면 course deviation needle이 반대 방향으로 움직인다. 예를 들어 항공기가 특정 radial로부터 우측으로 편류하면 needle이 radial의 우측으로 움직인다. 만약 항공기가 특정 radial로부터 좌측으로 편류하면 needle이 radial의 좌측으로 움직인다.
• VOR을 사용하여 항행할 때에는 course를 유지하거나 교차하는 headings를 비행하는 것이 중요하다. 단순히 needle을 향하여 선회를 하면 radial을 넘어서게 되며 결국course의 좌우로 S turn을 만들 것이다.
Time and Distance Check From a Station Using a RMI
송신국으로부터의 시간 및 거리를 계산하기 위해 먼저 RMI bearing pointer가 가장 가까운 wingtip position에 놓이도록 선회한다. 그런 다음 시간을 재기 시작하고 heading을 유지한다. RMI bearing pointer가 10도를 움직였을 때 경과된 시간(초 단위)을 확인한다. 그리고 특정 송신국으로부터의 대략적인 시간 및 거리를 결정하기 위하여 다음 공식을 적용한다. [그림 16-33]
만약 10도의 bearing 변화에 75초가 소요되었다면 항공기는 지상국으로부터 7.5분 거리에 있다. RMI bearing pointer가 빠르게 움직이거나pointer를 wingtip position에 두는데 여러 번의 수정이 필요하다면 항공기는 지상국 근처에 있는 것이다.
계산된 시간(분)을 TAS/60이나 GS/60에 곱하면 송신국으로부터의 거리가 구해진다. 예를 들어 항공기가 송신국으로부터 7.5분 거리에 있으며 TAS가 120노트(혹은 분당 2NM)라면 송신국으로부터의 거리는 15NM(7.5 x 2 = 15)이다.
시간과 거리의 정확성은 바람, bearing이 변화하는 정도, 그리고 정확한 시간 측정에 의해 달라진다. 관련된 변수들 때문에 결과 값은 근사치에 불과하다. 허나 정확한 heading을 비행하고 time과bearing을 정확히 확인함으로서 조종사는 송신국으로부터의 시간과 거리를 합리적으로 측정할 수 있다.
Time and Distance Check From a Station Using a CDI
CDI를 통해 송신국으로부터의 시간과 거리를 계산하기 위해 먼저 VOR 지상국을 동조 및 식별하고 항공기가 위치한 radial을 결정한다. 그런 다음inbound를 향해 선회하고 필요하다면 needle을 다시 중앙에 위치시킨다. inbound course의 좌측이나 우측으로 90도를 선회하면서 OBS를 선회 반대 방향으로 돌린다(10의 배수 중 가장 가까운 값으로 돌린다). heading을 유지하다가 CDI가 중앙에 들어오면 시간을 재기 시작한다. 동일한 heading을 유지한 상태에서 OBS를 다시 10도 돌린다. CDI가 중앙에 들어오면 경과된 시간을 적는다. 그림 16-34의 공식을 통해 송신국으로부터의 시간과 거리가 계산된다.
Course Intercept
course interception은 대부분의 계기 항법 구간에서 수행된다. course interception에 사용되는 장비는 다양하지만 특정한 문제를 해결하기에 충분한 rate of intercept나 angle of intercept로 이어지는 intercept heading이 비행되어야 한다.
Rate of Intercept
rate of intercept는 bearing pointer나 HSI의 움직임을 통해 확인되며 다음 요소들의 결과이다:
• 원하는 course를 향해 항공기가 비행하는 각도(angle of intercept)
• 진대기속도와 바람(GS)
• 송신국으로부터의 거리
Angle of Intercept
angle of intercept란 항공기의 heading(intercept heading)과 특정 course 사이의 각도를 의미한다. intercept heading을 설정/조정해서 이러한 각도를 제어하는 것이 course interceptions를 조절하는 가장 쉽고 효율적인 방법이다. angle of intercept는 course로부터 벗어난 각도보다 커야하지만 90도를 초과하여서는 안 된다. 이러한 한계 이내에서 가장 적절한 rate of intercept가 만들어지도록 조절을 수행한다.
