안녕하세요
오늘은 연속강하 및 상승운항, 즉 Continuous Descent / Climb Operation에 대해 알아보겠습니다.
다들 "CDFA"라는 용어와 접근 방식은 많이들 들어보셨을 겁니다.
Continuous Descent Final Approach
Onboard, 혹은 Manual Calculation을 통해 Final Approach Segment 시작점 (FAF 혹은 FAC Inbound) 부터 Threshold 위 50 ft (RDH 혹은 TCH) 또는 Flare 직전까지 중간 수평 비행 없이 연속적으로 강하하는 기술
다만 CDO/CCO 개념은 처음 들어보시거나 개념은 대강 알고 있지만 용어를 처음 들어보신 분이 대부분일 거라 생각합니다.
하지만 차세대 항행 시스템을 적용함에 있어서 CDO/CCO도 탄소 배출량 저감 및 소음 감소 측면에서 중요한 기술 중 하나이기 때문에 꼭 알아두셔야 합니다.
CDO란?
CDO (Continuous Descent Operation)
(ICAO Doc 9931, Continuous Descent Operations Manual)
적합한 공역 설계, 절차 설계, ATC 장비의 수준을 갖춘 공항에 도착하는 항공기가
최대한 Minimum Engine Thrust와 Low Drag Configuration으로 FAF (NPA) / FAP (PA)까지 지속 강하하는 운용 방식
Optimum CDO는 TOD (Top Of Descent)에서 CDO를 시작하여 Level Flight 구간 최소화, 소음, 연료 소모, 탄소 배출량, 조종사 - 관제사 간 Communication을 줄이면서 동시에 조종사 - 관제사 간 행동 예측 가능성과 비행 안정성을 높일 수 있는 Descent Profile을 사용합니다.
따라서, Enroute 또는 Arrival Phase에서 가능한 가장 높은 높이 (Flight Level을 의미)에서 시작하는 것이 연료, 소음, 탄소 배출량을 최대로 최소화할 수 있습니다.
CDO는 PBN의 발전에 따라 새롭게 등장한 개념으로, 항공기 및 항법 시스템이 RNAV 운용에 적합할 때만 이용 가능합니다.
CDO vs CDFA
| CDO | CDFA | |
| 수행 조건 | 공역 및 절차 설계, ATC 및 항공기 장비가 CDO 조건에 부합해야 함. *최소한 RNAV 1 장비를 장착해야만 이용 가능 |
공역 및 절차 설계에 제한을 받지 않음. |
| 적용 대상 | 모든 Approach Type에 적용 가능 | Nonprecision Approach |
| 시작 시기 | Enroute Fix / Arrival Procedure | FAF / FAC Inbound |
| 종료 시기 | FAF / FAP | TCH (or RDH) / Flare Initiation |
CDFA는 ATC 장비, 절차 및 공역 설계에 영향을 받지 않습니다. 즉, 모든 비정밀접근절차에서 사용 가능합니다.
반면, CDO는 공역 및 절차 설계, ATC 장비가 일정한 조건에 부합해야 합니다.
CDO와 CDFA 모두 Onboard Equipment (ex. FMS의 VNAV)를 이용해도 되고, Manual Calculation을 이용해도 좋습니다.
CDO는 Enroute / Arrival Phase ~ FAF / FAP까지
CDFA는 FAF (or FAC Inbound) ~ TCH (or RDH) / Flare Initiation까지 사용하는 접근 기법입니다.
따라서, CDO와 CDFA를 합친다면 Enroute에서 Flare까지 지속 강하할 수 있는 것이죠.
CDO를 위한 설계 및 관제 기법
CDO는 3D (위도, 경도, 고도)에 더불어 시간 개념을 추가한 4D 개념의 접근 방식이라고 할 수 있겠습니다.
매우 바쁜 공항에서는 다양한 종류의 항공기가 출도착할 것입니다. 다양한 종류의 항공기는 각자 다른 Approach Category와 하강 성능을 가지고 있겠죠.
따라서 다수의 항공기에 CDO를 제공하기 위해서는 이에 걸맞은 설계 및 관제 기법이 필요합니다.
