PBN(성능기반항행)이란? (RNAV/RNP)

 

성능기반항행 (PBN : PERFORMANCE BASED NAVIGATION)

 

 

 

PBN(PERFORMANCE BASED NAVIGATION) 배경 및 개념

 

무선 항법이 시작된 이래, 항공기들은 하나의 지상 무선국에서 그 다음의 지상 무선국으로 직행하는 비행을 해왔다.

이와 같은 비행으로 만들어지는 항로는 최적이 아니며, 지상 항행안전시설의 지리적 위치의 제약을 받는 결과를 낳았다.

과거 VOR 등 지상 항행안전시설이 제공하는 전파를 따라 비행하는 재래식 항행방식에 의존하던 것이 현재는 기능이 향상된 항공기 탑재장비 및 인공위성 등의 발달로 지역항법(RNAV : Area Navigation)이 가능해졌다.

또한 지역항법을 이용한 접근 수요 증가(안전성, 접근 성)，공역 혼잡 해소를 위한 해법 요구 증가, 연료 효율성 향상에 대한 요구 증가，환경문제(소음，탄소 배출 등) 개선에 대한 요구조건 증가 및 현재의 충분한 항행기술에 대한 표준화 및 운항요구 조건 등 이 정립되어야 하는 필요성이 제기되었다.

ICAO는 미래항행시스템(FANS : Future Air Navigation Systems)으로써 “성능에 기초한 항행”의 필요성을 인지하여 RNP(Required Navigation Performance)개념을 개발하고 대양 및 원격지 적용을 위한 항공로 비행단계를 강조하였으나，대륙항공로 및 터미널 적용을 위한 RNP요건은 미제시하였다.

반면, 항공 산업계 RNP개념에는 성능에 대한 감시 및 경보기능 이 추가 되어 두가지 RNP 개념이 존재하여 국가별로 상이한 표준 양산(Proliferation), 다양한 기능 요구，요구되는 항행센서의 다양성，승무원에 대한 요구조건 불일치 및 전 세계적인 조화가 부족하였다.

이에 따라 ICAO는 혼재된 개념으로 인한 안전성，효율성, 경제성 등이 오히려 악영향을 줄 수 있음을 인식하고 문제점 해결을 위해 “RNP특별운항요건연구그룹(RNPSORSG)”을 구성하여 PBN개념을 재정립하였다.

PBN은 성능기반항행으로써 “계기접근절차상 또는 지정된 공역 내에서 ATS Route를 따라 비행하는 항공기를 위한 시스템성능요건을 명시하는 것”이라고 ICAO의 PBN Draft에서 정의하고 있다.

PBN은 RNAV(Area Navigation)시스템에 기초하며, RNAV 시스템 요건에 “감시 및 경보기능”이 추가 된 것을 RNP로 구분한다.

 

PBN 구성요소는 항행적용(Navigation application), 항법기반시설(Navaid infrastructure), 항행제원(Navigation specification)으로 구분한다.

항행적용에는 항행의 이용자(Use of Navigation), 제원 및 항법(Specification & Navaid), 기반시설(Infrastucture)이 있으며，항법기반시설에는 지상기반항법시설(Ground Based Navaids), 공중기반항법시설(Space Based Navaids)이 있다. 또한 항행제원에는 RNAV 시스템 성능(RNAV System Performance), 기능성(Functionalities), 항행 센서(Navigation Sensors), 항공승무원 필요조건(Air crew requirements)이 있다.

 

 

PBN 현황

가. RNAV(Area Navigation, 지역항법

컴퓨터 기술이 발달함에 따라 수 개의 지상 항행안전시설의 신호를 포착하여 각 항행안전시설이 어디에 위치하는가에 관계없이 독립적인 비행로를 합성해 주는 비행 관리 컴퓨터(FMC: Flight Management Computers)가 만들어졌다. 

항공기들은 비행로를 형성해 주는 선회지점(waypoint)을 이용하여 한 공간점으로부터 그 다음 공간점으로 비행할 수가 있게 되었다. 

이러한 다중 Sensor항법 수단이 오늘날의 지역항법(RNAV)으로 알려지게 되었다.

RNAV 항법이란 “항공기가 참조하는 항행안전시설의 통달 범위 안에서 그리고 항공기 탑재된 시스템의 성능 한계 이내 또는 지상 시설과 항공기 탑재 장비의 성능들을 합한 성능의 한계 이내에서 항공기가 원하는 비행로를 비행 할 수 있도록 해 주는 항법의 한 수단”이다.