intercept heading 선택 시 중요한 것은 송신국으로부터의 거리와 course로부터 벗어난 각도 사이의 상관관계이다. 송신국으로부터 60NM 거리일 때 1도는 1NM의 폭을 가진다. 이 폭은 60NM 거리에 비례해서 증가하거나 감소한다. 예를 들어 120NM에서 1도는 2NM의 폭을 가지고 30NM에서 1도는 1/2NM의 폭을 가진다. 특정GS(ground speed)와angle of intercept에 대한rate of intercept는 송신국으로부터의 거리에 따라 달라진다. angle of intercept를 위해 intercept heading을 선택할 때 다음 요소들을 고려한다:
• course로부터 벗어난 각도
• 송신국으로부터의 거리
• 진대기속도와 바람(GS)
Distance Measuring Equipment(DME)
DME는 UHF(ultra high frequency) 항법 보조 장치, 그리고 VOR/DME 및 VORTAC으로 구성된다. DME는 VOR/DME나 VORTAC으로부터의 항공기 경사 거리를 NM 단위로 측정한다(여기서부터 VOR/DME와 VORTAC을 모두 VORTAC이라 부르겠다). DME가 매우 대중적으로 이용되기는 하지만 모든 항공기가 DME를 장비하지는 않는다.
DME를 사용하기 위해 조종사는 이전에 설명한대로 VORTAC을 선택하고, 동조하고, 식별해야 한다. DME 수신기는 “paired frequency(조종사가 선택한VHF VORTAC주파수와 관련된UHF DME주파수를 자동으로 선택 및 동조하는 개념)”를 사용한다. 이 절차는 완전히 자동으로 이루어진다. DME 화면은VORTAC으로부터의 경사 거리를 표시한다. 경사 거리는 항공기와 VORTAC간의 직선 거리이므로 항공기 고도의 영향을 받는다. (VORTAC 직상공을 6,076ft AGL에서 통과하면 DME는 대략 1.0NM을 나타낸다.) DME는 VOR 항법에 매우 유용한 보조 장치이다. VOR radial은 항공기가 위치하는 선에 대한 정보만을 제공한다. DME를 통해 조종사는 특정 선(radial)상의 항공기 위치를 정확하게 찾을 수 있다.
대부분의 DME 수신기는 GS와 time-to-station mode도 제공한다. GS는 노트(NMPH) 단위로 표시된다. time-to-station mode는 GS를 기반으로 VORTAC까지의 남은 시간을 표시한다. GS와 time-to-station 정보는 VORTAC을 곧장 to/from tracking 하는 경우에만 정확하다. DME 수신기가 정확한 GS나 time-to-station 정보를 표시하기 위해선 먼저 1~2분간 VORTAC을 곧장 to/from tracking 해야 한다.
몇몇 DME는 hold 기능을 갖추고 있다. 이를 사용하면 특정 VORTAC의 DME 신호를 유지하면서 course indicator로는 ILS나 다른 VORTAC의 course deviation 정보를 확인할 수 있다.
(DME HOLD 기능. 출처: DA40NG G1000 trainer)
VOR/DME RNAV
area navigation(RNAV)은 조종사가 설정한 지점들 사이의 직진 경로에 대하여 전자식 경로 안내를 제공한다.RNAV는 다양한 NAVAIDS(예를 들어 GPS 등등)에 적용되는 일반적인 용어이지만 이 섹션에서는 VOR/DME를 기반으로 하는 RNAV만을 다룬다. VOR/DME RNAV는 별도의 ground-based NAVAID가 아니다. 대신 이는 항공기의 RNAV computer로 처리된 VOR/DME 신호와VORTAC 신호를 사용하는 항법 방식이다. [그림 16-35]
NOTE: 이 섹션에서 “VORTAC”이라는 용어는 VOR/DME NAVAID를 포함한다.
VOR/DME RNAV를 통해 조종사는 VORTAC을 전자적으로 이동시킬 수 있다. 이렇게 전자적으로 재배치된 VORTAC을 waypoints라 부른다. 이 waypoints는 특정 VORTAC의 서비스 범위를 벗어나지 않는 radial/distance로 정의된다. 이러한 waypoints를 통해 VORTAC의 상대적 위치나 항로의 유무와 관계 없이 거의 모든 출발지와 목적지 사이를 직선 경로로 비행할 수 있다.
VOR/DME RNAV 장비의 기능과 작동 방법은 저마다 다르지만 기본 작동 원리는 동일하다. 조종사들은 VOR/DME RNAV나 익숙하지 않은 항법 시스템을 사용하기 전에 제조업체의 매뉴얼을 숙지하고 교육을 받아야 한다. placards와AFM/POH의 supplement section에서 운영 정보와 제한 사항들도 확인해야 한다.
VOR/DME-based RNAV는 최소 세 가지 모드로 작동한다: VOR, en route, 그리고 approach. 몇몇 모델들에서는 네 번째 모드인 VOR Parallel이 있다. 어떤RNAV mode이든VOR 신호와 DME 신호가 둘 다 필요하다. 만약 선택한 NAVAID가 DME가 없는 VOR이라면 RNAV mode가 작동하지 않는다.
