제주남단 항공회랑(AKARA-FUKUE Corridor)의 항공안전 개선에 관한 연구

정식 항로는 아니지만, 항로 설정이 곤란한 여건에서 특정 고도에서만 비행할 수 있도록 지정된 구역을 말한다(항공정보관리체계 홈페이지). 특정고도는 Table 1과 같다.

제주남단 항공회랑은 이어도에서 남쪽으로 약 50km 떨어진 공해 상공에 설정된 길이 519km, 폭 93km 규모의 비행 구역이며, 전체 길이 중 259km가 우리 비행정보구역에 포함된다(국토교통부, 2019). 이 지역의 관제권은 동경 125도 기준, 서쪽은 중국 상해 ACC, 동쪽은 일본의 후쿠오카 ACC가 담당하고, 남북 항로로 이어지는 한‧동남아 노선은 인천 ACC가 담당한다.

항공기, 경량항공기 또는 초경량비행장치의 안전하고 효율적인 비행과 수색 또는 구조에 필요한 정보를 제공하기 위한 공역으로서 「국제민간항공협약」 및 같은 협약 부속서에 따라 국토교통부장관이 그 명칭, 수직 및 수평 범위를 지정·공고한 공역을 말한다(항공안전법 제2조, 제11항).

이 구역은 비행하는 민항기에 안전하고 효율적인 운항에 필요한 정보를 제공하고, 항공기 사고 발생 시 수색 및 구조업무를 제공할 목적으로 설정되었다(심인혜, 2015).

비행정보구역과 영공은 관할국가가 행사할 수 있는 권한이 상이하다. 영공이 국가의 배타적 주권이 미치는 영역인데 반해, 비행정보구역은 권한 행사를 위해 설정된 구역이 아니라는 점에 차이가 있다(김태길, 2015).

1952년 7월 주한 미 공군이 방공 및 군수지원 목적으로 관제 업무를 개시하면서 지정한 이후 대구 FIR은 최초 1963년 ICAO가 승인받으면서 시작하여 2009년 9월부로 인천 FIR로 명칭을 변경하였으며, 2017년 대구의 항공교통본부와 대구 ACC 등을 신설하면서 인천 FIR 내 두 개의 ACC(인천 ACC, 대구 ACC)를 운영하며, Fig. 1과 같다(국토교통부, 2019).

Fig. 1. 인천 FIR의 관제 섹터⁴⁾

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비행정보구역과 방공식별구역은 범위가 반드시 일치하는 것은 아니다. 그러나 우리나라는 2013년 12월 8일 방공식별구역 관련 법령을 근거로, 한국방공식별구역의 범위를 조정하여 새로운 한국방공식별구역을 기존 구역의 남쪽 구역을 포함하여 인천 비행정보구역과 그림 4와 같이 일치되도록 조정하였다(국방부, 2013).

우리나라 영공·공해 상공을 포함하여 인천 비행정보구역은 11개의 국제 항공로와 37개의 국내항공로 및 특수 사용 공역 등으로 구성되어 효율적으로 관리하기 위하여 대구 관제구역을 5개 섹터(강릉지역, 동해지역, 포항지역, 대구지역, 남해지역)와 인천 관제구역을 7개 섹터(인천북부, 인천남부, 군산동부, 군산서부, 광주동부, 광주서부, 제주지역)로 2017년 8월 17일부터 새롭게 변경 시행하고 있다(AIRAC AIP AMDT 2/21). 비행정보구역의 면적은 약 43만km² 면적이다(국토교통부 홈페이지).

1944년 시카고 협약 제1조에 의하면 “모든 국가”는 영토 상공에 대하여 완전하고도 배타적인 주권을 가진다(ICAO Doc 7300/9).

