다섯가지 요소들은, 비록 그중에서 관리(management)가 지배적인 역할을 하게 된다는 논쟁이 있기는 하지만, 밀접하게 연관되어 있다. 전문적인 시스템 안전작업에는 효율적인 임무완수가 절대적이라는 것을 강조하기 위해서 임무(mission)는 목표 또는 목적으로 자리매김한다.

이 개념은 코넬대학의 T.P.Wright교수가 1940년대 후반에 “항공안전언어”강의시간에 인간-기계-환경(environment, medium) 이라는 삼각구도에서 진화된 개념으로서, Wright교수는 서던캘리포니아대학(USC) 학부의 코넬-구겐하임 항공안전부를 창설하는데 영향을 미쳤다. 후속 교관들은 3-M(인간-기계-환경)이라는 용어를 사용했다.

4번째 M, 관리(Management)는 1965년에 서던캘리포니아대학에서 최초로 심화안전관리/시스템 과정들이 개발되면서 처음 도입되었다. 관리는 인간-기계-환경요소간의 상관관계와 이들의 관리에 대한 하위관계를 강조하고 있다.

임무(mission)요소는 USC대학의 군사과정에서는 논의되어왔으나 1976년이 되어서야 E.A.Jerome(자문컨설턴트, 작가, 전 비행안전재단(FSF) 직원)에 의해서 도입되었다. 일차세계대전이후에 상업항공이 시작되었다. 엄청나게 남아도는 군용기와 사용가능한 조종훈련기들이 상업상의 우편/승객/화물운송을 시작할 수 있는 기반을 마련해주었던 것이다. 상업항공초기에 비행이 안전하게 수행될 수 있는지를 결정하는 주요 요소는 바로 날씨였다. 접근 및 착륙뿐만 아니라 안전이륙, 비행자세제어, 항행, 지상충돌회피, 결빙 또는 폭풍우같은 악기상 지역회피, 타항공기와의 충돌회피 등을 위해서 조종사들에게 우수한 시력이 요구되었다.

조종사, 항공기, 시스템, 엔진과 관련된 인간-기계간의 인터페이스는 단순화된 성질과 직접적이며 이해와 해석이 쉬운 관계였다. 조종사는 비행중 매일매일 축적한 경험을 하면서 자신이 습득한 대부분의 것을 활용한다. 조종실내부에서 바라보는 외부세계는 해석하는 데 매우 명료하다. 예측할 수 없는 기상은 예측가능한 시간일정의 경제적 필수성을 위협한다.

1920～1950년대 사이동안에 항공기/시스템 설계사들은 엄청난 발전을 이루었고, 항공여행의 안전성 향상뿐만 아니라 경제적 성장에도 반영되었다. 보지않고도 비행가능한 자이로스코프 비행계기의 도입으로 인해 저시정하에서도 안전운항이 가능해졌다. 무선항행 및 접근시스템들도 악시정환경하에서도 항행 및 접근을 가능케 만들었다. 처음에 무선방향탐지계(RDF)에 기반을 두었다가 나중에 무선교신과 레이더 조합에 기반을 둔 ATC도 모든 항공교통운송에서의 안전한 분리 및 접근/착륙을 위한 효율적인 순차배치를 가능토록 만들어주었다.

제빙 및 방빙시스템은 비행중의 결빙증가 위험을 감소시켰다. 기상레이더 덕분에 조종사들은 위험한 기상조건을 탐지하고 이를 우회할 수 있게 되었다. 오토파일럿이 도입되어 비행자세, 고도, 방향을 자동적으로 유지할 수 있게 되었다. 나중에 이들 오토파일럿에 무선항행시스템과 무선접근시스템 모두를 센서로서 사용할 수 있는 능력이 부여됨으로써 조종사의 항행ㆍ접근에 대한 업무부하를 감소시켜줄 수 있게 되었다.

1950～1960년대 터빈엔진의 도입으로 de Havilland Comet, 보잉 707, 더글라스 DC-8과 같은 음속항공기가 도입되어 항공운송의 생산성면에서 양적인 도약을 이루었다. 이들 항공기들은 Hydraulic 엔진을 탑재한 비행제어시스템을 장착하거나 점점 더 많은 항공전자기기-전자적/Hydraulic 시스템-를 장착함으로써 조종사들이 더 대형화되고 중량이 무거워지고 속도가 빨라진 항공기들을 조종할 수 있게 해주었다. 더글라스 DC-8기는 조종사 2명, 항법사 1명, 비행기관사 1명의 운항승무원들을 필요로 했다. 모든 시스템 운영이 보다 복잡해졌고, 초반의 “시계기상조건(VMC)”에 대한 이해를 쉽게 함으로써 악시정하에서 외계비행을 수행하는 것과 관련하여 이같은 어려움은 대부분 사라졌다.

