저고도 운용 항공기를 위한 기상정보의 필요성에 관한 연구

국내 소형항공기의 정의는 미국과 유사하게 최대 이륙 중량 5,670kg(12,500lbs) 이하의 항공기로 정의할 수 있으며, 이에 해당하는 소형항공기는 보통 좌석수가 2~4개로 정조종사와 부조종사를 제외하고, 여유 좌석이 최대 2개 정도로 정기 여객 운송에 활용되기 보다는 관광, 교육 등의 목적으로 활용되고 있다. 최근 국내 소형항공기의 전체 대수는 주로 대학교 및 국가기관에서 교육, 구조 등의 목적으로 증가하고 있으며, 일부 개인 자가용 항공기의 경우에는 레저용 항공기인 경량항공기 수요로 반영되고 있는 형태이다[4].

국토교통부가 고시한 바와 같이 Table 1에 따르면 국내 소형항공기 도입 현황을 살펴보면 소형항공기의 등록은 2013년부터 폭발적으로 증가했다가 점점 줄어드는 것을 볼 수 있다[5].

또한, 최근 10년간의 소형항공기의 도입 목적을 분석하면 Table 2와 같이 소형항공기 도입 대수 증가는 교육용 항공기 중심이며, 사업체나 개인이 도입하는 대수는 일정하거나 감소되는 것으로 나타났다. 소형항공기 증가의 주요인은 국내 항공 관련 학과를 운용 중인 대학교의 재단이 구입한 교육용 항공기나 국내 사용사업체 중에 항공교육 관련 사업을 진행 중인 사업체들이 구입한 항공기들이 주를 이루었다. 도입한 항공기들의 대부분은 세스나 항공기 계열의 단발, 프로펠러, 왕복 엔진 항공기이다. 국내에 도입된 소형항공기 중 제트 항공기는 매우 적었으며, 이마저도 C525 계열의 교육용 항공기가 주를 차지하고 있다.

대부분의 저고도 운용 항공기는 해외 제작 항공기의 도입이 2010년 초반까지는 주를 이루었으나, 최근 국내 소형 항공기 제작 및 개발이 활발히 이루어지고 있어 내수 공급이 용이할 전망이다. 2013년 한국항공우주산업(주)의 4인승 소형 비행기 KC-100이 제작 및 인증 완료하여 국토교통부의 인증을 받아 상용화 되었다[6].

이를 시작으로 2016년 건국대학교와 베셀(주)의 2인승 초경량비행장치 KLA-100도 안전성 인증을 받았으며, 현재는 무인항공기화 하는 연구가 진행 중에 있는 등 국내 소형항공기 개발 움직임이 활성화되고 있다.

더불어 KLA-100의 후속 개발로 베셀(주)의 KLA- 200 이라는 4인승 항공기도 개발 중에 있다. 또한, 현대자동차의 PAV 사업을 비롯한 무인항공기의 개발도 활발히 진행 중에 있다.

앞서 Table 1 그리고 Table 2와 같이 소형항공기의 현황과 도입목적을 살펴보았을 때, 이에 대한 전망이 비약적으로 증가가 기대되지 않을 것 같이 보일 수 있지만, 그동안의 방식과 같이 해외 제작 항공기 도입 뿐 아니라, 국내 소형항공기 개발 및 상용화가 활발히 진행되고 있으므로 국내 소형항공기 시장이 비약적으로 확대될 것이라 전망한다.

저고도항공기 범주에는 소형비행기, 헬리콥터, 경량항공기 및 초경량 비행장치 등으로 구분되며, 학교기관의 교관조종사 및 학생조종사, 군과 국가기관 헬리콥터 조종사, 항공레저사업자 및 동호인 등이 저고도항공기 운용자에 포함된다. 대부분의 소형항공기가 준용하고 있는 시계비행규칙(VFR: visual flight rule)은 최소 5,000m 이상의 시정과 구름으로부터 최소 이격 거리 등을 규정하고 있기 때문에 주변의 항공기 및 장애물과의 충돌 회피를 위해 시정, 구름 등 기상요소는 저고도항공기 운항 결정 및 비행안전을 결정하는 중요한 요소이다.

국내 항공철도 사고조사위원회에서 조사·보고된 2008년부터 2017년까지 10년간 항공기 사고 유형을 분석해 보면, Table 3과 같이 항공기 사고 중 기상이 직·간접적인 원인이 되어 발생한 사고는 총 170건 중 21건으로 12.3% 정도의 낮은 비율을 차지하고 있으나, 사고의 대부분은 비행 중 예상하지 못한 위험기상에 조우하여 발생하였다[7].

