1. 개요
- FAA 측 명칭: Traffic alert and Collision Avoidance System(TCAS)
- ICAO 측 명칭: Airborne Collision Avoidance Systems(ACAS)
공중충돌방지장치는 공중에서 복수의 항공기가 서로 접근할 때 조종사에게 경고하며, 공중충돌이 일어나지 않도록 회피 기동을 안내하는 장치이다. 1981년 FAA의 개발 정책에 따라 J.S. Morrel이 첫 개발하였고, 1978년 샌디에이고 상공 공중충돌 사고로 인해 처음으로 정식 탑재되었으며, 세리토스 상공 공중 충돌 사고 이후 모든 민항기에 의무화되었다.[1]
ACAS라고도 부르는데, 원래 ACAS는 ICAO에서 첫 제시한 약자로 공중 충돌 방지를 위한 "대응책"에 더 가까운 뜻이었으며, ACAS의 방식 중 하나로 TCAS가 채택되어 있는 형태였다. 즉 원래 의도로는 ACAS 쪽이 상위 개념이다. 그러나 공중 충돌 방지를 담당하는 시스템이 사실상 거의 TCAS가 유일하기에 점차 둘을 혼용해 부르게 되었다. 국토교통부는 ICAO를 따라 ACAS라고 칭하며, 내셔널지오그래픽의 항공 사고 수사대는 FAA의 협조를 받는 특성상 TCAS라고 칭한다. 보통은 TCAS가 더 잘 알려져 있지만, ACAS라고 해도 이해하는데에는 크게 문제가 없다.
그 외에도 T-CAS, TCAs 등 다양한 표기를 사용하나, FAA에서 사용하는 정식 표기는 TCAS가 맞다.# 읽는 방법은 티(T)캐스(CAS)[2]이며, 티 시 에이 에스로 끊어서 읽어도 무관하다.
다만 이 TCAS에는 치명적인 단점이 하나 있는데, 바로 1대라도 TCAS가 작동하지 않는 경우 공중충돌 바로 직전의 충돌 위기 상황에 놓여도 TCAS가 사고를 예방하지 못한다는 점이다.
- 꺼진 TCAS로 인한 사고: 마투그로수 상공 공중 충돌 사고
- 고장난 TCAS로 인한 사고: 세네갈 상공 공중충돌 사고
- TCAS의 지시를 따르지 않아 발생한 사고: 위버링겐 상공 공중 충돌 사고
2. 원리
항공기는 비행하는 동안 트랜스폰더(발신기)를 통해 주변[3]의 항공기에게 지속적으로 해당 항공기의 운항 정보를 요청한다(문의). 이를 수신한 항공기는 정보를 제공하며(응답) 이 정보를 종합하여 조종사에게 트래픽 접근 정보를 제공한다.- Traffic Advisories(TA): 단순한 트래픽 접근으로 항공기 간 거리가 6 km 이내일 경우이다. 조종사는 주변을 둘러보며 주의를 기울인다. 6 km라는 거리가 굉장히 길다고 생각할 수 있는데 항공기의 속도로는 40초 이내에 충돌이 일어날 수 있는 아주 가까운 거리이다. 여기서 더 가까워지는 경우 아래의 RA[4]를 내린다.
- Resolution Advisory(RA): 항공기 간 충돌이 25초 이내에 가능한 상황. RA가 제공될 경우 일반적으로 두 항공기 사이의 거리는 4km가 채 되지 않으므로 즉시 회피 기동이 필요하다. TCAS는 다가오는 두 비행기에게 한 쪽에는 상승, 다른 한 쪽에는 하강 지시를 내린다.[5] 이 때 조종사는 RA가 제공되는 즉시 TCAS의 지시에 따라 회피를 실시해야 하며, 상반되는 관제사의 지시가 있더라도 절대적으로 TCAS의 지시를 따라야 한다.[6] 두 비행기가 부딪히기 직전의 상황인 만큼 이게 울리는 것은 항공안전장애로 분류되며, 해당 항공기들을 관리하던 관제시설에서도 항공기 간 분리 실패로 간주하여 난리가 난다.
- Clear of conflict(CC): 경보 해제
3. 화면 해석
- 초록색 선은 컴퓨터에 입력된 항로이다.
- 중앙 하단에 보이는 노란색 비행기 아이콘은 이 기체의 위치이다. 자신을 기준으로 하기에 사진에서 움직이지 않고, 마치 천동설처럼 이 비행기를 중심으로 나머지가 움직인다.
