훈련용 항공기 비행전 안전 프로토콜 개발

본 연구의 목적은 대학교에서 운영하는 비행훈련원 이외에, 사용사업체에서 운영하는 비행교육원을 위주로,

본 연구에서 다루는 훈련용 항공기는 사업용 조종사 양성 교육에 주로 활용되는 CESSNA 172 등 일반 항공기를 의미하며, 비행전 안전 프로토콜 개발의 범위는 각자의 교육 프로그램을 운영하는 학교 기관을 제외한 민간 사설교육원의 비행 환경을 위주로 고려하여 비행전 안전 프로토콜을 개발하고자 한다.

본 연구의 내용은 1) 여객용 항공기 이외에 훈련용 항공기를 위주로 항공기 사고 추이를 해외 사례나 국내 과거 사고 사례를 위주로 분석하고, 2) 공항 외부에 자체 활주로를 보유하고 있는 민간 사설교육원의 항공기 운용과 관련한 주체별 안전 요인들을 분석하고, 3) 이를 토대로, 비행전 안전 환경을 구축하기 위한 프로토콜을 개발하는 것이다.

연구의 방법은 비행전 항공 안전과 관련한 항공기체를 둘러싼 기술적인 요인을 분석하고, 비행하는 교육생 및 교관의 비행 안전과 관련한 인적 요인을 분석하고, 비행과 관련한 외부 조직적인 측면에 해당하는 공항공사 등의 외부 환경요인을 고려하였다.

항공기 사고는 비행을 둘러싸고 있는 조직적인 요인들, 인적 요인들, 업무 환경요인 등과 같은 다양한 요인들이 복합적으로 상호작용하는 과정속에서 복잡 다양한 방식으로 발생한다고 보고되고 있다(ICAO, 2013)(Fig. 2).

Fig. 2. Reason’s model of accident causation

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국내의 훈련용 항공기 수가 급증한 사례가 최근 몇 년 사이의 일이라, 국내 훈련용 항공기의 사고 사례 통계는 부재하다 볼 수 있다. 이에, Liberty University (2019)에서 연구한 2000년부터 2015년까지의 훈련용 항공기 사고 사례 조사 결과를 인용하였다. 해당 연구는 총 240건의 훈련용 항공기 fatal accident 사례를 분석하였으며, 그 결과 비행중 조종력 상실로 인한 사고 ‘LOC_I, Loss of Control – In flight’가 전체 건수의 53.8%를 차지하는 129건으로 가장 많은 것으로 분석되었다.

그 다음으로는 중고도에서의 충돌 ‘MAC, Midair collision’이 24건, 장애물 충돌 ‘CFIT, Controlled Flight into Terrain’이 14건, 연료 관련 문제로 인한 사고 ‘Fuel, Fuel Related’ 13건, 항공기 시스템 ‘SCF-PP, System/Component Failure or Malfunction- Powerplant’ 12건, 저고도 기동 훈련 ‘LALT, Intentional Low Altitude Maneuvering’ 10건 등이 10건이 넘는 사고 사례로 조사되었다. 이착륙시 장애물 충돌 ‘CTOL, Collision with Obstacle on Takeoff and Landing’ 9건, 의도하지 않은 상황에서의 계기비행 전환 ‘UIMC, Unintended Flight in IMC’ 5건 순으로 많은 것으로 나타났다.

이 중 공중 충돌이 10%를 차지한다는 점과, 박헌회(2019)의 연구에서 학생조종사의 비행시간이 길어질수록 만족도가 낮아졌다는 점을 함께 고려한다면, 최근 증가한 무안 지역에서의 비행량 증가가 공중 충돌에 영향을 미칠 우려에 대하여 생각해볼 수 있는 사례로 여겨진다(Fig. 3).

