(2) En Route Navigation

En Route Navigation

 

en route IFR(instrument flight rules) navigation은 ground-based NAVAID system에서 satellite-based system으로 발전하고 있다. 현대의 시스템은 거의 모든 비행 운영 조건에 맞춰 경로를 생성할 수 있다. GNSS(Global Navigation Satellite System)는 인공위성 기반의 위치, 항법, 그리고 시간 서비스를 제공하여 모든 비행 구간에서 performance-based operations가 가능하게 해준다.

 

14 CFR Part 91, 91.181은 비행경로의 기준을 다룬다. 관제 공역 내에서 IFR로 항공기를 운항하기 위해선 조종사는 항로의 중심선을 따라(Federal airway를 비행하는 경우), 혹은 NAVAIDs나 Fixes 사이의 direct course를 따라(Federal airway가 아닌 경로를 비행하는 경우) 비행해야 한다(단, ATC가 달리 인가한 경우 제외). 또한 규정은 항적 회피를 위한 기동을 허용하며 VMC(visual meteorological conditions)인 경우에는 상승/하강 도중 비행경로를 개방하기 위한 기동을 허용한다.

 

Airways

 

airway routing은 항로라 불리는 특정 경로를 따라 발생한다. 항로는 항공기를 위한 3차원의 고속도로라 생각될 수 있다. 대부분의 지역에서 항공기는 출항 공항과 도착 공항 사이의 항로를 비행해야 한다. airway routing을 관리하는 규정인 SID(Standard Instrument Departures)와 STAR(Standard Terminal Arrival)은 고도, 속도, 그리고 항로 진입/이탈 조건을 다루는 비행 절차이다. 대부분의 항로는 8NM의 폭을 가진다. 항로를 VFR로 운항하는 경우 airway flight levels는 위/아래 항공기와 최소 500ft의 분리를 유지한다. 항로를 IFR로 운항하는 경우 모든 항공기들은 지표면과 FL 290 사이에서 1,000ft 미만으로 근접해서는 안 된다. FL 290을 초과하는 고도에서는 모든 항공기들은 2,000ft 미만으로 근접해서는 안 된다(단, RVSM이 적용될 수 있는 공역은 제외. 이 경우에는 수직 분리가 1,000ft로 감소됨). 항로들은 보통 하나의 항로에서 다른 항로로 변경할 수 있는 지점으로 임명된 NAVAIDs에서 교차한다. 항로들은 한 개의(혹은 두 개의) 문자와 1 ~ 999의 숫자로 구성된 이름을 가지고 있다(예를 들어 V484나 UA419).

 

NAS(National Airspace System)의 en route airspace structure는 세 개로 구성되어 있다. low altitude airways는 문자 V로 시작하는 이름을 가지고 있으며 Victor Airways라 불린다. [그림 2-3] 해당 경로들은 대략 1,200ft AGL(above ground level) ~ 18,000ft MSL에서 운영된다. high altitude airways는 문자 J로 시작하는 이름을 가지고 있으며 Jet Routes라 불린다. [그림 2-4] 해당 경로들은 18,000 ~ 45,000ft에서 운영된다. random operations는 FL(flight level) 450을 초과하는 고도에서 수행된다. low/high airway structure를 구분하는 고도는 나라마다 다르다.

 

Air Route Traffic Control Centers

 

FAA는 관제 공역 내에서(특히 en route 구간에서) IFR 비행계획서로 운항중인 항공기에게 ATC(air traffic control) 서비스를 제공하기 위하여 ARTCC(Air Route Traffic Control Center)를 설정하였다. 장비 성능과 관제사 업무량이 허용한다면 VFR 항공기에게 특정 advisory/assistance services가 제공될 수 있다.

 

ARTCCs는 보통 Centers라 불린다. ARTCC의 공역 내에서 IFR로 운항중인 모든 항공기는 Center로부터 관제를 받는다. [그림 2-5]

 

그림 2-6은 Boston ARTCC의 예시이다. 녹색 선은 Boston Center area를 나타내며 빨간색 선은 군작전구역(MOA), 금지구역, 제한구역, 경계구역, 그리고 위험구역을 나타낸다.