한국의 경우, 헌법 제3조에 “대한민국의 영토는 한반도와 그 부속 도서로 한다”라고 영토 범위을 규정하고 있고, 영해 및 접속수역법 제1조에 “대한민국의 영해는 기선으로부터 측정하여 그 바깥쪽 12해리까지에 이르는 수역으로 한다. 다만, 대통령령으로 정하는 바에 따라 일정 수역의 경우에는 12해리 이내에서 영해의 범위를 따로 정할 수 있다”라고 명시하고 있다. 즉, 항공기 운항하는 공간으로서 감시와 통제의 안전조치가 이루어지는 공간이며, 민·군의 항공 활동을 위해 활용되고, 국가 차원의 가치를 보유하고 있으며, 항공 안전, 영공주권, 국가방위 목적의 공역으로 지정하여 사용한다(인천항공교통관제소 홈페이지).

항공안전도(target level of safety)는 항공기의 충돌위험 수준을 예측하여 항공안전도를 판단하는 모델이다.

국제 민간 항공기구의 요구 사항에 따라 공역에서 수직분리기준축소(RVSM)를 시행하는 국가 및 지역은 안전 관리 시스템의 요구 사항을 충족해야 하며, 충돌위험 모델을 기반으로 한 안전 평가 방법을 통해 공역 안전을 분석해야 한다.

ICAO 문서 9574, “FL290과 FL410 비행 레벨 사이의 최소 표준 300m(1000ft) 수직 분리 구현 매뉴얼”에 따르면, RVSM 운영 환경에서 충돌 위험은 다양한 원인으로 인한 항공기 충돌 위험을 추정한다. 이 숫자는 일반적으로 비행 시간당 공역에서 발생한 건수로 표시한다(ICAO Doc. 9574 Manual 3rd, 2012).

항공기 충돌 위험은 기술적 위험과 운영적 위험으로 구성되는데, 기술적 위험은 항공기의 고도 유지 성능과 관련된 충돌위험을 말하며, 기술 위험의 목표 안전 수준은 비행 시간당 2.5×10^-9위험률이다.

운영적 위험은 운항시간당 충돌 횟수를 예측하여 분석하다. 관제사 및 승무원의 인적 오류로 인한 항공기 고도 이탈 또는 항공기에 장착된 항법 오차를 의미한다. 다만, 항공기의 비정상적인 상황 및 악기상에 대한 위험요인은 포함되지 않는다. RVSM 공역에서 총 위험의 목표 안전 수준은 비행 시간당 5.0×10^-9위험률이다(ICAO Doc 7030 9TH, 2014).

LHD는 RVSM 공역 내 지정된 고도로부터 90m/300feet 이상 수직 고도 편차(LHD)를 의미한다.⁵⁾ 주요 원인으로 작동 상의 오류, 즉 올바른 관제 허가를 따르지 않는 조종사 실수, 관제상 잘못된 허가, 두 관제기관의 이양 실수 등을 말하며, 발생원인은 인적오류, 장비 오작동, 난류와 같은 환경적인 요인으로 LHD가 발생하면 안전관리자에게 보고해야 하며, 공역관리기관은 RMA(지역감시기구)에 보고서를 제출한다. 원인에 따라 대분류로 기술적인 오류 또는 운영적인 오류로 분류하며, 소분류는 세부 코드(A~F)는 운영적인 오차, 세부 코드(G~M)는 기술적인 오차로 구분한다.⁶⁾ 정상적인 비상조치를 수행할 수 없고 고도로 인한 LHD(300FT 이상의 차이)를 오르고 내리고 건너야 하는 경우, 기상 상황으로 인한 항공기 비행 고도 편차, 공중충돌 방지 시스템(TCAS) 권장 사항으로 인한 편차 등 다양하다(PARMO 보고서).

1992년 한·중 외교 수립 이전인 항공회랑 설정 당시 10여 편에 불과했던 비행기 운항 편수는 2019년 기준, 중‧일 평균 378개 항공편과 한·중 평균 202개 항공편은 A593 항로를 이용하고, 한·동남아 390개 항공편은 Y711/Y722 항로를 이용하는 등 제주남단 항공회랑을 통해 하루 평균 970편(연 35.4만 편)의 항공기가 운항하였다. 최근 5년간 B576(한·동남아)노선은 평균 11.5% 증가, A593(한·남중국)노선은 7.3%, A593(중·일)노선은 8% 증가한 것으로 Table 2에 나타났다.