VOR(혹은 non-RNAV) mode에서는 장비가 단순히 DME 성능을 갖춘 VOR 수신기처럼 기능한다. [그림 16-36] VOR indicator에 표시되는 장비의 정보는 모든 면에서 기존 방식과 동일하다. 항로나 그 외 일반적인 VOR 항법을 운영하는 경우에는 VOR mode가 사용된다.
RNAV 기능을 사용하기 위해선 조종사가 하나의 waypoint나 일련의 waypoint들을 선택 및 설정해서 경로를 규정해야 한다. VORTAC이나 VOR/DME를NAVAID로 선택해야 한다. 왜냐하면 radial/distance신호는 이러한 송신국들로부터 얻을 수 있기 때문이다. waypoint를 설정하기 위해 VORTAC의 서비스 범위 내에 있는 특정 지점을 radial/distance 기준으로 지정한다. waypoint를 입력하고 RNAV en route mode를 선택하면 CDI는 기존의 VORTAC 대신에 waypoint로 향하는 경로 안내를 표시한다. DME도waypoint까지의 거리를 나타낸다. 장비들은 보통 여러 waypoints를 저장할 수 있는 기능을 가지고 있으므로 원한다면비행 전에 waypoints를 프로그래밍하고 이를 비행 도중 불러올 수 있다.
RNAV waypoint는 1/10 단위의 radials(예를 들어 275.5도)와 1/10 단위의 거리(예를 들어 25.2NM)로 입력된다. 조종사가 RNAV waypoints를 해당 수준의 정확도로 항공 차트에 표시하는 것은 어려우며 실제로도 이 정도의 정확도는 거의 필요하지 않다. 비행 계획을 위한 간행물들은 공항의 좌표와 waypoints를 해당 수준의 정확도로 게재하고 있으며 RNAV 장비는 이러한 수치들을 수용한다. RNAV mode에서는 CDI의 작동 방법과 표시 방법이 약간 달라진다.
RNAV mode에서는 course deviation이 linear deviation으로 표시된다. RNAV en route mode에서 CDI가 최대로 편향되면 보통 waypoint와의 거리와 상관 없이 특정 course로부터 5NM 벗어난 것이다. RNAV approach mode에서 CDI가 최대로 편향되면 보통 특정 course로부터 1 1/4NM 벗어난 것이다. RNAV mode에서는 항공기가 waypoint에 가까워질수록 CDI 민감도가 증가하지 않는다.
(ILS에서는 course deviation이 angular deviation으로 표시된다. 때문에 localizer와 가까워질수록 CDI가 민감해진다. 출처: boldmethod)(허나 RNAV mode에서는 이 그림처럼 course deviation이 linear deviation으로 표시된다. 때문에 거리와 상관 없이 CDI의 민감도가 일정하다. 출처: boldmethod)
RNAV approach mode는 계기 접근을 위해 사용된다. 해당 모드의 좁은 축적(en route mode의 1/4) 덕분에 특정waypoint에 대한 to/from tracking을 매우 정교하게 수행할 수 있다. VFR 야외 비행 도중 approach mode로course를 tracking하는 것은 바람직하지 않다. 왜냐하면 approach mode는 많은 주의를 필요로 하며 비효율적이기 때문이다.
네 번째 모드는 VOR Parallel mode이다. 이는 항공기가 VORTAC을to/from tracking 할 때 CDI가 angular deviation 대신 linear deviation을 표시할 수 있게 해준다. 이 모드는 특정 course나 airway를 조종사가 선택한 특정 거리만큼 offset(=parallel)을 할 수 있게 만들어주는 데서 그 이름이 유래되었다. VOR parallel mode는 기존의 VORTAC 직상공에 waypoint를 배치하는 것과 동일한 효과를 가진다. 일부 조종사는 autopilot의 NAV(navigation) tracking 기능을 사용할 때 VOR parallel mode를 선택함으로써 VORTAC 근처에서 course를 원활하게 따라간다 .
(VOR Parallel mode의 예시. 출처: DA40NG G1000 trainer)
VOR/DME-based RNAV로 항법을 수행하는 것은 혼잡할 수 있으므로 조종사는 항공기에 설치된 장비를 잘 알아야 한다. 조종사가 switch positions나 annunciators를 간과해서 RNAV modes 중 하나를 실수로 작동시키는 일이 종종 발생했었다. 반대로 조종사가 switch positions나 annunciator를 간과해서 RNAV modes 중 하나를 작동시키지 않은 경우도 있었다. 조종사는 본인이 사용하는 장비를 잘 알아야 하며 하나의 항법 수단만을 전적으로 의존하지 않아야 한다.