 

Safe Separation Standards

 

항공기를 관제하는 주요 수단은 정교한 레이더 시스템을 통해 이루어진다. 또한 관제사는 해당 구역 내의 항공기와 양방향 무선 교신을 유지한다. 이를 통해 관제사는 항공기가 다음 기준에 따라 분리되도록 만든다:

 

∙가로

– 5마일

 

∙수직

- 1,000ft(단, 항공기가 FL 290 미만일 때, 혹은 RVSM 항공기의 경우 FL 290 ~ FL 410)

 

- 2,000ft(단, 항공기가 FL 290 이상인 경우)

 

관제사는 조종사에게 instructions를 발부함으로써 이러한 분리를 만들 수 있다. 고도 할당, 속도 조절, 그리고 radar vectors가 이러한 instructions의 예이다.

 

en route 관제는 flight progress strips를 통해 항공기 위치를 정확히 파악함으로써 처리된다. 이러한 strips는 조종사의 비행계획서 정보들이 포함된 종잇조각이다. 항공기가 각 Center의 섹터에 도착하기 20분 전에 strips가 인쇄된다. flight progress strip은 해당 항공기를 관제하는데 필요한 모든 정보를 제공한다. 섹터에 접근하는 각 항공기의 flight progress strips가 올바르게 정렬된 경우 항공기가 센터 화면에 표시되기 전에 잠재적 충돌 가능성을 판단할 수 있다. 레이더를 이용할 수 없는 지역에서는 이 방법이 항공기를 분리하는 유일한 수단이다.

 

flight progress strips는 slotted board에 게재된다. [그림 2-7] 관제사는 다음과 같은 중요한 정보를 한 눈에 확인할 수 있다: 항공기의 형식 및 조종사(airline, business, private, 혹은 military), 항공기 등록부호나 편명, 경로, 속도, 고도, 항로, 그리고 목적지 ETA. 비행이 진행됨에 따라 초기 비행계획서로부터 변경된 사항들이 strips에 기록된다. 따라서 관제사는 flight progress board를 통해 전반적 교통 상황을 평가할 수 있으며 충돌 가능성을 피할 수 있다.

 

Sectors

 

Center가 관제하는 공역은 섹터라 불리는 작은 공역으로 세분화될 수 있다. 대부분의 섹터들은 다양한 항적들을 수용하기 위하여 여러 단계로 층을 이룬다. 각 섹터는 관제사와 조종사의 교신에 사용되는 고유 무선 주파수를 갖추고 있다. 항공기가 한 섹터에서 다른 섹터로 전환할 때 다음 섹터의 무선 주파수로 변경하라는 지시를 받는다.

 

Forth Worth, Texas의 ARTCC는 다음과 같은 섹터들로 세분화되어 있다:

 

∙18개의 low altitude sectors. [그림 2-9]

 

∙7개의 intermediate altitude sectors. [그림 2-10]

 

∙16개의 high altitude sectors. [그림 2-11]

 

∙1개의 ultra high altitude sectors. [그림 2-12]

 

Center 관제사들은 다양한 의사 결정 지원 수단(컴퓨터 소프트웨어 프로그램)을 보유하고 있다. 이는 해당 구역을 비행 중인 모든 항공기들의 분리 거리를 유지하는데 도움이 되는 중요한 정보를 제공한다. 예를 들어 관제사는 vector line이라 불리는 수단을 통해 모든 항공기의 연장 경로를 레이더 화면에 표시할 수 있다. 이러한 연장 경로는 특정 시간(분) 내에 항공기가 어디에 위치할지를 예측한다(단, 항공기가 경로를 변경하지 않는다 가정). 이는 교차 경로를 비행하는 항공기가 separation standard 이내에서 안전하게 통과하는지, 혹은 서로 충돌하는지의 여부를 판단하는데 유용하다. 또한 관제사는 레이더 화면에 특정 항공기의 route line을 표시할 수도 있다. 이를 통해 관제사는 특정 시간(분) 내에 특정 항공기가 어디에 위치할지를 알 수 있을 뿐만 아니라 해당 지점에 도달하기 위해 항공기가 비행할 경로도 알 수 있다. 이러한 의사 결정 지원 수단들은 관제사로 하여금 앞을 내다보도록, 그리고 충돌을 회피하도록 돕는다.

 

In-flight Requirements and Instructions

 

관제 공역을 IFR로 운항중인 조종사는 적절한 Center 주파수나 관제 주파수를 모니터링 해야 한다. IFR 항공편은 이륙 후 상승 도중 departure control과, 혹은 일부 지역의 경우 ARTCC와 교신한다. en route 구간으로 전환될 때 조종사는 보통 departure control에서 Center 주파수로 이양된다.