Fig. 3. Fatal instructional accidents by primary cause(2000-2015)

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지상이동, 이륙, 순항, 접근, 착륙 등 비행단계별 사고 현황 역시 국내에 조사된 바가 부족하여 일반항공의 사고 현황을 인용하였다. 그 결과, 일반 여객용 비행기의 경우 비행착륙단계에서 가장 많은 사고가 발생하는 것으로 나타났다(Fig. 4).

Fig. 4. Accident records by flight phase

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이와 같이 항공기 사고는 항공기의 운영과 더불어 발생할 수밖에 없으며, 항공 산업의 발달과 어느 정도 비례해서 증가하기 마련이다. 이에 항공기 사고의 원인 분석 및 재발 방지를 위한 연구가 꾸준히 진행되고 있다.

하지만, 위에서 언급한 항공기 사고와 관련한 대부분의 연구는 조종사의 경험에 따른 과실이나 실수 등과 같은 분야에 초점이 맞춰져 있고, 정비와 관련한 연구는 부족한 실정이다. 국외의 일반 항공의 정비와 관련한 사고율을 분석한 논문을 인용하면, 1989년~1993년까지 백 만 시간당 4.3건으로 집계되었으며, 이 수치는 2009년~2013년까지도 비슷한 분포를 보이는 것으로 분석되었다. 이는 비행 훈련의 사전 안전성을 고려할 때, 항공기를 운영하는 주체인 비행교육원의 안전 민감성을 적극 고려해야 한다는 것을 의미한다(Thomas E, 1998).

2012년 국내 저비용 항공사들의 공급력 증대와 더불어 대학교의 항공운항학과가 11개로 늘어나면서 국내 훈련용 항공기의 수가 급격히 증가하기 시작하였다. 대부분 대학교의 비행교육원 비행기가 무안공항을 주기장으로 이용하면서 전남 지역의 훈련용 항공기 비행량이 증가하였다. 또한 김포공항에서 훈련용 항공기를 운영하던 민간 사설교육원들의 훈련기가 김포공항 이착륙 포화 문제로 인해 무안공항으로 상당수 이전하면서 무안공항은 훈련용 항공기 주기장을 45개소 운영하는 국제공항으로써는 운영형태를 보이게 되었다. 무안공항의 훈련용 항공기들의 수가 증가하면서 무안공항 인근이 대부분 훈련공역으로 활용되고 있으며, 또한 야외비행 훈련을 위해 전남의 동부와 서부를 가로지르는 비행량이 증가하면서 훈련용 항공기들의 사고 위험성이 증가하고 있으며, 실제 사고 또한 잇따르는 추세이다.

그 예로, 2019년 6월 여수공항 인근에서 단독비행을 하던 한 대학의 훈련용 항공기가 추락하였는데, 다행히 인명사고는 발생하지 않은 것으로 보고되었으나, 만일 이 항공기가 인근의 화학단지로 추락했다면 대규모의 재난으로 확대될 뻔한 위험한 사고로 보고되었다.

또한, 2019년 10월 여수공항공사가 주최한 안전회의에서 제공된 자료에 따르면, 최근 무안공항 활주로 내에서 훈련용 항공기가 착륙 도중 활주로를 이탈하거나 항공기의 타이어 플랫으로 인해 활주로 내에서 기동불능상태에 빠짐으로 인해 공중에 있는 타 항공기의 안전에 영향을 미치는 사고가 잇따르고 있는 것으로 보고되고 있다.

항공기 사고 현황을 월별로 살펴보면, 위에서 언급한 최근 발생하고 있는 무안공항과 여수공항 사고의 경우 6월~8월의 사고가 전체의 50% 정도를 차지하는 것을 볼 수 있다. 좀 더 많은 수의 통계자료를 보는 것이 더 의미가 있겠으나, 국내 훈련용 항공기의 사고 분석 통계가 부재한 게 현실이다. 이에, 훈련용 일반 항공기와 운영 시간대가 비슷한 경량항공기의 경우를 살펴보면, 여름철(6월~9월)에 발생하는 사고 비율이 60%로 최근 2년 간 발생한 훈련용 일반항공기와의 분포와 비슷한 것으로 나타났다(Fig. 5).