Automatic Direction Finder(ADF)
많은 범용항공 항공기가 ADF 무선 수신 장비를 장착한다. ADF로 항법을 수행하려면 조종사가 수신 장비를 NDB(nondirectional radio beacon)와 동조해야 한다. NDB 송신국은 보통 200 ~ 415kHz의 저주파나 중파에서 작동한다. 주파수는 항공 차트나 Chart Supplement U.S.에서 쉽게 찾을 수 있다.
compass locators를 제외한 모든 radio beacons는 세 글자의 식별부호를 계속하여 전송한다(단, 음성 송신 도중에는 중단됨). ILS와 연관된 compass locator는 두 글자의 식별부호를 전송한다.
standard broadcast stations도ADF와 함께 사용될 수 있다. 모든 radio stations을 정확하게 식별하는 것이 매우 중요하며 특히 항법을 위해 standard broadcast stations를 이용하는 경우에는 더더욱 그러하다.
저주파와 중파는 가시선의 영향을 받지 않는다. 신호가 지구의 곡선을 따라 흐르므로 항공기가 송신국의 범위 내에만 있다면 고도에 상관없이 신호를 수신할 수 있다.
아래의 표는 NDB 송신국의 등급, 출력, 그리고 범위를 제공한다:
* 서비스 범위가 50마일보다 작을 수도 있다.
저주파(LF)를 항법에 사용할 때 고려해야할 하나의 단점은 저주파 신호가 전기적 간섭(예를 들어 번개)에 매우 민감하다는 것이다. 이러한 간섭은 엄청난 잡음, needle deviations, 그리고 신호 소멸을 유발한다. 멀리 떨어진 송신국으로부터 간섭이 발생할 수도 있다. 조종사는 이러한 간섭이 발생할 수 있는 조건을 알아야 하며 그래야 ADF를 사용할 때 발생할 수 있는 간섭에 더욱 주의를 기울일 수 있다.
기본적으로 ADF는 tuner(원하는 송신국 주파수를 설정하는 장치)와 navigational display로 구성된다.
navigational display는 다이얼(방위각이 표시된 장치)과 지시침(다이얼 주위를 회전해서 송신국을 가리키는 장치)으로 구성된다.
일부 ADF 다이얼은 방위각과 항공기 heading이 정렬되도록 조작이 가능하다. 그 외의 ADF 다이얼은 항공기의 기수를 나타내는 0과 항공기의 꼬리를 나타내는 180으로 고정된다. 본 교재에서는 fixed azimuth dial만이 논의된다. [그림 16-37]
그림 16-38은 ADF와 함께 사용되는 용어들을 나타내며 조종사들은 이를 숙지해야 한다.
magnetic bearing “FROM” the station을 결정하기 위해선 magnetic bearing to the station에서 180을 더하거나 빼야한다. 이것이 reciprocal bearing이며이는 position fixes를 차트에 표시할 때 사용된다.
fixed azimuth의 지시침은 항공기 기수를 기준으로 송신국을 가리킨다는. 만약 지시침이 relative bearing 330을 가리키고 있다면 송신국은 30도 왼쪽에 위치한다. 만약 항공기가 좌측으로 30도 선회하면 지시침이 30도 우측으로 움직여서 relative bearing 0을 지시하며이는 항공기가 송신국으로 향하고 있음을 의미한다. 지시침이 0인 상태를 유지하면서 송신국으로 계속 향하는 절차를 homing to the station이라 부른다. 만약 측풍이 존재한다면 ADF 지시침이 0에서 계속 벗어난다. 지시침을 0으로 계속 유지하려면 항공기를 약간씩 회전시켜야 하며이로 인해 송신국까지의 경로가 곡선이 된다. 비록 homing to the station은 일반적인 절차이긴 하지만 풍하쪽으로 편류해서 송신국으로 향하는 거리가 늘어날 수 있다.
tracking to the station은 편류 수정을 필요로 하며 그 결과로 항공기가 송신국을 향하여 직진 경로를 유지하게 된다. 편류 수정이 설정되면 ADF 지시침은 좌측이나 우측으로 그 수정량을 지시한다. 예를 들어 magnetic bearing to the station이 340일 때 좌측풍을 수정하면 magnetic heading 330이 만들어지며ADF 지시침은 우측 10도(relative bearing 010)를 지시한다. [그림 16-39]
tracking away from the station을 수행할 때에도 tracking to the station과 유사한 방법으로 바람 수정이 적용된다.단,ADF 지시침이 항공기의 꼬리 쪽(azimuth dial의 180도 지점)을 가리킨다. 바람이 불고 있을 때 ADF 지시침을 180도 지점으로 유지하면 항공기가 곡선 비행경로를 비행하게 되며 결국 원하는 track으로부터 점점 멀어지게 된다.
