항공 안전을 위협하는 전자전 - GPS 스푸핑의 증가와 그 위험성

최근 들어 항공 안전을 위협하는 새로운 전자전 기법인 GPS 스푸핑 (Spoofing) 이 전 세계 상업 항공기에서 빈번하게 발생하고 있습니다. GPS 스푸핑은 군사적 목적으로 사용되는 가짜 신호를 발산하여 드론이나 미사일을 무력화시키는 기술이지만, 이 신호가 상업 항공기에도 영향을 미치면서 조종사들과 항공 안전 관리 당국 사이에 큰 우려를 낳고 있습니다.

 

 

 

GPS 스푸핑의 위험성

2023년 3월, American Airlines의 Boeing 777을 조종하던 Dan Carey 기장은 항로를 지나던 중 32,000피트 고도에서 "Pull Up!" 경고가 발생했으나, 이는 실제 위험 상황이 아닌 GPS 스푸핑으로 인한 가짜 신호로 밝혀졌습니다. Carey 기장은 이를 인지했으나, 만약 그와 동시에 엔진 고장이나 다른 비상 상황이 발생했다면 상황은 매우 위험해졌을 것이라고 밝혔습니다. 이는 GPS 스푸핑이 조종사들의 주의력을 분산시키고 항공기의 안전을 위협할 수 있는 가능성을 보여줍니다.

 

GPS 스푸핑은 중동과 우크라이나 같은 분쟁 지역을 넘어 세계 여러 항공기에도 영향을 미치고 있으며, 그 빈도는 최근 급격히 증가했습니다. SkAI Data Services와 Zurich University of Applied Sciences의 분석에 따르면, 스푸핑으로 영향을 받는 항공편 수는 2023년 2월에 수십 대에서 8월에는 하루 1,100대 이상으로 급증했습니다.

 

GPS 스푸핑이란 무엇인가?

GPS(Global Positioning System)는 항공기의 위치, 속도, 시간 정보를 제공하는 중요한 시스템입니다. 대부분의 상업용 항공기는 GPS에 의존해 비행 경로를 설정하고 착륙 시 높은 정밀도로 조종할 수 있습니다. 하지만 GPS 스푸핑은 항공기가 잘못된 GPS 신호를 수신하도록 만들어, 항공기가 실제 위치와 다른 위치에 있다고 착각하게 만듭니다.

이러한 가짜 신호는 주로 군사 작전에서 적의 미사일이나 드론을 방해하거나 방향을 틀게 하기 위해 사용되었지만, 최근 몇 년간 이러한 신호가 상업 항공기에도 영향을 미치기 시작했습니다. 그 결과 조종사들은 허위 경고를 경험하거나 비행 경로가 변경되는 등 다양한 문제를 겪고 있습니다.

GPS 스푸핑의 주요 위험성

1. 비행 경로 및 위치 정보 오류 GPS 스푸핑은 항공기의 비행 경로와 위치 정보를 왜곡시킵니다. 이로 인해 조종사들은 잘못된 정보를 바탕으로 비행을 할 수 있으며, 경로 이탈이나 허가되지 않은 공역에 진입하는 사고가 발생할 수 있습니다. 예를 들어, 한 민간 제트기는 GPS 스푸핑으로 인해 이란 영공으로 진입할 뻔한 사례가 있었습니다. 이러한 상황은 군사적 분쟁 지역에서는 특히 위험할 수 있습니다.
   
   
2. 자동 경고 시스템 오작동 현대 상업용 항공기에는 자동 경고 시스템이 장착되어 있어, 충돌 위험이나 지형과의 충돌을 경고합니다. 그러나 GPS 스푸핑으로 인해 항공기의 실제 고도가 왜곡될 경우, 잘못된 경고가 발생할 수 있습니다. 예를 들어, 높은 고도에서 "Pull Up!" 경고가 발생해 조종사가 불필요하게 상승할 경우, 다른 항공기와의 충돌 위험이 커질 수 있습니다. 이처럼 스푸핑으로 인해 발생하는 경고는 조종사의 주의를 분산시키고, 실제 비상 상황에 신속하게 대응하는 데 어려움을 줄 수 있습니다.
   