 

하나의 Center에서 다른 Center로 이양될 때 관제사는 새로운 주파수를 할당한다. 허나 종종 이전 Center의 주파수 범위를 벗어난 후에 다음 Center와 교신하지 못할 수도 있다. 이 경우 차트 앞면의 Center 주파수가 큰 도움이 될 수 있다. 그림 2-13은 Memphis, Tennessee Center와 Atlanta, Georgia Center의 경계선을, 그리고 remote sites와 해당 VHF/UHF 주파수를 표시한다. 이러한 Center frequency boxes는 항공기 범위 내 가장 가까운 주파수를 찾는데 사용될 수 있다. 또한 clearances를 위한 Center와의 initial contact를 위해서도 사용될 수 있다.

 

하나의 Center에서 다음 Center로 전환하는 도중 앞서 설명한 관제 이양이 필요하다. 이양 절차는 기타 레이더 시설(예를 들어 departure control이나 approach control)간의 이양과 유사하다. 이양 도중 관제사는 교신할 시설의 명칭, 적절한 주파수, 그리고 기타 사항을 포함하는 instructions를 발부한다.

 

관제사로부터 radar vectors를 수락한다 하여 비행 안전에 관한 조종사 책임이 완화되지는 않는다. 조종사는 안전한 고도를 유지해야 하고, 본인의 위치를 추적해야 하며, 비행 안전이 의심스럽다 판단되는 경우 관제사에게 질문하거나, amended clearance를 요청하거나, 혹은 비상 상황이라면 관제사의 instructions로부터 벗어나는 것이 조종사의 의무이다. 모든 비행 구간 도중 고도, 그리고 위치를 추적하는 것은 상황 인식의 기본 요소이다. EGPWS(enhanced ground proximity warning system), TAWS(terrain awareness and warning system), 혹은 TCAS(traffic alert and collision avoidance system)를 갖춘 항공기는 조종사로 하여금 다른 항적과의 근접 가능성을 탐지하도록, 그리고 상황 인식이 높아지도록 돕는다. 장비에 관계없이 조종사는 자신의 위치, 그리고 근처 항적의 위치에 대하여 상황 인식을 유지해야 한다.

 

High Altitude Area Navigation Routing

 

special high altitude routes를 통해 조종사는 HAR(high altitude routing) Phase I expansion airspace를 비행할 수 있다. 조종사는 HAR airspace 내의 pitch fix와 catch fix를 통해 NRR(non-restrictive routing)이라 불리는 user-preferred routes를 비행할 수 있다. pitch points는 departure procedures, preferred IFR routings, 혹은 기타 routing programs의 종료 지점을 나타내며 이 지점에서 NRR이 시작될 수 있다. catch point는 NRR의 종료 지점을 나타내며 이 지점에서 arrival procedures, preferred IFR routing, 혹은 기타 routing programs가 시작된다.

 

HAR Phase I expansion airspace는 서부 및 남부 ARTCC 내 FL 350 이상의 공역으로 규정된다. 비행계획서를 제출하기 위해 Phase I airspace를 통과하는 경로를 기준으로 pitch point와 catch point를 선택한다. pitch point와 catch point 사이의 구간에서는 NRR이 허용된다. 특정 공항의 pitch points가 확인되지 않는 경우 조종사는 NRR 구간 이전에 적절한 departure procedure(DP)를, 혹은 기타 user preferred routing을 제출해야 한다. 특정 공항의 catch points가 확인되지 않는 경우 조종사는 NRR 구간 이후에 적절한 arrival procedure를, 혹은 기타 user preferred routing을 제출해야 한다.

 

SUA(special use airspace)와 ATCAA(Air Traffic Control Assigned Airspace)의 위치, 그리고 일정에 대한 정보는 https://sua.faa.gov/에서 확인할 수 있다. ATCAA는 군사 작전과 기타 특수 작전을 지원하는 고고도 공역을 의미한다. 이러한 구역이 활성화될 예정인 경우 조종사는 해당 구역 주변을 빙 둘러서 비행하도록 권장된다.

 

en route flight environment의 특정 부분에서 항공 교통의 체계적 흐름을 제공하기 위하여 area navigation(RNAV) routes가 설정되었다. 이러한 경로들의 명칭은 문자 Q로 시작한다(예를 들어 Q-501). 해당 경로가 항공 교통의 질서 관리에 도움이 되는 경우 이는 preferred IFR routes로 게재된다.