무선 항법에 있어서 ADF는 VOR만큼 대중적이지 않다. 허나 ADF의 한계를 이해하고 계기를 현명하게 활용하면 이는 유용한 항법 보조 장비가 될 수 있다.
Global Positioning System
GPS는 인공위성을 기반으로 하는 무선 항법 시스템이다. GPS는 전 세계에 걸쳐서RNAV 안내를 제공한다. GPS는 전 세계에 적용되는 우주 기반 시스템이므로 항공 차트에 GPS에 대한 기호는 없다. 현재 GPS가 주요 전자 항법 수단이 될 수 있도록 개발이 진행 중이다. 항공기에 영구적으로 장착되는 GPS 장치 외에도 휴대용 GPS와 yoke-mounted GPS가 큰 인기를 얻고 있다. 광범위한 항법 데이터베이스는 항공기 GPS 수신기의 일반적인 기능이다.
※ 다음은 대한항공 항법 교재를 발췌한 내용이다.
5. 위성항법 (GPS Navigation)
지상 항행안전시설의 위치라는 한계를 극복하고, 기존 항행시스템들 보다 더욱 정확한 위치 정보를 제공하면서 하나의 시스템만으로 전 비행구간을 커버할 수 있도록 하기 위해 개발된 항법시스템이 Global Positioning System(GPS)입니다. GPS는 1950년 대 말부터 개발되기 시작한 미 해군과 공군의 위성항법시스템을 통합하여 1973년에 만들어졌습니다. GPS는 위성들과 지상 기지들의 네트워크로 이루어진 하나의 Space-based 무선 항행시스템입니다. 지구로부터 약 11,000 마일의 고도에서 최소 24개의 GPS 위성들이 6개의 궤도에서 지구를 공전하면서 위치, 속도, 시간 정보를 지구로 보냅니다. 이 정보들을 GPS 수신기를 통해 받아 위치를 파악할 수 있게 되었습니다.
GPS는 DOD(U.S. Department of Defense)에서 개발 빛 운영하는 위성 무선 항법 및 시각 전송 시스템이다. 민간 인터페이스와 GPS 시스템 상태는 U.S. Coast Guard에서 확인할 수 있다.
GPS를 VFR/IFR 항법에 사용하기 위해 그 기술적 측면을 이해해야할 필요는 없다. GPS는 기존의 지상 기반 전자 항법과 상당히 다르며 이러한 차이를 인지하는 것이 중요하다. 장비의 승인 및 한계에 대해 인지하는 것은 비행 안전에 매우 중요하다.
GPS 항법 시스템은 신호를 송출하며수신기는 이를 통해 세계 어디에서나 정확한 위치를 결정할 수 있다. 수신기는 여러 위성을 추적한 다음 의사거리(pseudorange)를 결정해서 사용자의 위치를 알아낸다. 정확한 3차원 위치를 설정하기 위해선 최소 4개의 위성이 필요하다. DOD는 GPS 위성군의 운영을 책임지고 있으며 GPS 위성이 제대로 작동하는지 모니터링 한다.
(출처: 위키백과)
GPS 위성의 상태는 인공위성으로부터 전송되는 메시지의 일부로 송출된다. GPS 상태에 대한 정보는 NOTAM을 통해서도 알 수 있다.
GPS 수신기는 GPS 위성으로부터 수신된 신호의 무결성(integrity)을 확인하기 위해 RAIM(receiver autonomous integrity monitoring)을 사용한다. RAIM은 위성이 오류 정보를 제공하고 있는지 확인한다. 수신기가 RAIM 기능을 수행하기 위해선 항법에 필요한 위성 외에 최소 1개의 위성이 더 필요하다. 따라서 RAIM이 오류 정보를 감지하기 위해선 최소 5개의 위성이, 혹은 4개의 위성과 한 개의 barometric altimeter(baro-aiding)이 필요하다. 일부 RAIM은 오류 위성 신호를 분리한 다음 이를 navigation solution으로부터 제거하기 위해 6개의 위성을, 혹은 5개의 위성과 한 개의 baro-aiding을 필요로 한다. baro-aiding이란 위성을 사용하지 않는 입력 장치를 통해 GPS의 무결성을 강화하는 방법이다. 항공기 고도를 결정하기 위해 GPS 고도에 의존해서는 안 된다. 왜냐하면 수직 오차가 꽤 클 수 있으며 무결성이 제공되지 않기 때문이다. baro-aiding을 사용하려면 사용 설명서에 명시된 대로 최신 altimeter setting을 수신기에 입력해야 한다.