   
3. 조종사의 업무 부담 증가 GPS 스푸핑은 조종사의 업무 부담을 크게 증가시킵니다. 조종사들은 GPS 오류를 인식하고, 기존의 항법 시스템을 이용해 비행을 이어가야 하지만, 이 과정에서 추가적인 주의와 판단이 필요합니다. 특히, GPS 스푸핑으로 인한 가짜 신호가 반복적으로 발생할 경우, 조종사들은 정상적인 비행 절차를 이행하는 데 집중하기 어려울 수 있습니다. 이러한 추가적인 업무 부담은 비상 상황에서 큰 위험 요소로 작용할 수 있습니다.
   
   
4. 항공기 시스템의 연쇄적인 오류 GPS 스푸핑으로 인해 발생하는 위치 정보 오류는 항공기 내 다른 시스템에도 연쇄적인 영향을 미칠 수 있습니다. GPS는 항공기의 시간과 위치를 정확하게 제공하는 핵심 시스템이기 때문에, 이 정보를 활용하는 여러 시스템들이 영향을 받을 수 있습니다. 예를 들어, 항공기의 시계가 잘못된 시간으로 리셋되거나, 자동 비행 경로 설정 시스템이 엉뚱한 경로를 제시하는 문제들이 보고되었습니다. 이러한 오류는 장거리 비행 시 조종사의 추가적인 주의와 수동 개입을 요구하게 됩니다.

GPS 스푸핑으로 인한 실제 사례

• 경고 시스템 오작동: 2023년 3월, American Airlines의 Boeing 777 항공기가 파키스탄 상공을 비행하던 중 "Pull Up!" 경고가 발생했습니다. 그러나 실제로 항공기는 안전한 고도에 있었으며, 경고는 GPS 스푸핑으로 인한 오류로 판명되었습니다. 만약 비상 상황이 동시에 발생했더라면, 조종사들은 잘못된 경고에 혼란을 겪었을 가능성이 큽니다.
  
  
• 비행 경로 이탈: 한 Airbus A320 항공기는 키프로스 상공에서 GPS 스푸핑으로 인해 비행 경로가 심각하게 왜곡되었으며, 추가적인 항법 시스템이 작동하지 않는 문제가 발생했습니다. 이로 인해 항공기는 경로를 수정하기 위해 공항으로 복귀해야 했습니다.
  
  
• 착륙 중단: Boeing 787 항공기는 착륙 중 GPS 신호 손실로 인해 두 차례 착륙을 중단해야 했습니다. 첫 번째 시도는 착륙 50피트 전에서 중단되었으며, 두 번째 시도에서야 착륙이 가능했습니다. GPS 스푸핑으로 인한 신호 손실이 원인이었습니다.

GPS 스푸핑 대응 방안

현재 항공사와 항공기 제조사, 그리고 항공 안전 규제 당국은 GPS 스푸핑 문제를 해결하기 위해 여러 방안을 검토하고 있습니다. 그 중 일부는 다음과 같습니다:

1. 강화된 항법 시스템 도입: 민간 항공기에 더 강력한 GPS 보호 장비를 설치하는 것이 하나의 해결책으로 제안되고 있습니다. 하지만 이러한 장비는 아직 개발 중이며, 2024년 이후에나 도입될 예정입니다.
   
   
2. 조종사 교육 강화: 조종사들에게 GPS 스푸핑 상황에 대한 사전 교육을 강화하고, 대응 절차를 숙지하게 하는 것이 중요합니다. 특히, GPS 스푸핑에 따른 경고 시스템 오류를 인식하고 무시할 수 있는 능력을 배양하는 것이 필요합니다.
   
   
3. 전통 항법 시스템의 보완: GPS 외에도 비상 상황에서 사용할 수 있는 전통적인 항법 시스템을 유지하고, 이를 더욱 발전시킬 필요가 있습니다. 일부 공항에서는 지상 기반 항법 시스템이 GPS 장애 발생 시 대체 역할을 할 수 있도록 준비 중입니다.

 

항공기 시스템에 미치는 영향

현대 항공기의 많은 시스템이 GPS에 의존하고 있기 때문에 스푸핑으로 인해 발생하는 가짜 데이터는 기내 시스템에 연쇄적인 오류를 일으킬 수 있습니다. 조종사들은 비행 시간 재설정, 잘못된 경고, 그리고 잘못된 비행 경로 안내 등 다양한 문제를 보고하고 있습니다. 예를 들어, 2023년 7월 키프로스에서 출발한 Airbus A320은 심각한 지도 오류를 겪었고, Boeing 787은 GPS 신호 손실로 두 번의 착륙 시도를 중단해야 했습니다.