Fig. 5. Accidents records by month

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사고 시간대별 현황을 살펴보면, 하루 중 기온이 높아지는 시간인 정오에서 오후 시간대에 대부분의 사고가 발생하는 것으로 나타났다. 이는 낮 시간대의 높은 온도로 인해 항공기 성능에 영향을 미치는 밀도고도가 높아지고, 이에 따른 조종사의 항공기 성능 감소가 항공기 사고 비율을 높이는데 영향을 미친 것으로 사료된다(Fig. 6).

Fig. 6. Accidents records by time

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비행의 모든 단계에 있어서 안전은 가장 우선순위에서 고려되어야 하는 사항이며, 비행 안전과 관련하여 가장 기본 단계에 해당하는 비행전 안전은 특히나 중요하게 여겨져야 한다. 본 연구에서의 훈련용 항공기의 비행전 안전과 관련한 요인은 비행기를 운용하는 비행교육원과 관련한 기술적인 요인(technical factors), 교육생과 교관의 측면에서 고려되어야 하는 인적 요인(human factors), 그리고 비행의 시작과 종료에 걸쳐 전반적으로 영향을 미치는 외부 환경적인 요소인 관제, 공항공사 등 조직적인 요인(organizational factors)으로 크게 세 가지로 구분하겠다.

2.2.1 기술적 요인(Technical Factors)

앞서 언급했듯이 일반항공기 사고 중 정비 관련 문제로 발생하는 사고율은 백 만 시간당 4.3건으로 보고된 바 있다. 이는 항공기의 안전을 답보하기 위한 중요 요소로서 훈련용 항공기를 운용하는 비행교육원의 역할은 상당히 중요하다는 점을 시사한다. 사설 비행교육원은 학교와 달리 정부의 지원없이 단지 영리를 목적으로 운영되는 곳이 대부분으로, 교육원의 경영적인 측면에서 교육 비용을 낮추는데 소기의 목적이 있다. 또한, 교육생별 비행기와 담당 교관이 체계적으로 정해져 있지 않고, 비행 스케줄별로 할당된 교관과 비행기를 활용하여 비행이 이루어진다. 이로 인해 해당 비행기에 대한 최근의 문제점을 실시간으로 파악하기가 어렵다는 한계점이 존재한다.

이에, 비행교육원은 해당 업체가 보유한 훈련용 항공기의 최근 정비 내역 및 항공기 기체별 최근 발생한 안전 관련 문제 내역 등을 정리하고, 지속적으로 공유하는 것이 중요하다.

이와 관련하여 본 연구에서는 비행을 둘러싼 시스템 및 환경요인까지 전반에 걸친 개선사항을 제시하고자, 1972년 미국의 Elwyn Edward 교수가 제안한 SHELL 모델을 일부 도입하여 다음과 같이 제안한다.

첫째, (Software, 비행절차) 비행교육원은 항공기 안전을 담보할 수 있는 비행 전 점검사항 및 교육원이 위치한 비행경로 주변의 지형지물을 사전 인지할 수 있는 비행절차를 수립하고, 공유하는 시스템을 구축하여야 한다.

둘째, (Hardware, 항공기) 항공기를 운항하려는 비행교육원은 규정에 따른 항공기 안전 검사 이외에, 항공기 최근 정비 내역을 요약 정리하여 제공하고, 항공기의 안전과 관련하여 발생한 최근의 내역 등을 지속 제공하여야 한다(Table 2).

