[논문]국내 민간항공사 조종사들의 비기술적 훈련 도입을 위한 사례연구: Startle 및 Surprise 비상상황 훈련 사례를 중심으로

황재갑; 윤한영

doi:10.5762/kais.2021.22.4.473

초록
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자동화된 운항 시스템 도입으로 항공안전은 크게 개선되었지만, 운항을 직접 담당하는 항공기 조종사에게는 새로운 도전이 생겼다. 항공운항 관점에서의 조종사의 스트레스를 Startle과 Surprise구분할 수 있다. Startle을 총소리 같이 갑작스럽거나 위협적인 자극에 대한 짧고 강한 생리적인 반응이며, Surprise는 자신의 예상을 빗나가는 예기치 못한 사건에 대한 인지-감정적 반응이다. Martin 등이 실시한 Startle 효과 실험(2012년)에서 조종사는 Startle 상태에서 반응 지연과 심박 수 증가 등 생리적인 반응을 확인하였고, Rahim의 Startle/Surprise 실험(2020년)에서 사전 계획된 비상조치훈련은 조종사의 호흡수와 맥박수의 변화가 없으나, 비계획된 상황과 항공기가 복잡할수록 호흡 수와 심박 수가 증가되었다는 사실을 확인하였다. 이 실험 결과를 바탕으로 국내 조종사 훈련에서도 기술적 능력을 전달에만 집중하는 것이 아닌 비기술적 능력에 대한 고려가 필요하며, 법령에 의한 기계획된 단순 반복적인 훈련 항목보다는 항공사의 상황을 고려한 비정형화된 다양한 비상조치 훈련의 도입이 필요하다고 하겠다.

Abstract ▼ AI-Helper

The introduction of automated flight systems has greatly improved aviation safety, but aircraft pilots continue to face new challenges. The pilot's stress from an aeronautical perspective can be distinguished by the 'Startle and Surprise' responses. 'Startle' is a short, strong physiological respons...

The introduction of automated flight systems has greatly improved aviation safety, but aircraft pilots continue to face new challenges. The pilot's stress from an aeronautical perspective can be distinguished by the 'Startle and Surprise' responses. 'Startle' is a short, strong physiological response to sudden or threatening stimuli such as unexpected gunfire. 'Surprise' is a cognitive-emotional response to an event that goes beyond one's expectations. In Martin et al.'s (2012) Startle Effect Experiment, the pilot identified physiological responses in the 'Startle' state, including delayed response and increased heart rate. In the Rahim (2020) Startle/Surprise experiment, the pilot's breathing rate and pulse rate did not change due to pre-planned emergency training. On the other hand, it was confirmed that the pilot's respiratory and heart rate were greatly increased due to the complicated aircraft and unplanned emergencies. Based on the results of these experiments, domestic pilots need to be trained to handle non-technical and various unexpected emergencies that could arise in an aircraft, rather than be just put through courses for enhancing technical capabilities or simple repetitive training as required by aviation law.

주제어

표/그림 (13)

그림 Fig. 1. Functional Classification of Brain (Sims, 2017)
그림 Fig. 2. Conceptual Model of Startle and Surprise (Landman et al., 2017)
표 Table 1. Startle Experiment Results (Martin et al., 2012)
그림 Fig. 3. False Alarm Startle and Pilot's Cognitive Effect
그림 Fig. 4. Transitory Threat and Pilot's Cognitive Effect
그림 Fig. 5. Startle/Surprise Research Design (Rahim, 2020)
그림 Fig. 6. Sample of NASA-TLX Survey Sheet
그림 Fig. 7. Differences of Heart Rates and Respiration Rates according to Emergency (Rahim, 2020)
그림 Fig. 8. Differences of Mental and Physical Demand (Fatigue) according to Emergency (Rahim, 2020)
그림 Fig. 9. Standard Traffic Pattern at RWY 18C in Schiphol Airport (Landaman et al., 2020)
그림 Fig. 10. Emergency Event in FLAP (Flap asymmetry) (Landaman et al., 2020)
그림 Fig. 11. Emergency Event in FLAP (Excessive pitching up) (Landaman et al., 2020)
그림 Fig. 12. Emergency Event after Take-off (Stall)