이에는 크게 미리 Published된 Route를 가지는 방식과 Radar Vector를 이용하는 방법이 있습니다.
1. Closed Path Design (Published Route 사용)
이 설계 방식은 활주로로부터 고정된 경로와 고정된 거리로 구성됩니다. 절차 중간에 통과 고도 제한 및 속도 제한이 포함될 수 있습니다.
또한, FAF/FAP까지 향하는 데 STAR 및 Approach Phase가 포함될 수도 있습니다.
2. Open Path Design (Published Route + Radar Vector 혹은 Radar Vector를 단독으로 사용)
a. Vectored CDO Procedure
Vector를 통해 CDO를 제공합니다. 조조사는 Runway Threshold까지 이동해야 할 예정 거리를 통보받습니다.
강하 시작은 조종사가 임의로 결정할 수 있습니다. (Descent at pilot's discretion)
따라서 항적은 마치 Traffic Pattern의 Downwind - Base - Final Leg를 그리는 형상을 가집니다.
b. Open CDO procedure to downwind
Published Route + Radar Vector 형태
Preplanned Route를 통해 Radar Vector 구간까지 항행한 후, Vector를 통해 Downwind Leg를 FAF / FAP까지 연장합니다.
*CDO Preplanned / Published Route 기법
1 - Point Merge Method
마치 DME Arc의 형태를 가지는 도착 절차 설계 기법
하나 혹은 그 이상의 거리가 다양한 여러 Leg를 가져 다수의 항적이 접근할 때 각기 다른 거리의 Leg로 항법 지시를 내림으로써 Traffic 분리가 가능합니다.
여러 단점이 있어 2번의 방법으로 바뀌는 추세입니다.
우리나라에서는 제주공항 (RKPC)에서 사용하고 있습니다.
2 - Trumborne Method
1번 Point Merge 방식의 단점을 보완하고자 나온 개념입니다.
마치 악기 중 하나인 트럼본의 형태를 본땄다고 해서 Trumborne Method라고 불리웁니다.
우리나라에서는 2020년 초 인천공항 제4활주로 완공과 동시에 항적 증가를 우려해 Trumborne 절차를 적용하고 현재 사용중입니다.
상기 두 가지 방법에 대한 접근 절차는 다음 포스팅에서 자세하게 설명드리겠습니다.
CDO 간 Traffic 분리를 위해서는 다음 3가지 방법을 사용합니다.
a. Automated Sequencing Method
자동화된 시스템이 항적을 예측하고 경로를 계산
b. Speed
적은 양의 속도 조절은 미리 계획한 경로를 유지하는 데에 도움을 줍니다.
많은 양의 속도 조절은 오히려 역효과를 낳을 수 있습니다.
c. Vectoring
가장 유연한 방식입니다. 하지만, 향후 행동에 대한 예측 능력을 저하시킨다는 점을 상기해야 합니다.
예측 능력 증대를 위해 조종사에게 예상되는 이동 거리를 제공합니다.
Pilot Action
개념이나 원리, 설계 구조는 몰라도 됩니다. 하지만 이러한 기법에 대한 조종사 행동에 대해서는 반드시 숙지해야 한다고 생각합니다.
앞으로 모든 포스팅에도 Pilot Action 부분을 추가할 예정입니다.
1. CDO Phraseology Examples
1 - "Descend ant pilot's discretion" 혹은 "Descend when ready."
위에서 살펴봤다시피 강하 시작 시기와 방법을 조종사가 선택할 수 있습니다.
Optimized CD (가능한 가장 높은 고도에서 CDO 시작)가 이뤄질 수 있는 지점에서 이러한 관제 지시가 이뤄집니다.
이 지시를 받은 조종사는 CDO에 적합한 강하 시작의 시기와 방법을 선정해 강하를 수행합니다.
Examples-
ATC : 25 miles to fly, descend at pilot's discretion.
ATC : Cross BUDDE at Level 120, then descend when ready.
2 - "Descend via"
고도 제한 및 속도가 존재할 경우 주어질 수 있습니다. (일반적인 관제에서 Descend via의 정의와 동일합니다.)
이는 Published 수평 비행 경로, 고도, 속도를 준수하라는 의미를 가지며 실제 강하 지점보다 훨씬 이른 시점에 주어질 수 있습니다.