지난해 2020년에는 코로나 19의 영향으로 항공편이 대폭 감소하였으나, 포스트 코로나 이후에는 급격히 항공 교통량 증가가 예상되는 바, 제주남단 항공회랑 교차 지점(Fig. 3)의 항공기 충돌 위험도를 낮추기 위한 항공 교통량 분산, 관제 권한 이양 등 근본적인 대책이 필요하다.

항행안전시설 사용료는 항행 관제 서비스를 이용하는 항공사가 항공기 종류, 운항 형태에 따라 지출하는 비용이다. 미국의 경우, 대권거리 100NM 기준 적용(www.faa.gov), 캐나다의 경우 항공기 중량을 거리에 따라 적용(www.navcanada.ca), 일본은 이착륙, 통과 항공편에 대해 요금 적용하며(www.mlit.go.jp), 우리나라의 경우는 통과 또는 도착 회당 사용료를 적용하고 있다(공항시설법 제50조).

중국은 한국 FIR 내에서 자신들이 관제하는 LAMEN (동경124도)-SADLI(동경125도)구간의 99km에 대해 항행안전시설 사용료를 받고 있다. 국내 항공사들은 매년 중국 측에 비용을 지출하고 있다. 실제로 대한항공은 2018년 한 해 동안 해당 항로를 이용하면서 132만 달러(15억 원)를 중국 측에 지출하였다. 반면, 일본은 한국 FIR 내에서 이루어지는 중국 측의 항행안전시설 사용료를 내지 않고 있었다.

우리나라 비행정보구역(FIR)은 1963년 ICAO의 결정에 따라 설정됐다. 하지만 뒤늦게 1975년 ICAO에 가입한 중국은 일본과 오가는 최단 거리의 항로를 필요로 했고, ICAO에 불만을 제기하면서 인천 FIR 구역인 제주남단 지역을 상해 FIR에 편입하기 위해 지속적인 시도를 하였다. 우리 정부는 중국의 FIR 조정 시도 저지를 위해 ICAO의 중재를 요청하였고, 1983년 1월에 현재 FIR을 유지하면서 상하이 FIR의 아카라에서 인천 FIR를 지나 후쿠오카 FIR에 위치한 후쿠에까지 구간 “아카라 항공회랑”를 신설하는 것으로 합의, 그 해 8월부터 운영하기 시작하였다. 당시 중국과는 정식 수교를 맺지 않았기 때문에 한·중 간 무선통신 및 관제 직통전화가 불허된 시기였으며, 중·일의 국제적 영향력을 고려해볼 때, FIR 경계선을 두고 이의가 제기되어 협의가 안 될 경우, 최종적으로 ICAO 회원국 간 투표로 결정하는 절대적으로 불리한 상황에서 우리 정부로서는 FIR 조정과 항로 개설을 분리 대응하기로 하였다.

ICAO는 1992 년 한·중 수교 이후에도 항공회랑 대부분과 남북으로 교차하는 지점은 인천 FIR 구역임에도 불구하고, 동경 125도(SADLI 지점)를 중심으로 중국과 일본이 관제하는 문제를 정치적으로 판단하여 중재자 역할에 소홀히 하고 있다. 참고로 동경 125도 서쪽으로 약 99km까지는 인천 FIR에 해당한다. 이 때문에 한‧중‧일 관제가 겹치는 상황이 지속 발생하였고, 항공 교통량이 급격히 증가함에 따라 항공안전 문제가 제기되면서 ICAO는 2009 년 동일 구간 3개국 관제 업무 혼선으로 위험하여 단일 관제기관 업무 수행을 권고하였다. 그 후, 논의가 급물살을 타기 시작한 건 2015년 ICAO에서 제주남단 항공회랑을 “비행위험지역(hot spot)”으로 지정한 이후이다. 이듬해 ICAO가 중심이 돼 관제권 이양을 다시 검토하기 시작하였다. 2018년 10월에는 ICAO 의장 주재로 한·중·일 고위급 회의가 열렸고, 그 해 12월 25일 한·중·일 3국과 ICAO는 “아카라 항공회랑 안전협력 방안”에 합의하였다.