Table 2. Maintenance-related accidents management monitoring form

구 분	일 자	항 목	특이사항
정비 내역	11/5	50H 정비	특잇사항 없음
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안전 관련 문제 내역	11/12	PFD 계	OAT 10초간 out
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셋째, (Environment, 온도 등 비행환경) 공항 이외의 지역에 위치한 사설 비행교육원은 폭이 좁고 길이가 1km에 남짓한 자체 이착륙장을 운영한다. 이는 폭이 넓고 활주로 길이가 적어도 2km 이상되는 공항과 비교할 수 없을 정도로 안전상의 제약을 의미한다. 또한, 공항 이외 지역의 사설 비행교육원은 비용상의 한계로 관제사에 의한 관제서비스가 제공되지 않는 경우가 있다. 이와 같이 상대적으로 열악한 제반환경과 더불어 이착륙장의 지역적인 특성에 따른 계절별 온도 변화에 따른 항공기의 성능저하까지 고려한다면 그 열악함은 배가 될 것이라 사료된다. 이에, 사설 비행교육원은 비행장 주변 지역의 기류변화에 대한 시계열 자료를 구축하여, 안전을 고려한 비행 제한치를 설정하고 제공할 필요가 있다.

미국 National Transportation Safety Board (NTBS)에서 1994년부터 1996년까지의 왕복엔진 항공기의 사고 유형을 분석한 결과, 1,007건의 사고 중 51%가 조종사의 과실에 의한 사고로 조사되었으며, 30%가 실린더나 밸브와 같은 기계결함, 그리고 19%가 부적절한 정비로 인한 것으로 나타났다. 이 조사 수치는 1960년대의 왕복엔진 사고 유형 결과와 비슷한 것으로 조사되었다. 이와 관련하여, 항공기 자체의 문제로 인한 사고율을 개선하기 위해 항공기를 운영하기 전 항상 항공기의 최신 상태를 모니터링하고, 비행 전 정비사와 조종사가 각각 서명하는 절차를 수행할 것이 제한된 바 있다(Fig. 7).

Fig. 7. Trend monitoring form

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2.2.2 인적 요인(Human Factors)

먼저, 비행 훈련 교육의 주체가 되는 교육생은 비행 하루 전 자신의 신체적 및 정신적인 상태를 “Im Safe Checklist”를 활용하여 사실적으로 교관에게 인지시켜야 한다(Table 3).

Table 3. IM SAFE checklist

구 분	내 용	확 인
Illness	발병 징후의 증상이 있는가?	Yes / No
Medication	복용중인 약물이 있는가?	Yes / No
Stress	업무 등 스트레스가 많은가?	Yes / No
Alcohol	8시간 이내에 음주하였는가?	Yes / No
Fatigue	충분한 휴식을 취하였는가?	Yes / No
Eating	영양섭취를 충분히 하였는가?	Yes / No

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그리고, 조종사의 비행 가능한 신체적/정신적 건강 상태가 확보되었다면, 조종사는 PAVE checklist를 활용하여 비행 전반에 걸친 안전 환경 요소들을 확인해야 한다(Table 4).

Table 4. PAVE checklist

구 분	내 용
조종사	• Experience/Recency • Physical condition • Documentation: manual, chart
비행기	• Fuel reserves • Experience in type • Aircraft performance • Aircraft equipment
환경	• Airport conditions • Weather • Terrain: high gorund, slope • Weather for VFR/IFR
외부 요인	• Trip planing • Deversion or cancellation • Alternate plans • Personal equiment

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또한, 조종사는 비행 도중 발생 가능한 위험 상황에 효과적으로 대응할 수 있도록 비행을 실시하기 전에 해당일 비행시 발생 가능한 위기 상황에 대한 아래의 위험도 인지(Hazard Iden- tification) 및 위기 분석(Risk Analysis) 프로세스를 사전 숙지하고, 비행에 대비할 필요가 있다(Fig. 8).

Fig. 8. Process of safety risk management

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앞서 언급한 비행전 안전 프로토콜 개발을 위한 세 가지 고려요인을 종합하여 다음과 같은 프로토콜을 개발하였다. 다만, 본 내용은 각 대학교에서 운영하는 비행훈련원의 경우 별도의 안전 프로그램이 운영될 것으로 간주하여, 사용사업체에서 운영하는 비행교육원을 대상으로 적용하는 것을 목표로 개발하였다(Table 6).