개요(Introduction)
공중항법은 어느 한 지점에서 다른 지점으로 비행하기 위해 계획(Planning)하고, 기록(Recording)하며, 조종(Controlling 하는 기술이다. 해당 용어가 등장한 배경은 항공기의 발명과 함께 성능이 중대함에 따라 체계적이고 정확한 계획을 세우지 않고는 목적지를 찾아갈 수 없기 때문인데, 이미 수 세기 전부터 발달해 온 선박의 항해술을 기반으로 시작되어 그 후 독자적으로 발전해 왔다. 그리하여 현대애 이르러서는 항공기 중 몸집이 작은 경량항공기라 할지라도 단독으로 세계일주비행을 할 수 있을 정도로 항법기술은 비약적으로 발달되었다. 항공 산업의 발달은 21세기의 시작과 함께 글로벌 경제를 뒷받침할 수 있는 핵심 운송수단으로 서울에서 개최되는 G20정상회담과 같이 세계의 주요 지도자들이 짧은 시간에 한 장소에 모일 수 있었던 것은 바로 항공 산업의 발달이 뒷받침해 주었기 때문이며 그 핵심에는 항공기 성능의 발달뿐만 아니라 공중항법의 발달이 있다.
공중항법의 특징(Characteristics of air navigation)
항공기의 항행은 무언가를 나르는 수단으로 본다면 지상의 차량, 해상의 선박과 같은 맥락으로 볼 수 있다. 그러나 다음과 같은 차이점을 고려해야 한다. 빠른 속도, 지상항행시설의 발달, 항속시간의 제한, 계기의 의존성, 기상상태, 공역과 공간의 한계, 기장의 단독 의사결정권, 공중충돌의 위험이 있다. 항공기는 비록 상업 운송용 항공기라 할지라도 음속에 가까운 속도로 비행을 하며, 콩코드 여객기는 순항속도가 음속의 2배가 넘는 속도로 비행했다. 현대 전투기의 필수요건 중 하나는 바로 속도이며 전투기의 초음속은 오래전에 일반화되어 있다. 이렇게 항공기의 속도가 빠른 만큼 비행 전 철저한 비행 계획을 통해 정해진 항로를 유지할 수 있도록 해야 하며, 비행 계획에서의 작은 오차나 비행 중의 단순한 실수로도 순식간에 계획된 향로를 이탈할 수 있으므로 조종사의 세심한 계획과 비행 중의 주의가 요구된다. 항공기는 항속시간의 한계를 가지고 있으며 적재할 수 있는 연료량은 제한되어 있다. 그러므로 항공기를 무한정 공중이나 지상에 대기시켜 둘 수는 없기 때문에, 항공기의 수가 증가함에 따라 제한된 공역 속에서 이를 수용할 수 있도록 효율적인 공역관리가 필요하며, 이는 조종사의 비행기량뿐만 아니라, 관제사, 항공 정비, 지상 조업 등 항공 분야 전체의 유기적인 협조가 필요하다. 또한, 어느 산업 분야보다 기상과 밀접하게 관련되어 있으므로 기상을 예측하고 판단하는 것도 매우 중요한 요소로 자리하고 있다. 지상 교통수단은 운행 중 고장이 났을 시 정지해서 수리하거나 도움을 요청하면 되지만 조종사는 문제 발생 시 최악의 경우 비상착륙을 통해 문제를 해결할 수밖에 없다. 이 과정에서 대부분 사고로 이어지게 되고, 이는 탑승자의 부상이나 사망 등 치명적 결과를 초래한다. 또한, 항공기의 운항이 증가하면서 항공기 간의 공중충돌 사고 역시 빈번하게 발생하고 있다. 이러한 사고를 막기 위해서 항공기 운용자는 관련 법규를 반드시 준수해야 하며, 기장은 항공기에 탑승하고 있는 승객, 화물, 또는 지상의 인원 및 시설에 피해 가지 않도록 끊임없이 경계해야 하고 경험과 지식을 토대로 가장 효과적인 결단을 내릴 수 있어야 한다.
