계기착륙장치

3. 구성 요소

ILS는 크게 로컬라이저, 글라이드 슬로프로 구성된다.^[31]

;로컬라이저 (Localizer)

로컬라이저(LOC)는 항공기가 활주로 중심선과 일치하도록 좌우 방향을 안내하는 계기착륙장치(ILS)의 구성 요소이다.^[7] 로컬라이저는 활주로 끝단에 설치되며, 일반적으로 여러 쌍의 지향성 안테나 위상 배열로 구성된다.^[31]

3. 1. 로컬라이저 (Localizer)

3. 2. 글라이드 슬로프 (Glide Slope)

3. 3. 마커 비콘 (Marker Beacon)

3. 4. 거리 측정 장비 (DME)

4. 접근 등화 (Approach Lighting)

접근등화 시스템

5. 결심 고도/높이 (Decision Altitude/Height)

일단 접근 절차를 시작하면, 조종사는 로컬라이저가 지시하는 계기착륙장치(ILS) 접근 경로를 따라 활공 경로를 따라 결심 고도까지 강하한다. 결심 고도는 조종사가 착륙 환경(예: 접근로 또는 활주로 조명)에 대한 충분한 시각적 기준을 확보하여 착륙을 계속할지 여부를 결정해야 하는 고도이다. 그렇지 않으면 조종사는 복행 절차를 수행한 다음, 동일한 접근 절차를 다시 시도하거나, 다른 접근 절차를 시도하거나, 다른 공항으로 우회해야 한다. 일반적으로 조종사가 접근 절차를 계속할지 여부에 대한 결정은 활주로가 보이는지 여부, 또는 활주로가 비어 있는지 여부에 달려 있다.

CAT I 계기착륙장치에서는 기압 고도계를 사용하고, CAT II/III 계기착륙장치에서는 전파 고도계를 사용한다.

6. ILS 카테고리 (정밀도)

ICAO에서는 ILS를 설치 및 운용 정밀도에 따라 5가지 카테고리로 분류한다. 카테고리의 숫자가 커질수록 착륙 결심 고도(고 어라운드할지를 결정하는 활주로 말단으로부터의 높이)는 낮아지고, 악천후·저시정에서의 착륙이 가능해진다.

소형 항공기는 일반적으로 CAT I ILS만 사용 가능하며, 대형 항공기는 비행 통제 시스템에 의해 제어되고 비행 승무원이 감독한다. CAT I은 결심 고도에 대해 기압 고도계 표시에만 의존하는 반면, CAT II 및 CAT III 접근 방식은 전파 고도계를 사용하여 결심 고도를 결정한다.^[18]

ILS는 결함 상태가 내부에서 감지되면 작동을 중단해야 한다. 높은 범주는 더 짧은 응답 시간을 요구하므로, 예를 들어 CAT I 로컬라이저는 결함 감지 후 10초 이내에, CAT III 로컬라이저는 2초 이내에 작동을 중단해야 한다.^[11]

6. 1. ICAO/FAA/JAA (EASA) 정밀 계기 접근 및 착륙

소형 항공기는 일반적으로 CAT I ILS만 사용 가능하며, 대형 항공기는 비행 통제 시스템에 의해 제어되고 비행 승무원이 감독한다. CAT I은 결심 고도에 대해 고도계 표시에만 의존하는 반면, CAT II 및 CAT III 접근 방식은 전파 고도계(RA)를 사용하여 결심 고도를 결정한다.^[18]

ILS는 결함 상태가 내부에서 감지되면 작동을 중단해야 한다. 높은 범주는 더 짧은 응답 시간을 요구하므로, 예를 들어 CAT I 로컬라이저는 결함 감지 후 10초 이내에, CAT III 로컬라이저는 2초 이내에 작동을 중단해야 한다.^[11]

CAT III 기상 최저치는 수동 착륙을 가능하게 할 만큼 충분한 시각적 참조를 제공하지 않기 때문에, 자동 착륙 장치는 Category III 운항을 수행하는 데 필수적이다.^[19] 헤드업 디스플레이(HUD) 안내를 사용하여 손으로 조작하는 CAT III 접근 방식에 대해 일부 운항자에게 특별 승인이 부여되기도 한다.