지역항법 비행로 또는 절차의 안전은 항공기 항행 정밀도，항공교통관제 레이더 감시와 통신 및 비행로의 분리들을 합성 • 이용함으로써 성취된다.

RNAV의 수준은 어떤 운항을 하는데 요구되는 정밀도의 수준을 규정하기 위해 설정된다.

예를 들면，RNAV 2라 하면，항공기가 비행 시 전체 비행시간의 95% 이상을 원하는 비행경로에서 ±2 NM 이내로 유지할 수 있는 능력(가능성)을 갖추어야 하는 것을 의미한다.

 

나. RNP(Required Navigation Performance, 필요요구성능)

RNP 개념은 1998년 말 ICAO에 의하여 차세대 항법으로 채택되었으며 항공기의 비행정확도，비행로유지 및 항행성능을 감시할 수 있는 탑재장비를 활용하여 조종사에게 비행정보 제공 및 항공기가 비행로를 벗어나는 경우 경고할 수 있도록 하여 관제사의 집중감시가 없는 상태에서도 비행로 이탈여부 등의 확인이 가능하므로 항공기간 분리치를 감소하고 단축비행로를 제공할 수 있으며，비행안전도를 대폭 향상할 수 있는 최신 항법개념이다.

RNP는 “어떤 특정 공역 안에서 운항을 하는데 필요로 하는 항행 성능 방식”으로 성능기반항행(PBN)이라고 칭하는 광의의 개념의 일부분이다.

RNP는 항공로나 비행로를 따라 비행하는 항행 방법이긴 하지만 이전의 항행 방법과는 다르게 RNP 항행에서는 그 항공기가 비행할 수 있는 비행로를 비행하기 전에 반드시 그 비행로와 연관되는 성능 규격(Performance Spec)을 구비하여야 함은 물론, 실행한 성능(Achieved Performance)을 감시(Monitor) 하고，만약 요구되는 요건을 충족하지 못할 경우에는 경고(Alert)를 제공해야만 한다.

RNP는 감시와 경고 기능이 있는 것이 RNAV와 구별되는 큰 차이점이다.

 

 

RNP 운항이 가능한 항행장비를 탑재한 항공기는 이전에 필요로 하던 것보다 더 축소된 분리 기준으로 비행로를 안전하게 비행할 수 있다는 것은 매우 중요한 사실이다. 

어떤 공역을 축소된 분리 기준으로도 안전하게 이용할 수 있는 항공기들이 증가하고 있기 때문에 나날이 증가하고 있는 항공교통 수요를 수용할 수 있게 되는 것이다.

RNP 비행로를 비행하는데 필요로 하는 성능은 일반적으로 Nautical Miles 단위로 정해진다.

RNP 2는 전체 시스템오차가 비행시간의 95% 동안은 2NM보다 크지 않을 것임을 의미한다.

RNP Spec에는 항공기의 실제항행성능이 선택한 RNP 수준을 초과하거나，초과할 것으로 예상 되면 경고가 울리도록 되어 있다.

2xRNP 비행로공역의 한계는 잘못 안내되는 RNP 상태로의 비 탐지 결함이나 상태가 발생하지 않는다(예를 들면 항공기가 2xRNP 구역의 밖에 있고 지시계는 2xRNP 이내 를 지시할 경우에는 경고(Alert)를 발하지 않는다)는 보장을 받게 되는 확률이 매 비행시간 당 99.999% 이상이 된다는 것을 나타내는 것이다.

그리고 적용되는 RNP 수준은 항공기의 비행단계에 따라 각각 상이한 RNP 수준이 적용된다.

 

 

 

PBN 이점

PBN의 주요 이점은 보다 좁은 비행로 도입 및 자유로운 비행경로 지정 등이 가능하여 효율적인 공역운영으로 공역수용능력을 제고하고 대부분의 상업용 항공기가 구비한 RNAV 또는 RNP 성능을 사용하여 지상항행시설에 대한 의존도를 경감한다.

지상시설의 지원 없이도 일정한 각도로 안정된 강하가 가능하여 통제된 산악지형 충돌 감소 등에 기여하여 비행안전성을 제고하고 최적화된 비행경로 도입，비행시 간 감소에 따른 연료소비 감소，소음 감소 및 환경보호에 기여한다.

또한 조종사와 관제사간 교신 및 레 이더 유도 필요성 감소로 조종사 및 관제사의 업무량 경감에 기여하며 악기상에서도 접근성이 향상되 고 자유로운 비행경로 선정이 가능해져 장애물회피 및 환경문제 개선이 용이하다.