21건의 사고가 물론 기상이라는 요인 하나 때문에 발생한 것이 아니라, 조종사의 조종 미숙, 비상절차 수행 미흡, 기상 상황의 부정확한 파악 등이 복합적인 원인이 되어 발생한 것이기 때문에 사고를 방지하기 위해서도 단순히 한 가지의 해결책이 아닌 다양한 해결책을 동시에 수행하는 것이 바람직하나, 명확한 사실은 기상이 원인이 되어 발생하고 있는 사고가 전체 항공기 사고의 낮은 비율을 차지하고 있지만, 매년 꾸준히 발생하고 있다.

체코를 비롯한 여러 국가의 경우에는 항공스포츠 기상정보 제공을 위한 각종 애플리케이션(application)등의 시스템을 개발하여 무료로 배포하는 등 저고도항공기 조종사를 위한 정확한 기상정보 제공을 위해 노력하고 있다.

반면 국내의 경우, 정보 제공처에 대한 선택지조차 없는 상황이다. 단, 국내 기상청에 대한 국민 신뢰도는 상당히 낮지만, 의외로 2005년부터 2007년까지 3년간 공항의 예보 정확도는 85%였으며, 이는 국제기상기구의 권고 수치를 만족시키는 수치다. 이를 고려하면 굳이 항공기상청의 서비스 외의 서비스에 대한 수요가 충분히 존재할까에 대한 의문이 생길 수도 있다. 그러나 2015년까지 기상청에 대한 국민 신뢰도가 74.8%였다가 2016년 신뢰도가 46.9%로 급속히 하락한 것을 봤을 때, 국내 기상 정보 제공 서비스에서 중점적으로 다루어야 할 부분은 다양한 UI 및 정보 소스가 아닌 예보 모델의 정확도가 되어야 할 것이다[8].

Fig. 1은 스마트폰을 이용해 항공기상 관련 정보를 제공하는 애플리케이션을 검색한 결과로 첫 페이지에 검색되는 애플리케이션의 개수부터 차이를 보인다. 미국(왼쪽)의 경우, 어떤 정보를 제공하는지에 따라 초점을 제각각 다르게 맞춘 다양한 애플리케이션이 있었으며, 그 중에는 레이다 영상을 전문적으로 제공하는 애플리케이션부터 기상에 따라 적절한 VFR 항로 계획단계를 제공하는 애플리케이션까지 사용 목적에 따라 종류는 무궁무진했다.

Fig. 1. Comparison of aviation weather

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한편, 국내(오른쪽)의 경우, 항공기상 관련 정보를 제공받을 수 애플리케이션은 항공기상청 애플리케이션 하나뿐이었으며, 그마저 저고도항공기를 위한 항공기상 정보 제공 웹 사이트에 대한 투자는 미흡한 상황이다.

본 설문은 항공기상정보의 한계점 및 문제점을 도출하기 위해 저고도항공기 조종사를 대상으로 설문조사를 실시하였으며, 인구학적 특성에 따른 차이를 검정하기 위해 교차분석을 실시하였다.

설문조사는 2018년 5월 20일부터 6월 22일까지 32일간 지정전문교육기관 교관조종사 및 학생조종사, 국가기관항공 조종사 및 국가기관항공 조종사 등 총 300명을 대상으로 실시하였으며, 배포된 설문지 중 총 228부의 유효설문지가 회수(응답률 76.0%)되었다.

설문조사 표본은 Fig. 2와 같이 20대 이하(49.1%)가 약 절반을 차지하였으며, 30대(31.1%), 40대(13.2%), 50대 이상(6.6%)의 대부분 연령대가 조사대상에 포함되었다.

Fig. 2. Age distribution

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설문 대상자 성별은 Fig. 3과 같이 남성(89.0%), 여성(11.0%)로 남성의 비율이 높게 나타났다.

Fig. 3. Gender distribution

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설문 대상자가 현재 조종하고 있는 항공기 종류는 Fig. 4와 같이 비행기(46.9%), 헬리콥터 (50.9%)로 대부분을 차지하였으며, 초경량 비행장치, 경량항공기 조종사도 5명(2.2%)이 포함되었다.