일부 상업용 항공기에는 자동 착륙 시스템이 장착되어 있으며, 샤를 드 골 공항과 같은 일부 주요 공항은 자동 착륙을 통해 일년 내내 운영된다. 일부 최신 항공기에는 향상된 비행 시야 시스템이 장착되어 있다.

자동 및 HUD 착륙 시스템 모두, 장비는 설계 및 설치에 대한 특별 승인이 필요하며, 추가 유지 관리 요구 사항이 있다.

조종사 훈련 및 자격 관련 작업은 시뮬레이터에서 수행된다.

ICAO에서는 ILS를 그 설치·운용 정밀도에 따라 5가지 카테고리로 분류하고 있다.

다만, 여기에는 조종사 및 항공기가 카테고리를 충족해야 한다. 고정밀도의 카테고리일수록 본 장치에 의존하여 악조건 하에서도 보다 낮은 고도까지 강하가 가능하지만, 장치에 이상이 발생한 경우 긴급 대응을 필요로 할 가능성이 있다. 항공기도 마찬가지로, 고정밀도의 카테고리에서는 구성하는 기기의 중복화에 관한 규정이 더욱 엄격해지고 있다.

CAT II 이상인 경우에는 항공기 및 조종사뿐만 아니라, 항공 회사 등이 국토교통대신의 「특별한 방식에 의한 항행」의 허가를 받아야 하며, 공항에서도 저시정 하에서의 지상 체제, LVP(Low Visibility Procedure) 체제가 발동되지 않으면 안 된다. 여기에는 본 장치의 전파를 방해하지 않도록 활주로나 안테나 부근에서의 차량의 운행을 중지하거나, 만일의 사태에 대비한 긴급 차량 (소방차, 구급차 등)의 준비를 하는 것이 포함된다.

비행장 등화 (활주로 등)도 필요 조건이며, CAT II 이상에서는 더욱 고규격의 진입등 등이 요구된다.

결심 고도(Decision Altitude; DA)는 평균 해면으로부터의 고도로 표시되지만, 이에 대해 활주로 단으로부터의 높이로 표시되는 것을 결심 고도(Decision Height; DH)라고 부른다. CAT I에서는 기압 고도계에 의한 DA를 사용하는 반면, CAT II 이상에서는 전파 고도계에 의한 DH를 사용한다. 전파 고도계를 사용하는 이유는, 저고도에서 보다 정밀한 높이가 요구되기 때문이다.

CAT III에서 DH를 설정하지 않음(= 0ft)의 경우, 경계 고도(Alert Height; AH)가 설정(많은 국가에서는 100ft)된다. DH에서는 그 높이에 도달한 시점에서 소정의 등화 또는 지상 시설이 보이는 것을 요구하지만, AH를 설정하는 경우에는, 아무것도 보이지 않아도 기상 지상의 기기류에 이상이 없으면 진입을 계속할 수 있다는 것이다.

가장 정밀도가 높은 CAT IIIc의 ILS도 또한 앞서 언급한 바와 같이 DH는 설정되어 있지 않으며, 항공기 및 조종사의 조건이 갖춰지면 전혀 시야가 없어도 자동 조종 장치를 사용하여 착륙을 할 수 있다. 다만, 2007년 현재 CAT IIIc의 운용 예는 없다. 이것은 시정 없음(제로)의 조건 하에서 착륙하더라도, 그 후의 지상 주행이 극히 곤란하며, 지원 차량이나 긴급 차량 (토잉 카, 소방차, 구급차 등)도 마찬가지로 시계 불량 때문에 대응을 할 수 없기 때문이다.