AI 본문요약
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문제 정의

, 2012)은 조종사가 착륙을 위한 최종접근에서 조종사에게 스트레스를 야기하는 심각한 이벤트(Critical event) 를 자극변수로 설정하였고, 본 상황을 토대로 Startle 상황을 실험하였다[10]. 본 연구는 조종사가 Startle 상태에서 반응 지연과 생리적인 반응을 보여 주기 위한 의도로 실시된 연구였다. 연구 표본은 해당기종의 형식증명 등 유효한 자격증명을 소지한 18명의 민간항공사 조종사들을 대상으로 하였다.
본 연구는 조종사의 Startle 또는 Surprise 관련 해외사례연구를 통해서 국내 민간항공사 조종사들을 대상으로 비기술적 운항훈련인 Startle 및 Surprise 비상상황훈련의 도입을 제안하고자 하였다.
적용을 권고하였다[4]. 본 연구에서는 조종사의 기술적 능력보다는 감정 통제 등 비기술적 능력의 중요성을 바탕으로 Surprise나 Startle 상태에서의 조종사 대응과 관련된 최근 연구결과를 근거로 하여 국내 조종사 훈련에 대한 정책적 시사점을 제시하고자 하였다.

제안 방법

구름을 결심고도(200피트)보다 100피트 아래에 설정해 두어 접근 중, 활주로가 보이지 않는 상태로 설정해두고, 수동으로 두 번의 계기착륙 접근(Instrument Landing System Approach)을 실시하다가 결심고도 (Decision Height, 200피트) 위에서 착륙실패(Missed Approach) 조작을 실시하도록 실험을 설계하였다. 1차 접근(Approach 1)에서 자극(화물 화재 경보 벨과 동시에 요란한 굉음)을 결심고도 40피트 위에서 발생하도록 상황을 설정하고, 2차 접근에서는 아무런 자극을 하지 않았다.
본 연구는 조종사가 예기치 않은 갑작스런 자극에 대해 행동 선택 및 실행까지의 과정을 개념적으로 체계화하여 재구성하였다.
측정하였다[11]. 연구의 대상이 된 표본 집단은 단발엔진 항공기 (Cessna 172SP)와 다발엔진 항공기(Baron 58)를 모두 운용할 수 있는 40명의 조종사(남자 36명, 여자 4명)를모집하여 각 기종에 적합한 비행 훈련장치(FTD, Flight Training Device)를 이용하여, 계기착륙을 하는 동안 사전 계획된 총 6개 비상상황 별 시나리오를 적용하여심박수, 호흡수 등을 측정하였고, 조종사가 스스로 인지하는 심리적 그리고 육체적 피로도를 측정할 수 있도록 만들어진 NASA -TLX 설문지를 이용하여 측정하였다.
연구결과를 발표하였다. 연구진은 실험군(항공기 운항 중 비상상황 시나리오에 따라 Startle 및 Surprise 훈련을 받은 조종사)과 비교군(정상적인 상황) 조종사들의 대응능력을 비교분석하였다. 이를 위해 네덜란드 스키폴공항 RWY 18C 장주비행 코스에서 Startle 및 Surprise 훈련 효과성 실험을 설계하였다[14].
특히, 세 번째 그룹(n=7)의 조종사 중 두 명은 그냥 착륙하는 등 충동적인 반응을 보였고, 세 명의 조종사가 실제 활주로를 확인하기 위해 100피트 이하까지 계속 강하였고, 피실험자들 중 2명은 지상접근경보 시스템(EGPWS, Electronic Ground Proximity Warning System) 음성경고인 "Pull Up, Pull Up" 을 지시까지도 받았다. 연구진은 자극이 조종사에게 미친 영향을 심박 수와 아드레날린 증가 등 생리적인 반응을 통해서 측정하였다. 총 18명의 참가자 중 대부분(n=14)은 심박수 상승 등 생리적인 반응을 나타냈으며, 이 중 일부는(n=11) 은 혼란과 결정 장애까지도 나타냈다.
연구진은 실험군(항공기 운항 중 비상상황 시나리오에 따라 Startle 및 Surprise 훈련을 받은 조종사)과 비교군(정상적인 상황) 조종사들의 대응능력을 비교분석하였다. 이를 위해 네덜란드 스키폴공항 RWY 18C 장주비행 코스에서 Startle 및 Surprise 훈련 효과성 실험을 설계하였다[14].