2019년 11월 국제민간항공기구(ICAO) 이사회에서 “항공안전”을 최우선 고려해야 함을 강조하며(국토교통부, 2019), 지난해 2020년 12월 25일 한·중·일 당국 합의에 따라 2021년 3월 25일부터 38년간 지속되어 온 냉전체제의 산물인 제주남단 항공회랑이 폐지되고, 새로운 관제 체제가 시행되었다. 한·일 관제 중첩구간의 관제 일원화, 한·중 관제 직통선 설치, 중·일 노선 항로 복선화 등 주요 내용은 다음과 같다(국토교통부, 2021).

1단계 계획(Fig. 2)은 2021년 3월 25일부터 시행하고 있다. 기존 항공회랑 항공로와 남북 항공로의 교차 지점에서 항공안전 위험이 상대적으로 높으므로 우선 일본 관제에서 한국이 맡는다. 그리고, 기존 항공회랑 밑으로 항공로를 1개 추가 신설한다. 항공로 교차에 따른 안전을 고려한 조치였다. 중국 관제권역의 경우, 한·중 관제기관 직통선을 설치하기 위한 공식적인 합의서 체결과 함께 국제규정에 맞는 관제 서비스 체계를 갖추기로 했다.

Fig. 2. 국토교통부 1단계 시행 계획

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2단계 계획(Fig. 3)은 한·중간 추가 논의를 통해 오는 6월 17일부터 시행하기로 합의하였으며, 인천 비행정보구역 전 구간에 새로운 항공로 3개 노선을 신설한다. 아울러, 정부는 새로운 “제주남부 항공로 레이다 시설 구축”을 2022년 12월 완공목표로 추진한다고 밝혔다(국토교통부, 2021). 이번 사업을 통해 기존 레이다 시설을 최신 레이다 기술이 적용된 시설로 교체해 우리나라 제주남단 비행정보구역(FIR) 항공로 감시를 강화하여 항공기 항행 안전에 크게 도움이 될 것으로 본다.

Fig. 3. 국토교통부 2단계 시행 계획

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한·중·일 3국이 합의하고 국제민간항공기구(ICAO) 제안에 따른 한‧중 구간 항공로 3선화 계획은 교통량 흐름을 향상시키는 데 큰 효과를 얻을 수 있다고 판단된다. 또한, 지난해 한·일 관제이양지점(E125) 합의, 한·중 관제 직통선 구축 및 운영 및 올해 한·중·일 3국 관제시설 간 합의서 체결 등 1단계 시행하기 위한 국제적 협의는 마무리되었다. 이와 함께, 제주남단 항공회랑을 담당하는 관제시스템 업그레이드, 관제사 훈련 등 국내 행정절차도 마무리하였다. 그러나, 기존 Hot Spot(비행위험지역)의 좁은 지역 내에 교차지점(2곳)에서 1단계 계획의 교차지점(4곳)(Fig. 2), 2단계 계획의 교차지점(6곳)(Fig. 3)으로 증가함으로 항공기 충돌 위험을 낮출 수 있을지는 의문이다. 항공기 운항을 위해서는 종적·횡적 분리와 더불어 수직분리도 충분한 시간과 거리를 필요로 하고 있다. 현재 1단계 계획을 보면, 두 항로 간의 간격이 15NM이다. 특히, 이 지역은 항로상 악기상이 자주 발생하는 지역으로 조종사가 우회 운항하는 경우가 많고, 근접된 여러 항로가 겹치는 관계로 항공기가 비상시 대처할 수 있는 충분한 간격 분리를 확보할 수 없다. 그 밖에, 우리나라 FIR 내에서 운항하는 일본 국적기에 대한 항행안전시설 사용료, 한‧중 관제권 이양 문제는 아직 해결해야 하는 과제이다.