 

Preferred IFR Routes

 

시스템 효율성과 수용력을 증가시키기 위하여 복잡한 공항들 사이에 preferred IFR routes가 설정되었다. 이들은 보통 하나 이상의 ARTCC areas를 통과한다. IFR clearances는 이러한 경로를 기준으로 발부된다(단, 악기상 회피 절차나 그 외 요인들로 인해 달리 결정되는 경우 제외). preferred IFR routes는 Chart Supplements에 나열되어 있다. [그림 2-14] 이러한 경로를 갖춘 지역을 오가는 비행이 계획되어 있으나 출발 지점이나 도착 지점이 Chart Supplements에 나열되어 있지 않는 경우 조종사는 적절한 preferred IFR route의 해당 구간을 사용할 수 있다. preferred IFR routes는 DPs(departure procedures), 그리고 STARs와 관련되어 있다. preferred IFR routes는 airways, jet routes, NAVAIDs 사이의 direct routes, waypoints, NAVAID radials/DME, 혹은 이들의 조합에 의해 규정될 수 있다.

 

preferred IFR routes는 low와 high로 게재된다. preferred IFR routes가 airway로 시작되거나 종료되는 경우 이는 해당 airway가 공항 상공에 위치함을, 그리고 해당 airway로 직접 향하도록 비행이 승인됨을 나타낸다. preferred IFR routes가 fix에서 시작되거나 종료되는 경우 이는 조종사가 SID route, radar vectors, 혹은 STAR를 통해 해당 fix를 오가는 경로를 이용할 수 있음을 나타낸다. 대형 공항의 preferred IFR routes는 출항 공항의 이름 아래에 알파벳순으로 나열된다. 여러 공항이 인접한 경우에는 주요 공항의 아래에 preferred IFR routes가 나열되며 metropolitan area(예를 들어 New York Metro Area)로 분류된다. 출발 지점이나 도착 지점에 관계없이 특정 구간에 대해 한 방향으로만 사용되는 preferred IFR routes는 segment fixes, direction, 그리고 time을 표시한다. preferred IFR routes가 두 개 이상 나열된 경우 경로의 사용 우선순위는 동일하다. 경로 설명을 위해 VOR이나 VORTACs가 사용되는 경우 공식 위치 식별자가 표기되며 intersection의 경우 철자가 생략 없이 표기된다. 두 개의 NAVAIDS, intersection과 NAVAID, 혹은 NAVAID와 NAVAID radial/distance point가 연속으로 나열된 경우 해당 경로는 direct course이다. 모든 조종사들이 preferred routes를 제출하는데 협조할 경우 교통 지연이 줄어들며 departure∙en route∙arrival air traffic service의 효율성이 향상된다. [그림 2-15]

 

Substitute Airway or Route Structures

 

ARTCC는 계획된, 혹은 계획되지 않은 VOR/VORTAC 중단 도중 사용할 substitute airway/route segments(sub-routes)와 fixes를 지정할 책임을 가진다.

 

Substitute Airway En Route Flight Procedures

 

substitute routes가 게재되기 위하여 시설 중단 일정은 최대한 미리 전달된다. substitute routes는 보통 해당 고도에서 사용되도록 설정된 VOR/VORTAC을 기반으로 한다. 고고도에 substitute routes를 설정하는 경우 저고도에서 사용되는 VOR/VORTAC을 기준으로 경로를 설정해야 할 수도 있다. VOR/VORTAC 범위가 불충분하며 ATC 조건이 NDB를 필요로 하는 경우에는 해당 시설이 사용될 수 있다. 운영상 필요한 경우 NAVAIDs가 SSV(standard service volume) 한계를 초과하여 사용될 수 있다.

 

substitute routes의 중심선은 관제 공역 내에 포함되어야 한다. [그림 2-16] 허나 off-airway routes의 substitute routes는 관제 공역 내에 포함되지 않을 수도 있다. [그림 2-17] substitute routes는 controlling obstacles와의 간격을 위해, 그리고 만족스러운 시설 성능을 위해 비행 검사를 받는다. substitute routes가 existing routes와 겹치지 않는 경우, 혹은 existing routes보다 더 넓은 경우엔 controlling obstacles를 식별하기 위한 조사가 필요하다. [그림 2-18] substitute routes는 navigational fix에서 navigational fix로 형성된다. MEA(minimum en route altitude)와 MAA(maximum authorized altitude)가 각 구간마다 제공된다. temporary reporting points는 서비스 중단 시설로, 혹은 ATC에 필수적인 그 외 보고 지점으로 대체될 수 있다. Center의 레이더 범위 내에 있다면 보통 intersections 상공에서 temporary reporting points가 필요하지 않다. 각 temporary reporting point에 MRA(minimum reception altitude)가 설정된다.