대상 데이터

(2020)은 총 24명 조종사들을 대상으로(실험군 12명, 대조군 12명) Startle 및 Surprise 훈련의 효과성을 측정하였다. 실험을 위한 항공기 기종은 24명의 피실험자들 모두가 운항실습과정에서 비행 훈련을 받은 경험이 있는 일반 항공기(General Aviation)를선택하였으며(Piper PA-34 Seneca Ⅲ), 다음의 Fig 10 부터 Fig 12까지 Startle 및 Surprise 비상상황을 설정하여 실험하였다.
본 연구는 조종사가 Startle 상태에서 반응 지연과 생리적인 반응을 보여 주기 위한 의도로 실시된 연구였다. 연구 표본은 해당기종의 형식증명 등 유효한 자격증명을 소지한 18명의 민간항공사 조종사들을 대상으로 하였다.

이론/모형

Fig 2는 Landman et al.(2017)이 연구에서 제시한 Startle 및 Surprise 개념적 모델이다.
Startle 상태에 대한 연구는 앞서 언급한 대로 지각순환 모델을 기반으로 발전 및 적용되었다. Startle 연구 초기 단계에서는 Startle 상태 경험을 위해 실험실에서 모의 비행 장치가 아닌 알람 또는 충격적인 사진을 사용하였다.

성능/효과

여기에서 초기 아밀달란은 빠른 분석을 통해 자극으로부터 멀어지는 역반응을 주는 동시에 자극의 원천도 동시에 파악을 진행하게 한다. 보편적으로 사람들은 실제 위협이 존재할 것이라고 생각하는 곳에서 Startle 자극을 받으면, 그 강도는 더욱 더 강해진다는 사실을 발견했다. 이것을 공포가 내재된 놀램 (Fear Potentiated Startle)이라고 하는데, Fig 4와 같이 치명성이 상존하는 공중에서의 조종사들이 잠재적으로 실제 위협보다 더 심각하게 상황을 받아들일 수 있는 가능성이 있다고 할 수 있다.
Startle 연구 초기 단계에서는 Startle 상태 경험을 위해 실험실에서 모의 비행 장치가 아닌 알람 또는 충격적인 사진을 사용하였다. 이러한 실험들을 통하여, 강한 Startle 뒤에 최대 30 초까지 피실험자의 인지 및 행동 장애가 지속될 수 있다는 것을 발견하였고, 이러한 정보 처리 능력의 감소는 조종사의 의사 결정, 문제 해결 및 상황 인식과 같은 것에 중요한 영향을 미친다는 사실을 알 수 있게 되었다.[10] Martin et al.
(2020)이 제시한 비교분석 결과는 다음과 같다. 첫째, Startle 및 Surprise 뿐만 아니라 심리상태까지 모두 비교분석한 결과 실험군과 대조군은 비교분석 항목이었던 비행스킬, 상황판단 그리고 의사결정 모든 분야에서 통계적으로 무차별한 것으로 분석되었다. 다시 말해서, Startle 및 Surprise 훈련을 받은 실험군은 , 비록 갑작스런 비상상황을 맞이할 지라도, 정상적인 조종사 표본집단과 비행스킬, 상황판단 능력 및 의사결정 능력에서 통계적으로 유의미한 차이를 나타내지 않았던 것이다.
호흡수와 심박수는 사전 계획된(Informed) 비상상황에서는 거의 변화가 없었으나, 예기치 않은 갑작스런 (Uninformed) 비상상황에서는 매우 높게 나타났다. 특히 단발 보다는 다발항공기로 접근 할 때가 평균 심장박동수가 높게 나왔다.

후속연구

다음으로 현재 국내 민간항공사에서 실시되고 있는 단순한 반복적인 조종사의 비상조치 훈련은 향후 개선이 필요하다고 할 것이다. Rahim (2020) 연구에서 알 수 있듯이 사전 계획된 비상훈련은 호흡수와 맥박수의 변화가 없으며, 비상 상황 조치능력이 비계획된 상황보다 월등하였음을 상기할 때, 국내 항공안전법의 법령에 의한 단순 반복적인 정기 훈련보다는 항공사의 상황을 고려한 비정형화된 다양한 비상조치를 대응하는 훈련 도입이 필요하다 하겠다.

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A. Landman, P. van Oorschot, M. M. van Paassen, Groen, A. W. Bronkhorst, M. Mulder, "Training pilots for unexpected events: A simulator study on the advantage of unpredictable and variable scenarios", Human Factors, Vol. 60, No. 6, pp.793-805. DOI: https://doi.org/10.1177/0018720818779928

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S. R. Murray, "Deliberate decision making by aircraft pilots: A simple reminder to avoid decision making under panic", The International Journal of Aviation Psychology, Vol. 7, No. 1, pp.83-100. DOI: https://doi.org/10.1207/s15327108ijap0701_5

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