 

1. 항법 시스템 오류

GPS는 항공기의 항법 시스템에 있어 필수적인 역할을 합니다. GPS 신호를 통해 항공기는 자신의 현재 위치와 고도를 정확하게 파악하고, 이를 바탕으로 비행 경로를 유지합니다. 그러나 GPS 스푸핑이 발생하면 항법 시스템이 잘못된 위치 정보를 바탕으로 항로를 설정하게 됩니다. 이로 인해 항공기가 잘못된 경로로 진입하거나 비허가 공역으로 진입할 수 있습니다.

• 비행 경로 이탈: GPS 스푸핑으로 인한 경로 이탈은 분쟁 지역이나 군사적 충돌이 있는 지역에서 특히 위험합니다. 예를 들어, 2023년 한 민간 제트기는 GPS 스푸핑으로 인해 이란 영공으로 진입할 뻔한 상황이 발생했습니다. 이와 같은 상황은 민간 항공기가 적대적 공역에 진입하여 더 큰 충돌로 이어질 수 있는 위험을 내포하고 있습니다.
  
  
• 자동 항법 시스템 오작동: 항공기에는 자동으로 비행 경로를 설정하고 유지하는 자동 항법 시스템이 장착되어 있습니다. GPS 스푸핑이 발생하면 이 시스템은 잘못된 위치 정보를 바탕으로 항공기를 엉뚱한 방향으로 유도할 수 있으며, 이러한 오작동이 발생할 경우 조종사가 이를 수동으로 수정해야 하는 부담이 커집니다.

2. 경고 및 충돌 방지 시스템 오작동

현대 항공기에는 TCAS(Traffic Collision Avoidance System)와 GPWS(Ground Proximity Warning System)과 같은 충돌 방지 시스템이 설치되어 있습니다. 이러한 시스템은 항공기가 다른 항공기와 충돌할 위험이 있거나 지형에 가까워질 경우 경고를 발송해 즉각적인 조치를 취하도록 돕습니다. 그러나 GPS 스푸핑이 발생하면 항공기가 잘못된 고도나 위치 정보를 바탕으로 경고를 발송하게 되어 조종사에게 혼란을 줄 수 있습니다.

• 허위 경고 발생: 예를 들어, 2023년 3월 American Airlines의 Boeing 777 항공기는 고도 32,000피트에서 GPS 스푸핑으로 인해 "Pull Up!" 경고가 발생했습니다. 해당 항공기는 안전한 고도에 있었음에도 불구하고 잘못된 경고가 발생해 조종사가 불필요하게 경고를 신경써야 했습니다. 이처럼 허위 경고가 발생하면 조종사는 실제로 위험한 상황과 허위 경고를 구분해야 하며, 이는 그들의 집중력을 분산시키고 긴급 상황 발생 시 신속한 대처를 방해할 수 있습니다.
  
  
• 위급 상황 시 대응 지연: 만약 GPS 스푸핑으로 인해 잘못된 경고가 발생하는 동시에 실제로 엔진 고장이나 다른 비상 상황이 발생한다면, 조종사는 과도한 업무 부담을 겪게 됩니다. 이러한 상황에서 조종사는 정상적인 대응이 늦어질 수 있으며, 이는 항공기 안전에 큰 위협이 될 수 있습니다.

3. 시간 동기화 및 통신 시스템 장애

GPS는 항공기 내부 시스템의 시간 동기화에도 중요한 역할을 합니다. 항공기 내의 여러 시스템은 GPS에서 제공되는 시간 정보를 바탕으로 동기화되어 작동하는데, GPS 스푸핑으로 인해 이 시간 정보가 왜곡되면 항공기의 다른 시스템들이 비정상적으로 작동할 수 있습니다.

