공중충돌방지장치

3. 기본 운용 방법

공중충돌방지장치(TCAS)는 트랜스폰더를 장착한 항공기 간의 통신을 통해 작동한다. 각 항공기는 1030 MHz 주파수로 주변 항공기에 "문의"를 수행하고, 다른 항공기는 1090 MHz 주파수로 응답한다. 이 과정은 매초 여러 번 반복된다.^[5][1]

이러한 통신을 통해 TCAS는 주변 항공기의 위치, 고도, 속도 등을 파악하여 3차원 지도를 구축하고, 거리(질의 및 응답 왕복 시간), 고도(질의된 항공기 보고), 방위각(응답의 지향성 안테나 측정)을 포함한다. 현재 거리와 고도 차이를 미래 값으로 외삽하여 잠재적 충돌 위험을 판단한다.^[5][1]

TCAS는 정상 작동하는 모드 C 또는 모드 S 트랜스폰더가 있는 항공기와 상호 작용하며, 모드 S 트랜스폰더는 각 항공기에 고유한 24비트 식별자를 할당한다.^[5][1]

충돌 위험이 감지되면 조종사에게 경고(TA) 및 회피 지시(RA)를 제공한다. 회피 기동은 고도 변경 및 상승/하강률 수정으로 제한되며, 조종실 디스플레이와 합성된 음성 지침으로 전달된다. 예를 들어, 충돌 가능성이 있는 항공기에 RA가 발령되면, 한 항공기는 "상승. 상승." 지시를 받고, 다른 항공기는 "하강. 하강."과 같은 반대 방향 지시를 받는다.^[5][1]

TCAS II는 대기(Stand-by), 트랜스폰더(Transponder), 교통 정보 경고만(Traffic advisories only), 자동(교통/해결 권고)(Automatic (traffic/resolution advisories)) 모드로 작동할 수 있다.^[5][1]

3. 1. ADS-B와의 관계

4. 종류

TCAS는 다음과 같은 종류로 나뉜다.

• TCAS I: 일반 항공에서 사용하도록 도입된 시스템으로, 미국 연방 항공청(FAA)이 항공 운송 항공기에 TCAS II를 의무화한 이후에 도입되었다. 항공기 주변의 교통 상황을 모니터링하고(약 40마일 범위) 다른 항공기의 대략적인 방위각과 고도에 대한 정보를 제공한다. "교통 경고"(TA)를 생성하지만, 해결책은 제시하지 않는다.^[18]
• TCAS II: 1989년에 처음 도입된 시스템으로, 현재 대부분의 상업 항공 항공기에서 사용되는 최신 TCAS이다. TCAS I의 모든 이점을 제공하며, 위험 회피를 위한 "해결 권고"(RA) 기능을 제공한다. RA는 조종사에게 수직 속도 변경을 제안하거나, 현재 수직 속도에서 벗어나지 않도록 경고한다. TCAS II 시스템은 조종사에게 명령을 내리기 전에 해결 권고를 조정하여, 두 항공기 간의 간격을 최대화한다.^[1] 2006년 기준으로, ICAO^[19] 표준을 충족하는 유일한 구현은 Rockwell Collins, Honeywell, ACSS (Aviation Communication & Surveillance Systems; L3Harris와 탈레스 아비오닉스의 합작 회사)의 TCAS II 버전 7.0이다. 2002년 뷜러링겐 상공 충돌 사고 이후 TCAS II 버전 7.1^[1]이 개발되어 RA 반전 기능, "수평 유지" RA 대체, 저고도/고고도 조건 처리 개선 등의 변경 사항이 적용되었다.^{[22][23][11][24]}
• ACAS III: ICAO 부속서 10에서 미래 시스템으로 언급되지만, 현재 감시 시스템의 수평 추적 문제로 실현 가능성은 낮다. 현재 ACAS X라는 가칭의 미래 충돌 회피 시스템 개발 연구가 진행 중이다.^[25]

• 대기(Stand-by): TCAS 프로세서와 모드 S 트랜스폰더에 전원이 공급되지만, TCAS는 질의를 하지 않는다.
• 트랜스폰더(Transponder): 모드 S 트랜스폰더가 작동하며, 모든 지상 및 TCAS 질의에 응답한다. TCAS는 대기 상태이다.
• 교통 정보 경고만(Traffic advisories only): TA만 발령하고, RA는 금지된다.
• 자동(교통/해결 권고)(Automatic (traffic/resolution advisories)): TA와 RA를 모두 발령한다.