이들 터빈엔진 음속항공기들은 순항속도가 엄청나게 높아졌기 때문에 시계기상조건하에서도, ATC에 의해서 항공기간 안전분리가 되어야 했다.
1970～1990년대까지 3세대의 광폭형동체 항공기들이 출현하였다. 제1세대는 1970년대경에 도입된 광폭형동체 장거리운항 항공기들로서 보잉 747, 록히드 1011, 더글라스 DC-10 등이다. 이들 광폭형동체 항공기들은 3-4개의 고압축식 엔진(high-bypass-ratio engine), 내부항행시스템(INS), 자동착륙시스템(ALS)을 장착하고 있었다. 이 항공기들의 조종석에는 많은 전자기계적 장치가 장착되어 있었다. 이들 항공기는 조종사 2명, 비행기관사 1명에 의해서 비행을 할 수 있었다.

1980년대에 도입된 제2세대는 새로운 디지털 항공전자시스템을 장착한 중/장거리 순항용 광폭형동체 항공기들로서 에어버스 A310, 보잉 757/767 등이다. 이들 신기종들은 전자비행계기시스템(EFIS), 비행관리시스템(FMS), 비행경고컴퓨터시스템(FWCS)을 장착하고 있었다. 상세히 설명하자면 전자비행계기시스템, 비행관리시스템, 비행경고컴퓨터시스템은 다음과 같이 기능한다.

① 전자비행계기스템(EFIS)은 비행자세, 비행 방향, 계기착륙시스템(ILS)의 왜곡, 비행모드 고지, 항속, 고도정보를 한 개의 단일 음극선관(CRT: cathode-ray tube, 쉽게 브라운관) 디스플레이에 조합하여 시현해주며, 따라서 스캐닝주기를 줄여준다.

② EFIS 항행디스플레이(ND: navigation display)는 통합지형도, 수직 비행경로, 기상레이더, 기수방향, 바람에 대한 벡터정보를 제공해주며, (비행관리시스템과 함께 사용되어)항행업무를 훨씬 줄여주며, 조종사의 위치지각을 향상시켜주었다.

③ 비행관리시스템(FMS)은 비행퍼포먼스와 항행정보를 주관할 뿐만 아니라 조종사의 비행관리능력과 항행능력을 상당량 증진시키면서 통합항행정보와 연료관리를 제공해준다.

④ 비행경고컴퓨터시스템(FWCS)은 시스템운항 및 시스템 오작동 처리와 관련하여 조종사들의 업무부하를 상당히 줄여주면서, 알파벳순으로 된 개요적 그래픽 시스템 정보를 제공한다.

“투명한” 조종실내에는 전자비행계기시스템(EFIS), 비행경고컴퓨터시스템(FWCS), 2개의 알파벳순으로 비행관리시스템(FMS)용 흑백 제어판유닛(CDU)뿐만 아니라 6색 칼라 CRT 그래픽 디스플레이가 장착되었으며, 모든 CRT가 실패할 경우에도 안전운항을 지속할 수 있도록 하기 위해서, CRT와는 별도로 수많은 전자기계적 계기들이 아직도 사용되고 있다.
1990년대에 도입된 제3세대 항공기는, 조종사 제어업무(control yoke)와 비행제어면의 수력학적작용간에 더 이상 기계적 연결이 사용되지 않는 그야말로 혁신적인 신형디지털비행제어시스템을 장착한 중/장거리 순항용 항공기들이다. 이 와이어비행(FBW)기술로 인해서 새로운 비행제어개념과 외기보호시스템이 가능케 되었는데, 에어버스 A-320/330/340기, 보잉 777기 등이 대표적인 와이어비행 항공기들이다. 이들 제3세대 항공기들은 전관식(全管式) 디지털엔진제어시스템(FADEC): full-authority digital engine control system)에 의해서 제어된다. 조종실내에서 CRT가 대형화되었고 전자기계적 계기가 상당히 감소했다.

예를 들면, 보잉 747-400은 비행기관사의 역할을 자동화시키고 단순화시켜 비행기관사 조종스테이션을 제거하고 모든 컨트롤을 조종사의 머리뒤쪽 패널에 장착함에 따라 운항승무원 수가 3명에서 2명으로 줄어들어 초기모델에서 상당히 바뀐 기종을 대표하고 있다. 보잉사는 그러한 설계로 인해서 기본 B-747모델의 970개가 넘던 조종실 조명, 게이지, 스위치의 수를 B-400에서는 365개로 줄여, 설계 및 엔지니어링 기술의 주요 승리를 이루어냈다. 우수한 자동시스템 설계는 조종사들의 모니터링 시스템의 단조로운 잡일을 덜고 조종사들을 자유롭게 만들어서 기계의 역량을 넘어서는 인식이 높은 업무만 할 수 있게 해주었다.