우리나라 공역은 민간항공기가 운항하는 항공로 주변에 통제구역 및 주의 공역으로 불리는 특수사용 공역이 전국적으로 167개 분포되어 있다. 군 훈련공역은 군 통제기관에서 조종사의 안전을 목적으로 운영되고 있지만, 민간 항공기와 분리는 항공교통업무 수행 및 공역 활용에는 제한적이며 새롭게 항로를 신설하는 데 어려움이 있다.

Fig. 4에서 보듯이 제주남단 지역은 한·중·일 방공식별구역이 겹치고 있어 군사적 이해관계가 복잡한 지역이다.(국방부, 2013) 가끔 언론 기사에서도 보듯이, 중국이나 러시아 군용기들이 한국 방공식별구역에 침범하는 사례를 많이 접하게 되는데, 정치적이나 군사적인 문제를 떠나서 민간 항공기와 군용 항공기가 서로 다른 관제기관의 관제를 받기 때문에, 항공기 충돌위험 가능성이 증가할 수 있다는 것이 우려가 된다.

Fig. 4. 제주남단 방공식별 구역

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ICAO RGCSP 패널에서 RVSM공역의 안전성을 평가하는 방법으로 Reich 모델을 적용한다(조현수, 2015).

ICAO의 항공 안전 모니터링 자문그룹의 올해 보고서를 보면(RASMAG/25, 2020), 제주남단 항공회랑의 항공안전도(TLS)는 247.0×10^-9로 57% 증가한 것으로 Fig. 5에 나타났다. 국제기준 5.0×10^-9을 크게 초과하는 수치이며, 단순 비교해 보면 제주남단 항공회랑에서의 항공기 충돌위험 확률이 국제안전 기준보다 약 50배 이상 높은 셈이다. 하지만 기준을 충족하지 않더라도 위험하다고 판단할 수는 없다. 지속적인 위험 식별 및 위험관리를 수행하여 수용 가능한 수준으로 개선하는 것이다.

Fig. 5. AKARA 월별 수직충돌 위험 평가 (2015~2019)

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아태지역 지역공역안전감시조언그룹회의(RASMAG)에서는 항공기의 안전을 위하여 항공기의 성능과 운항을 지속적으로 감시하고, 공역에 대한 안전평가를 실시한 결과를 발표한다. 우리나라 공역의 RVSM 운영 및 관리는 지역감시기구(RMA)⁷⁾ 중 하나인 PARMO에 위탁하였고, 매년 위험수준을 발표하는데 최근 5년간의 자료(Table 3)를 보면 2017년만 인천 FIR과 AKARA 항공회랑 구간이 국제기준에 충족하는 것으로 분석되었다(RASMAG(21~25) meeting).

RASMAG/25/WP14는 제주남단 항공회랑이 매우 높은 잠재 안전 위험을 내포한 핫 스폿(Hot Spot)임을 보여주는 자료이다.

RASMAG/25 보고서에 의하면, 제주남단 항공회랑 내에서 보고된 LHD의 수는 2015년과 2016년에 3개, 2017년에 0개, 2018년에 19개, 2019년에 29개의 LHD가 기록되었다. 2019년 AKARA 회랑 구간 LHD 이벤트의 위치는 Fig. 6에 나와 있다.

Fig. 6. 2019년 AKARA 회랑 구간 LHD 보고 위치

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제주남단 항공회랑은 한‧중‧일 3국의 관제권이 뒤섞여 있고, 항공 교통량이 증가함으로 사고 발생 위험도가 높은 지역으로 국제사회에서 관제 서비스의 정상화를 꾸준히 제기되어 왔다. 2019년 JASMA에서 보고된 LHD 보고 위치(Fig. 7)를 보면, 제주남단 항공회랑에서 많은 보고가 있었음을 알 수 있다. 따라서 LHD 보고서는 영공의 위험 상황을 정확하게 평가하는 데 매우 중요하다.