• 시계 리셋 및 시간 동기화 오류: GPS 스푸핑이 발생하면 항공기 내 시계가 잘못된 시간으로 리셋되거나, 다른 장비들이 시간 정보에 오류를 발생시킬 수 있습니다. 항공기 내 시스템은 정밀한 시간 동기화가 필수적이기 때문에, 이러한 오류는 항공기 내 통신, 데이터 전송, 자동화된 비행 경로 설정 등에 장애를 일으킬 수 있습니다.
  
  
• 통신 시스템 오류: GPS 스푸핑이 통신 시스템에 미치는 영향도 무시할 수 없습니다. 항공기 내부와 외부 간의 위치 및 시간 정보가 잘못되면 지상 관제탑과의 통신이 왜곡되거나 끊길 수 있으며, 이는 항공기의 안전한 운항을 저해할 수 있습니다. 특히, 통신 시스템에서 발생한 오류는 다른 항공기와의 충돌 위험을 증가시킬 수 있습니다.

4. 착륙 및 이착륙 시스템 오류

GPS는 항공기의 자동 착륙 시스템에도 중요한 역할을 합니다. 많은 항공기가 저시정 조건에서 자동 착륙 기능을 사용하여 안전하게 착륙하지만, GPS 스푸핑이 발생하면 이러한 자동 착륙 기능이 제대로 작동하지 않을 수 있습니다.

• 착륙 시도 실패: 2023년 7월, Boeing 787 항공기는 GPS 신호 손실로 인해 두 번의 착륙 시도에 실패했고, 두 번째 시도에서야 겨우 착륙에 성공했습니다. 이는 GPS 스푸핑으로 인해 발생한 문제였으며, 착륙 시 가장 중요한 순간에 조종사가 수동으로 비행기를 착륙시키는 데 어려움을 겪을 수 있음을 보여줍니다.
  
  
• 착륙 지연 및 회항: GPS 신호가 잘못될 경우, 항공기는 안전하게 착륙할 수 없는 상황에 직면할 수 있으며, 이는 항공기가 다른 공항으로 회항하거나 비행 시간을 연장하게 만듭니다. 이러한 상황은 항공사에 경제적 손실을 가져올 뿐만 아니라 승객의 안전을 위협할 수 있습니다.

5. 기타 시스템 연쇄 오류

GPS 스푸핑으로 인한 위치 및 시간 정보 오류는 항공기의 다양한 자동화 시스템에 연쇄적으로 영향을 미칠 수 있습니다. 특히, 항공기의 자동화된 항법 시스템, 통신 시스템, 경고 시스템, 그리고 엔진 제어 시스템까지 여러 시스템이 GPS에 의존하고 있기 때문에, 스푸핑으로 인한 오류는 여러 시스템에 동시다발적으로 영향을 미칠 수 있습니다.

• 비상시 자동 시스템 오작동: GPS 스푸핑은 비상 상황에서 자동으로 작동하는 시스템에도 영향을 미칠 수 있습니다. 조종사들이 평소 의존하는 자동 시스템이 오작동할 경우, 비상 상황에서 수동으로 시스템을 제어해야 하며, 이는 항공기 운항의 복잡성을 증가시키고 위험을 초래할 수 있습니다.

 

대응 방안

현재 항공사와 항공기 제조사, 그리고 항공 안전 규제 당국은 이러한 문제를 해결하기 위해 단기적인 대책과 장기적인 해결책을 모색하고 있습니다. 그러나 민간 항공기를 스푸핑에 대응하도록 하는 새로운 장비 표준은 2024년 이후에나 도입될 예정입니다.

조종사들은 사전에 GPS 스푸핑 가능성에 대한 브리핑을 받고 있으며, 잘못된 경고가 발생할 경우 특정 기능을 비활성화하거나 무시하는 방법을 교육받고 있습니다. 하지만 아직까지는 일관된 대응 방안이 마련되지 않아, 조종사들은 자신들이 비행하는 지역에서 발생할 수 있는 스푸핑에 대비해 각별한 주의를 기울이고 있습니다.

 

1. 강화된 항법 시스템 도입

GPS 스푸핑에 대한 가장 직접적인 대응책 중 하나는 항공기의 항법 시스템을 강화하는 것입니다. 현대 항공기들은 GPS에 크게 의존하고 있지만, GPS 이외의 항법 시스템을 추가하거나 기존 시스템을 개선함으로써 GPS 신호 오류 발생 시에도 항공기가 안전하게 비행할 수 있도록 보완할 필요가 있습니다.