7. 한계점

계기착륙장치(ILS)의 로컬라이저 및 글라이드 슬로프 시스템은 복잡하기 때문에 몇 가지 제한 사항이 있다.^[8] 로컬라이저 시스템은 신호 방송 구역 내의 대형 건물이나 격납고와 같은 장애물에 민감하며, 글라이드 슬로프 시스템 또한 글라이드 슬로프 안테나 앞의 지형에 의해 제한된다.^[8] 지형이 경사지거나 고르지 않으면 반사로 인해 불균일한 글라이드 패스가 생성되어 원치 않는 바늘 편향이 발생할 수 있다.^[8] 또한 ILS 신호는 어레이의 위치에 따라 한 방향을 가리키므로 글라이드 슬로프는 일정한 강하 각도를 가진 직선 접근만 지원한다. ILS 설치는 부지 선정 기준과 안테나 시스템의 복잡성으로 인해 비용이 많이 들 수 있다.^[8]

ILS 중요 구역 및 ILS 민감 구역은 방사 신호에 영향을 미치는 위험한 반사를 방지하기 위해 설정된다.^[8] 이러한 중요 구역의 위치로 인해 항공기가 특정 유도로를 사용할 수 없게 되어^[8] 이륙 지연, 대기 시간 증가 및 항공기 간 간격 증가가 발생할 수 있다.^[8]

8. 식별

로컬라이저는 1,020 Hz 모스 부호 식별 신호를 주기적으로 전송하여 계기착륙장치 시설을 식별한다. 예를 들어, 존 F. 케네디 국제공항 4R 활주로의 계기착륙장치는 식별을 위해 IJFK를 전송하는 반면, 4L 활주로는 IHIQ로 알려져 있다. 이를 통해 사용자는 시설이 정상적으로 작동하고 있으며 올바른 계기착륙장치에 맞춰져 있다는 것을 알 수 있다. 글라이드 슬로프 스테이션은 식별 신호를 전송하지 않으므로 계기착륙장치 장비는 식별을 위해 로컬라이저에 의존한다.

9. 감시

계기착륙장치(ILS)는 자체 성능을 지속적으로 감시하며, 전송되는 신호의 중요한 특성을 평가한다.^[11] 만약 엄격한 한계를 벗어나는 편차가 감지되면, ILS는 자동으로 작동을 중단하거나 항법 및 식별 구성 요소를 제거한다.^[11] 이러한 조치는 ILS를 사용하는 항공기 계기에 '고장 플래그'를 표시하여 조종사에게 즉시 고장을 알린다.^[11]

10. 로컬라이저 백 코스 (Localizer Back Course)

현대 로컬라이저 안테나는 매우 지향성이다. 그러나 구형의 덜 지향적인 안테나를 사용하면 활주로가 "로컬라이저 백 코스"라 불리는 비정밀 접근 방식을 가질 수 있다. 이를 통해 항공기는 로컬라이저 어레이의 후면에서 전송된 신호를 사용하여 착륙할 수 있다. 고도로 지향적인 안테나는 백 코스를 지원하기에 충분한 신호를 제공하지 않는다. 미국에서 백 코스 접근 방식은 일반적으로 주요 활주로의 양쪽에 ILS가 없는 소규모 공항의 Category I 시스템과 관련이 있다. 백 코스를 비행하는 조종사는 어떠한 글라이드 슬로프 표시도 무시해야 한다.

11. 대한민국에서의 운용 현황

대한민국의 1,500m 이상 제트기 운용 공항에는 대부분 ILS가 설치되어 있다.

11. 1. CAT III/II ILS 설치 공항

• CAT IIIb
• 나리타 국제공항 (R/W16R 측)
• 구시로 공항 (R/W17 측)
• 아오모리 공항^[35] (R/W24 측)
• 구마모토 공항 (R/W07 측)
• 주부 국제공항 (R/W36 측)
• 히로시마 공항 (R/W10 측)^[36]
• 신치토세 공항 (R/W19R 측)^[37]
• 도쿄 국제공항 (R/W34R 측)^[38]
• CAT II
• 간사이 국제공항, 주부 국제공항 (R/W18 측)

12. 오프셋 로컬라이저 (Offset Localizer)