- 각 아이콘의 위 또는 아래에 있는 숫자[7]는 서로간의 상대 고도이다. 양수일 경우 해당 기체가 이 기체보다 위에 있음을 의미한다.[8]
- 각 아이콘의 옆에 있는 위 또는 아래를 가리키는 화살표(↑↓)는, 상대 기체의 고도가 어떻게 변화하고 있는지를 알려준다. 위를 가리킬 경우 해당 기체가 상승 중임을 의미한다.
- 가장 왼쪽에 있는 내부가 채워지지 않은 하얀색 사각형 (+10)은, 충돌 가능성이 없는 단순 인근에 있는 기체이다.
- 사진 중앙에 있는 내부가 채워진 하얀색 사각형(-11)은, 충돌 가능성이 조금 있지만 아직 아무런 조치를 취할 필요가 없는 기체이다.
- 사진 우측에 있는 내부가 주황색으로 채워진 원 (+10)은, 충돌 가능성이 높은 기체이다. 이 순간부터 TCAS의 음성 안내(TA)가 시작되어, Traffic! Traffic!이라는 음성이 출력된다.
- 사진 속 기체의 바로 앞에 있는 내부가 빨간색으로 채워진 사각형 (-01)은, 충돌 가능성이 매우 높은 기체로, 회피 기동을 해서 즉시 피해야 할 비행체다. 이 순간부터 TCAS의 RA 지시가 나오며 기체는 그 지시에 맞춰 고도를 변경한다.
- 사진 속에서 상대 기기가 더 아래에 있으므로 상대 기기에 Descend 명령, 예시로 든 기체가 에어버스 기종임으로 제일 강한 경고인 Climb Now 명령이 나올 것을 유추할 수 있다. 하지만, 두 기체간 거리가 가깝고 상대 기기가 밑에서 올라오는 중으로 매우 위험한 상황이므로 Adjust Vertical Speed 및 Increase Climb이 나올 수도 있다.
4. RA (음성 명령)
이해를 돕기 위해 TCAS의 RA 음성 안내를 먼저 읽어보자. 항공기 제조사나 출고 시기에 따라 TCAS의 안내문은 조금씩 다르지만, 편의를 위해 모두 작성한다.| 구분 | 음성 출력 | 해석 |
| TA(감지) | Traffic, Traffic | 접근 중인 기체가 있음 |
| 기본 RA[9] | Climb, Climb | 상승하라 |
| Descend, Descend | 하강하라 | |
| 번복 RA[10] | Climb, Climb NOW | (하강을 중단하고) 상승하라 |
| Descend, Descend NOW | (상승을 중단하고) 하강하라 | |
| 특수 RA[11] | Climb, Crossing Climb | (서로 교차하는 거 맞으니 믿고) 상승하라 |
| Descend, Crossing Descend | (서로 교차하는 거 맞으니 믿고) 하강하라 | |
| 증폭 RA | Increase Climb | 상승률(속도)을 키워라 |
| Increase Descend | 하강률(속도)을 키워라 | |
| 완화 RA | Reduce Climb | 상승률(속도)을 줄여라 |
| Reduce Descend | 하강률(속도)을 줄여라 | |
| Adjust Vertical Speed, Adjust | (너무 빠르니) 지시된 수직 속도에 맞춰라 | |
| Level Off, Level Off | (상승·하강을) 중단하라 | |
| 유지 RA | Maintain Vertical Speed, Maintain | 현재 수직 속도를 유지해라 |
| Maintain Vertical Speed, Crossing Maintain | (서로 교차하는 거 맞으니 믿고) 현재 수직 속도를 유지해라 | |
| 예상 RA[12] | Monitor Vertical Speed | 수직 속도를 잘 봐라 |
| 해결 | Clear of Conflict | 충돌 위험 사라짐 |
이해를 돕기 위해 구분을 해놓았지만, '이럴 때는 이거'라고 명확히 딱 잘라서 나타낼 수는 없다. 이륙 후 상승 중인 기체와, 착륙을 위해 하강 중인 기체가 접근 중인 경우에도 상황에 따라 다음과 같이 작동할 수 있다.
- 단순 회피(기본 RA): 위에서 하강 중인 기체에게 상승을, 밑에서 상승 중인 기체에게 하강을 명령하여 서로 같은 높이에 도달하지 않도록 한다.
- 교차 회피(특수 RA): 미리 수직으로 교차함으로써, 두 기체가 같은 수평 위치에 도달하기 전에 고도차를 만든다.
- 단순 교차(유지 RA): 서로 많이 가까워지지만 가던 길 그대로 가면 안 부딪힐 경우 현재 수직 속도를 유지하게 한다.
- 회피 번복(번복 RA): 기본 RA로 가려 했는데, 밑에서 올라온 기체가 급상승하여 오히려 더 높아진 경우 상승 명령을 취소하고 하강 명령으로 변경한다.