Fig. 4. Aircraft type distribution

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설문 대상자 비행 경력은 Fig. 5와 같이 10년 이상(26.8%), 5∼10년(15.4%), 2∼5년(21.1%), 2년 이하(36.8%)로 10년 이상의 비행 경력을 가진 설문 대상자는 교관조종사, 일반항공 조종사, 군 조종사 중 기장 이상 등급의 조종사이며, 2년 이하의 비행 경력을 가진 설문 대상자는 학생조종사와 군 조종사 중 부기장 자격의 조종사로 조사되었다.

Fig. 5. Flight career distribution

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설문 대상자 주 비행활동(mission)은 Fig. 6과 같이 국가기관항공 소속의 헬리콥터 조종사(15.8%), 학생조종사(27.6%), 군 헬리콥터 조종사(37.7%), 교관조종사(18.9%)로 임무특성상 그리고 항공기 특성상 대부분 저고도 비행 위주로 많이 수행하는 직업군이 포함되어 있다.

Fig. 6. Main flight mission

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설문 대상자의 비행 중 불안전한 상황(사고, 준사고, 안전저해요소 등)을 경험한 사례를 분석한 결과, Fig. 7과 같이 비행 중 위험기상 조우에 의한 위험 사례(63.3%)가 가장 높은 비율을 차지하고 있었으며, 그 다음으로 항공기 결함(18.4%), 승무원 협동절차(CRM) 미숙(9.5%), 통신 결함(4.7%) 순으로 조사되었다.

Fig. 7. Unsafe situation in flight

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조사결과, 설문 대상자는 연령, 비행기종, 비행 경력, 비행활동 등에 있어서 국내 비행활동 대부분, 특히 저고도항공기 비행활동이 포함되어 있으며, 비행 중 불안전한 상황을 경험한 사례의 63% 이상이 위험기상 조우에 의한 위험 사례로 분석되었다. 이 같은 분석 결과는 저고도항공기 조종사들에게 가장 위험한 사고 요인이 비행 중 위험기상에 의한 조우이며, 비행 전 또는 비행 계획단계, 비행 중 정확한 항공기상 정보 확인 가능한 매체의 부재가 가장 큰 원인으로 분석되었다.

본 연구에서는 소형항공기 운항 지원을 위하여 효율적인 정보 전달 체계를 위한 운용자 요구도 조사 및 분석을 위해 Table 4와 같이 비행 전 또는 비행 계획단계에서의 기상정보(5문항), 비행 중 기상정보(5문항), 기타(3문항)의 총 13문항으로 구성하였다.[9]

비행 전 또는 비행 계획 단계에서 활용하고 있는 기상정보의 제공 형태는 항공기상청 웹사이트와 비행(운항)정보실 자료를 주로 활용(70.6%)하고 있으며, 비행 중에는 비행(운항)정보실과 관제기관 자료를 많이 활용(63.1%) 중이었다. 저고도 비행특성 상 비행 중에도 디지털 정보 수집을 활용하는 비율(33.8%)도 높은 것으로 분석되었다. 기타 의견으로는 애플리케이션에 대한 정보 신뢰도, 정보 접근의 편의성, 실시간 영상정보체계 등 운용자 입장에서의 편리성과 제공되는 정보에 대한 신뢰도 향상에 대한 의견을 제공하였다.

항공기상 제공정보 중 중요하다고 생각되는 정보는 비행 전 또는 비행 계획 단계와 비행 중 단계 동일하게 운량/운고 정보를 가장 중요하다고 판단하고 있으나, 시정 역시 비행 전 또는 계획단계에서 87.3%, 비행 중 81.7%로 높은 비율을 차지하였다. 이는 항목에 대한 복수선택이 가능하도록 한 결과물로, 조종사가 비행 전/비행 중 동일하게 중요하다고 생각하는 기상 정보는 운량/운고, 시정, 풍향/풍속 등으로 분석되었다. 이를 위한 시정 및 운고 측정을 위한 정확한 측정 장비 설치 및 국지적 운량, 운고 시현 등의 장비 활용을 요구하였다.

필요한 정보의 정확도에 대한 중요도는 Fig. 8과 같이 비행 전 또는 비행 계획 단계와 비행 중 동일하게 시간에 대한 정확도는 비행 전 또는 계획단계에서 52.2%, 비행 중 50.9%로 중요하다고 판단하였으며, 비행 전 또는 계획단계에서 47.8%, 비행 중 49.1%로 위치에 대한 정확도가 비교적 균등하게 요구되어지고 있다. 추가적인 의견으로는 지역과 시간이 좀 더 세분화 된 기상정보 제공과 짧은 시간의 예보, 저시정에 대한 구역정보 등을 요구하였다.