현대의 정기항공부문에서는 신뢰성 있고 경제적인 전천후운송시스템을 개발했다. 경량화 합금소재 사용의 증가뿐만 아니라, 역대 가장 향상된 항공역학, 엔진기술의 활용을 통하여 1970년대에 비해 승객당 연료소모율도 30%나 줄어들었다. 무선항행/접근 시스템, 유도항법시스템, 기상레이더, ATC 등은 역대 가장 향상된 훈련 및 기준화된 절차와 조합되어 안전운항을 저시정조건하에서까지도 가능케 했다. 그러나 계기기상조건(IMC)하에서는, 외부의 비행자세, 항행시설, 날씨, 지형에 대한 시각적정보가 없기 때문에 조종사들의 상황인식이 상대적으로 낮다.

2000~2010년사이에 미국 항공사들의 승객수가 거의 60%가까이 늘어나고, 동기간내 항공기 운항도 30%이상 증가할 것으로 예상되고 있다. 이같은 성장률은 곧 통제자의 업무부하가 커지고, 공항, 활주로, 터미널빌딩, 주차장, 공역자체를 늘려야 한다는 압력이 늘어나는 등 시스템에 대한 요구가 커진다는 것을 의미하는 것으로 해석된다. 그러나 서유럽과 북미지역의 공항 및 공역수용력에 한계가 있고, 이미 분명한 포화조짐이 가시화되고 있다.

보잉사는 2015년까지 전세계적으로 운송용 기단이 현재 12,000여대에서 23,000대에 이를 것이라고 전망하고 있으며 또한 1998년의 1백만이륙당 1건 ()이라는 세계항공사고율을 지속한다면 2015년도가 되면 1-2초마다 1건씩 어디에선가 심각한 항공사고가 발생할 것이라고 예측하였다. 이는 에어버스사가 복층 A-3XX 개발을 알림에 따라 그 심각성이 점점 더해진다. 순항거리 8150마일, 555석 기준의 A-3XX는 656석까지 늘릴 수 있다. 이는 현재 운항되고 있는 가장 큰 제트여객기인 보잉 747-400의 416석을 훨씬 능가하는 것이다.

현재와 같은 사고율을 받아들일 수 없다는 가정하에서, 동일하게 한정된 공역블록과 시설자산내에서 운항활동이 지속적으로 늘어난다는 것을 감안할 때 예상되는 것은 무엇인가?
우선, 최신의 기술진보는 고무적이다. 보잉사에 따르면 B-757, B-767, A-310등 새세대 항공기들의 사고율은 앞서서의 디자인들보다 상당히 호전되었다. B777, A-330, A-340과 같은 가장 최신 모델에 대해 보다 복잡해진 설계와 기술을 적용한 결과로 더 안전해지기를 기대하고 있다.
요약하면, 운항승무원들과 관제사들에게도 신기술을 마찬가지로 적용할 수 있다.

① 개선된 기상탐지시스템으로 순항중이건 공항인근에서이건 주변기상시스템이 보다 효율적이고 안전한 비행을 할 수 있도록 항공사 운항관리사와 조종사들에게 정보를 제공하게 된 것이다.

② 위치정보시스템(GPS)이 현재도 사용되고는 있지만 앞으로는 가시선이 제한된 지상기반 VOR항법시설/레이더 시설을 대체하여 항행 및 감시정보의 일차적 소스가 될 것이다.

③ 관제사들이 자신이 관제하는 항공기들을 더 잘보고 교신할 수 있도록 하는 보다 신뢰성있고 효율적인 수단을 제공하도록 개선된 항공교통관제 툴이 이미 FAA시설들에 설치되고 있다.

④데이터링크가 되면 조종실내에 신속하고 오류없이 디지털형태 관제허가(clearance), 기상, 트래픽 정보를 제공할 수 있게 될 것이다. 데이터링크의 가장 큰 장점중의 하나는 조종사와 관제사간의“복창”에러를 없앨 수 있다는 것이다.

⑤ 항공기에 탑재된 개선 충돌방지시스템은 충돌시나리오의 수를 줄여줄 것으로 기대된다.

⑥ 조종실에 여러 가지가 더해지면서 지속적으로 개선되어, 통합전자기기들로 인하여 조종사들은 보다 많은 선택대안과 탄력성을 갖게 될 것이다.