일반적으로는 TCAS가 작동하기 전에 관제탑에서 두 기체가 가까워짐을 경고하고 서로를 육안으로 확인해보라고 지시한다. 그럼에도 불구하고 관제소의 안내가 없거나 TCAS의 RA가 작동한 경우, 관제소에게 TCAS가 작동했음을 알리고 서로를 육안으로 확인하기 위해 노력한다.
이후 메인 디스플레이에 나오는 RA의 고도 변화율 지시에 따라 고도를 변화 (또는 유지)하여 충돌을 회피한다. 기장과 부기장이 서로 반대로 비행기를 제어하는 일이 발생하지 않도록[13] 기장 또는 부기장은 I have control (내가 제어한다), You have control(확인했다. 네가 제어하라)을 말해 누가 기체를 제어할지 결정하고 고도를 조정한다.
5. 등급 및 작동 모드
TCAS의 등급은 3개로 아래와 같다.- TCAS I
단순 트래픽 정보만 제공하는 기본적인 장비. - TCAS II
단순 트래픽 정보 제공에서 진화해서 회피 기동도 안내한다. 수직 방향만 안내하며 필요하면 현재 고도를 유지하라는 안내도 한다. 현재 가장 널리 쓰이는 방식이다. - TCAS III
개발 중. 수직 방향 기동뿐만 아니라 수평 방향 기동 안내도 포함된다.
TCAS의 작동 모드도 3개로 아래와 같다.
- S(시에라) 모드
기본적인 항공기의 트랜스폰더 모드로 현재 위치, 고도(FL), 수직 속도를 송신한다. - C(찰리) 모드
모드 A 트랜스폰더와 마찬가지로 TCAS를 지원하지 않지만, 현재 위치와 고도 정보를 송신한다. - A(알파) 모드
무동력 항공기 또는 작은 항공기에서 S모드를 미지원하는 트랜스폰더를 사용하는 경우 사용한다. 현재 위치만을 송신한다.
6. TCAS(ACAS) vs ???
6.1. vs 관제사
관제사의 지시와 TCAS의 지시가 서로 상반되는 경우 무조건 TCAS의 지시만을 이행하도록 규정되어 있다. 사실 TCAS 경고가 발령되는 경우 조종사가 관제사에게 통보를 하기 때문에 지시가 상반될 가능성은 보통 매우 희박하지만, 실제로는 관제사의 판단 착오같은 휴먼 에러나, 통신 불량, 혹은 관제 장비의 이상으로 관제사와 TCAS의 지시가 상반되는 경우가 발생할 수 있고, 위버링겐 상공 공중 충돌 사고의 사례와 같이 지시 상반으로 인해 발생한 대형 사고들이 있었기 때문에 규정된 것이다.위버링겐 상공 공중 충돌 사고에서는 TCAS는 올바른 지시를 양 측 항공기에 전달했지만, 당시 관제사인 페테르 닐센이 두 구역을 관리하는 과도한 업무를 혼자 수행하는 와중 잘못된 지시를 한쪽에만 전달했고, 닐센의 지시를 전달받은 바시키르 2937편은 당시 러시아 측 항공 규정대로[14] TCAS보다 관제사인 닐센의 지시를 우선했다가 사고가 발생한 것이다.
사실 1년 전에도 니어 미스 사고를 포함해 관제사의 실수로 인한 여러번의 공중 충돌 미수 사건이 있었지만, ICAO가 일본 정부의 사고조사 결과를 상큼하게 무시했다가 기어이 대형 사고가 난 것. 관제사의 지시보다 TCAS를 우선시한다는 규정이 확립된 것은 이러한 사고 사례들의 원인이 기계장치의 오류가 아니라 인간의 판단 실수로 인한 오류들이었기 때문이다.
2014년 8월 13일, 유사한 사고가 발생할 뻔 했다. 김해국제공항을 출발하여 일본 나리타 국제공항으로 가던 에어부산 항공기가 나리타공항 관제센터의 지시를 따르며 하강하던 도중 TCAS의 경고를 받고 상승하였다. 당시 맞은편 6km 지점에서 일본 국적 여객기가 상승하고 있었다. 만약 에어부산 측 A 기장이 곧장 회피 조작을 하지 않았더라면 자칫 대형 참사가 발생할 수 있었다. 그래서 TCAS를 무시하면 자칫하다 큰 참사가 일어날 수 있기 때문에 조심해야 한다.