Fig. 8. Importance of weather information accuracy on aircraft

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제공되는 기상정보 중 높은 정확도가 요구되는 항목은 비행 전 또는 비행 계획 단계와 비행 중 단계 동일하게 시정 정보를 비행 전 또는 계획단계에서 43.9%, 비행 중 46.1%로 가장 중요하다고 판단하였으며, 운량/운고 역시 비행 전 또는 계획단계에서 30.7%로 높은 비율을 차지하고 있었다.

기상정보의 제공 형태는 비행 전 또는 비행 계획 단계와 비행 중 단계 동일하게 텍스트 형태, 그래픽 형태를 주로 선호한다. 이를 위해 CCTV를 활용한 공항기상정보 및 각종 교통관련 기관과 연계한 기상정보시스템 구축, 공항 주변을 제외한 지역에서의 기상자료 획득 방안 등이 제안되었다.

반면, 비행 중에는 비행 조작에 방해가 될 수 있는 영상정보 형태보다는 음성정보 형태의 정보제공을 조금 더 선호하는 것으로 분석되었다.

설문조사 결과를 바탕으로 응답자의 항공활동 특성에 따라 비행 전 또는 비행 계획 단계와 비행 중 단계로 구분하여 활용하는 항공기상정보 제공 형태, 정보의 정확도, 높은 정확도가 요구되는 항목, 기상정보의 제공 형태로 구분하여 차이를 확인하기 위해 교차분석을 실시하였다.

Table 5는 응답자의 항공활동 특성에 따른 비행 전 또는 비행 계획 단계에서 활용하는 항공기상정보 제공 형태의 차이를 확인하기 위해 교차분석을 실시한 결과이다.

주 비행활동에 따라 항공기상청 웹사이트를 활용하는 인원은 교관조종사 31명(72.1%), 국가기관항공 조종사 19명(52.8%), 학생조종사 29명(46.0%)으로 높게 나타났고, 군 헬리콥터 조종사는 비행정보실(운항정보실)을 활용하는 인원이 48명(55.8%)으로 가장 높게 나타났으며, 통계적으로 유의미한 차이가 있는 것으로 나타났다(χ²=91.957, p<.001). 항공기상청 웹사이트를 활용하는 그룹의 경우, 일반항공에서 비행 중인 조종사가 대부분을 차지하고 있기 때문에 비행 전 또는 비행 계획 단계에서는 항공기상청 웹사이트 의존도가 높게 나타나고 있으며, 군 헬리콥터 조종사의 경우 일반항공 보다는 군 헬리콥터를 비행 중인 조종사의 분포가 높기 때문에 군 자체적으로 운용 중인 비행정보실(운항정보실)을 의존하는 비율이 높게 나타난 것으로 분석되었다.

비행 전 또는 비행 계획 단계에서 활용하는 항공기상정보 제공 형태에 따른 교차분석 실시 결과, 현재 비행 항공기 종류에 따라 시간정확도를 중요하게 생각하는 항공기 종류는 비행기 71명(66.4%), 초경량비행장치 3명(75.0%)으로 가장 높게 나타났고, 위치정확도를 중요하게 생각하는 항공기 종류는 경량항공기 1명(100%), 헬리콥터 71명(61.2%)으로 가장 높게 나타났으며, 통계적으로 유의미한 차이가 있는 것으로 나타났다(χ²=18.874, p<.001).

비행기의 경우, 특정 공항에서 이륙하여 목적지 공항으로 착륙하는 특성으로 인해 이·착륙 시간과 관계 깊은 시간정확도를 주로 선택하였으며, 헬리콥터의 경우 공항에 아닌 산악지역이나 건물 옥상 등의 helipad나 임무수행 특성상 임의 지점에 착륙을 해야 하는 가능성이 비행기에 비해 상대적으로 높은 특성으로 인하여 위치정확도를 선택한 비율이 높게 나타난 것으로 분석되었다.