RAIM 메시지는 수신기마다 다소 차이가 있지만 일반적으로 두 가지 형식을 가진다. 하나는 RAIM integrity monitoring을 제공할 수 있는 위성이 충분하지 않음을 나타내고다른 하나는 RAIM integrity monitor가 현재의 비행구간에 대한 한계를 초과하는 잠재적 오류를 감지하였음을 나타낸다. RAIM 기능이 없으면 조종사는 GPS 위치의 정확성을 확신할 수 없다.
Selective Availability
SA(selective availability)는 의도적으로 GPS의 정확성을 저하시키는 방법이다. 이 기능은 정밀한 GPS 위치 정보가 악이용되는 것을 방지하기 위해 설계되었다. 비록 SA는 2000년 5월 1일에 중단되었지만 많은 GPS 수신기들은 SA가 여전히 활성화된 상태라 간주하고 설계된다.
baseline GPS satellite constellation은 지구를 중심으로 하는 6개의 궤도면에 배치된 24개의 위성으로 구성된다. 각 궤도면은 4개의 작동 위성과 한 개의 예비 위성 슬롯을 가진다. 시스템은 최대 30개의 위성으로 구성된 위성군을 지원할 수 있다. GPS 위성의 공전 주기는 11시간 58분이다. 궤도들은 거의 원형에 가깝고, 적도를 중심으로 60도의 일정한 간격을 두며, 적도를 기준으로 55도 기울어져있다. 궤도의 반지름(즉, 지구의 질량 중심으로부터 위성까지의 거리)은 약 26,600km이다.
baseline satellite constellation을 통해 수신기는 최소 4개의 위성을 사용할 수 있으며 6 ~ 8개의 위성을 사용할 가능성이 높다. 수신기는 위성이 방송하는 거리 신호와항법 정보를 통해 의사거리를 측정하며 이를 통해 위치, 속도, 그리고 시간을 추정한다. 수신기는 mask angle(수신기가 위성을 사용할 수 있는 수평선으로부터의 최저 각도) 위에 놓인 최소 4개의 위성 정보를 사용한다. 특정 시간에 작동하는 위성의 정확한 개수는 궤도에 존재하는 가동 중단 위성의 개수와 예비 위성의 개수에 따라 달라진다. [그림 16-40]
(mask angle)
VFR Use of GPS
GPS 항법은 VFR 조종사의 항법 능력을 향상시키고, 상황 인식을 강화시키며, 운영비용을 절감해준다. GPS가 VFR 조종사에게 많은 이점을 제공하긴 하지만 시스템의 성능이 초과되지 않도록 주의해야 한다.
VFR 항법에 사용되는 GPS 수신기는 fully integrated IFR/VFR installation부터 hand-held devices까지 다양하다. 조종사는 항법 정보의 오용을 피하기 위해 수신기의 사용법과 제한 사항을 알아야 한다. VFR 조종사는 어떤 경우에도 하나의 항법 시스템만 의존해선 안 된다. GPS 항법은 다른 유형의 전자 항법뿐만 아니라 지문 항법, 그리고 추측 항법과 함께 사용되어야 한다. 이러한 항법들이 통합되어야 VFR 조종사는 항법의 정확성을 확신할 수 있다. GPS 사용 시 고려해야 할 몇 가지 중요한 사항으로는 RAIM 기능, 데이터베이스 유효기간, 그리고 안테나 위치가 포함된다.
RAIM Capability
많은 VFR GPS receivers와 hand-held units가 RAIM 경고 기능을 갖추지 않는다. 이러한 수신기들은 필요한 수의 위성을 사용할 수 없거나 위치 오류가 감지된 것을 조종사에게 표시할 수 없다. RAIM 기능이 없는 수신기는 navigation solution이 저하되어 항법 오류가 발생할 수 있다는 경고를 조종사에게 제공하지 않는다. 다른 항법 기술과의 체계적인 cross-check을 수행하면 이러한 오류를 식별하고 심각한 편차를 방지할 수 있다.
navigation fixes, airports,그리고instrument procedures를 위해 수신기들은 보통 업데이트가 가능한 데이터베이스를 사용한다. IFR operation을 위해선 이 데이터베이스가 최신 상태로 유지되어야 하지만VFR operation에서는 이러한 조건이 없다. 허나 데이터베이스는 보통 moving map display를 작동시키며여기에는 특수사용공역과 다양한 등급의 공역들이 표시된다. 최신 데이터베이스가 없다면 moving map display가 오래전 정보를 표시할 수 있으며 중요한 공역(예를 들어 제한공역이나 B등급 공역) 주변을 비행하려는 VFR 조종사에게 잘못된 정보를 제공할 수 있다. 오래된 데이터베이스를 사용하다가 본인이 피하려고 의도하였던 공역에 진입한 경우가 많았다. 중요한 항법 결정을 내릴 때 만약 최신 데이터베이스가 없다면 moving map display는 무시한다.