4. 1. TCAS I

4. 2. TCAS II

• 대기(Stand-by): TCAS 프로세서와 모드 S 트랜스폰더에 전원이 공급되지만, 질의는 하지 않는다.
• 트랜스폰더(Transponder): 모드 S 트랜스폰더가 완전히 작동하며, 모든 질의에 응답한다. TCAS는 대기 상태를 유지한다.
• 교통 정보 경고만(Traffic advisories only): TA만 발령하고, RA는 금지된다.
• 자동(교통/해결 권고)(Automatic (traffic/resolution advisories)): TA와 RA를 모두 발령한다.

TCAS 이벤트 발생 시 항공 승무원과 관제사 간의 상호작용은 다음과 같다.^[7]

TCAS는 항공 교통의 안전성을 3~5배 향상시키는 것으로 추정되지만,^[10] 몇 가지 잠재적인 문제점이 있다.^[5][1] 예를 들어, 권장 회피 기동이 안전 고도 이하로 하강하도록 지시할 수 있으며, 이는 지상 근접 경보 장치(GPWS)와의 통합으로 완화된다. 또한, 최대 고도에서 비행하는 항공기가 상승 RA를 받았을 때 조종사의 행동 지침이 명확하지 않을 수 있으며, 이는 일시적으로 속도를 높이로 교환하는 것으로 해결할 수 있다.

4. 2. 1. TCAS II 7.0

4. 2. 2. TCAS II 7.1

4. 3. TCAS III

4. 4. TCAS IV

5. 경고 및 지시

공중충돌방지장치(TCAS)는 항공기 조종실에 청각 및 시각적 경고와 지시를 제공하여 충돌 위험을 줄인다. TCAS II는 다음과 같은 종류의 경고를 발령한다.^[1]

• 교통 자문(TA, Traffic Advisory): 주변에 다른 항공기가 있음을 알리고, 조종사에게 육안으로 해당 항공기를 찾도록 지시한다.
• 회피 지시(RA, Resolution Advisory): 충돌 위험이 임박했을 때, 조종사에게 상승 또는 하강을 지시한다.
• 충돌 회피(Clear of conflict): 충돌 위험이 사라졌음을 알린다.

• '''Traffic…접근 항공기'''
• Adjust vertical speed…강하율을 조정하시오.(에어버스 항공기의 경우, "수직 속도를 조정하시오")
• Monitor vertical speed…강하율을 주시하시오
• Maintain vertical speed, crossing maintain…강하율 유지, 교차
• '''Climb…상승하시오'''
• '''Descend…강하하시오'''
• '''Climb crossing Climb…상승하시오, 교차'''
• '''Descend crossing Descend…강하하시오, 교차'''
• '''Climb climb now…즉시 상승하시오'''
• '''Descend descend now…즉시 강하하시오'''
• '''Increase climb…상승률을 증가시키시오'''
• '''Increase descend…강하율을 증가시키시오'''
• Clear of conflict…충돌 회피

5. 1. 교통 자문 (TA, Traffic Advisory)

5. 2. 회피 지시 (RA, Resolution Advisory)

다음 표는 TCAS 이벤트 발생 시 항공 승무원과 관제사 간의 상호작용을 보여준다.^[7]

6. 현재 상황 및 한계

TCAS는 항공 안전에 크게 기여했지만, 가끔 거짓 경보를 울리기도 한다. 그럼에도 불구하고 모든 조종사는 TCAS 경보를 실제 경보로 간주하고 즉시 대응하도록 교육받는다. TCAS보다 더 위급한 경보는 대지접근 경보장치(GPWS) 메시지이다. 미국 연방 항공국(FAA) 및 여러 국가의 항공 규칙은 TCAS RA와 항공 관제실(ATC)의 지시가 상충될 때는 TCAS RA가 우선한다고 규정한다.^[59] 이는 TCAS 정보가 더 정확하고 자세하기 때문이다.

위버링겐 상공 공중 충돌은 한쪽 항공기가 TCAS 지시를 따르고 다른 쪽이 관제실 지시를 따라 발생한 사고이다. 이를 개선하기 위해 TCAS II 버전 7.1은 한쪽만 TCAS 지시를 따르는 경우 지시를 뒤집는 기능이 추가될 예정이다.