⑦ 운항승무원들의 훈련도 보다 정교해질 것이다. 항공사들이 훈련향샹을 위해 “목적지까지 안전비행”으로부터 나오는 비행데이터기록장치(FDR)정보를 활용할 것이다. 어느정도는 인위적인 것이지만 운항에서부터 설계까지 많은 영역을 개선시키기 위한 항공사들, 규제당국, 제작사들간 이 정보가 공유될 것으로 기대된다.

⑧ 휴먼팩터가 주로 고려되어 항공기 설계에서부터 인적한계내에서 항공기 운항과 유지를 용이하게 해줄 수 있도록 하게 될 것이다.

미국의 항공시스템은 지난 수십년간 진화하여 경제와 우리의 삶의 방식에 핵심적인 역할을 하고 있다. 조종실부터 정비행거, 항공교통관제시설에 이르기까지 모든 영역에 엄격한 품질관리를 하는 범국가적 기준위에 수립되어 시스템이 복잡하다.

비록 기계(machine)=항공기술(aviation technology)은 상당한 진보를 이루기는 했지만 항공기 설계, 제작, 정비상 위험이 발견되는 경우가 있다. 사실상 수많은 사고들은 항공기의 개념적, 설계적, 개발적 단계에서의 오류로 추적해 갈수가 있다. 그러므로 현대 항공기 설계는 어떠한 한가지의 위험에 의한 영향도 최소화시키려고 하고 있다. 일례로, 우수한 설계는 시스템 오류발생의 가능성이 없도록 모색할 뿐만 아니라, 그럼에도 불구하고 단일 실패가 사고를 초래하지 않도록 해야만 한다. 이른바 오류방지성 특성(fail-safe features)들과 주요 부품들과 시스템의 중복성으로 이같은 목표를 통상적으로 성취한다. 설계자들은 한 개인이 “하나가 잘못되면 계속 잘못된다”는 머피의 법칙의 불가피성과 일치되어 장비사용이나 작업에 있어서 오류/실수를 범할 가능성을 최소화해야만 한다. 이러한 목적을 충족시키기 위해서 시스템안전프로그램의 형태가 때때로 새로운 항공기 설계에 사용되곤 한다. 현대 설계에서는 인간에게 내재되어 있는 한계도 고려해야만 한다. 따라서 설계에는 인간의 업무를 보다 더 쉽게 하고 실수 또는 오류를 방지할 수 있는 시스템을 포함한다. 지상접근경고시스템(GPWS) 등이 그같은 시스템의 한 예이다. 지상접근경고시스템은 조종사의 통제하에서 감항가능한 항공기가 지상 또는 수면에 충돌하는 숫자를 현저히 감소시켰다.
항공기와 그 장비의 안전수준은 처음에 항공기가 설계되고 제작된 감항기준에 의해 정해진다. 그다음에 항공기 전생애를 통틀어 수용가능한 안전수준을 확보할 수 있도록 정비가 수행된다. 제작, 정비, 수리 오류는 설계상의 안전특성을 무효로 할 수도 있고 처음에 없었던 위험을 불러올 수도 있다.
특정 항공기종과 관련된 서비스 경험이 축적됨에 따라, 요구되는 안전수준을 유지하기 위해서 정비프로그램을 감독할 필요와 그 프로그램의 내용을 개발하고 갱신할 필요성이 발생했다. 부품 또는 시스템 오작동/결함을 전달하거나 시기적절하게 수정되게 하기 위해서 보고시스템의 어떤 형태도 필요하게 되었다.


<그림> 항공기 시스템 실패유형

부품신뢰도는 지정된 조건하에서 한정된 시간내에 특정사양의 기능을 운용할 수 있는 가능성을 표현한 것이다. 신뢰도 표현을 위해서 다양한 방법이 사용되고 있다. 전자부품에 대해 공통으로 사용되는 방법은 평균고장간격(MTBF：mean time between failures)으로서 항공기 엔진의 신뢰도는 10만운항시간당 정지(shutdown)횟수로 표현된다.
보통 기능실패는 부품주기의 3가지 국면에서 나타난다. 부적절한 설계 또는 제작에 의해서 나타나는 초기 실패는 부품주기 초기에 통상 나타난다. 통상적으로 주사용주기 또는 부품활용주기동안 부품에 대한 개조 또는 이의 사용으로 이 실패가능성을 최소화시킨다. 무작위적인 실패가 이기간동안 발생한다. 부품활용주기가 끝날 무렵에는 마모로 인해서 실패발생가능성이 증가한다. 그래프상에서는 이같은 실패유형이 전형적으로 “욕조모양의(bathtub shaped)”곡선으로 나타나고 있다.