• 다중 항법 시스템 통합: GPS 신호가 방해를 받는 경우를 대비해, **INS(관성항법시스템, Inertial Navigation System)**과 같은 추가적인 항법 시스템을 도입하는 것이 중요합니다. INS는 항공기 내부의 센서로 비행 속도와 방향을 계산해 항공기의 위치를 추적하는 시스템으로, 외부 신호에 의존하지 않기 때문에 GPS 스푸핑에 영향을 받지 않습니다. 항공기가 GPS와 INS를 동시에 사용하는 방식으로 시스템을 강화하면 GPS 신호 손실 시에도 비행이 지속 가능해집니다.
• 위성 항법 시스템 다변화: GPS 외에도 글로나스(GLONASS), 갈릴레오(Galileo), 북두(BeiDou) 등 다양한 위성 항법 시스템을 항공기에 통합함으로써 하나의 시스템에 대한 의존도를 낮출 수 있습니다. 여러 항법 시스템을 병행 사용하면, 특정 위성 시스템에서 발생하는 오류나 스푸핑으로부터 항공기를 보호할 수 있으며, 위치 정보의 정확성을 높일 수 있습니다.

2. 스푸핑 방지 및 탐지 기술

스푸핑 자체를 방지하거나 스푸핑이 발생했을 때 이를 조기에 탐지할 수 있는 기술이 필요합니다. 이는 스푸핑으로 인해 발생할 수 있는 오류를 최소화하고, 조종사들이 신속하게 대응할 수 있도록 돕습니다.

• 안티 스푸핑 기술 도입: 스푸핑을 방지하기 위해, 항공기는 신호의 진위 여부를 확인할 수 있는 안티 스푸핑 기술을 채택할 수 있습니다. 이러한 기술은 GPS 신호의 이상 패턴을 실시간으로 분석하고, 의심스러운 신호를 감지해 이를 차단하는 방식으로 작동합니다. 예를 들어, 신호 인증 기술을 통해 위성에서 오는 신호가 실제인지 스푸핑된 가짜 신호인지 판단할 수 있습니다. GPS 신호에 고유한 암호화 코드를 사용해 진짜 신호만을 인증하는 방식도 도입할 수 있습니다.
• 탐지 및 경고 시스템: 항공기에 스푸핑 탐지 시스템을 장착해, GPS 신호가 의심스러운 경우 조종사에게 경고를 보낼 수 있습니다. 이러한 탐지 시스템은 신호의 불규칙성을 감지하거나, GPS 신호의 신호 세기와 타이밍이 비정상적으로 변화하는 경우 이를 조종사에게 경고하는 기능을 수행할 수 있습니다. 이를 통해 조종사는 GPS 신호 오류를 조기에 감지하고, 적절한 대응 절차를 수행할 수 있습니다.

3. 조종사 교육 및 대응 절차 강화

GPS 스푸핑에 대한 효과적인 대응을 위해서는 조종사들이 상황을 인식하고 올바르게 대처할 수 있는 능력을 갖추는 것이 필수적입니다. 이를 위해 GPS 스푸핑 관련 교육과 대응 절차 강화가 필요합니다.

• 사전 브리핑 및 교육: GPS 스푸핑 위험이 높은 지역을 비행하는 조종사들에게는 사전 브리핑을 통해 스푸핑 발생 가능성을 알려주고, 이를 인식하는 방법과 대처 방안을 교육해야 합니다. 조종사들은 GPS 신호가 이상하게 작동하는 경우 비행 중 어떠한 조치를 취해야 하는지, 그리고 다른 항법 시스템을 사용해 안전하게 비행을 이어갈 수 있는 방법을 숙지해야 합니다.
• 대응 절차 매뉴얼화: GPS 스푸핑이 발생했을 때 조종사들이 즉각적으로 대응할 수 있도록 표준화된 대응 절차를 마련해야 합니다. 예를 들어, 잘못된 경고가 발생할 경우 이를 무시하고 비상 상황에 대비하는 절차, GPS 오류 시 INS를 사용하는 방법, 그리고 GPS 스푸핑이 발생한 상황에서 착륙을 안전하게 수행하는 방법 등을 명확히 규정해야 합니다. 이를 통해 조종사들이 혼란스러운 상황에서도 일관되게 대응할 수 있습니다.