Tower En Route Control

 

TEC는 대도시 지역을 오가는 조종사가 이용할 수 있는 ATC 프로그램이다. 이 프로그램은 기존의 airway structure로 구성된 경로 네트워크를 통해 특정 approach control areas를 연결한다. 이는 approach control airspace를 벗어나지 않고도 IFR 비행을 수행할 수 있게 해준다. [그림 2-19] 해당 서비스는 항공 교통을 신속히 처리하도록, 그리고 ATC와 조종사의 교신 조건을 줄이도록 설계되었다. 이 프로그램은 보통 10,000ft 이하를 운항하는 non-turbojet aircraft가 사용한다. 허나 일부 시설에서는 turbojets의 운항도 허용하고 있다. 프로그램에 참여하는 항공편들의 비행시간은 2시간 이하로 비교적 짧다.

 

TEC는 tower en route, 혹은 tower-to-tower라고도 불린다. 이는 en route structure 아래에서 비행할 수 있도록 허용한다. TEC는 approach control airspace에 머물면서 특정 지점간의 비행 계획이 세워지도록 공역을 재분배한다. 사용자는 비행계획서를 제출할 때 Chart Supplements의 TEC route를 사용하도록 권장된다. [그림 2-20] 모든 TEC routes는 en route airspace를 피하도록 설계되었으며 대부분이 레이더 범위 이내에 놓인다.

 

Tower En Route Control Route Descriptions

 

Chart supplements의 TEC routes 그림을 항법, 혹은 비행 계획에 사용해서는 안 된다. 왜냐하면 모든 도시 쌍(출발 공항/도착 공항)들이 표시된 것은 아니기 때문이다. 해당 정보는 TEC로 연결된 지리적 영역들을 보여주기 위한 것이다. [그림 2-19] 구체적인 비행계획을 위해서는 route descriptions를 참조해야 한다.

 

route description은 네 가지 정보를 포함한다. [그림 2-20] 첫 번째 열은 출발 공항이 위치한 approach control area를 알파벳순으로 나열한다. 두 번째 열은 특정 route, airway, 혹은 radial을 표시한다. 세 번째 열은 경로에 대해 허용되는 최대 고도가 표시된다. 네 번째 열은 도착 공항을 알파벳순으로 나열한다. 비행 계획 시 항상 출발 공항 및 도착 공항과 관련하여 최신 간행물을 확인하는 것이 중요하다. 경로들은 각 터미널 시설의 정상 운영 시간에만 유효하다. 항상 NOTAMs를 확인하여 특정 비행시간 도중 적절한 터미널 시설이 운영되고 있는지를 확인해야 한다. 고도는 항상 천 피트 단위로 표시된다. ATC는 항공기를 approach control airspace 이내로 유지하기 위하여 조종사에게 고도 변경을 요청할 수 있다. ATC는 레이더 모니터링을 제공하며 필요하다면 course guidance를(할당된 최대 고도가 MEA 미만인 경우) 제공한다.

 

radar vectors가 사용되는 경우, 혹은 airway가 존재하지 않는 경우엔 경로에 “direct”이라는 단어가 표시된다. [그림 2-21] 이는 ATC가 SID나 STAR를 할당할 수 있음을 나타낸다. NAVAID나 intersection의 바로 앞뒤에 airway가 존재하지 않는 경우 이는 direct route를 의미한다(단, ATC가 달리 승인한 경우 제외). airway에서 시작 및 종료되는 경로의 경우 이는 airway가 공항 상공에 위치함을, 혹은 radar vectors가 발부됨을 나타낸다. 둘 이상의 경로가 동일한 도착 공항을 향하여 나열된 경우 항공기 형식에 대한 올바른 경로가 제출되었는지를 확인한다. 이는 고도에 J(jet powered), M(turbo props/special. 순항속도 190노트 이상), P(non-jet. 순항속도 190노트 이상), 혹은 Q(non-jet. 순항속도 190노트 미만)를 사용하여 표시된다. [그림 2-22] 비록 모든 공항들이 도착 공항에 나열되어 있지는 않지만 동일한 경로를 통해 주요 공항 근처의 satellite airports로 비행이 계획될 수 있다. 비행계획서 제출 시 비행경로 대신 경로 식별자(예를 들어 BURL 1, VTUL 4, 혹은 POML 3)를 사용할 수 있다.