항법의 요소(Elements of navigation)
어느 한 지점에서 다른 지점으로 향할 때 비행경로를 계획해야 하는데 이때 목적지까지 어떤 방법으로 갈지 결정해야 한다. 이때 필요한 요소들이 위치, 방향, 거리, 고도 시간이며 체계적인 계획을 수립하여 목적지까지 가는 데 있어 이러한 요소들의 오차를 최소화하여야 한다. 항법을 공부하는 데 있어서 선행되어야 할 것은 용어의 이해이다. 비행사들은 항법장비를 사용하여 기본적인 위치, 방향, 거리, 고도, 시간을 구해 이를 항법에 활용한다. 이러한 수치들은 비행사들이 실제 항행하는 데 있어서 많은 도움을 준다. 위치 - 비행사는 현재 위치로부터 다른 지점으로 가기에 앞서 항공기의 현재 위치를 반드시 정확하게 파악해야 한다. 방향 - 거리엔 관계없이 어느 지점에서 또 다른 지점으로 가는 방향, 방향은 그 스스로 각을 나타내는 것이 아닌 때때로 참조방향으로부터 각 거리로서 측정되기도 한다. 거리 - 두 지점 간의 측정된 길이 평면상에서 거리를 잴 경우 이는 간단한 문제이지만 지구와 같은 구형의 표면에서 거리를 재는 것은 상당히 어렵다. 비행계획을 위해 거리를 산출할 때 이는 매우 중요한 요소이다. 거리는 다양한 단위를 사용하여 나타낼 수 있다(e.g., nautical miles (NM) or yards). 속도 - 항공기가 목적지까지 이동하는 데 있어서 빠르기의 정도를 나타내는 데 걸린 시간과 이동거리를 바탕으로 측정되는 값으로 노트(knots) 단위를 사용한다. 고도 - 항공기의 높이, 고도는 지면으로부터의 절대적 수치 혹은 기압으로서 정해지며 그중 절대고도는 레이더에 의해 정해지고 기압고도는 기준면으로부터의 고도를 나타낸다. 고도를 비교할 때는 기준이 되는 어느 지점으로부터의 높이를 측정하여 양 값이 차를 수치로 표현하게 된다. 시간 - 시간을 측정하는 여러 가지 방법이 있지만 항법에 주로 사용되는 방법은 아래와 같다. 1. Hour of the day. 2. Elapsed interval. 측정방법 - 위치, 방향, 거리, 고도, 시간을 산출하기 위한 방법들은 각각의 단원에서 다루고 있다. 앞서 말한 이러한 수치들 혹은 용어들은 각기 여러 다른 방법으로 나타낼 수 있는데, 예를 들어 어느 한 지점에 있는 항공기는 적도와 위도의 관계 속에서 위치를 나타낼 수도 있으며 혹은 특징 도시로부터 남쪽으로 10마일 떨어져 있다고 나타낼 수도 있다. 위치(Position), 조종사는 항공기가 비행할 때 현재 자신의 위치가 어디에 있는지 지속적으로 파악하고 있어야 한다. 이를 위해 가장 간단한 것은 지상의 눈에 띄는 지형지물을 참조점으로 하는 것이다. 일반적으로 공중에서 눈에 띄기 쉬운 강, 도로, 건물, 산, 특이한 모양의 지형 등이 참조적으로 쓰인다. 하지만 기상상태가 좋지 않거나, 야간에 지형지물을 제때 확인하지 못하면 위치를 잃을 수도 있다. 이러한 문제를 해결하기 위해 지상기반항행시설이 설치되어 있으며 이를 이용하여 언제든 자신의 위치를 정확히 확인할 수 있다. 항법지도를 사용하여 비행계획을 세울 때 가장 먼저 목적지 혹은 가고자 하는 지형지물까지 일직선으로 긋고 해당 지점의 위치정보를 파악해야 한다. 이를 픽스(fix)라 한다. 공중항법에서 픽스는 지형지물을 기반으로 정해진 위치일 수도 있고 지상기반항행시설에서 받은 정보를 통해 나타낼 수도 있다. 여기서 말하는 지상기반항행시설은 VOR/DME, NDB 등과 같은 무선항법시설로서 방위/레디얼/거리 정보를 알려주며 조종사는 이러한 정보들로부터 정확한 위치정보를 얻을 수 있어야 한다. 방향(Direction), 항법에서 사용되는 방향이라는 단어는 거리가 먼 거리든 가까운 거리든 상관없이 어느 한 지점에서 다른 지점의 상대적 위치라고 정의한다. 