대지접근 경보장치

대지접근 경보장치(對地接近警報裝置, )는 조종사에게 항공기가 지면이나 장애물에 충돌할 즉각적인 위험에 처해 있음을 알리도록 설계된 장치이다. 미국 연방항공국(FAA)은 GPWS를 지형 인식 및 경보 장치(TAWS)의 한 유형으로 정의한다. 1996년에 도입된 더 발전된 시스템은 현대적인 TAWS의 일종인 개량형 대지접근 경보장치(EGPWS)로 알려져 있다.

 역사 

1960년대 후반, 일련의 CFIT(지형지물 충돌) 사고로 수백 명의 목숨을 잃었다. CFIT 사고는 충분한 자격을 갖추고 면허를 소지한 승무원의 통제하에 정상적으로 작동하는 항공기가 승무원의 인지 없이 지형, 수면 또는 장애물로 비행하여 발생하는 사고이다.참고: 원문은 미국 FAA Circular AC23-18  에서 복사됨. 미국 정부의 저작물로서 해당 저작물에는 저작권이 없으며 자유롭게 복사할 수 있으므로 여기에 포함됨. 명확성과 강조를 위해 원본에 포함되지 않은 추가 또는 축소된 텍스트와 서식이 여기에 추가됨.

1970년대 초부터 많은 연구가 CFIT 사고 발생을 조사했다. 이러한 연구 결과에 따르면 대지접근 경보장치(GPWS)라고 불리는 경보 장치를 사용했다면 많은 사고를 피할 수 있었을 것으로 나타났다. 이러한 연구 결과와 미국 연방 교통안전위원회(NTSB)의 권고에 따라, 1974년 FAA는 모든 대형 터빈 및 터보제트 항공기에 TSO 승인을 받은 GPWS 장비를 장착하도록 의무화했다.(§§ 121.360 and 135.153) (39 FR 44439, December 18, 1974)

UN 산하 국제 민간 항공 기구(ICAO)는 1979년에 GPWS 설치를 권고했다.Personality Flight Aerospace Industry Awards 1999

캐나다 출신 엔지니어인 C. 도널드 베이트먼이 GPWS를 개발했으며 그 발명자로 인정받는다.

2000년 3월, 미국 FAA는 조종사 및 부조종사 좌석을 제외하고 6개 이상의 승객 좌석을 가진 모든 미국 등록 터빈 동력 항공기에 FAA 승인을 받은 TAWS를 장착하도록 운영 규칙을 개정했다. 이 의무 사항은 2002년 3월 29일 이후 제작된 항공기에 적용된다.

 효과 및 통계 
GPWS가 개발되기 전에는 대형 여객기가 연간 3.5건의 치명적인 CFIT 사고를 겪었으나, 1970년대 중반에는 연간 2건으로 감소했다. 2006년 보고서에 따르면 미국 FAA가 대형 항공기에 이러한 장비 장착을 의무화한 1974년부터 보고서 작성 시점까지 미국 영공에서 대형 제트기에 의한 CFIT 추락 사고로 인한 승객 사망자는 단 한 명도 발생하지 않았다.

1974년 이후에도 초기 GPWS 시스템의 "사각지대" 때문에 GPWS가 예방할 수 없었던 일부 CFIT 사고가 여전히 발생했다. 이에 따라 더 진보된 시스템이 개발되었다.

오래된 TAWS를 사용하거나, EGPWS를 비활성화하거나, 공항이 데이터베이스에 없을 때 그 경고를 무시하는 경우 항공기는 여전히 CFIT 사고의 위험에 노출된다. 2010년 4월, 러시아 스몰렌스크 인근에서 발생한 폴란드 공군 Tu-154 추락 사고는 CFIT 사고의 가능성이 있으며 레흐 카친스키 폴란드 대통령을 포함한 모든 승객과 승무원이 사망했다. 해당 항공기는 투손의 유니버설 에비오닉스 시스템즈(Universal Avionics Systems)가 제작한 TAWS를 장착하고 있었다. 러시아 국가항공위원회에 따르면 TAWS는 켜져 있었다. 그러나 항공기가 착륙하려던 공항(스몰렌스크 (XUBS))은 TAWS 데이터베이스에 없었다. 2008년 1월에는 폴란드 공군 Casa C-295M이 EGPWS를 장착했음에도 불구하고 폴란드 미로슬라비에츠 인근에서 CFIT 사고로 추락했다. 당시 EGPWS 경고음은 비활성화되어 있었고, 기장은 EGPWS 교육을 제대로 받지 않은 상태였다.