TCAS II 7.1은 2009~2011년 탑재를 목표로 했으나, 2014년까지 연장되었다. FAA와 유럽 항공 안전청(EASA)는 기술 사양서를 발행했고, 국제 민간 항공 기구(ICAO)는 2014년 1월 1일까지 신조 항공기, 2017년 1월 1일까지 기존 항공기에 TCAS II 7.1 탑재를 권고했다. TCAS 제작사들은 2010년경 TCAS II 7.1을 인증받았다.

TCAS는 공중 충돌 방지에 도움이 되지만, 시스템 제한 및 오용으로 인한 사고 발생 가능성은 여전히 존재한다. 따라서 추가적인 연구, 개선, 교육 및 규제가 필요하다. TCAS는 현재 수직 회피 지시만 제공하며, 수평 회피 기능은 개발되지 않았다.

6. 1. 대한민국 현황

7. 미래 발전 (ACAS X)

ACAS X는 TCAS의 차세대 시스템으로, FAA에서 개발 중이다. ACAS X는 다음의 새로운 로직을 사용할 것이다.^[47]

• ACAS Xa는 능동 감시를 사용하여 TCAS II를 직접 대체할 것이다.
• ACAS Xo는 현재 어려운 운용 상황, 특히 근접 병렬 접근 방식에서 작동하도록 충돌 회피를 조절할 것이다.
• ACAS Xu는 여러 센서 입력을 허용하고 무인 항공 시스템에 최적화될 것이다.
• ACAS Xp는 수동 감시(ADS-B)만 있는 항공기를 위해 설계될 것이다.

8. 제작 업체

• 하니웰
• 로크웰 콜린스

참조

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_[2] 간행물 20-151B – Airworthiness Approval of Traffic Alert and Collision Avoidance Systems (TCAS II), Versions 7.0 & 7.1 and Associated Mode S Transponders https://www.faa.gov/[...] faa.gov 2014-03-18
_[3] 웹사이트 Boeing 737-300, D-ABEK and Gulfstream IV, N77SW, 26 February 1999 https://www.gov.uk/a[...] Air Accidents Investigation Branch
_[4] 웹사이트 Archived copy https://www2.sust.ad[...] 2019-03-17
_[5] 문서 Introduction to TCAS II Version 7 http://www.faa.gov/a[...]
_[6] 문서 FAA DO-185 Materials and RTCA SC-147 Activities http://adsb.tc.faa.g[...] 2011-05-07
_[7] 문서 ICAO Document 9863 – Chapter 6 http://www.eurocontr[...] 2012-03-05
_[8] 뉴스 Opinion: How To Properly Introduce Avionics Upgrades http://aviationweek.[...] 2018-09-13
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_[12] 웹사이트 Product – Community Hub https://my.rtca.org/[...] 2020-11-29
_[13] 웹사이트 Current Technical Standard Order https://rgl.faa.gov/[...] 2020-11-29
_[14] 문서 ADS-B System Description for the UAT http://adsb.tc.faa.g[...] 2011-09-28
_[15] 웹사이트 TCAS 7.1 | ADSB Straight Talk http://www.duncanavi[...] Duncanaviation.aero 2012-03-01
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_[17] 웹사이트 Terms of Reference – Future ADS-B / TCAS Relationships http://www.rtca.org/[...] 2011-04-24
_[18] 문서 FAA TCAS Home Page http://adsb.tc.faa.g[...] 2011-07-21
_[19] 문서 ACAS II ICAO Provisions http://www.eurocontr[...] 2010-04-21
_[20] 웹사이트 SC-147 Terms of Reference – Revision 9 http://www.rtca.org/[...] 2011-08-28
_[21] 문서 Decision criteria for regulatory measures on TCAS II version 7.1 http://www.eurocontr[...] 2011-06-12
_[22] 문서 Change proposal CP112E http://adsb.tc.faa.g[...] 2009-01-09
_[23] 문서 Change proposal CP115 http://adsb.tc.faa.g[...] 2009-01-09
_[24] 문서 EUROCONTROL – TCAS II Version 7.1 http://www.eurocontr[...] 2010-04-21
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