방향을 나타낼 때는 방위를 사용하는데 동, 서, 남, 북과 같은 용어를 사용한다. 더 세분화한다면 북북동, 북북서, 남남서, 남남동, 서북서, 서남서, 동북동, 동남동으로 나눌 수 있다. 하지만 실제 비행하는 데 있어서 위와 같은 방위정보를 갖고서는 정확한 위치를 찾을 수 없다. 이러한 방위 정보만으로 비행해서는 비행 거리가 길어질수록 오차가 커져 종국에는 위치를 잃게 될 것이다. 그렇기에, 이러한 고전적인 방법은 수많은 새로운 첨단 장비를 사용하여 더 정확히 표현되고 있다. 여러 장비들은 360도로 방위를 나누고 있으며 북쪽을 기준으로 000도로 표현하고 있으며 시계방향으로 동쪽은 090도, 남쪽은 180도, 서쪽은 270도로 나타내며 다시 북쪽으로 돌아가게 된다. 공중항법에서 적용하는 방위는 360도를 기준으로 결정되는데 이 360도를 정하는 기준 역시 여러 종류에 기초를 둘 수 있다. 예를 들어 진북, 자북, 나북을 기준으로 방향은 정해지며 기본적으로 항공기에 탑재되어 사용되는 방위를 나타내는 계기는 자북을 기준으로 방향정보를 나타내는 나침반이 사용된다. 실제 항행에 사용되는 방향인 만큼 정확한 방위 지 시계인데 이는 항공용 지도를 만들 때 사용되는 방위와 다르다. 항공도는 진북을 기준으로 제작이 되지만 나침반은 약간의 오차를 둔 자북을 지시한다. 여기서 발생하는 오차를 편차(Variation)라 하며 항공도에 나타난 방위는 편차를 적용시켜 자북을 기준으로 다시 계산하여 실제 항행에 사용할 수 있다. 거리(Distance), 거리는 두지점간의 거리를 측정한 값이다. 기본적으로 항법에 사용되는 거리의 단위는 해리(NM)이며, 때때로 해리 대신 육리(SM)를 사용하기도 한다. 1해리는 위도 1분을 나타내며 feet로 환산하면 6,076 feet, 미터로 환산하면 1,852M이다. 이 환산방법은 다음과 같은 비율로 쉽게 적용 가능하다. Number of statute miles / Number of nautical miles = 76 / 66 대략적으로 1.15 : 1의 비율로 설명할 수 있다. 항공기가 이동함에 따라 위치가 변화하는데 이는 속도의 개념과 관련이 있다. 속도는 보통 한 시간에 몇 마일을 이동하였는가에 대한 단위로 MPH(Miles Per Hour)를 사용하는데 이는 SM을 기준으로 혹은 NM을 기준으로 표시된다. 만약 해리를 기준으로 속도를 나타내었을 때 Knots로 표시하며 200 Knots는 200 MPH와 같은 맥락이다. 속도(Speed), 속도의 종류는 지시속도, 수정대기속도, 등가대기속도, 진대기 속도, 대지속도 등이 있다. 여기에서 공중항법에 주로 사용되는 속도는 대지속도(Ground Speed)로서 실제 항공기가 지표면 위를 지나는 속도를 나타낸다. 대기속도(Air speed) : 대기 속을 이동하는 항공기의 속도. 대지속도(Ground speed) : 지면에 상대적인 항공기의 속도. 상대속도(Relative speed) : 다른 항공기 또는 물체에 상대적인 속도. 공중항법에서 속도, 거리, 시간은 비행을 계획하고 값을 산출하기 위한 기본적인 요소들이다. 항공기가 비행한 거리는 속도와 시간을 곱한 값이며, 속도는 비행한 거리를 시간으로 나눈 값이다. 이러한 값들은 내는 데 있어서 항상 같은 단위를 사용해야 혼돈을 줄일 수 있으며, 해리(NM)를 사용할 경우 속도의 단위는 노트(knots)로 사용해야 하며, 육리(SM)를 사용할 경우엔 MPH를 사용하여 속도를 나타내야 한다. 지구(The Earth), 항법은 지표면의 어느 한 지점을 정하는 것부터 시작된다. 항법에 대한 이해를 위해선 지구에 대한 기본적인 지식이 바탕이 되어야 한다.