ILS는 활주로 연장에 로컬라이저의 경로가 연장되도록 설치되는 것이 일반적이지만, 지형, 소음 문제나 기타 다른 문제로 인하여 이와는 다른 방향으로 설치되는 경우가 있다. 이러한 오프셋 ILS는 착륙 직전에 항공기가 진입 방향을 변경하여 활주로에 정면으로 마주하도록 이용한다.^[39]

구체적인 예로는 2010년부터 사용 개시된 도쿄 국제공항(하네다 공항)의 D 활주로가 있으며, 우라야스시의 리조트 시설에 대한 영향 및 지바현의 요청(우라야스 시가지 상공 비행 회피)을 고려하여 해상 측으로 2도 오프셋되어 있다.^[39] 그 외 히로시마 서, 도야마, 오시마, 나하 등에서 오프셋 로컬라이저의 설치 예가 있다. 또한 이탈리아의 제노바 크리스토포로 콜롬보 공항(LIMJ)에서는 산악 지대를 피하기 위해, 중화민국의 진먼 공항(RCBS)에서는 중화인민공화국과의 국경이 가깝기 때문에 각각 오프셋 ILS를 설치하고 있다.

13. ILS/로컬라이저 응용 시설

IGS(계기 유도 시스템)는 홍콩의 옛 카이탁 공항(1998년 폐항)에 설치되었던 ILS와 유사한 장비이다. 항공기는 ILS 수신 장치를 그대로 사용하여 IGS를 이용할 수 있었다. 착륙 절차는 IGS 로컬라이저와 글라이드 패스에 따라 공항 근처 산을 향해 비행한 후, 지상에 굽어져 배열된 진입등을 보고 수동으로 우측으로 47도 선회하여 활주로에 정대하는 방식이었다.^[40]

LDA(로컬라이저형 방향 보조)는 로컬라이저만을 이용하여 활주로와 다른 방향에서 진입, 활주로를 시인할 수 있는 지점에서 선회하여 착륙하는 방식이다. 일본 도쿄 국제공항에는 B 활주로(활주로 22) 및 D 활주로(활주로 23) 유도를 위해 동쪽 방향의 도쿄 만을 향한 LDA가 설치되어 있다.^[40] 이를 통해 해상 비행으로 시가지 소음을 줄이고, 각 활주로 진입 항공기의 안전한 좌우 간격을 확보한다(호천 시에 이용되며, 악천 시에는 통상적인 ILS 진입).^[40]

14. 안테나 제원

로컬라이저는 A2A 전파 형식을 사용하며, 안테나 형식은 대수 주기형(LPDA)이다. 글라이드 패스는 코너 리플렉터 안테나를 사용한다.

15. 사고

ILS의 등장으로 기상 악화가 쉬운 지역의 비행장에도 착륙할 가능성이 증가하여, 항공사는 다이버트에 따른 비용 절감과 신규 노선 개척이 가능해졌다.

한편, 조종사는 ILS에 대응하는 자격 취득과 장비 취급 훈련이 필요해져 부담이 증가했다. 또한, ILS의 고장이나 부적절한 취급 등에 의한 사고도 발생하게 되었다. 대한항공 뉴델리 추락 사고에서는 공항의 ILS가 정비 불량이었는지가 재판에서 문제시되었다.

16. 대안

마이크로파 착륙 시스템(MLS)은 곡선 접근 방식을 허용하며, 1970년대에 계기 착륙 장치(ILS)를 대체하기 위해 도입되었으나 위성 항법 시스템(GNSS)의 등장으로 선호도가 떨어졌다.^[25] 1980년대 미국과 유럽에서 MLS 구축 노력이 있었으나, 항공사의 투자 기피와 GNSS의 부상으로 채택되지 못했다.^[26] 민간 항공용 첫 Category III MLS는 2009년 3월 히드로 공항에 설치되었으나 2017년에 서비스에서 제거되었다.^[27]

기존 ILS가 작동하지 않거나 비용 효율적이지 않은 경우 트랜스폰더 착륙 시스템(TLS)을 사용할 수 있다.