또한 운영상 목적을 충족하기 위해 필요하다면 waypoint를 추가, 제거, 재배치, 혹은 개명할 수 있다. named fix와 관련해서 GPS로 항법을 수행하는 경우에는 최신 데이터베이스를 통해 해당 waypoints를 찾아야 한다. 만약 데이터베이스가 업데이트 되어있지 않다면 조종사는 공식적인 최신 자료(예를 들어 Chart Supplement U.S., sectional chart, 혹은 en route chart)를 통해 waypoint의 위치를 확인해야 한다.
VFR installation에서 안테나는 보통 성능보다는 편의성을 기준으로 배치된다. 허나 IFR installations에서는 안테나가 위성과 통신할 수 있는 충분한 시야가 확보되는 위치에 설치되어야 한다. 만약 다른 위치에 설치되면 항공기의 일부분이 안테나의 시야를 차단해서 항법 신호가 손실될 가능성이 높아질 수 있다.
이는 hand-held receivers의 경우 더욱 그러하다. VFR operation을 위해 hand-held receivers를 사용하는 것이 증가하는 추세이다(특히 항공기를 빌려서 사용하는 조종사들 사이에서). 보통 GPS 안테나를 항공기 창문의 안쪽에 배치하기 위해 흡착판이 사용된다. 이 방법은 유용성이 크긴 하지만 안테나의 위치가 항공기 구조에 의해 가려져서 위성을 최적으로 수신하기 어려울 수 있다. 따라서 항공기와 위성의 기하학적 구조로 인해 항법 신호가 손실되는 특정 상황에서는 신호 중단이 발생할 수 있다. 이러한 상황이 RAIM 기능의 부재와 결부되면 조종사는 아무런 경고도 없이 잘못된 위치 정보와 항법 정보를 제공받을 수 있다.
VFR operations를 위해 hand-held GPS receivers를 사용하는 것은 규정에 의해 제한되지 않는다. 허나 항공기의 개조(예를 들어 panel mounted holder나 yoke mounted holder를 설치하는 것)는 14 CFR part 43에 의해 규제된다. 조종사들은 규정을 준수하고 장비를 안전하게 설치하기 위해 정비사와 상의해야 한다.
Tips for Using GPS for VFR Operations
항상 장비의 RAIM 기능 여부를 확인한다. 만약 RAIM기능이 없는GPS에 표시된 위치가 다른 무선 항법 시스템, 지문항법, 혹은 추측항법으로 결정된 위치와 차이가 있다면 GPS 위치를 의심한다.
데이터베이스의 유효기간을 확인한다. 만약 만료되었다면 최신 버전을 통해 데이터베이스를 업데이트한다. 만약 만료된 데이터베이스를 업데이트 할 수 없다면 중요한 항법 결정을 위해 moving map display를 사용하지 않는다. 데이터베이스가 만료된 후에 named waypoint가 재배치되었거나 더 이상 존재하지 않을 수도 있다는 것을 유의한다. 사용하려는 waypoints를 최신 공식 출처(예를 들어 Sectional Aeronautical Chart)와 비교해서 확인해야 한다.
hand-held GPS receiver가VFR 조종사에게 훌륭한 항법 성능을 제공할 수 있긴 하지만 간헐적으로 항법 신호가 중단될 수 있으며 RAIM 경고가 표시되지 않을 수 있으므로 이에 대비해야 한다. 항공기에 수신기를 설치하는 경우에는 14 CFR 43을 반드시 준수해야 한다.
이륙 전에 비행 계획을 면밀히 세운다. user-defined waypoints로 항법을 수행하는 경우에는 waypoint들을 비행 도중 입력하지 말고 비행 전에 입력한다. 계획하는 비행을 최신 출처(예를 들어 최신 sectional chart)와 비교하여 확인한다. 한 조종사가 다른 조종사가 만든 waypoints를 사용했는데 그 waypoint가 본인이 예상한 위치에 있지 않았던 사례들이 있었다. 이는 보통 항법 오류로 이어진다. 항공기 내부를 바라보는 시간을 최소화하고 항적∙지형∙장애물을 면밀하게 확인한다. 지상에서 수행한 몇 분의 준비와 계획만으로도 공중에서 큰 차이를 만들 수 있다.