단, Descend via는 1번의 Descend at pilot's discretion과 차이가 있습니다.
Descend via : Vertical & Lateral Navigation을 가짐
Descend at pilot's dicretion : 절차에 명시된 Boundary가 없음.
Descend via를 받은 CDO 중인 항공기는
1. 배정받은 고도에서 Published Altitude가 설정된 첫 Waypoint까지 해당 고도 제한을 준수할 수 있도록 강하를 시작합니다. (at Pilot's Discretion)
2. 명시된 Arrival 절차에 Established 된 후 모든 Published Restriction을 준수하며 수평 및 수직 항행을 시작합니다.
"Descend via"를 지시받은 항공기는 다음 관제 기관과 최초 통신 시 이에 대해 통보합니다.
ex. Pilot : Delta 121, leaving FL240, descending via the KODAP2 Arrival.
Examples-
ATC : Descend via KODAP1A
ATC : Cross ABC intersection at flight level two four zero, then descend via COAST TWO Arrival.
TERMINAL ATC : Descend via the RIIVR TWO Arrival, after RIIVR, cleared ILS runway 25L
*이전에 배정한 고도에서 "Descend Via"를 지시할 경우 장애물 분리 책임은 ATC에게 있습니다.
그렇다면 단계별로 조종사가 취해야 할 행동에 대해 알아보겠습니다.
1 - Arrival Briefing
ATIS와 기타 정보를 통해 미리 획득한 활주로 정보 및 Approach Type, 자신의 비행 경로에 따른 예상되는 Arrival Procedure Review
Charted Level & Speed Restriction 확인 후 구간별 하강률 예측
예상되는 관제 지시에 따른 Configuration / Speed Adjustment Planning
2 - STAR
ATC가 언제든지 Traffic 상황에 따라 공항과 더 가까운 거리에 있는 지점으로 이동 지시하거나 Radar Vector 줄 가능성을 염두에 두고 계산
배정 받은 고도와 내 항공기 성능 (속도, Configuration에 따른 속도 및 강하율 변화)을 기반으로 어떤 Waypoint로 이동 지시를 받을 지 미리 예측하고 이에 따른 Energy Management 수행
FMS Programming Planning
3 - IAF ~ FAS
FAF / FAP에서 Target Altitude에 따른 Descent Planning 수행
고도 강하 실패는 곧 접근 실패로 이어지며, 정교한 Descent Planning에 염두를 두고 이외에 Configuration 역시 Planning할 필요가 있음. → Energy Management의 성공이 곧 CDO의 성공을 의미함.
CCO란?
CCO (Continuous Climb Operation)
(ICAO Doc 9993, Continuous Climb Operations Manual)
적합한 공역 설계, 절차 설계, ATC 장비의 수준을 갖춘 공항에서 출발하는 항공기가
방해 없이, 최대한 Optimum Climb Engine Thrust로, 상승 속도로 순항 고도까지 도달하는 운용 방식
CCO는 CDO의 반대 개념입니다. CDO보다는 다소 개념이 간단합니다.
CCO를 위한 설계 및 관제 기법
CCO 역시 CDO와 마찬가지로 4D의 개념이 적용됩니다.
또한, CCO를 위해서는 Arrival & Approach Procedure 역시 이에 맞춰 설계가 이뤄져야 합니다.
이에 더불어 각 CCO SID 및 Radar Vectored CCO는 NADP 절차에 부합할 수 있도록 설계됩니다.
1. Basic CCO Design
CCO를 위해서는 일정 구간의 수직 공역이 상승 항공기를 보호하기 위해 설정되어야 합니다.
또한 저성능 항공기를 위해서 경로를 연장할 필요가 있습니다.
2. Enhanced CCO Design with multiple climb gradients
장애물과 공역 제한으로 인해 증가된 최소 상승률이 요구될 수도 있습니다.
이러한 경우, 동일한 Exit Fix를 가지는 2개의 SID를 설계해 문제를 해결할 수 있습니다.
아니면 서로 다른 Exit Fix를 가지는 2개의 SID를 설계할 수도 있습니다.
