003 - DG/MG(Slaved)? TN/MN

이 주제는 2017년 KA-32(카모프) 기종전환을 하던 일화를 겪으면서 MG/DG 개념정립을 명확히 할 필요가 있다고 생각해서 기술해 보았다.
  * 당시 나를 교육한 교관은 러시아 교관에게 직접 교육을 받은 조종사였는데, 항공기 장비 점검절차를 진행하는 중 HSI작동 점검에서 MG/DG모드가 작동하는지 점검 후에는 MK(러시아 항공기 표기)가 아닌 DG에 위치하라고 지시했던 기억이 난다. 러시아 교관은 고위도에서 비행하는 조종사였기 때문에 MG/DG기능이 정상 작동하는 것을 확인한 뒤에는 DG위치가 당연한 것이라 생각했었는지 한국과 같은 위도지역에서의 MG운용개념까지는 착안하지 못했을 거라고 생각해 본다.

◈ 초창기 항법
지문항법(Visual Navigation) 또는 추측항법(Dead Reckoning)을 이용했고, 이때 방향탐지는 자기 나침반(Compass)을 사용했지만, 나침반에는 다음과 같은 여러 오류가 있었음
- 기계적 오차 (Instrument Error)
- 자기 간섭 (Magnetic Deviation)
- 가감속에 따른 오차 (Acceleration/Deceleration Error)
- 위도 변화에 따른 오차 (Dip Error)
이러한 이유로 정확한 방향 탐지는 어렵고, 조종사 경험에 크게 의존해야 했음

◈ 자이로스코프(Gyroscope)
  항공기의 방향 탐지 정밀도가 비약적으로 향상되었다. 자이로의 강직성(Rigidity in Space)과 섭동성(Precession)을 이용하여 다음과 같은 계기들이 만들어졌는데
- Directional Gyro (DG, 방향지시기)
- Turn Coordinator (선회지시기)
- Pitch, Yaw, Roll Rate Gyro
자이로는 우주 공간의 한 점을 기준으로 일정한 방향을 유지하지만, 지구의 자전(Rotation)과 공전(Revolution)으로 인해 시간당 몇 도(degree)의 오차(Drift)가 불가피하게 발생하게 되고, 이에 따라서 Directional Gyro는 오차를 보정해서 비행해야 하는 번거로움이 생긴다.

◈ DG 모드와 MG(Slaved) 모드의 개념
현대 항공기에는 이 자이로 오차를 보정하기 위해 다음 두 가지 운용 모드를 활용
   (1) DG 모드 (Directional Gyro Mode)
     - 조종사가 활주로 방향 등 확실히 알고 있는 방향을 기준으로 수동으로 보정하는 방식
     - 지자기 신호를 이용하지 않으므로 자기 교란 지역에서도 사용 가능
   (2) MG모드 (Magnetic Gyro / Slaved Mode)- Flux Valve (Magnetic Azimuth Sensor)
     - 지구 자기장을 탐지하고, 이를 기준으로 자이로를 자동으로 보정하는 방식
     - Directional Gyro가 Magnetic Sensor에 종속(Slaved)되어 보정을 실시

◈ DG와 MG 모드 선택 기준
  “그렇다면 MG 모드만 사용하면 되지 않을까?”라는 의문이 생길 수 있다.
선택 가능한 모드가 있다는 것은 상황에 따라 선택해야 함을 의미한다.
   (1) MG 모드가 유리한 경우
     - 위도가 낮은 지역 (자기편차가 작음)
     - 자기 교란(철광석 대량 매장지역, 전자시설(병원, 방송국, 레이더기지 등)이 적은 지역
     - 일반적인 항로 비행
   (2) DG 모드가 유리한 경우
     - 고위도 지역 : 자기편차(Variation)가 커지고, 자기장 세기가 약해져 Flux Valve 보정 오류 증가
     - 해상 및 군함 이 착함 시 : 함정의 철 구조물이나 전자장비에 의한 자기 교란 발생- 자기 이상 지대 (Magnetic Anomaly Area) 통과 시
     * 실제로 해상운용 항공기의 Before Landing Check에는 “MG/DG – as required” 문구가 포함되어 있다.