4. 항공기 제조사와 규제 당국의 협력

GPS 스푸핑에 대한 장기적인 해결책을 마련하기 위해 항공기 제조사, 항공사, 항공 안전 규제 당국이 협력하여 시스템 강화 및 표준화된 절차를 마련해야 합니다.

• 새로운 항공기 장비 표준 개발: 항공기 제조사와 항공 안전 규제 당국은 GPS 스푸핑에 대응할 수 있는 새로운 장비 표준을 개발해야 합니다. 이는 항공기 시스템의 하드웨어 및 소프트웨어가 스푸핑 신호를 감지하고 대응할 수 있는 기능을 갖추도록 하는 것입니다. 예를 들어, 항공기 내 GPS 수신기 자체에 스푸핑 탐지 기능을 추가하거나, GPS 외의 대체 항법 시스템을 기본 장착하는 등의 기술적 발전이 필요합니다.
• 절차 표준화: 국제 항공기 제조사와 항공사, 그리고 규제 당국은 GPS 스푸핑에 대한 대응 절차를 글로벌 차원에서 표준화해야 합니다. 이를 통해 모든 항공사가 동일한 프로토콜을 따라 스푸핑에 대응할 수 있으며, 조종사들이 일관된 방식으로 대처할 수 있게 됩니다. 현재 일부 항공사에서는 스푸핑 발생 시 특정 시스템을 꺼야 한다는 권고가 나오고 있지만, 절차가 표준화되지 않아 혼선이 발생할 수 있습니다. 따라서 일관된 지침을 마련해 혼란을 줄이는 것이 중요합니다.

5. 지상 기반 보조 항법 시스템 강화

GPS 스푸핑으로 인해 공중에서의 항법이 방해를 받을 경우를 대비해 지상 기반 항법 시스템을 강화하는 것이 필요합니다. 특히 저시정 상태나 GPS 의존도가 높은 지역에서는 지상에서 항공기의 위치를 추적하고 항법을 지원할 수 있는 보조 시스템이 필수적입니다.

• ILS(계기착륙시스템) 및 VOR(초단파전방향탐지기) 활용: 많은 공항에서는 이미 계기착륙시스템(ILS)을 활용해 GPS 신호가 불안정한 상황에서도 안전하게 착륙을 지원하고 있습니다. 또한 초단파전방향탐지기(VOR) 시스템을 통해 GPS가 아닌 지상 기반 신호로 항공기의 위치를 파악할 수 있습니다. 이러한 시스템을 적극적으로 활용함으로써, 스푸핑 발생 시에도 항공기가 안전하게 착륙하거나 항로를 유지할 수 있도록 해야 합니다.
• 차세대 지상 항법 시스템 개발: 기존 시스템 외에도 새로운 지상 기반 항법 시스템을 도입해 GPS 스푸핑에 대응할 수 있는 인프라를 확충하는 것이 필요합니다. 예를 들어, **Enhanced LORAN(eLORAN)**과 같은 지상 기반의 저주파 신호 시스템은 GPS의 대안으로 연구되고 있으며, 이를 공항 인근에 설치해 GPS 오류가 발생한 항공기에 보조 항법 정보를 제공할 수 있습니다.

 

결론

GPS 스푸핑은 단순한 기술적 문제를 넘어 항공기 안전에 큰 위험 요소로 떠오르고 있습니다. 특히 전 세계적으로 스푸핑 사례가 증가하면서 조종사들의 업무 부담이 가중되고 있으며, 심각한 사고로 이어질 가능성도 배제할 수 없습니다. 이제는 항공기 제조사와 항공사, 그리고 정부 기관이 협력하여 GPS 스푸핑으로부터 항공기를 보호할 수 있는 더 강력한 대응책을 마련해야 할 시점입니다.

조종사들은 비상 상황에서 GPS를 신뢰하지 않고 전통적인 항법 시스템을 사용하는 방법을 숙지하고 있지만, 이는 여전히 임시방편에 불과합니다. 항공기 시스템을 강화하고, 전 세계적으로 스푸핑의 영향을 최소화하기 위한 표준화된 대응 절차를 마련하는 것이 시급합니다.