Fig. 7. 2019년 LHD 보고 위치(by JASMA)

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공역안전평가체계 구축을 위한 연구 최종보고서는 A593 항공로의 운영적인 위험 요소로 다음과 같은 사항들을 식별하였다. 첫째, 항공로 운영시 한국, 중국, 일본 국가에서 운영하는 고유의 주파수를 운용하는 점, 둘째, RVSM 운용에 비승인한 비행기를 운항할 수있는 가능성, 셋째, 난기류 발생에 따라 적절한 고도 분리가 되지 않는 상황, 넷째, 긴급강하 절차의 부족, 다섯째, LDH 발생 건수의 RMA 미보고 가능성, 여섯째, SLOP (Strategic Lateral Offset Procedure) 절차의 일관성 없는 사용 등을 들었다(한국교통연구원, 2019).

중·일 복선화는 제주남단 항공회랑 지역 내 교통혼잡을 해소(종적 및 횡적 분리는 가능하나, 수직 분리는 미흡)하는 데 충분하지 못하므로 별도의 노선을 신설하는 것이 필요하다. 지난 2019년 11월 국토교부가 발표한 한‧남중국 노선을 Y711(REMOS or PENCI)에서 제주 서쪽 방향 노선을 거쳐 인천 FIR(E124)에서 관제 이양을 하고, A326 항로를 따라 상해 또는 홍차오 노선을 이용하는 신설 방안이다. 역방향은 상해 FIR (E124)에서 인천 FIR로 관제 이양하여 B576(YDM or JOSAN)으로 연결하는 방안이다. 이는 제주남단 항공회랑 부근에서 교차하게 되는 항공편을 제주지역에서 기존 한‧남중국(A593) 항공편을 신설항로로 변경하여 한‧동남아노선 항공편과 중‧일 노선 항공편과 겹치지 않도록 수평‧수직 분리하는 방안이다. Fig. 8, 9의 신설항로(1)이다. 이를 통해 한‧남중국 항공편을 위험지역(Hot Spot)에서 분리하여 교통 흐름 분산 효과, 관제 용이 및 연료 절감을 위한 최적의 고도 배정 가능 등 비행 안전에 큰 효과는 물론, 이 지역의 항공안전도(TLS)를 국제안전 기준으로 낮출 수 있다.

인천·김포공항에서 출발하여 Y711 항로를 이용하는 항공편과 제주지역에서 인천·김포공항으로 향하는 Y722 항로는 우리나라에서도 가장 교통 혼잡이 높은 지역이고 관제상 어려움도 많으며, 이로 인해 항공사의 경제적 손실도 적지 않다. 인천에서 출발하는 한‧남중국 노선의 항공편을 기존 노선과 연결하는 신설항로(1)를 앞에서 제안하였으나, 인천 출발단계에서부터 출발경로를 변경하여 인천 FIR 내의 Y655 항로상 지점인 DANPA에서 상해 FIR의 IKADA 지점을 연결하는 신설항로를 운영하여 공역의 안전성 및 효율성을 증대시키는 방안이다. Fig. 9의 신설항로(2)이다.

Fig. 9. 한·남중국 노선 신설(안)

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이를 통해, 가장 큰 효과는 국내선 제주공항을 왕래하는 노선과 겹치지 않는다는 것이다. 김포공항에서 출발하는 국내선과 인천공항에서 출발하는 동남아노선의 항공 교통량은 이미 포화상태에서 고도 배정 및 항로 간격 유지 어려움, 출·도착 지연 증가 등 경제적 손실이 점점 커지는 상황에서 상해노선이나 일부 동남아노선을 인천공항에서 신설항로(2)로 항로를 변경하는 것은 항공 교통량 확대뿐만 아니라, 경제적 효과가 클 것으로 예상된다.