6.2. vs GPWS
TCAS는 비행기 간의 상대적인 위치만을 본다. 즉 TCAS에게 있어 지형이나 최소 고도는 고려 대상이 아니다. 또한 지형은 움직이지 않지만, 상대 비행기는 움직일 수 있다. 그렇기에 TCAS와 GPWS가 충돌할 경우, GPWS가 우선된다.어떻게 보면 당연한 것이 '아래로 피하고 땅이랑 부딪힐래? 아니면 쟤가 피하길 바라고 땅에서 멀어질래?'라고 물어보면 모두가 후자를 고를 것이다. 그렇기에 GPWS와 TCAS가 충돌하면 GPWS가 우선된다. 애당초 TCAS도 상대 기체가 명령에 따르지 않는 상황을 고려한 RA(번복 RA)가 있다.
6.3. vs 인간(조종사)
'기계 vs 인간이면 당연히 기계를 믿어야지 무슨 소리야?'라고 생각할 수도 있지만, 현실은 그렇지 않다. 비행기라는 것이 생긴지 얼마 안 되었을 때는 모든 게 불안하고 신뢰할 수 없는 것이었기에 기계의 값을 보고 '또 고장났네 무시해야지'하는 경우는 의외로 자주 있었고 이로 인한 사고도 많이 일어났다.또한, 공중충돌방지장치도 결국 하나의 장치로 오작동을 할 가능성이 0%라고 할 수는 없다. 그러나 압도적인 확률로 보통 인간이 못 보므로 일단 TCAS에 따르고' 상황이 해결되면 이에 맞춰 체크리스트 등의 작업을 수행한다.
[1] 그러나 이 설치의 의무는 주로 유럽, 미국, 아시아 등 주요 선진국들에 우선 적용된 셈이었고, 이 사건 이후로도 의무화를 지키지 않은 항공사들도 여럿 있었다. 세라토스 상공 공중 충돌 사고로부터 10년 뒤 사상 최악의 공중 충돌 사고로 남게 된 뉴델리 상공 공중 충돌 사고에서도 TCAS를 탑재하지 않은 항공기가 있었던 것이 원인이었다.[2] TCAS의 A 발음은 전설 근저모음(æ) 이라서 화자에 따라 '티카스'로 들릴 수 있다. 여담으로 \[æ\]는 한국어의 'ㅐ', 일본어 'あ(a)'로 대응되기 때문에, 일본에서는 티-캬스(ティーキャス)'라고 읽는다.[3] 수직 9900 ft (약 3 km), 수평 40 NM(약 74 km)[4] 상승, 하강 지시[5] 일반적으로 위에 있는 비행기가 상승을, 밑에 있는 비행기가 하강을 지시받는다.[6] 반대로 관제사는 항공기로부터 RA 기동 중임을 보고받는다면 이에 상반되는 지시를 하면 안 된다. 자세한 내용은 7번 항목 참조.[7] 사진에서의 +10, -11, -01[8] 예를 들어 + 10이면 이 기체보다 1000ft 위에 있다는 뜻.[9] 가장 일반적으로 자주 보이는 RA[10] 직전 지시와 반대로 행동해야 할 경우, 주로 상대 기체가 TCAS 지시를 따르지 않을 경우 발생[11] 고도차를 최대한 만들려는 다른 RA와 다르게, 차라리 같은 고도에서 만나고 그대로 교차하는 것이 오히려 안전한 극히 이례적인 경우에 발생. 서로 간의 상대적인 수직 속도가 너무 빠를 때 등[12] 조치를 취하라는 것이 아니지만, 가던 길을 그대로 가야함을 강조해야 할 때 발생.[13] 보잉의 경우 조종간이 물리적으로 연결되어 있어서 힘싸움이 되겠지만 적어도 서로 반대로 조작하면 바로 눈치챌 수 있다. 하지만 에어버스의 경우 "DUAL input!"이라는 경고 음성이 나오며 평균값을 취하기 때문에 위험하다. 물론 그렇다고 보잉이 더 안전하다고 할 수는 없고, 이건 항공기 제작사의 철학 차이가 상황에 따라 갖는 유불리에 불과하다.[14] 당시 러시아에서는 소련 시절부터 이어져오던 "지상 관제사의 지시를 우선적으로 따른다"는 운항가이드가 존재했다. 때문에 한 쪽은 TCAS의 지시를 따랐지만 다른 쪽 항공기가 TCAS와는 상반되는 관제소의 지시를 우선적으로 따른 것이 사고의 원인이었다. 사실 이 때 러시아 측 부기장이 TCAS가 상승하라고 지시한 것을 지속적으로 알리긴 했으나, 러시아의 운항 지침이 근본적으로 지상 관제소를 따르도록 가르쳤기 때문에 그저 배운대로 이를 시행한 것이었다.