광역 증강 시스템(WAAS)을 기반으로 하는 수직 유도와 함께 국부화 장치 성능(LPV)은 ILS와 유사한 최저치를 제공한다. 2008년 11월 기준으로, 미국 연방 항공청(FAA)은 Category I ILS 절차보다 더 많은 LPV 접근 방식을 발표했다.

지상 기반 증강 시스템(GBAS) (미국에서는 근거리 증강 시스템)은 GNSS 신호를 보강하여 향상된 서비스를 제공하는 안전 필수 시스템이다. GBAS는 CATI/II 및 III 공항, 터미널 지역 항법, 복행 유도 및 지상 운용에서 중요한 역할을 할 것으로 예상된다. GBAS는 단일 주파수로 공항 전체에 서비스를 제공하여, 각 활주로 끝에 별도의 주파수를 필요로 하는 ILS에 비해 이점을 가진다. GBAS CAT-I은 CAT-II/III 정밀 접근 및 착륙을 위한 필수 단계로 간주되지만, 기술적 위험으로 인해 광범위한 수용이 지연되었다. FAA는 업계와 함께 위성 신호 변형 등의 문제를 완화하는 GBAS 스테이션 프로토타입을 배치했다.

17. 미래

GPS의 발전은 항공기 접근 유도를 위한 새로운 대안을 제시한다. 미국에서는 광역 보강 시스템(WAAS)이 2007년부터 많은 지역에서 Category I 수준의 정밀 유도를 제공하고 있으며, 유럽에서는 유럽 정지 궤도 보강 서비스(EGNOS)가 2011년 3월부터 생명 안전 응용 분야에서 사용되도록 인증되었다.^[28] 이에 따라 Cat I 계기착륙장치 설치는 감소할 수 있지만, 미국에서는 Cat II 또는 Cat III 시스템을 단계적으로 폐지할 계획은 없다.^[29]

지역 보강 시스템(LAAS)은 Category III 최소치 이하를 제공하기 위해 개발 중이다. 미국 연방 항공청(FAA) 지상 기반 보강 시스템(GBAS) 부서는 멤피스, 시드니, 브레멘, 스페인, 뉴어크 등에서 GBAS 지상국 인증을 진행하고 있다. 이들 국가는 GBAS 지상국을 설치하고 기술 및 운영 평가를 진행 중이다.

Honeywell과 FAA 팀은 2009년 9월 뉴어크 리버티 국제공항에서 세계 최초의 비연방 미국 LAAS Category I 시스템 설계 승인을 획득했고, 2012년 9월 28일에 운영 승인을 받았다.^[30]

노르웨이에서는 D-GPS 기반 착륙 시스템인 SCAT-I가 일부 단거리 활주로 공항에서 운영되고 있다.