 상업용 항공기 

섬네일|오른쪽|FAA 사양에는 조종석에서 특정 경고가 울려야 하는 시점에 대한 상세한 요구 사항이 있다.

시스템은 전파 고도계에 의해 결정된 지표면으로부터의 항공기 높이를 모니터링한다. 그런 다음 컴퓨터는 이러한 판독값을 추적하고 추세를 계산하여 항공기가 특정 정의된 비행 구성("모드")에 있을 경우 시각 및 음성 메시지로 비행 승무원에게 경고한다.

모드는 다음과 같다:
과도한 하강 속도 ("SINK RATE" "PULL UP") 
과도한 지면 접근 속도 ("TERRAIN" "PULL UP")
과도한 대형 장애물 접근 속도 ("OBSTACLE" "PULL UP")
이륙 후 또는 높은 출력 설정에서의 고도 손실 ("DON'T SINK")
안전하지 않은 지면 간격 ("TOO LOW – TERRAIN" "TOO LOW – GEAR" "TOO LOW – FLAPS")
글라이드슬로프 아래로의 과도한 편차 ("GLIDESLOPE")
과도하게 가파른 뱅크 각도 ("BANK ANGLE")
윈드시어 보호 ("WINDSHEAR")

전통적인 GPWS에는 사각지대가 있다. 항공기 바로 아래에서만 데이터를 수집할 수 있기 때문에 미래의 지형 특징을 예측해야 한다. 가파른 경사와 같이 지형에 급격한 변화가 있는 경우, GPWS는 회피 행동을 취하기에 너무 늦을 때까지 항공기 접근 속도를 감지하지 못한다.

1990년대 후반에 개선이 이루어져 현재는 "개량형 대지접근 경보장치"(EGPWS/TAWS)라고 불린다. 이 시스템은 전 세계 디지털 지형 데이터베이스와 결합되어 있으며 GPS 기술에 의존한다. 기내 컴퓨터는 현재 위치를 지구 지형 데이터베이스와 비교한다. 지형 디스플레이는 조종사에게 항공기 근처의 높은 지점과 낮은 지점에 대한 시각적 방향을 제공한다. 이러한 개선을 통해 시스템은 지형 충돌에 접근할 때 조종사에게 더 일찍 경고를 제공할 수 있다.

EGPWS 소프트웨어 개선은 경고가 전혀 없는 경우와 늦거나 부적절한 대응이라는 두 가지 일반적인 문제를 해결하는 데 중점을 두고 있다.

 경고 없음 
GPWS 경고가 없는 CFIT 발생의 주요 원인은 짧게 착륙하는 것이다. 랜딩 기어가 내려가고 착륙 플랩이 전개되면 GPWS는 항공기가 착륙할 것으로 예상하여 경고를 내보내지 않는다. 그러나 GPWS는 단락으로 인해 오작동할 수도 있다. 1997년 9월 26일, 가루다 인도네시아 항공 152편이 구릉지에 추락하여 탑승객 222명과 승무원 12명이 전원 사망했다. 항공기가 지형에 접근하고 있었음에도 불구하고 랜딩 기어와 착륙 플랩이 전개되지 않았음에도 GPWS는 작동하지 않았다. EGPWS는 착륙 구성에서도 GPWS 보호를 제공하는 지형 간격 최저고도(TCF) 기능을 도입했다.

 늦은 경고 또는 부적절한 대응 
GPWS 경보의 발생은 일반적으로 업무 부하가 높은 시기에 일어나며 거의 항상 비행 승무원을 놀라게 한다. 거의 확실하게 항공기는 조종사가 생각하는 위치에 있지 않으며, 이러한 상황에서 GPWS 경고에 대한 대응은 늦어질 수 있다. 또한 하향식 라디오 고도계가 경고 계산에 사용되는 주요 센서이기 때문에 항공기가 가파른 지형으로 비행하는 경우 경고 시간이 짧을 수 있다. EGPWS는 지형 디스플레이와 지형 데이터베이스 전방 주시 보호 기능을 도입하여 지형 인식 및 경고 시간을 개선한다.