◈ 진북(True North)과 자북(Magnetic North)
     - 진북(TN) : 지리적 북극(지구 자전축의 방향)을 기준으로 한 북쪽
     - 자북(MN) : 지구 자기장의 북극 방향- 두 북의 차이를 자기편차(Variation)라고 한다

 
     * S-92 교범에는 DG모드로 운용할 경우 시간당 5도 이상의 오차가 발생한다고 한다.
     * 진북과 자북의 차이는 평균 약 11.5° 차이를 보이고 매년 50~60km 정도 이동한다고 한다.
       따라서 알래스카와 같은 고위도 지역에서는 MN를 사용하지 않고 TN를 사용(RWY Heading이 “TRUE”로 표기)

아래 그림처럼 사람이 먼 곳의 시계를 가리키면 시침인지 분침인지 알기 어렵지만 가까운 곳에서 가리키면 명확해지는 것처럼 위도가 낮은 지역이나 편차가 많지 않은 지역에서의 항법에서는 MN(자북) 기준으로 항법 하는데 지장이 없지만, 위도가 높은 지역으로 갈수록 오류가 많아질 것을 예상할 수 있다.

과거 UH-60이나 500MD 같은 항공기는 DG/Slaved 모드만 탑재되어 있어 고위도 비행 시 DG모드로 전환 후 수동 보정 절차가 필요했지만 최신 항공기에서는 자북(MN)과 GPS를 이용해서 진북(TN)을 자동 계산하여 HSI(Horizontal Situation Indicator)에 시현하므로 조종사의 부담(Workload)이 크게 줄었다.

◈ 진북(TN) 운용
고위도뿐 아니라, 해상에서 임무 수행 시에도 진북 기준 운용이 필요하다.
모든 선박의 항법 기준은 진북(True North)이므로, 항공기가 함정이나 선박과 연계된 임무를 수행할 때는 HSI를 TN 모드로 전환하여 운용하면 항법 일치성이 높아지고 임무 수행 효율도 향상될 것이라 생각된다.

◈ 요약
1. 초기 항법은 자기 나침반을 이용했으나, 자기 간섭·위도 변화 등으로 오차가 컸음.
2. 자이로스코프의 도입으로 방향 탐지 정밀도가 향상되었으나, 지구 자전에 따른 Drift 보정이 필요했음.
3. DG 모드는 조종사가 수동으로 보정하며, 자기 교란 지역에서도 사용 가능함.
4. MG(Slaved) 모드는 Flux Valve가 지구 자기장을 탐지해 자이로를 자동 보정함.
5. 저위도·자기 교란이 적은 지역에서는 MG 모드, 고위도·자기 이상 지역에서는 DG 모드가 유리함.
6. 진북(True North)과 자북(Magnetic North)의 차이(자기편차)는 위도에 따라 달라짐.
7. 고위도에서는 자북 대신 진북 기준으로 항법함(예: 알래스카 지역).
8. 최신 항공기는 GPS와 자북 데이터를 결합해 자동으로 진북을 표시함.
9. 해상 임무 시 선박과의 항법 일치성을 위해 진북 기준 운용이 필요함.

◈ 관련근거
- FAA Instrument Flying Handbook (FAA-H-8083-15B), Chapter 6 “Gyroscopic Flight Instruments”
- FAA Pilot’s Handbook of Aeronautical Knowledge (FAA-H-8083-25C), Chapter 16 “Navigation”
- Jeppesen Instrument/Commercial Manual, Section 4 “Gyro Instruments and Compass Systems”
- ICAO Doc 8168 (PANS-OPS), Volume I, Part III, Chapter 1 “Heading and Track References”