참조

_[1] 서적 A Dictionary of Aviation Osprey 1973
_[2] 웹사이트 Satellite Navigation - GPS/WAAS Approaches http://www.faa.gov/a[...]
_[3] 웹사이트 History of Radio Flight Navigation Systems http://www.radarworl[...]
_[4] 웹사이트 An Introduction into the Signals of ILS, DME and VOR https://www.skyradar[...] 2019-04-16
_[5] 웹사이트 Instrument Landing System https://www.nordian.[...]
_[6] 웹사이트 Localizer and Glide slope Frequency Pairing https://wireless2.fc[...]
_[7] 웹사이트 ICAO DOC8400 Amendment 28 http://www.icao.int/[...] icao.int
_[8] FAA ILS Glide Slope Critical Area Advisory https://web.archive.[...]
_[9] 웹사이트 Approach chart of Kai Tak Airport runway 13 http://www.flyingtig[...] flyingtigersgroup.org
_[10] 문서 Kai Tak Airport#Runway 13 approach
_[11] 웹사이트 2001 Federal Radionavigation Systems http://www.navcen.us[...] 2005-11-27
_[12] 웹사이트 AC90-108 https://www.faa.gov/[...] 2020-10-27
_[13] FAA FAA Order 8260.3C, United States Standard for Terminal Instrument Procedures (TERPS) https://www.faa.gov/[...] 2017-05-13
_[14] 웹사이트 Getting to grips with CAT II / CAT III operations https://www.skybrary[...] Airbus 2001-10
_[15] 웹사이트 Navigation instrumentation – ILS https://www.ivao.aer[...] IVAO training 2017-05-31
_[16] 웹사이트 Order 8400.13D http://fsims.faa.gov[...] FAA 2018-05-15
_[17] 웹사이트 Aeronautical Information Manual http://publications.[...] Transport Canada 2016-03-31
_[18] 간행물 Aeronautical Telecommunications, Volume 1 (Radio Navigation Aids) 2.1.1 ICAO Annex 10
_[19] 웹사이트 Acceptable Means of Compliance (AMC) and Guidance Material (GM) to Part-SPA https://www.easa.eur[...] EASA 2012-10-25
_[20] 문서 For example, Southwest Airlines flies HUD equipped Boeing 737 aircraft to fog-prone airports such as Sacramento International Airport|Sacramento International (KSMF), allowing flights to take off when they would otherwise be unable to do so.
_[21] 웹사이트 FAA Historical Chronology: Civil Aviation and the Federal Government, 1926–1996 https://rosap.ntl.bt[...] United States Federal Aviation Administration 2020-10-05
_[22] 뉴스 Planes Are Landing By Radio When Fog Hides The Field https://books.google[...] Popular Mechanics 1931-02
_[23] 웹사이트 History of Aircraft Landing Aids http://www.centennia[...] 2010-09-28
_[24] Marketwatch Instrument Landing Systems(Ils) Market Share, Size Global Regional Analysis, Key Findings, Growth Factors, Industry Demand, Key Players Profiles, Future Prospects and Forecasts to 2025 https://www.marketwa[...] 2021-09-21
_[25] 뉴스 Microwave Landing System For Jets Is Demonstrated New York Times 1976-05-20
_[26] 웹사이트 Annex 10 – Aeronautical Telecommunications, Volume I (Radio Navigation Aids) Amendment 81 http://www.caa.govt.[...]
_[27] 웹사이트 Worlds first low-visibility microwave landing system comes into operation at Heathrow http://www.atc-netwo[...] atc-network.com 2009-03-26
_[28] 웹사이트 EGNOS navigation system begins serving Europe's aircraft http://www.esa.int/e[...] 2011-03-03
_[29] 웹사이트 2017 Federal Radionavigation Plan https://rosap.ntl.bt[...]
_[30] 웹사이트 Archived copy http://www.faa.gov/a[...] 2013-05-20
_[31] 뉴스 航空実用辞典 http://www.jal.co.jp[...] 日本航空 2011-11-13
_[32] 문서 Horizontal Situation Indicator、水平姿勢指示計。グライドパスはやや上方、ローカライザはやや右寄りを表している表示。つまり指示よりも低く左寄りを飛行している。
_[33] 웹사이트 ILSの概要 https://www.mlit.go.[...] 国土交通省 2019-09-22
_[34] PDFlink 計器着陸装置 (ILS) のカテゴリー (CAT) IIIB化について
_[35] 문서 2012年7月よりCAT-3b供用開始
_[36] 문서 2009年6月4日よりカテゴリーIIIbの運用を開始したが、[[アシアナ航空162便着陸失敗事故|2015年4月のアシアナ機の事故]]による地上機器破損により暫定的にCAT-Iでの運用となり、2015年9月15日に「CAT-IIIa」が、続けて2015年9月19日から「CAT-IIIb」の運用が再開された。
_[37] 문서 2011年11月17日 - 2012年9月19日はCAT IIIa、2012年9月20日よりCAT IIIb運用開始
_[38] 문서 2010年2月25日にはCAT IIIのILSが必要になる濃さの霧が発生した。2015年8月20日よりCAT IIIa、2016年1月7日よりCAT IIIbへ格上げ。
_[39] PDF Ｄ滑走路への進入経路の変更について https://www.pref.chi[...]
_[40] PDF 羽田空港 LDA装置 http://www.toshiba.c[...]