 사고 사례 
상업 및 항공사 운영에서는 EGPWS 주의 또는 경고가 발생할 경우 준수해야 하는 법적 의무 절차가 있다. 경보가 발령되면 두 조종사 모두 대응하고 그에 따라 행동해야 한다. 인도네시아에서는 가루다 인도네시아 항공 200편의 기장이 이러한 절차를 준수하지 않은 혐의로 과실치사죄로 기소되었다.

2015년, 에어 프랑스 953편(보잉 777-200ER 항공기)은 EGPWS가 항공기 비행 경로에서 카메룬산을 감지한 후 CFIT 사고를 피했다. 비행 조종사는 EGPWS의 초기 경고에 즉각적으로 대응했다.

 일반 항공 

미국 FAA는 피스톤 엔진 항공기에 TAWS 장비 장착을 요구하지 않지만, TAWS 유형 C로 분류된 선택적 장비를 설치할 수 있다. 운영 유형에 따라 TAWS는 승객 좌석이 6개 이상인 터빈 동력 항공기에만 설치가 의무화된다.

얼라이드시그널(현재 허니웰과 합병)은 일반 항공 및 개인 항공기를 위해 더 작고 저렴한 버전의 EGPWS를 개발했다.

 고속 군용기 
고속 군용기의 경우, 빈번하게 비행할 수 있는 고속 및 저고도 특성 때문에 사각지대가 치명적인 부분이 되므로 전통적인 GPWS 시스템은 적합하지 않다. 따라서 전파 고도계뿐만 아니라 관성항법장치(INS), GPS, 비행 조종 시스템(FCS)의 입력을 받아 최대  앞의 항공기 비행 경로를 정확하게 예측하는 향상된 시스템이 필요하다. 그런 다음 지형 및 장애물 특징의 디지털 지도를 사용하여 항공기가 주어진 사전 설정 g-레벨에서 기수를 올리지 않을 경우 충돌 가능성이 있는지 판단한다. 충돌이 예측되면 조종석 경고가 제공될 수 있다. 이것이 유로파이터 타이푼과 같은 항공기에 배치된 시스템 유형이다.Eurofighter Typhoon – BAE SYSTEMS delivers first Eurofighter Typhoon Ground Proximity Warning  미국 FAA는 또한 대형 참사로부터 민간 여객기를 구하기 위해 군용 3D 추력편향을 적용하는 연구를 수행했다."Multiaxis Thrust Vectoring Flight Control Vs Catastrophic Failure Prevention", Reports to U.S. Dept. of Transportation/FAA, Technical Center, ACD-210, FAA X88/0/6FA/921000/4104/T1706D, FAA Res. Benjamin Gal-Or, Grant-Award No: 94-G-24, CFDA, No. 20.108, December 26, 1994; "Vectored Propulsion, Supermanoeuvreability, and Robot Aircraft", by Benjamin Gal-Or, Springer Verlag, 1990, , 3-540-97161-0.

2016년 5월 5일, F-16에 장착된 자동 지면 충돌 회피 시스템(Auto-GCAS)이라고 불리는 군용 GPWS는 훈련 조종사가 기본 전투 기동 훈련 중 과도한 G-포스로 의식을 잃은 후 활성화되었다. 약 55도 기수 하강 자세,  고도와 의 속도에서 Auto-GCAS는 항공기가 지면에 충돌할 것임을 감지하고 자동 회복을 수행하여 조종사의 생명을 구했다.

 같이 보기 
 아메리칸 항공 965편 추락 사고

 참고 문헌 
 Federal Aviation Regulation, Title 14: Aeronatics and Space, PART 121—OPERATING REQUIREMENTS: DOMESTIC, FLAG, AND SUPPLEMENTAL OPERATIONS, FAA

 각주 

 내용주

분류:항공전자