Pilot Action
개념이나 원리, 설계 구조는 몰라도 됩니다. 하지만 이러한 기법에 대한 조종사 행동에 대해서는 반드시 숙지해야 한다고 생각합니다.
앞으로 모든 포스팅에도 Pilot Action 부분을 추가할 예정입니다.
CDO와는 달리, CCO는 조종사가 신경쓸 부분이 많지 않습니다.
단지, SID 중 Radar Vector를 지시받을 수 있다는 점을 염두에 두어야 합니다.
또한, SID의 Level Restriction을 준수할 수 있는 성능이 나오는 지 이륙 전 반드시 계산해야 합니다.
OPD, CDA?
OPD는 CDO를 수행하기 위한 기법 중 하나에 해당합니다.
CDA는 OPD의 다른 말입니다.
그렇다면 지금부터 OPD에 대해 간단히 알아보겠습니다.
OPD (Optimized Profile Descent) / CDA (Continuous Descent Approach)
STAR와 연관 있는 CDO의 실용성을 극대화하기 위한 Descent Profile
Top Of Descent에서 시작
공항, 공역, 환경, 항적, 항공기 능력, ATC 제한 사항을 고려해 Descent Profile 설계
OPD간 가능한 Idle-Power Performance Descent Profile을 유지하면서, 경로 상 최대 고도 유지 및 최소 Thrust를 유지할 수 있는 Descent Profile을 선정해야 합니다. Descent Profile은 고도 및 속도 제한을 준수하면서, 원하는 지점에서 종료될 수 있도록 선정해야 합니다.
CDO / CCO의 장점
CDO / CCO는 특히 환경에 관심이 많은 유럽 국가에서 사용합니다. CDO / CCO의 1순위 목표는 연료 절감을 통한 탄소 배출량 감소입니다. 우리나라를 포함한 많은 국가가 CO2 Emission Net-Zero Target을 2050년으로 정했고, 저희가 조종하는 항공기는 탄소 베출량이 매우 높습니다. 이러한 상황 하에서 대체 연료 뿐만 아니라 각종 절차를 통해 연료 절감을 이끌어 가고 있는 중입니다.
지금부터는 CDO / CCO Manual에서 명시하는 장점에 대해 알아보겠습니다.
(CDO / CCO 중복 장점은 Bold체로 표기)
CDO Benefits
(ICAO Doc 9931 1.1.3, Benefits)
a. 공역 및 도착 절차 효율성 증가
b. 일관성 있는 비행 경로와 더욱 안정된 접근 경로 제공
c. 조종사 - 관제사 간 Workload 감소
d. 무선 교신 횟수 감소
e. 연료 절감을 통한 비용 및 환경 측면 이점
f. CFIT 위험 감소
g. 소음 제한으로 인해 운영이 제한될 경우 CDO를 통해 이러한 제한 사항 회피 가능
CCO Benetfits
(ICAO Doc 9993 1.1.3, Benefits)
a. 연료 효율 증가
b. 조종사 - 관제사 간 Workload 감소 (절차의 설계 특성 상 ATC 간섭이 더 적음)
c. 무선 교신 횟수 감소
d. 연료 절감을 통한 비용 및 환경 측면 이점
e. Thrust 및 상승 고도 최적화에 따른 잠재적 소음 감소
f. 소음 제한으로 인해 운영이 제한될 경우 CCO를 통해 이러한 제한 사항 회피 가능
오늘은 CDO / CCO의 개념과 구조에 대해 알아보고, 이에 따른 Pilot Action까지 알아봤습니다.
CDFA, CDO, CCO 모두 항법 장치가 점차 발달함에 따라 등장한 기법인데요, 이러한 신기술은 현직에 있거나 관심 있게 찾아 보지 않는 한 접하기 어려운 최신 기법입니다. 물론 CDO Manual이 2010년, CCO Manual이 2013년에 등장한 만큼 "최신"이라고 하기에는 부족한 부분이 없잖아 있지만요.
거기다가 현재 인천공항에서 심야시간에 CDO Operation을 실제로 수행하고 있기 때문에, CDO의 개념도와 이에 따른 Pilot Action은 반드시 숙지하고 있어야 되겠습니다.