Table 6은 응답자의 항공활동 특성에 따른 비행 전 또는 비행 계획 단계에서 높은 정확도가 요구되는 항공을 확인하기 위해 교차분석을 실시한 결과이다. 비행 전 또는 비행 계획 단계에서 높은 정확도가 요구되는 항목에 따른 교차분석 실시 결과, 연령에 따라 시정을 선택한 그룹은 20대 이하 39명(34.8%), 40대 21명(70.0%), 50대 이상 13명(86.7%)으로 높게 나타났고, 운량/운고는 30대에서 33명(45.1%)으로 가장 높게 나타났으며, 통계적으로 유의미한 차이가 있는 것으로 나타났다(χ²=54.765, p<.001).

연령에 따른 차이는 시정을 선택한 20대 이하, 40대, 50대 이상의 연령층은 계기비행 한정자격이 없는 학생조종사나 계기비행이 주 임무가 아닌 군 헬리콥터 조종사, 국가기관항공 조종사가 주로 포함되어 있으며, 운량/운고를 선택한 30대의 연령층은 초경량 비행장치를 비행하는 조종사 및 비행 경력 5∼10년 사이의 조종사가 포함이 되어 있고, 시정과 운량/운고 모두 시계비행방식에서 계기비행방식으로의 전환을 요구하는 공통적인 위험기상을 유발하는 요인으로 분석할 수 있다.

Table 7과 같이 비행 중 단계에서 활용하는 항공기상정보 제공 형태에 따른 교차분석 실시 결과, 주 비행활동에 따라 디지털 정보 수신을 활용하는 인원은 교관조종사 16명(37.2%), 학생조종사 28명(44.4%), 국가기관항공 조종사 21명(58.3%)으로 가장 높게 나타났고, 군 조종사는 비행정보실(운항정보실)을 활용하는 인원이 38명(44.2%)으로 가장 높게 나타났으며, 통계적으로 유의미한 차이가 있는 것으로 나타났다(χ²=34.675, p<.001).

Table 8은 응답자의 항공활동 특성에 따른 비행 중 제공되는 기상정보 중 정확도에 관해 중요하다고 생각되는 항목의 차이를 확인하기 위해 교차분석을 실시한 결과이다.

교관조종사, 학생조종사, 국가기관항공 조종사 등 일반항공에서 비행하는 경우 저고도 비행 및 비행기 안정성 등의 특성으로 인한 디지털 정보 수신 의존도가 높게 나타나고 있으며, 군 조종사의 경우 군 헬리콥터를 비행 중인 조종사의 분포가 높기 때문에 군 자체적으로 운영 중인 비행정보실(운항정보실)을 의존하는 비율이 높게 나타난 것으로 분석되었다.

비행 중 단계에서 활용하는 항공기상정보 제공 형태에 따른 교차분석 실시 결과, 현재 비행 항공기 종류에 따라 시간정확도를 중요하게 생각하는 항공기 종류는 비행기 69명(64.5%), 초경량비행장치 2명(50.0%)으로 가장 높게 나타났고, 위치정확도를 중요하게 생각하는 항공기 종류는 경량항공기 1명(100%), 초경량비행장치 2명(50.0%), 헬리콥터 71명(61.2%)으로 가장 높게 나타났으며, 통계적으로 유의미한 차이가 있는 것으로 나타났다(χ²=15.8744, p<.001). 비행 전 및 비행 계획단계에서의 분석과 동일하게 비행기의 경우 특정 공항에서 이륙하여 목적지 공항으로 착륙하는 특성으로 인해 이·착륙 시간과 관계 깊은 시간정확도를 주로 선택하였으며, 헬리콥터의 경우 공항에 아닌 임의 지점에 착륙해야 하는 특성으로 인해 위치정확도를 선택한 비율이 높게 나타난 것으로 분석되었다.

경량항공기의 경우, 설문 대상자 1명만을 포함하고있어, 분석에서는 제외하였다.

Table 9는 응답자의 항공활동 특성에 따른 비행 중 제공되는 항공기상 정보의 항목 중 높은 정확도가 요구되는 항목의 차이를 확인하기 위해 교차분석을 실시한 결과이다.

비행 중 단계에서 높은 정확도가 요구되는 항목에 따른 교차분석 실시 결과, 통계적으로 유의미한 차이는 없는 것으로 나타났다.

활용 중인 항공기상 정보의 한계점 또는 문제점에 따른 교차분석 실시 결과, 응답자의 항공활동 특성과 무관하게 대부분의 응답자는 정보의 낮은 정확도를 한계점 또는 문제점으로 응답하였고, 그 다음으로는 TAF의 지역적 범위에 대한 한계를 선택하였으며, 통계적으로 유의미한 차이는 없는 것으로 나타났다.