항공기 내부를 바라보는 시간을 최소화하는 또 다른 방법은 수신기의 작동에 매우 익숙해지는 것이다. 대부분의 수신기는 직관적이지 않다. 조종사는 수신기 조작에 사용되는 다양한 keystrokes, knob functions, 그리고 displays를 학습하는 시간을 가져야 한다. 일부 제조업체는 수신기에 대한 컴퓨터 튜토리얼이나 시뮬레이션을 제공한다. 비행 도중 특정 장치를사용하기 전에 시간을 내서 이를 학습한다.
모든 VFR 항법 문제들을 해결하기 위해 GPS에 의존하지 않도록 주의한다. IFR 요건에 따라 IFR 수신기가 설치되지 않는 한 정확도나 무결성 기준이 보장될 수 없다. GPS의 실용성이 크긴 하지만 이는 그저 조종사의 수단들 중 하나에 불과하다는 사실은 변함이 없다.
VFR Waypoints
VFR waypoint는area navigation receivers를 갖춘 항공기로 시계 항법을 수행하는 조종사에게 위치를 인지하는데 도움이 되는 보조 수단을 제공한다. VFR waypoints는 현재 사용 중인 항법 절차를 보완하는 수단으로 사용되어야 한다. VFR waypoints의 용도는 다음과 같다: 해당 지역에 익숙하지 않은 조종사에게 항법 보조 수단 제공, 기존의 보고 지점을 waypoint로 정의, B∙C등급 공역 안팎에서의 항법 향상, 그리고 특수사용공역주변에서의 항법 향상. VFR 조종사들은 시계 항법을 위해 특별히 발행된 최신 항공 차트를 사용해야 한다. terminal area를 운항하는 경우에는 해당 지역에 대해 이용 가능한 Terminal Area Chart를 사용해야한다. VFR waypoints를 사용한다 해서 14 CFR part 91의 운영 조건을 준수할 책임이 면제되는 것은 아니다.
VFR waypoint의 명칭(컴퓨터 입력 및 비행 계획서용)은 “VP”로 시작되는 5개의 문자로 구성되며 항법 데이터베이스에서 검색할 수 있다. VFR waypoint의 명칭은 발음할 수 있도록 고안되지 않으며 ATC 교신에 사용될 수 없다. VFR charts에서 stand-alone VFR waypoint는 IFR waypoint에서 사용되는 것과 동일한 별 모양 기호를 사용한다. 차트의 visual checkpoint와 결합된 VFR waypoint는 작은 자홍색 깃발 기호로 식별된다. visual checkpoint와 결합된 VFR waypoint는 발음이 가능하며 ATC 교신에 사용될 수 있다. 각 VFR waypoint의 명칭은 괄호 안에 표시된다. VFR waypoints의 위도/경도 정보는 해당 지역의 Chart Supplement U.S.에서 확인할 수 있다.
VFR비행 계획서 제출 시 다음과 같은 경우에는5글자의 식별자를 route of flight의 waypoint로 사용한다: 해당 지점에서 course를 변경하는 경우, 혹은 계획된 비행경로를 설명하기 위해 해당 지점을 사용하는 경우. 이는 VFR 비행 계획서 제출 시 route of flight에 VOR을 사용하는 것과 유사하다. 조종사는 VFR conditions를 운영하는 경우에만 VFR waypoints를 사용해야 한다.
비행 도중 사용하려는 VFR waypoints를 출항 전에 수신기에 로드해야 한다. 이륙한 후에는 routes나 VFR waypoints를 수신기에 프로그래밍 하지 않아야 한다.
VFR waypoints 근처를 운항하는 도중에는 다른 항적을 특히 주의해야 한다. VOR이나 NDB 근처를 운항할 때와 마찬가지로 VFR waypoints 근처에서는 다른 항공기를 see and avoid 하려 노력해야 한다. 사실 GPS를 통해 항법 정확도가 높아지면서 다른 항공기들의 거의 동일한 경로를 따르게 되어서 더 많은 주의가 필요해졌다. 설령 교신이 요구되는 공역 등급의 바깥이더라도 VFR waypoint 부근을 운항하는 도중에는 이용 가능한 모든 ATC 서비스를 사용해야 한다. 근처를 운항중인 항적 정보를 위해 공역의 등급에 상관없이 ATC 주파수를 면밀히 모니터링 한다. 또한 VFR waypoints 근처를 운항하는 도중에는 landing light(s)를 켜서 항공기가 눈에 더 잘 띄도록 만드는 것도 좋다(특히 저시정인 경우).
